KI und Umweltschutz - Teil 1: KIs Ressourcenverbrauch im Alltag

Kennst du Siri Apfel? Sie ist eine Freundin von Alexa. Chad Gipiti kommt aus der gleichen Gegend wie die beiden. Alle gemeinsam nutzen auch den Künstlernamen Kai. Spaß beiseite, künstlich intelligente Technologien werden stetig präsenter im Alltag. Aber welchen Co2- Abdruck hat die Nutzung von KI eigentlich, und wie kann KI für Umweltschutz eingesetzt werden? Um Fragen wie diese geht es in unserer Beitragsreihe KI und Umweltschutz.

Digital erstelltes Bild der Erde im Universum. Ringe um den Planeten, die z.b. Bahnen der Satelliten nachstellen. Damit hat der Planet hier Ähnlichkeit mit dem Saturn. — Bild: Pixabay.

Wie oft hast du heute schon das Internet genutzt? Wie oft ein technisches Gerät? Die Wahrscheinlichkeit, dass dir dabei Künstliche Intelligenz, kurz KI, begegnet, steigt in den letzten Jahren enorm. Aber, was ist das eigentlich genau? Eine Technologie gilt als ‚künstlich intelligent‘, wenn sie menschliche Fähigkeiten, wie logisches Denken, Lernen oder Planen, nachahmen kann. Konkret geht es darum, Probleme zu lösen und Aufgaben zu erfüllen, die bisher nur Menschen übernehmen konnten, weil der Prozess zu kompliziert für eine Maschine war: Man muss die Umgebung wahrnehmen und verstehen, dann die Aufgabe erkennen, als nächstes nach sinnvollen Lösungsvorschlägen suchen und diese verständlich als Antwort präsentieren. Bisher ist uns KI im Alltag hauptsächlich im Internet begegnet – in Form von Suchmaschinen oder hinter Werbungsmustern. Doch die Technologien werden seit Jahrzehnten stetig weiterentwickelt und verbessert. Die Situationen, in denen KI im Alltag zum Einsatz kommt, sowie die Aufgaben, die sie übernimmt, werden immer vielfältiger. Von Einkaufslisten über Textzusammenfassungen, zu Lernunterstützung, oder sogar als persönlicher Coach. Die im Alltag am häufigsten genutzte Form sind zurzeit generative künstliche Intelligenzen¹. Das sind Technologien, die Inhalte wie Texte, Bilder, Videos oder Songs selbst erstellen können. Beispiele hierfür sind Chatbots wie Chat GPT und das europäische Äquivalent Mistra AI, die auf Anweisungen hin (genannt Prompts) Fragen beantworten, Texte verfassen und Bilder analysieren.

KI-Nutzung und Ressourcen

Klar, dass menschen-imitierende Technologien auf Ressourcen angewiesen sind, um zu funktionieren. Wenn mir eine Frage gestellt wird, setze ich mein Gehirn in Gang, krame in dem gesamten Wissen, das ich bisher gelernt habe, schlage vielleicht noch in einer Enzyklopädie nach, überlege, was von alledem sinnvoll im gegebenen Kontext ist, und formuliere schließlich eine Antwort. Genau das machen künstlich intelligente Technologien auch: Sie erkennen die Anweisung, durchsuchen alle Daten, die ihnen zu Verfügung stehen und wählen diejenigen aus, die relevant sind, um sie schlussendlich als Antwort wieder herauszugeben. Dieser Vorgang zieht entsprechende Ressourcen; entweder die Zeit und Denkkraft eines Menschen, oder elektrische Energie, Wasser und Land, wenn die Maschine die Aufgabe löst .

Wieviel Energie verbraucht KI?

In der Gesellschaft ist generative KI noch mehr oder weniger ein Neuzugang, und so stehen auch Forschung und Transparenz zu den Umweltaspekten der Technologien noch relativ am Anfang. Schätzungen und Funde dazu, wie viel Energie eine Frage an ChatGPT und Verwandte verbraucht, variieren stark. Das liegt zum einen daran, dass verschiedene KI-Modelle tatsächlich auf unterschiedlich viel Energie angewiesen sind, da manche Technologien effizienter sind, als andere. Weitere Aspekte sind zum Beispiel die Länge der Anfragen, oder wie viele Rückfragen gestellt werden. Hier wird der Stromverbrauch also aktiv von Nutzer*innen beeinflusst.

