Algemene Inleiding

Het energieverbruik van kunstmatige intelligentie (AI) en wereldwijde datacentra is een cruciaal en groeiend onderwerp. Met datacentra die momenteel ongeveer anderhalf tot drie procent van alle elektriciteit wereldwijd verbruiken en één procent van de totale CO₂-uitstoot produceren, wordt de impact op het milieu steeds zorgwekkender.

De digitale revolutie heeft de wereld veranderd en onze afhankelijkheid van technologie is exponentieel gegroeid. Achter de schermen van onze favoriete apps, websites en slimme apparaten bevinden zich enorme datacentra die de motor vormen van onze digitale samenleving. Tegelijkertijd heeft kunstmatige intelligentie (AI) een revolutie teweeggebracht in sectoren zoals gezondheidszorg, financiën, transport en entertainment. Maar deze technologische vooruitgang heeft een prijs: een aanzienlijk energieverbruik.

In dit artikel duiken we dieper in het energieverbruik van AI en wereldwijde datacentra. Hoeveel energie en water verbruiken datacentra wereldwijd en in Nederland? En wie zijn de grootste beheerders van datacentra? We analyseren de huidige situatie, voorspellen toekomstige trends en onderzoeken mogelijke oplossingen om deze groeiende energiehonger te temmen.

Huidige Situatie m.b.t. energie en water voor Datacentra en AI

Datacentra vormen de ruggengraat van moderne technologie, maar hun groeiende energieverbruik en CO₂-uitstoot roepen vragen op over duurzaamheid en milieubewustzijn. Met de groeiende trend van digitalisering neemt niet alleen de vraag naar datacentra toe, maar ook de energiebehoefte om aan deze vraag te voldoen. Datacentra zijn faciliteiten waar servers en andere IT-apparatuur staan die digitale processen ondersteunen. Datacentra zijn essentieel voor de digitale economie en de samenleving, maar ze verbruiken ook energie en water voor hun werking en koeling. 

Historisch gezien waren datacentra afhankelijk van traditionele energiebronnen. Recentelijk stappen datacentra echter over op hernieuwbare energiebronnen. Momenteel wordt al ongeveer 40% van het wereldwijde datacenterenergiegebruik gedekt door hernieuwbare energie. De overstap naar hernieuwbare energiebronnen zoals zonne- en windenergie is een veelbelovende ontwikkeling. Vooraanstaande datacentra benadrukken hun inzet voor duurzaamheid door groene energie te gebruiken.

Een van de grootste uitdagingen in datacentra is het beheersen van de hitte gegenereerd door servers. Innovatieve koelingssystemen, waaronder vloeibare koeling en geavanceerde ventilatiesystemen, dragen bij aan een efficiënter energiegebruik. 

Volgens het Internationaal Energie Agentschap (IEA) verbruiken datacentra wereldwijd zo’n 220-320 TWh in 2021. Het IEA rapporteert dat datacenters en datatransmissie-netwerken elk goed voor ongeveer 0,9-1,3% van het wereldwijde elektriciteitsverbruik in 2021, vergelijkbaar als in 20101. Dit komt doordat datacentra steeds efficiënter worden in het gebruik van energie, onder meer door de concentratie van IT in grootschalige en professionele datacentra, de toepassing van virtualisatie en cloud computing, en de inkoop van duurzame energie.

Het waterverbruik van datacentra hangt af van de koelmethode die wordt gebruikt. Sommige datacentra gebruiken water om de warmte af te voeren die wordt gegenereerd door de servers, terwijl andere datacentra luchtkoeling gebruiken. Het waterverbruik van datacentra kan variëren van enkele liters tot enkele duizenden liters per megawattuur, afhankelijk van de locatie, het klimaat, het ontwerp en de efficiëntie van het datacentrum. Het waterverbruik van datacentra kan ook gevolgen hebben voor de beschikbaarheid en kwaliteit van drinkwater, vooral in gebieden waar water schaars is of onder druk staat door klimaatverandering.

In Nederland zijn er ongeveer tweehonderd datacentra, waarvan drie hyperscale datacentra van Google en Microsoft. Hyperscale datacentra zijn grote datacentra die in beheer en eigendom zijn van één bedrijf, zoals Google, Microsoft, Amazon of Facebook. Deze bedrijven zijn ook de grootste beheerders van datacentra wereldwijd, met meer dan 700 hyperscale datacentra in 34 landen. Naast hyperscale datacentra zijn er ook colocatie datacentra, die hun ruimte en faciliteiten verhuren aan verschillende klanten, zoals cloudproviders, hostingproviders, bedrijven, overheden en organisaties5.

