945 TWh bis 2030: Wie KI zur Belastung für das Stromnetz wird

Der Boom der künstlichen Intelligenz entwickelt sich zunehmend zu einem relevanten Faktor für Energie-, Wasser- und Klimapolitik. Zwei Anfang Juni veröffentlichte internationale Berichte zeigen, wie stark der Ressourcenbedarf digitaler Infrastrukturen wächst und wie weit politische und technische Gegenmaßnahmen bislang hinterherhinken. Einer der Berichte ist vom UN-Institut für Wasser, Umwelt und Gesundheit (UNU-INWEH).

Besonders deutlich wird dies bei KI-Rechenzentren. Während die Nutzung großer Sprachmodelle weiter zunimmt, steigen auch Strom- und Wasserverbrauch der zugrunde liegenden Infrastruktur. Gleichzeitig kommt der Ausbau von Technologien zur aktiven CO₂-Entnahme deutlich langsamer voran als für die Erreichung internationaler Klimaziele erforderlich wäre.

KI-Rechenzentren werden zu einem relevanten Stromverbraucher

Seit der Einführung von ChatGPT Ende 2022 hat sich generative KI von einer Nischenanwendung zu einer global genutzten Technologie entwickelt. Nach Angaben des UN-Instituts für Wasser, Umwelt und Gesundheit (UNU-INWEH) nutzen inzwischen rund 700 Mio. Menschen die Plattform wöchentlich. Die dafür erforderliche Rechenleistung wird in weltweit verteilten Rechenzentren bereitgestellt.

Der neue UN-Bericht schätzt den jährlichen Stromverbrauch dieser Infrastruktur für 2025 auf rund 448 TWh. Bis 2030 könnte der Bedarf demnach auf etwa 945 TWh steigen, also mehr als doppelt so viel. Das entspräche in der Größenordnung dem heutigen Jahresstromverbrauch Japans. In Europa zeigte jüngst eine andere Studie, frisst der KI-Boom so viel Strom wie ganz Finnland – und die EU hat keinen Plan, woher die Energie kommen soll.

Am Ende geht es auch um Elektroschrott. „Die KI-Infrastruktur könnte bis zum Jahr 2030 jährlich bis zu 2,5 Mio. t Elektroschrott verursachen – eine Menge, die dem jährlichen Entsorgen von fast 250 Eiffeltürmen gleichkäme“, so die Studie.

Wasserverbrauch rückt stärker in den Fokus

Neben dem Strombedarf gewinnt der Wasserverbrauch von Rechenzentren zunehmend an Bedeutung. Die Systeme benötigen Wasser vor allem für die Kühlung. Der Bedarf entwickelt sich insbesondere in trockenen Regionen zu einem kritischen Standortfaktor.

Die Datenlage bleibt allerdings lückenhaft. Martina Flörke, Hydrologin an der Ruhr-Universität Bochum, verweist darauf, dass grundlegende Informationen zur Wassernutzung vieler Betreiber weiterhin fehlen. Verfügbare Angaben seien häufig standortspezifisch und deshalb nur eingeschränkt auf andere Regionen übertragbar.

Der UN-Bericht geht dennoch davon aus, dass KI-Rechenzentren etwa doppelt so viel Wasser benötigen wie konventionelle Rechenzentren. Weltweit könnte die jährliche Wasserentnahme aller Rechenzentren von rund 175 Mrd. l im Jahr 2023 auf etwa 664 Mrd. l im Jahr 2030 steigen.

Besonders kritisch ist die Situation dort, wo Wasser bereits heute knapp ist. In Regionen wie im US-Bundesstaat Arizona oder Teilen des Nahen Ostens konkurrieren Rechenzentren zunehmend mit Landwirtschaft, Industrie und kommunaler Versorgung um begrenzte Ressourcen.

Effizienzgewinne könnten das Wachstum bremsen

Trotz des starken Anstiegs relativiert ein Teil der Fachwelt die Debatte. Rechenzentren verursachen derzeit nach verschiedenen Schätzungen rund ein bis 1,5 % der globalen Treibhausgasemissionen. Ihr Anteil liege damit deutlich unter dem emissionsintensiver Branchen wie Stahl, Zement oder Landwirtschaft.

