Wereldwaterdag: AI, datacenters en de toekomst van watertechnologie
Sinds 1993 vestigt Wereldwaterdag elk jaar de aandacht op het kritieke belang van schoon water. De dag wordt dit jaar gehouden op 22 maart en het thema is het behoud van gletsjers. Met dit in het achterhoofd hebben we een onderzoek opgezet naar een opkomende aanjager van de vraag naar water. Een vraag die zeer zichtbaar is geworden door de AI-revolutie: het watergebruik van datacenters.
Alleen voor professionele beleggers. Risicodragend kapitaal.
De snelle uitbreiding van de digitale sector weerspiegelt hoe onze samenleving en economie evolueren. Naast dat het essentieel is voor vele van onze dagelijkse activiteiten, zijn we van mening dat de infrastructuur die ten grondslag ligt aan digitalisering cruciaal is voor belangrijke maatschappelijke doelen, zoals een verhoogde financiële inclusie en het creëren van een meer ecologisch duurzame wereld. We zijn ook van mening dat nieuwe technologieën, waaronder AI, de waterefficiëntie van datacenters kunnen verhogen, wat een overtuigend thema kan zijn voor langetermijnbeleggers. In dit artikel delen de belangrijkste bevindingen van het onderzoek.
AI en watergebruik
Het is moeilijk om voorbij te gaan aan de snelle invoering van kunstmatige intelligentie (AI) die momenteel plaatsvindt. Naar schatting hebben 82% van de grote bedrijven AI ingezet of zijn ze aan het experimenteren om dit te doen.1 Een aspect van de toename van AI dat minder duidelijk is, is dat elke ChatGPT-vraag een oceaan aan berekeningen activeert. Hiervoor is schoon water nodig om de servers af te koelen die de modellen aandrijven. Generatieve AI (GenAI), die gebruikmaakt van grote taalmodellen (LLM’s) om tekst, afbeeldingen en andere uitvoer te creëren, vereist het gebruik van enorme serverparken die gekoeld water gebruiken om de apparatuur af te koelen.
Zodra het water is gebruikt om datacenters af te koelen, circuleert een deel ervan diverse keren in het koelsysteem, alvorens het wordt afgevoerd, terwijl een ander deel wordt verdampt tijdens het koelproces.2 Terwijl het moederbedrijf van Google, Alphabet, en Microsoft hun LLM’s in 2021 en 2022 voorbereidden, kenden beide bedrijven enorme pieken in watergebruik, met respectievelijk jaarlijkse toenames van 20% en 34%.3 Datacenters van Google verbruikten ongeveer 20 miljard liter water in 2022. Dit is grofweg gelijk aan het jaarlijkse waterverbruik van 2,5 miljoen Europeanen of 1,2 miljoen Amerikanen.4
Hoeveel water hebben datacenters nodig?
Gemiddeld kunnen datacenters ongeveer 1 tot 9 liter water per kWh serverenergie verdampen voor koeling.5 De dorst naar water van AI beperkt zich niet alleen tot de koeling ter plaatse van datacenters. Het externe watergebruik tijdens de energieopwekking is een andere drijfveer voor de vraag. In 2023 hadden Amerikaanse datacenters een indirecte watervoetafdruk van bijna 800 miljard liter vanwege elektriciteitsgebruik.6 De sector van de elektrische energie is goed voor ongeveer 40% van de totale wateropnames in de VS omdat thermische elektriciteitscentrales aanzienlijke koeling vereisen en waterkrachtcentrales water verliezen door oppervlakteverdamping.
Het totale waterverbruik bij datacenters wereldwijd steeg met 6% per jaar van 2017 tot 2022 en zal volgens BlueField Research naar schatting oplopen tot 450 miljoen liter per dag tegen 2030. Dit maakt datacenters een van de snelstgroeiende verticale watermarkten.
Academici suggereren dat de vraag naar AI de wateropname, waarbij het water uit de grond of oppervlaktebronnen wordt gehaald, zal doen toenemen tot 4,2 miljard en 6,6 miljard kubieke meter tegen 2027. Dit staat gelijk aan de helft van het jaarlijkse waterverbruik in het VK, of ongeveer vijf keer het jaarlijkse waterverbruik van Denemarken.7
Datacenters worden afgekoeld met verschillende systemen, en exploitanten passen vaak verschillende oplossingen toe voor hun locaties overal ter wereld. Er is geen oplossing die op alles van toepassing is omdat het lokale klimaat voorschrijft welke systemen geschikt zijn. Terwijl sommige datacenters de overstap maken naar alternatieve koelmethoden, blijven verdampingskoeltorens gebruikelijk. Deze koelen lucht af door water te verdampen. Miljoenen liters water worden elke dag in deze koelsystemen verdampt.8
Focus op watertechnologieën
Wanneer op water gebaseerde koelsystemen noodzakelijk zijn, kunnen opnames worden beperkt door alternatieve waterbronnen te gebruiken, zoals verzameld regenwater, zeewater en gerecycled gemeentelijk afvalwater. Deze bronnen zijn bijzonder waardevol in regio’s met een tekort aan water en zijn afgestemd op de ESG-kaders zoals de WUE-normen (Water Usage Effectiveness).