Het CBS heeft onderzocht dat het totale elektriciteitsverbruik van datacentra in Nederland in 2020 3,2 miljard kilowattuur (TWh) bedroeg, wat neerkomt op 2,8% van het totale elektriciteitsverbruik in Nederland. Dit komt overeen met 0,38% van het totale energieverbruik in Nederland. Het CBS heeft ook vastgesteld dat het totale waterverbruik van de sector Informatie en Communicatie, waar datacentra onderdeel van zijn, op 1 miljoen kubieke meter uitkwam in 2020, wat neerkomt op 0,08% van het totale leidingwaterverbruik in Nederland. Volgens de Dutch Data Center Association (DDA) kopen datacentra in Nederland 88% van hun stroom groen in.

Datacentra vergeleken met de luchtvaartsector en Energiebehoefte

Datacentra zijn dus de ruggengraat van het internet. Ze huisvesten servers, opslagapparaten en netwerkapparatuur die enorme hoeveelheden gegevens verwerken.  Momenteel verbruiken datacentra wereldwijd ongeveer anderhalf tot drie procent van alle elektriciteit. Dit percentage zal naar verwachting blijven stijgen naarmate onze digitale afhankelijkheid groeit. De CO₂-uitstoot van datacentra is vergelijkbaar met die van de luchtvaartsector, wat aantoont dat deze infrastructuur een aanzienlijke impact heeft op het milieu. 

De luchtvaartsector is ook een belangrijke bron van CO₂-uitstoot, die bijdraagt aan de klimaatverandering. Volgens het Internationaal Energie Agentschap (IEA) was de luchtvaartsector in 2021 verantwoordelijk voor 2,4% van de wereldwijde CO₂-uitstoot1. Dit komt vooral door het gebruik van kerosine, een fossiele brandstof die veel CO₂ produceert bij verbranding. Een liter kerosine levert ongeveer 4 kilogram CO₂ op.

Het trainen van AI-modellen vereist enorme rekenkracht en dus veel elektriciteit. Een enkele trainingssessie van een geavanceerd AI-model kan tot 500 ton CO₂-uitstoot genereren, vergelijkbaar met duizend auto’s die duizend kilometer rijden. AI-systemen, zoals het baanbrekende ChatGPT verbruiken aanzienlijke hoeveelheden stroom. De balans tussen prestaties en energie-efficiëntie is een uitdaging.

Datawetenschapper Alex de Vries schat dat AI-serverfarms tegen 2027 een verbazingwekkende 85 tot 134 terawatt-uur (TWh) aan energie per jaar kunnen verbruiken. Dit komt overeen met het elektriciteitsverbruik van een land als Nederland. Deze groeiende energiebehoefte is niet duurzaam en vereist dringend aandacht. Onderzoekers werken aan manieren om AI-systemen groener te maken door:

• Hardware-innovaties, zoals energiezuinige chips die werken zoals onze hersenen.
• Het verminderen van energieverspilling bij het trainen van AI-modellen.
• Efficiëntere algoritmen die dezelfde resultaten behalen met minder rekenkracht.

Kritiek, Uitdagingen en Kansen voor de toekomst

Laten we dieper ingaan op de kritiek, uitdagingen en kansen met betrekking tot het energieverbruik van datacentra en kunstmatige intelligentie:

1. Koolstofvoetafdruk:

• Kritiek: Datacentra staan onder toenemende druk vanwege hun aanzienlijke koolstofvoetafdruk. Het verbruik van niet-hernieuwbare energiebronnen en de bijbehorende CO2-uitstoot zijn zorgwekkend.
• Uitdaging: Verdere verbeteringen in duurzaamheid en energie-efficiëntie zijn essentieel om deze impact te minimaliseren.
• Kans: De overstap naar hernieuwbare energiebronnen, zoals zonne- en windenergie, is een veelbelovende ontwikkeling.

2. E-waste:

• Kritiek: De groeiende hoeveelheid elektronisch afval (e-waste) van verouderde servers is een punt van zorg. Dit benadrukt de behoefte aan verantwoord levenscyclusbeheer in datacentra.
• Uitdaging: Het minimaliseren van e-waste door efficiëntere hardware-upgrades en recyclingpraktijken.
• Kans: Innovaties in hergebruik en recycling kunnen bijdragen aan duurzamere datacentra.

