Im Jahr 2009 verbrauchte eine Google-Suche laut Angaben des Konzerns etwa 0,3 Wattstunden Strom – so viel wie eine 18 Sekunden lang leuchtende 60-Watt-Glühbirne. Gemäss der NGO Epoch AI ist eine Standardeingabe bei Chat-GPT überraschenderweise mit demselben Stromverbrauch verbunden. Ein eindrückliches Zeugnis für die Fortschritte bei der Energieeffizienz von Rechenzentren. Das ist allerdings ein Durchschnittswert, da der Energieverbrauch einer Anfrage von ihrer Komplexität, der benötigten Rechenzeit und dem verwendeten Modell abhängt. Er steigt mit der Anzahl der Parameter des künstlichen neuronalen Netzes, die beispielsweise je nach Variante beim Open-Source-Modell Llama 3.1 zwischen 10 und 400 Milliarden liegt. Für ChatGPT liegen dazu keine Zahlen vor. Schweiz bei Rechenzentren ganz vorne Und die Energieeffizienz hält nicht Schritt mit dem exponentiellen Wachstum der Nutzung von KI-Anwendungen. In den USA stieg der Strombedarf von Rechenzentren, nachdem er zwischen 2014 und 2016 relativ stabil geblieben war, immer schneller und verdreifachte sich schliesslich laut einem Bericht des Lawrence Berkeley National Laboratory von Ende 2024 in weniger als zehn Jahren. Mit 180 Terawattstunden verschlingt er vier Prozent des landesweiten Bedarfs. Im Jahr 2023 ging ein Viertel dieses Verbrauchs der Dateninfrastruktur auf das Konto von KI. Bis 2028 dürfte dieser Anteil die Hälfte erreichen und die Kryptowährungen überholen. Der Energieaufwand für das Training von KI-Modellen wird dann auch den Verbrauch für die Nutzung übersteigen. Die Prognosen der Internationalen Energieagentur sind ähnlich: Der weltweite Stromverbrauch von Rechenzentren dürfte sich bis ins Jahr 2035 verdrei- oder sogar vervierfachen. «Bei der Umweltbelastung durch den digitalen Sektor in der Schweiz kommt es aufs Gleiche raus, ob der Verbrauch oder die Produktion von Dienstleistungen quantifiziert wird.» Louise Aubet Dieser Trend zeigt sich auch in der Schweiz: Beanspruchten Rechenzentren 2019 noch 3,6 Prozent des landesweiten Strombedarfs, waren es 2025 bereits 6 bis 8 Prozent, und bis 2030 könnte der Anteil laut einer Erhebung von SRF auf 15 Prozent steigen. «Die Schweiz ist zu einem wichtigen Standort für Datenzentren geworden», erklärt Louise Aubet, sie ist Forschungsleiterin bei Resilio, einem Westschweizer Beratungsbüro für Umweltauswirkungen der Digitalisierung. «Im Verhältnis zur Bevölkerung verfügt sie über die zweitgrösste Anzahl Zentren in Europa. Sie exportiert viele Cloudcomputing-Dienstleistungen.» Während viele europäische Länder Nettoimporteure digitaler Dienstleistungen sind, insbesondere aus dem Silicon Valley, gleichen die Schweizer Exporte die Importe aus. Die Konsequenz ist: «Bei der Umweltbelastung durch den digitalen Sektor hierzulande kommt es aufs Gleiche raus, ob der Verbrauch von Dienstleistungen quantifiziert wird – inklusive der Importe – oder die Produktion – inklusieve der Exporte», so Aubet. «Ökologische und wirtschaftliche Anreize stimmen häufig nicht überein.» Denisa Constantinescu Dabei darf auch die graue Energie nicht vernachlässigt werden, die mit der Herstellung von Hardware verbunden ist. Denisa Constantinescu von der EPFL untersucht deshalb, ab wann ein Rechenzentrum die technische Infrastruktur durch weniger ressourcenintensive Komponenten ersetzen sollte. «Bei uns ist Strom relativ teuer. Das spricht dafür, dass Chips bereits nach weniger als vier Jahren ausgetauscht werden», erklärt die Forscherin. «Da er jedoch zu mehr als 95 Prozent ohne direkte CO 2-Emissionen erzeugt wird, erzielt eine Reduktion des Energiebedarfs nur einen relativ geringen Nutzen für das Klima.» In China ist die Situation umgekehrt: Strom ist dort zwar günstig, aber durchschnittlich mit einem zehnmal höheren CO 2-Ausstoss verbunden. Wirtschaftlich gesehen wäre es vorteilhaft, die Hardware erst alle sieben Jahre auszutauschen. Zwei Jahre früher könnte die Emissionen jedoch um 98 Prozent senken. «Das ist ein grundlegendes Problem: Ökologische und wirtschaftliche Anreize stimmen häufig nicht überein.» Problem toxische Metalle Energie ist aber nur ein Aspekt der Umweltbelastung durch KI. Die Herstellung der Chips, die für das Training der Modelle und deren Einsatz benötigt werden, erfordert auch grosse Mengen an Rohstoffen. Wie viel genau? «Die Unternehmen geben dazu keine genauen Informationen preis», erklärt Sophia Falk, die an der Universität Bonn die Umweltauswirkungen der KI untersucht. Sie machte sich deshalb daran, dies selbst herauszufinden: Zusammen mit ihrem Team zerlegte sie die GPU-Karte A100 von Nvidia, zermahlte die Bauteile zu Pulver und behandelte die Proben chemisch, bevor sie mit Emissionsspektroskopie die chemischen Elemente und deren