Dataschade, nog groter dan gedacht

Mooi leesvoer voor de maandag, deze gastbijdrage van Masa Ashtine, postdoctoraal onderzoeker in lokale energiesystemen aan de Universiteit van Oxford en David Mytton, onderzoeker van het Centrum voor Milieubeleid van het Imperial College in Londen. Zij doen onderzoek naar de werkelijke ecologische voetafdruk van datacentra die ons van Netflix, Instagram en grote bedrijven van hun cloud-oplossingen voorzien.

De jaren zestig luidden een nieuw tijdperk in van het verwerken van digitale informatie, gedreven door de inlichtingenbehoeften van de koude oorlog. De wet van Moore betekende dat microchips elke twee jaar in snelheid verdubbelden, waardoor de kosten daalden en machines die ooit hele kamers vulden, kleiner en kleiner werden. Tegenwoordig is de smartphone die jij waarschijnlijk gebruikt om dit artikel te lezen miljoenen keren krachtiger dan de computer die de Apollo-missies op de maan landde.

Hoewel die enorme supercomputers zijn verdwenen, betekent de verspreiding van de cloud en het internet der dingen, met alles tot aan onze sokken toe die verbinding kunnen maken met internet, steeds meer computerprocessors die moeten communiceren met datacenters over de hele wereld. Zelfs iets eenvoudigs als naar beneden scrollen in dit artikel activeert communicatie die uiteindelijk door een afgelegen datacenter kan gaan.

Datacenters kunnen in grootte variëren van kleine kasten tot enorme “hyperscale” magazijnen ter grootte van stadions. Binnenin bevinden zich computers die servers worden genoemd en die de software, apps en websites ondersteunen die we elke dag gebruiken.

Eind 2020 waren 597 hyperscale datacenters in gebruik (39% in de VS, 10% in China, 6% Japan), een stijging van bijna 50% sinds 2015. Amazon, Google en Microsoft zijn goed voor meer dan de helft van deze en nog eens 219 bevinden zich in verschillende stadia van ontwikkeling. 

Energievreters

Datacenters waren in 2020 goed voor ongeveer 1% of 2% van de wereldwijde elektriciteitsvraag. Al die verwerkingskracht genereert veel warmte, dus datacenters moeten koel blijven om schade te voorkomen. Terwijl sommige bedrijven koele lucht gebruiken op berglocaties en Microsoft de koude wateren van Schotland heeft gebruikt om te experimenteren met datacenters onder water, wordt tot 43% van de elektriciteit van datacenters in de VS gebruikt voor koeling.

Deze energie gaat naar koelwater dat ofwel in de lucht wordt gespoten die langs de servers stroomt, ofwel wordt verdampt om warmte van de servers weg te leiden. Er is niet alleen energie nodig om het water te koelen (tenzij het systeem specifiek is ontworpen als een gesloten kringloop), maar dat water gaat verloren als het verdampt. In een relatief klein datacenter van 1 megawatt (dat genoeg elektriciteit gebruikt om 1.000 huizen van stroom te voorzien) zouden deze traditionele soorten koeling 26 miljoen liter water per jaar verbruiken .

Water dat direct wordt gebruikt voor koeling is waar de meeste datacenterbeheerders zich op richten, maar de grootste bron van watergebruik is eigenlijk elektriciteitsopwekking . Dit komt van hoe water wordt verwarmd om stoom te genereren die een turbine laat draaien en elektriciteit opwekt. Fossiele brandstoffen en kernenergie verbruiken allemaal op deze manier water, en zelfs waterkracht gaat gepaard met enig waterverlies uit reservoirs.

De overgang naar hernieuwbare energiebronnen is daarom belangrijk om zowel de water- als de CO2-voetafdruk te verkleinen. Tegen 2030 zouden wind- en zonne-energie het waterverbruik in verband met stroomopwekking kunnen verminderen met 50% in het VK, 25% in de VS, Duitsland en Australië, en 10% in India.

De vraag naar water in datacenters is ingewikkelder dan de ecologische voetafdruk. Het bereiken van nul koolstofuistoot is een redelijk doel, maar nul-water is niet per se de juiste keuze. Consumptiedoelen hebben meer context nodig.

Sommige datacenters bevinden zich in regio’s met veel water en zijn gemakkelijk toegankelijk zonder te concurreren met andere potentiële gebruikers. Andere kunnen echter worden gebouwd in gebieden met droogte met een verslechterende infrastructuur.

Voor elk datacenter moet rekening worden gehouden met regionale waterstress, niet alleen in relatie tot het water dat wordt gebruikt voor koeling op locatie, maar ook in verband met de elektriciteitscentrales die de elektriciteit opwekken die het centrum van stroom voorziet.

Een recent Amerikaans onderzoek toonde bijvoorbeeld aan dat het westen van de VS meer waterstress heeft dan het oosten van de VS, en dat elektriciteit die in het zuidwesten wordt opgewekt, meer waterintensief is vanwege het gebruik van meer waterkracht. Desondanks hebben het westen en zuidwesten meer datacenters.

De weestand begint te groeien, zelfs als nieuwe projecten worden goedgekeurd. In de VS hebben lokale gemeenschappen geprotesteerd tegen nieuwe datacenters, wat de reden kan zijn waarom Google in het verleden het gebruik van water als een handelsgeheim heeft beschouwd. Soortgelijke zorgen leidden tot een tijdelijk verbod op nieuwe datacenters in Nederland , en Frankrijk is bezig met het aannemen van nieuwe wetten om meer transparantie te eisen.

We geven water niet genoeg waarde

Bedrijven nemen het waterrisico niet mee in hun berekeningen bij het kiezen van locaties voor datacenters. Een lagere prijs betekent niet noodzakelijk een lager risico. Toen Microsoft zijn watervoetafdruk beoordeelde in een datacenter in San Antonio, Texas, ontdekte het dat de werkelijke kosten van water 11 keer hoger waren dan het betaalde .

Dit is vergelijkbaar met CO2-voetafdrukken. We onderschatten of negeren de reductiekosten die verband houden met de uitstoot van broeikasgassen, en de effecten zijn nauwelijks marginaal. Kooldioxide en water zijn onlosmakelijk met elkaar verbonden, en klimaatverandering legt nu al de nadruk op droogtegevoelige gebieden over de hele wereld .

De eerste stap is transparantie. 

Sommige bedrijven zoals Microsoft en Facebook publiceren al geaggregeerde watergegevens, maar anderen moeten hetzelfde doen. Elke exploitant moet zijn waterefficiëntieplan publiceren en dit staven met de relevante regionale cijfers.

De meeste eigenaren van datacenters hebben het bericht ontvangen over het verkleinen van hun ecologische voetafdruk en de overgang naar hernieuwbare energie. We zien regelmatig nieuwe projecten aangekondigd met netto nul CO2-doelstellingen. Ze moeten nu iets soortgelijks doen voor water.