Eine niedrige Annäherung an den Stromverbrauch einer typischen Anfrage an Chat GPT sind etwa 0,34 Wh. Das ist ungefähr so viel, wie ein laufender Backofen für eine Sekunde benötigt. Klingt zunächst nicht zu dramatisch. Nehmen wir allerdings ein Rechenbeispiel, etwa, dass in diesem Augenblick jede Person in Deutschland eine Anfrage stellen könnte, dann ist der Backofen noch Ende 2028 in Betrieb – und das, obwohl man als Einzelperson doch nur eine einzige Sache überprüfen wollte.

Hohen Ergebnissen zufolge kann eine Anfrage an Chat GPT bis zu 2,9 Wh verbrauchen, also etwa das zehnfache der obigen Schätzungen. Mit der Gesamtmenge an Strom, die alle Menschen in Deutschland für eine Anfrage brauchen, könnten dieser Annahme zufolge 48 Haushalte ein ganzes Jahr lang versorgt werden.

Besonders viel Energie benötigen komplexe Anfragen. Die Produktion eines 5-sekündigen AI Videos verbraucht so viel Energie wie eine Mikrowelle, die eine ganze Stunde lang bei 800 kw läuft. Im globalen Kontext macht KI zurzeit ungefähr 0,1% des Energieverbrauchs aus. Das ist relativ gesehen nicht so viel, doch ziehen wir in Betracht, dass die Gesamterzeugung auch ohne KI so groß und fossil ist, dass das Klima sich erwärmt und Ökosysteme zerstört werden, muss die wachsende Rolle von KI-Nutzung unbedingt mitgedacht werden – denn die absoluten Mengen sind riesig, und die realen Auswirkungen immens.

Das also zum Stromverbrauch. Und wie sieht es mit Kohlenstoffemissionen aus? Die meisten Co2-Emissionen in Verbindung mit künstlicher Intelligenz entstehen bei der Stromerzeugung für die großen Rechenzentren, in welchen alle Daten gespeichert, analysiert und verarbeitet werden. Die Energiequellen sind mehrheitlich fossile Brennstoffe wie Öl und Gas.

Laut einer Studie der MIT Technology Review erreichen ChatGPT ca. 2,5 Milliarden Anfragen pro Tag. Von dieser Zahl ausgehend verursacht der Strom dafür in einem Jahr so viele CO2- Emissionen, als würde ein Benzinauto 11 000 Mal die gesamte Erde umrunden. Diese Zahl gilt für die derzeitigen Nutzungsquoten, doch basierend auf derzeitige Entwicklungen werden mehr und mehr Menschen täglich von der KI gebraucht nehmen. Laut Prognosen wird die Elektrizität, die Künstliche Intelligenzen antreibt, schon in 2028 pro Jahr so viele Emissionen verursachen, als würde besagtes Benzinauto 1600 mal von der Erde zur Sonne und wieder zurück fahren. Klar, dass sich aus dieser Studie heraus viele Fragen ergeben: Wo soll all diese Energie herkommen? Wer wird dafür in welcher Form bezahlen, und was wird diese Entwicklung für den Planeten bedeuten?

Was hat KI mit Wasserknappheit und mit Land zu tun?

Künstliche Intelligenzen, wie übrigens auch ‚gewöhnliches‘ Internet, ist an Rechenzentren gebunden, in denen Daten gespeichert und verarbeitet werden. Mit dem Wachstum des Internets wurden die Datenmengen größer, das „World Wide Web“ vernetzter, und die Rechenzentren gigantischer. Allein in den USA gibt es derzeit 5 426 Stück. Mit steigender Verfügbarkeit von KI braucht es ebenfalls die dafür notwendigen Infrastrukturen.