Wolfgang Maaß vom Deutschen Forschungszentrum für Künstliche Intelligenz (DFKI) verweist zudem auf die rasanten Fortschritte bei der Effizienz von KI-Systemen. Verfahren wie Quantisierung, Knowledge Distillation, Mixture-of-Experts-Architekturen oder hardwareoptimierte Verfahren wie Flash Attention senken den Ressourcenbedarf pro Inferenz bereits heute deutlich.

Offen bleibt allerdings, ob diese Effizienzgewinne mit dem steigenden Nutzungsvolumen Schritt halten können. Historisch wurden Effizienzfortschritte in digitalen Technologien häufig durch zusätzliche Anwendungen und höhere Nachfrage überkompensiert.

Politik setzt auf Transparenz und Effizienzstandards

Vor diesem Hintergrund fordern Umweltorganisationen und Forschungseinrichtungen strengere Vorgaben für den Betrieb von Rechenzentren. Seit Mai 2024 müssen größere Rechenzentren im Rahmen der europäischen Energieeffizienzrichtlinie zentrale Kennzahlen veröffentlichen.

Dazu gehören unter anderem der Power Usage Effectiveness (PUE), der Anteil erneuerbarer Energien sowie Angaben zum Wasserverbrauch. Die Europäische Kommission prüft derzeit, ob sie verbindliche Mindeststandards für die Energieeffizienz von Rechenzentren einführen soll.

CO₂-Entnahme bleibt weit hinter dem Bedarf zurück

Während die digitale Infrastruktur zusätzliche Ressourcen benötigt, zeigt ein zweiter aktueller Bericht erhebliche Defizite bei einer anderen klimapolitischen Schlüsselaufgabe: der aktiven Entnahme von Kohlendioxid aus der Atmosphäre. Der aktualisierte „State of Carbon Dioxide Removal Report“, an der mehr als 50 Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler beteiligt waren, kommt zu dem Ergebnis, dass weltweit derzeit rund 2,2 Mrd. t CO₂ pro Jahr entfernt werden.

Der Großteil entfällt mit 99,9 % auf landbasierte Maßnahmen wie Aufforstung und Wiederaufforstung. Technologische Verfahren wie Direct Air Carbon Capture and Storage (DACCS) oder Bioenergy with Carbon Capture and Storage (BECCS) befinden sich weiterhin in einem frühen Entwicklungsstadium und leisten bislang nur einen sehr geringen Beitrag.

Nach Berechnungen der Autoren müsste die jährliche globale CO₂-Entnahme bis 2050 auf etwa 8,75 Mrd. t steigen, um die Ziele des Pariser Klimaabkommens erreichbar zu halten. Die bisherigen nationalen Zusagen reichen dafür nicht aus. Die beiden internationalen Berichte verweisen damit auf dieselbe Herausforderung: Digitale Transformation und Klimaschutz werden künftig stärker über Infrastrukturfragen entscheiden.

Kennzahlen zum Energieverbrauch von KI

• 448 TWh Strom verbrauchten KI-nahe Rechenzentren laut UN-Bericht im Jahr 2025 – bis 2030 könnten es 945 TWh sein.
• Der Strombedarf spezialisierter KI-Rechenzentren könnte von 50 Mrd. kWh (2023) auf 550 Mrd. kWh (2030) steigen.
• Die jährliche Wasserentnahme von Rechenzentren könnte weltweit von 175 Mrd. l auf 664 Mrd. l anwachsen.
• Ein modernes KI-Rechenzentrum benötigt bereits so viel Strom wie 100.000 Haushalte; geplante Großanlagen erreichen den Bedarf von bis zu 2 Mio. Haushalten.
• Für das 1,5-Grad-Ziel des Klimavertrags von Paris müsste die globale CO₂-Entnahme bis 2050 auf 8,75 Mrd. t pro Jahr steigen – derzeit liegt sie bei 2,2 Mrd. t.