3. Quantum Computing:

• Kritiek: Traditionele computers verbruiken veel energie bij complexe berekeningen. Quantum computing belooft efficiëntere berekeningen met minder energieverbruik.
• Uitdaging: Het ontwikkelen van praktische quantumcomputers en integratie ervan in datacentra.
• Kans: Quantum computing kan de energie-efficiëntie van datacentra aanzienlijk verbeteren.

4. Edge Computing:

• Kritiek: Centrale datacentra hebben hoge energiebehoeften. Edge computing, waarbij rekenkracht dichter bij gebruikers wordt gebracht, kan dit verminderen.
• Uitdaging: Het opzetten van een robuuste edge-infrastructuur.
• Kans: Efficiëntere en snellere gegevensverwerking met minder energie.

5. Virtualisatie en Server Consolidatie:

• Kritiek: Inefficiënt gebruik van serverbronnen verhoogt het energieverbruik.
• Uitdaging: Implementatie van virtualisatie en server consolidatie om bronnen efficiënter te benutten.
• Kans: Vermindering van energieverspilling door optimalisatie.

6. Datacentra Ontwerpen met Energie-efficiëntie in Gedachten:

• Kritiek: Traditionele datacentra zijn niet altijd ontworpen met energie-efficiëntie als prioriteit.
• Uitdaging: Het ontwerpen van datacentra met een expliciete focus op duurzaamheid en efficiëntie.
• Kans: Locatiekeuze, architectuur en gebruik van duurzame materialen kunnen bijdragen aan energiebesparing.

Conclusie

Het energieverbruik van datacentra -vergelijkbaar met de wereldwijde luchtvaartsector- en kunstmatige intelligentie is een complex en groeiend probleem. Met voortdurende technologische ontwikkelingen en een groeiende bewustwording van duurzaamheid, is de toekomst van datacentra nauw verbonden met hun vermogen om efficiënter met energie om te gaan. Het is niet te verwachten dat het wereldwijde gebruik van datacentra zal afnemen, daartoe zouden immers consumenten flink hun gedrag moeten aanpassen, toename van gebruik van ICT, appjes en AI ligt eerder in de lijn van de verwachting.

Beleidsmaatregelen en technologische innovaties spelen een sleutelrol in het realiseren van een duurzamere digitale toekomst. Het energieverbruik van AI en wereldwijde datacentra is dus een cruciaal onderwerp dat aandacht verdient. Terwijl we genieten van de voordelen van technologie, moeten we ook streven naar duurzaamheid. Laten we samenwerken om een evenwicht te vinden tussen innovatie en verantwoord energiegebruik. 

Tainter’s Theory of Collapse
Joseph Tainter, in his work “The Collapse of Complex Societies,” argues that societies tend to become more complex as they try to solve problems. As complexity increases, so does the need for resources. Tainter’s theory challenges the notion that innovation and surplus energy lead to increased sustainability. Instead, he suggests that complexity arises as societies tackle problems, often leading to a demand for more resources.

Jevons Paradox
The Jevons Paradox, named after economist William Stanley Jevons, posits that improvements in the efficiency of resource utilization can paradoxically lead to increased overall consumption of that resource. In the context of energy, if technological advancements make energy use more efficient, it might result in an overall increase in energy consumption rather than a decrease.

Reevaluating Sustainability
The common perspective that innovation and surplus energy automatically lead to sustainability is questioned by these theories. Tainter’s view highlights that complexity is not a mere luxury but often a response to challenges, necessitating increased resource consumption. The Jevons Paradox warns us that efficiency gains might not guarantee reduced resource use.

Historical Illustration: The Roman Empire
The history of the Roman Empire serves as an illustration. The Empire faced numerous challenges, and its attempts to solve these problems often led to increased complexity. Ultimately, the Roman Empire collapsed, showing that complexity doesn’t guarantee long-term sustainability.

Implications for the Future
Understanding these concepts has profound implications for our approach to sustainability. Merely relying on conservation and efficiency gains might not be sufficient. If Tainter’s theory holds, addressing problems could lead to increased complexity and resource consumption. This doesn’t mean we should abandon conservation efforts, but it calls for a more comprehensive and nuanced approach.

Energy Consumption and Sustainability
Contrary to the idea that reducing energy consumption is the only path to sustainability, Tainter’s perspective suggests that future sustainability may require continued high levels of energy consumption. This challenges the simplistic view that reducing energy use will automatically lead to a sustainable future.