Rechenzentren sind von Wasser abhängig: Während der Datenverarbeitung, beziehungsweise des Stromverbrauchs, wandelt sich Energie in Wärme um. Damit die Maschinen nicht überhitzen, müssen sie ständig gekühlt werden. Die derzeit meist genutzte Technologie hierfür funktioniert über Evaporation – genau wie der menschliche Körper sich durch Verdampfen von Schweiß abkühlt, reguliert Wasser die Temperatur der Rechenzentren. Laut Ergebnissen des Studieninstitutes für Umwelt und Energie verbrauchen große Datenzentren täglich so viel Wasser wie 10 000 bis 50 000 Haushalte. Das Wasser, das dafür eingesetzt wird, stammt aus Süßwasserquellen. Die ‚Blue Water‘ Ressourcen der Erde sind allerdings verschwindend gering, und durch den menschlichen Wasserbedarf ohnehin sehr ausgelastet. Die Nutzung großer Wassermengen für die Kühlung von Rechenzentren kann man deshalb als problematisch einordnen, da Wasserknappheit bereits eine wachsende Herausforderung darstellt, und sich durch die Klimaerwärmung noch weiter verstärkt. Fragen der Gerechtigkeit kommen auf – wie soll das begrenzte Süßwasser verteilt werden, und wer entscheidet dies?

Meist ist die Wasserfrage konkret von lokaler Bedeutung. Manche Rechenzentren entstehen in Gegenden, wo die Wasserressourcen für alle genügen. Doch häufig werden sie in Regionen errichtet, wo trockene Sommer die Wasserverfügbarkeit herausfordern. Das Wasserproblem ist also auch eng mit Fragen der Landnutzung verbunden. Wo werden die Anlagen gebaut? Muss dafür Natur weichen, und wird Wohnraum benachteiligt? Oder werden sie an trockenen Orten gebaut, wo die Bevölkerungsdichte gering, und das Wasser knapp ist? Im Kontext von Künstlicher Intelligenz begegnet man also vielen Trade-Offs, sowohl bei der physischen, als auch der technischen Entwicklung. Wenn eine Technologie weniger Wasser verbraucht, ist dafür der Energiebedarf hoch, und umgekehrt. Luftkühlung, beispielsweise, reduziert den Wasserbedarf für die Temperaturregelung, ist aber besonders energieintensiv. Systeme, die sehr energieeffizient arbeiten, verbrauchen wiederum mehr Wasser zur Kühlung.

Nachhaltigkeit von KI in der Zukunft?

So rasant KI in unserem Alltag angekommen ist, so schnell werden die Technologien und Energiequellen in Hinblick auf Effizienz und Nachhaltigkeit weiterentwickelt und verbessert. Mistral AI plant, dabei ökologische Verantwortung in den Fokus zu stellen. Doch nicht nur Unternehmen tragen Verantwortung für ethische Fragen und Nachhaltigkeit bezüglich der künstlichen Intelligenzen, die sie auf den Markt bringen, sondern auch unser Umgang mit KI ist von Bedeutung: Jede einzelne Anfrage, die wir einem Modell stellen, verbraucht mindestens 0,34 wh Energie und 0,5 Milliliter Wasser. Die Mengen an Fragen, die stündlich aus der ganzen Welt auf die KIs einprasseln, summieren dies zu bedeutungsvollem Strom- und Wasserverbrauch.

Deshalb halte im Alltag gern inne, bevor du KI nutzt und überlege: Für welche deiner Anfragen brauchst du tatsächlich unbedingt die Hilfe einer künstlichen Intelligenz? Oft liefern gewöhnliche Suchmaschinen wie Ecosia ebenfalls schnell die gesuchte Antwort. Mit etwas mehr Zeit können auch Bücher zu Rate gezogen werden (meist merkt man sich die Sache dann gleich besser!), oder, meine persönliche Lieblingsmethode, du suchst erstmal in deinem eigenen Gehirn oder erkundigst dich bei jenem einer anderen Person in deiner Nähe :’D. So kommt ihr ins Gespräch und lernt voneinander!