Após a estreia do ChatGPT em 2022 e o consequente crescimento explosivo do mercado de data centers, a atenção voltada para o impacto ambiental dessas instalações aumentou. No entanto, a energia não é a única preocupação. Mesmo os data centers mais modernos consomem volumes colossais de água potável.
Uma apresentação da Strategic Thermal Labs, empresa sediada no Texas, observou que os data centers nos EUA consomem milhões de litros de água potável diariamente para resfriar seus equipamentos. Em alguns casos, os data centers representam até um quarto do consumo de água municipal. Com a proliferação de sistemas de IA generativa que consomem muita energia, o problema só se agravou. Em abril de 2024, foi relatado que o consumo de água pelos data centers chineses dobraria até 2030, atingindo mais de 3 bilhões de metros cúbicos por ano. Em agosto do mesmo ano, foi relatado que os data centers na Virgínia consomem volumes enormes de água potável, e o desenvolvimento da IA só está exacerbando a situação.
Nos próximos anos, os provedores de hiperescala e outros operadores de data centers planejam construir data centers de escala gigawatt com milhões de aceleradores, o que exigirá ainda mais água. Especialistas da Universidade da Califórnia, Riverside, e da Universidade do Texas em Arlington estimam que a demanda global por IA poderá levar ao uso de 4,2 a 6,6 bilhões de metros cúbicos por ano até 2027.
Fonte da imagem: Strategic Thermal Labs
O principal culpado são os sistemas de resfriamento evaporativo, que captam água de fontes locais e a bombeiam para os equipamentos, onde ela evapora, transferindo calor para o ar. A principal razão para a popularidade dessa tecnologia entre os operadores de data centers é a alta eficiência desses sistemas e a menor necessidade de energia para resfriamento. A evaporação de aproximadamente 40 litros por minuto é suficiente para equipamentos de 1,5 MW, de acordo com o The Register, citando dados da Strategic Thermal Labs.
Os sistemas evaporativos são geralmente mais eficazes em regiões desérticas quentes e áridas, onde a água já é escassa. Pior ainda, 20 a 30% da água nesses sistemas é usada para lavar depósitos minerais e acaba em estações de tratamento. Neutralizar esses depósitos é um desafio à parte. Mesmo assim, os sistemas evaporativos ainda são mais baratos de operar do que as alternativas, têm maior eficiência e consomem pouca energia. Por exemplo, a Digital Realty, usando monitoramento de bombas e automação, reduziu o consumo de água em sistemas de resfriamento evaporativo em 15% — um processo que é praticamente impossível de eliminar completamente.
Fonte da imagem: Strategic Thermal Labs
Qualquer tecnologia, mesmo aquela que não consome água diretamente, ainda depende dela. Por exemplo, sistemas de resfriamento a seco consomem ordens de magnitude a mais de eletricidade do que sistemas de resfriamento evaporativo, aumentando potencialmente as emissões indiretas de água. Estatísticas mostram que aproximadamente 89% da eletricidade dos EUA provém de usinas termelétricas a gás, nucleares e a carvão, muitas das quais utilizam turbinas a vapor, que consomem enormes quantidades de água. Data centers localizados em regiões com abundantes recursos de energia hidrelétrica, solar e eólica têm um consumo indireto de água menor do que aqueles movidos a combustíveis fósseis, por exemplo.
Vale ressaltar que a geração de energia ainda desperdiça muito mais água do que os data centers modernos consomem. Um estudo de 2016 do Laboratório Nacional Lawrence Berkeley (LBL) constatou que aproximadamente 83% do consumo de água em data centers está relacionado à geração de energia. Em outras palavras, o uso de sistemas de alto consumo energético para resfriamento “sem água” em data centers leva, em última análise, a um maior consumo de água. No entanto, essa água pode ser “diferente” e estar localizada em um lugar diferente — usinas de energia podem estar muito distantes de data centers e frequentemente captam água de rios e lagos. Os operadores de data centers estão bem cientes disso e tentam ocultar seu consumo de água de Escopo 2 e 3.
Fonte da imagem: Strategic Thermal Labs
Para reduzir o consumo direto e indireto, é recomendável, por exemplo, utilizar resfriamento gratuito sempre que possível. No entanto, um clima verdadeiramente confortável para data centers, onde não haja temperaturas nem muito altas nem muito baixas, está longe de ser universal. Os países do norte da Europa, com suas abundantes usinas hidrelétricas e outras fontes de energia renováveis, são particularmente vantajosos nesse aspecto. Portanto, mesmo com chillers auxiliares, o consumo indireto de água será relativamente baixo, e o calor poderá ser redirecionado para aquecer estufas, edifícios, piscinas e similares.
Onde o resfriamento gratuito for inviável, a transição para um sistema de resfriamento líquido (LCS) — tanto por resfriamento a seco quanto por imersão — é possível. Embora os sistemas de resfriamento a seco consumam mais energia do que os sistemas de resfriamento evaporativo, a melhoria no PUE pode, em última análise, compensar a diferença. Por exemplo, a transição para resfriamento líquido direto em chips NVIDIA Blackwell pode reduzir o PUE de 1,69–1,44 para 1,1 ou menos. No entanto, o equilíbrio depende de muitos fatores. A própria NVIDIA ainda não está preparada para sistemas de resfriamento líquido imersivos, e a média global de PUE não mudou muito ao longo dos anos.
Fonte da imagem: Uptime Institute
Embora muitas novas tecnologias de resfriamento envolvam mudanças na infraestrutura das instalações, uma alternativa é redistribuir as cargas entre os data centers — de forma semelhante ao que ocorre nos horários de pico de consumo de energia elétrica; a eficiência do uso do evaporador pode até variar dependendo da hora do dia. No entanto, muitos provedores, como os de colocation, terão bastante dificuldade em alcançar essa eficiência devido ao controle limitado sobre servidores e cargas de trabalho.
Essa abordagem também pode ser inadequada para inferência, onde a execução rápida de tarefas é crucial. Contudo, o treinamento de IA não possui essas limitações e pode ser realizado remotamente, em locais remotos e em horários específicos. O ajuste de modelos requer muito menos computação, e essas tarefas também podem ser agendadas, por exemplo, à noite, quando as temperaturas e os volumes de evaporação são menores.
As fontes de água para data centers desempenham um papel crucial. Em algumas regiões, até mesmo a água potável é escassa. Especialistas sugerem que os operadores de data centers invistam em usinas de dessalinização, redes de distribuição de água, estações de tratamento no local e outros recursos para expandir o uso do resfriamento evaporativo. Segundo alguns cálculos, a dessalinização e o transporte costeiro de água ainda são mais eficientes do que a eliminação de sistemas de evaporação — mesmo com o uso de caminhões-tanque em vez de dutos. A Microsoft está desenvolvendo um data center com consumo de água quase nulo e já experimentou a captação de água da chuva. A AWS prometeu converter outros 100 data centers para o uso de água residual reciclada para resfriamento.
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