Menge bestimmte. «Ob gebrauchte Chips rezykliert oder verbrannt werden oder in illegalen oder offiziellen Deponien landen, ist ungewiss.» Sophia Falk Ergebnis: Der Chip enthält 32 verschiedene Elemente, darunter sind Schwermetalle und potenziell toxische Substanzen wie Arsen, Antimon und Kupfer. In ihrer Studie schätzt sie, dass für das Training von ChatGPT-4, der 2023 veröffentlicht wurde, etwa 5000 über ein Kilogramm schwere A100-Karten verwendet worden sein könnten, für deren Herstellung mehrere Tonnen toxische Metalle abgebaut werden mussten. «Problematisch beim Bergbau sind die Gesundheitsrisiken, gerade wenn die Gewinnung der Rohstoffe noch auf herkömmliche Weise erfolgt», stellt die Forscherin fest. Und es bestünden Umweltrisiken bei der Entsorgung. Neun planetare Grenzen Die EU hat zwar Vorschriften zur Entsorgung von Elektroschrott erlassen, doch fehlen auch hier genaue Zahlen. «Die Unternehmen geben an, gebrauchte Chips zu sammeln, sagen aber nicht, was sie damit machen. Ob sie rezykliert oder verbrannt werden oder in illegalen oder offiziellen Deponien landen, ist ungewiss.» Der Trend geht nach oben: Der 2024 vorgestellte B200-Chip von Nvidia enthält 200 Milliarden Transistoren, also viermal so viele wie das Modell A100 aus dem Jahr 2020. Er kostet zudem dreimal so viel, aktuell rund 30 000 US-Dollar pro Stück. Die verschiedenen Arten von Umweltauswirkungen der KI werden unterschiedlich quantifiziert: in Kilowattstunden für den Stromverbrauch, in CO 2-Äquivalenten für den Klimawandel, in Litern für den Wasserverbrauch und in Tonnen Material für den Ressourcenverbrauch und die Umweltverschmutzung. «Ein standardisierter Vergleich ist über das Konzept der sogenannten neun planetaren Grenzen möglich, deren Überschreitung das Gleichgewicht unserer Erde gefährdet», erklärt Aubet, die für Resilio eine Lebenszyklusanalyse des digitalen Sektors in der Schweiz verfasst hat. «Leider bestehen die Geschäftsmodelle darin, mehr zu verkaufen.» Louise Aubet Mit 220 Kilogramm CO 2-Äquivalenten pro Person beansprucht die Digitalbranche 22 Prozent des CO 2-Budgets der Schweiz. Dies ist die Belastungsgrenze und darf für die Einhaltung einer Klimaerwärmung um höchstens ein Grad nicht überschritten werden. Einen geringeren Anteil nimmt die Branche an der maximalen Belastungsgrenze für Feinstaub in Anspruch (13 Prozent), einen noch höheren dagegen bei der Verschmutzung von Süsswasser (38 Prozent) und bei den Rohstoffressourcen (65 Prozent). Die Prognosen alarmieren: In etwa zehn Jahren könnte der Verbrauch an Rohstoffen für die digitale Wirtschaft auf 83 Prozent der für die Schweiz berechneten planetaren Grenze ansteigen, während sich die Wasserverschmutzung auf 72 Prozent verdoppeln dürfte. Die Studie zeigt auch, dass die Produktion die Umwelt etwa viermal stärker belastet als die Nutzung. Bei der Herstellung tragen die Datenübertragungsinfrastrukturen zu 5 Prozent zur Belastung bei, die Rechenzentren zu 20 Prozent und die elektronischen Geräte der Nutzer zu 75 Prozent, wobei 50 Prozent im privaten Bereich und 25 Prozent am Arbeitsplatz anfallen. Eine sparsamere Digitalisierung Der Bericht von Resilio empfiehlt – wenig überraschend –, den Bedarf an neuen Geräten zu reduzieren, deren Effizienz zu verbessern und eine sparsamere Nutzung von digitalen Dienstleistungen zu fördern. «Leider bestehen die Geschäftsmodelle darin, mehr zu verkaufen », meint Aubet. «Die Absicht der EU, gegen die geplante Obsoleszenz vorzugehen, ist in den letzten Jahren wegen Erwägungen zur Wirtschaft, Sicherheit und technologischen Unabhängigkeit zusehends geschwunden. Die Akteure der Digitalbranche in der Schweiz verfügen zwar über einen günstigen Strommix, abgesehen davon sind sie aber insgesamt nicht grüner als anderswo.» «Künstliche Intelligenz kann Nachhaltigkeit fördern, indem sie Klimamodelle verfeinert oder Stromnetze steuert, die erneuerbare Energiequellen mit schwankender Verfügbarkeit integrieren», gibt Falk zu bedenken. «Generative KI wie ChatGPT oder Midjourney trägt dagegen kaum zur Lösung von Umweltproblemen bei.» Ihre Nutzung, die von Unternehmen wie Microsoft oder Google stark gefördert bis aufgezwungen wird, hat wachsende Auswirkungen auf die Umwelt. Dies bei fragwürdigen und umstrittenen Produktivitätsgewinnen. KI anstelle einer Suchmaschine zu nutzen, hat Vorteile – aber auch einen Preis. Für diesen Artikel nutzte der Autor Chat-GPT und Notebook-LM, um Informationen zu recherchieren, wissenschaftliche Artikel zusammenzufassen, Zitate zu übersetzen und den Text korrekturzulesen. Diese Aufgaben haben schätzungsweise zehn kWh Strom im Wert von einigen Franken verbraucht.
Den KI-Ressourcenverbrauch quantifizieren – trotz Geheimniskrämerei - Ausgabe 149