Terwijl drinkwater de meest voorkomende waterbron is, is er een toenemende interesse in andere bronnen zoals verzameld regenwater, zeewater en gerecycled gemeentelijk afvalwater, vooral in regio’s met een tekort aan water.
Sommige koelsystemen zijn ontworpen om water te recirculeren om afval te beperken door regenwater en grijswater te verzamelen, of water te recyclen voor gebruik in lokale gemeenschappen. Zo was bijvoorbeeld Google’s datacenter in Hamina, Finland het eerste datacenter dat gebruikmaakte van een geavanceerd koelsysteem voor zeewater.
We zijn van mening dat diverse waterbehandelingstechnologieën voordeel zullen halen uit deze trend, zoals mediafiltratie en membranen, omgekeerde osmose en desinfectie.
Slim waterbeheer kan ook de efficiëntie doen toenemen. De overgang van traditionele koeling naar beoogde koeling die zich richt op individuele serverrijen kan effectief zijn. Bovendien gebruikt Google AI en machinaal leren om diepe neurale netwerken te trainen in zijn datacenters om het energieverbruik te optimaliseren.
Bedrijven in de voorhoede van innovatie
Naarmate de complexiteit van de waterkwaliteit van de sector moet toenemen, stijgen de mogelijkheden om de waterbehandeling uit te besteden waardoor er mogelijkheden worden gecreëerd voor leveranciers van oplossingen. Denk bijvoorbeeld aan Ecolab, een wereldwijde leider op het gebied van oplossingen voor waterbehandeling, hygiëne en de voorkoming van infecties met een specifieke focus op de industriële sector. Of neem Xylem, wereldwijd leverancier van waterapparatuur die zich specialiseert in pompen, analytische instrumentatie en afvalwatertechnologie, waarmee het geavanceerde waterbehandelingsopties voor datacenters biedt. Of Organo dat zich specialiseert in proceswater en ultrazuivere waterproductie dat voornamelijk wordt gebruikt voor de energiecentrales en micro-elektronicabedrijven in Taiwan en Japan.
Ecolab’s 3D TRASAR Cooling Water-programma’s integreren technologie met slimme sensoren en industriële waterbehandelingstechnologie om koelsystemen te optimaliseren. Ecolab heeft een centrale waterbehandelingsinstallatie ingesteld, die is gericht op de koeling van datacenters om jaarlijks 2,9 miljoen liter water te besparen. Dit vertaalt zich in een jaarlijkse besparing van 15.532 Amerikaanse dollar.9
Xylem, Een wereldwijd hyperscale datacenter dat gebruikmaakt van Xylem’s oplossingen heeft zijn waterverbruik met 40% verminderd in vergelijking met traditionele zandfiltratiemethoden en een vermindering van 50% in koeltorenonderhoud.10
Meer dan 60% van zijn verkoop komt van de aan halfgeleiders gerelateerde activiteiten op het gebied van waterbehandeling. Sinds de installatie van zijn eerste waterbehandelingsfaciliteit begin jaren 2000 was Organo verantwoordelijk voor ultrazuivere waterproductie en voorziening in bijna alle TSMC*’s installaties.
De toekomst van de watertechnologiesector
We zijn van mening dat opkomende technologieën, zoals AI-aangedreven waterbeheersystemen een belangrijke rol zullen spelen in de vermindering van het waterverbruik en het verbeteren van de ESG-prestaties van datacenters. Hier zijn enkele van de belangrijke gebieden waar wij ons visualiseren dat AI zal worden gebruikt in de sector:
- Voorspellend onderhoud om voorrang te geven aan belangrijke infrastructuurverbeteringen: verouderde infrastructuur zal achteruit blijven gaan tenzij we slimmere beheerstrategieën implementeren. Door voorspellende AI wordt het mogelijk dat nutsbedrijven potentiële zwakke plekken snel identificeren, voorrang geven aan onderhoud en storingen voorkomen, alvorens ze plaatsvinden.
- Waarborgen van distributie van schoon water: om een voortdurende, consistente watervoorziening te handhaven zelfs wanneer herstelwerkzaamheden gaande zijn, kunnen AI-algoritmen gegevens realtime analyseren, vervolgens de waterstroom en druk aanpassen om verliezen te beperken en de netwerkprestaties verbeteren.
- Monitoren van waterkwaliteit voor nutsbedrijven: AI-aangedreven sensoren monitoren voortdurend de waterkwaliteit realtime. Deze sensoren detecteren veranderingen in parameters zoals pH-niveaus, troebelheid en de aanwezigheid van verontreinigende stoffen. AI-algoritmen analyseren deze gegevens om potentiële gevaren te identificeren en ervoor te zorgen dat water veilig blijft voor consumptie.
- Slimme irrigatiesystemen: AI-aangedreven irrigatiesystemen gebruiken gegevens van weerberichten en bodemsensoren om bewateringsschema’s te optimaliseren. Dit zorgt ervoor dat gewassen op het juiste moment de juiste hoeveelheid water krijgen waardoor de landbouwefficiëntie wordt verbeterd en water wordt bespaard.
- Bevorderen van wereldwijde projectplanning: AI kan helpen om waterbronnen efficiënter te beheren. Door gegevens over waterbeschikbaarheid, gebruikspatronen en bevolkingsgroei te analyseren, kunnen AI-algoritmen instanties helpen om geïnformeerde keuzes te maken over waterverdeling en infrastructuurplanning, vooral wanneer ze te maken krijgen met watertekort.
- Integreren van AI in industriële waterbehandeling: mogelijke voordelen van de integratie van AI in waterbehandeling omvatten realtime monitoring en bediening op afstand, voorspellend onderhoud en procesoptimalisatie.
Naast dat het essentieel is voor onze dagelijkse activiteiten, is de infrastructuur die digitalisering ondersteunt cruciaal om belangrijke maatschappelijke doelen te verwezenlijken, waaronder verhoogde financiële inclusie en ecologische duurzaamheid. Datacenterbedrijven waarin L&G investeert, behoren tot degene die aandringen op positieve verandering. Zo is bijvoorbeeld Kao Data, een ontwikkelaar en exploitant van datacenters, een ondertekenaar van het Climate Neutral Data Centre Pact waarin verbintenissen zijn uiteengezet om het waterverbruik te beperken.11
We zijn van mening dat bedrijven die innovatieve oplossingen ontwikkelen voor de stijgende vraag naar zuiver water, hetzij voor een efficiëntere behandeling en behoud in de landbouw, industrie of datacenters, in de voorhoede zullen staan van deze opwindende sector.
Meer informatie over aanbieders van watertechnologieoplossingen vindt u op onze blog.
The value of an investment and any income taken from it is not guaranteed and can go down as well as up, and the investor may get back less than the original amount invested.
Important Information
The views expressed in this document are those of Legal & General Investment Management Limited and/or its affiliates (‘Legal & General’, ‘we’ or ‘us’) as at the date of publication. This document is for information purposes only and we are not soliciting any action based on it. The information above discusses general economic, market or political issues and/or industry or sector trends. It does not constitute research or investment, legal or tax advice. It is not an offer or recommendation or advertisement to buy or sell securities or pursue a particular investment strategy. Past performance should not be taken as an indication or guarantee of future performance and no representation, express or implied, is made regarding future performance.
LGIM Global
Unless otherwise stated, references herein to “LGIM”, “we” and “us” are meant to capture the global conglomerate that includes:
• European Economic Area: LGIM Managers (Europe) Limited, authorised and regulated by the Central Bank of Ireland as a UCITS management company (pursuant to European Communities (Undertakings for Collective Investment in Transferable Securities) Regulations, 2011 (as amended) and as an alternative investment fund manager (pursuant to the European Union (Alternative Investment Fund Managers) Regulations 2013 (as amended).
• USA: Legal & General Investment Management America, Inc. (a U.S. SEC registered investment adviser), LGIM International Limited (a U.S. SEC registered investment adviser and U.K. FCA authorized adviser).
• Japan: Legal & General Investment Management Japan KK (a Japan FSA registered investment management company).
• Hong Kong: issued by Legal & General Investment Management Asia Limited which is licensed by the Securities and Futures Commission.
• Singapore: issued by LGIM Singapore Pte. Ltd. (Company Registration No. 202231876W) which is regulated by the Monetary Authority of Singapore. The LGIM Stewardship Team acts on behalf of all such locally authorised entities.
2 Bron: https://dgtlinfra.com/data-center-water-usage/
3 Bron: https://www.nature.com/articles/d41586-024-00478-x#ref-CR1
4 Bron: https://dgtlinfra.com/data-center-water-usage/
5 Bron: https://cee.illinois.edu/news/AIs-Challenging-Waters
7 Bron: https://www.ft.com/content/6544119e-a511-4cfa-9243-13b8cf855c13
8 https://news.lenovo.com/data-centers-worlds-ai-generators-water-usage/
10https://www.xylem.com/en-uk/
11 https://kaodata.com/uploads/Kao-Data-ESG-Report-2023-24-v1.pdf