Waterverbruiksefficiëntie: AI-datacenterkoeling zonder crisis

Bijgewerkt 11 december 2025

Update december 2025: Microsoft implementeert gesloten-kringloop koeling zonder waterverdamping—elimineert verdampingswater en vermindert verbruik met meer dan 125 miljoen liter per faciliteit per jaar. AI-datacenters verbruiken 10-50x meer koelwater dan traditionele serverparken. Google-faciliteiten verbruiken gemiddeld 550.000 gallon per dag. GPT-3-training verdampte 700.000 liter zoetwater. Waterloze ontwerpen worden de industriestandaard.

De komende datacenters van Microsoft zullen gesloten-kringloop koeling zonder waterverdamping gebruiken, waardoor verdampingswater volledig overbodig wordt.¹ Eenmaal gevuld tijdens de bouw circuleert het systeem continu koelmiddel, waardoor het jaarlijkse waterverbruik met meer dan 125 miljoen liter per faciliteit daalt. Het ontwerp vertegenwoordigt een fundamentele verschuiving in hoe AI-infrastructuur waterverbruik benadert—van acceptatie van hoog waterverbruik naar het volledig elimineren ervan.

AI-datacenters verbruiken 10-50 keer meer koelwater dan traditionele serverparken.² De schaal creëert serieuze duurzaamheidszorgen: Google's datacenters verbruiken gemiddeld 550.000 gallon per dag per faciliteit, en alleen al de training van GPT-3 verdampte 700.000 liter zoetwater.³ Organisaties die AI-infrastructuur bouwen worden geconfronteerd met toenemende druk van toezichthouders, gemeenschappen en hun eigen duurzaamheidsverplichtingen om waterverbruik aan te pakken. Inzicht in Water Usage Effectiveness (WUE) en de technologieën die waterloze koeling mogelijk maken helpt bij het navigeren door dit veranderende landschap.

WUE begrijpen

The Green Grid introduceerde Water Usage Effectiveness in 2011 als de gestandaardiseerde metriek voor waterverbruik in datacenters.⁴ Net als Power Usage Effectiveness (PUE) voor energie, biedt WUE een benchmark voor het vergelijken van waterefficiëntie tussen faciliteiten.

WUE-berekening

WUE meet liters waterverbruik per kilowattuur IT-apparatuurenergie:

WUE = Jaarlijks waterverbruik locatie (liters) / Jaarlijks IT-apparatuurenergie (kWh)

De formule omvat al het waterverbruik—aanvulwater voor koeltorens, bevochtiging en elk ander operationeel watergebruik—relatief aan de daadwerkelijk geleverde rekenkracht.

Voorbeeldberekening:

Waterverbruik faciliteit: 50 miljoen liter/jaar
IT-energieverbruik: 100 miljoen kWh/jaar
WUE = 50.000.000 / 100.000.000 = 0,5 L/kWh

WUE-benchmarks

Ideale WUE: 0,0 L/kWh Luchtgekoelde faciliteiten die geen verdampingskoeling gebruiken kunnen nul waterverbruik bereiken. De afweging: hoger energieverbruik en hogere PUE.

Industriegemiddelde: 1,8-1,9 L/kWh De meeste datacenters vallen in dit bereik, met verdampingskoeling die water inruilt voor energie-efficiëntie.⁵

Best-in-class: 0,3-0,7 L/kWh NREL's datacenter behaalt 0,7 L/kWh naast een PUE van 1,06, wat aantoont dat lage WUE geen opoffering van energie-efficiëntie vereist.⁶

Regionale variatie: Microsoft's WUE varieert dramatisch per locatie—Arizona opereert op 1,52 L/kWh terwijl Singapore 0,02 L/kWh bereikt.⁷ Klimaat, waterbeschikbaarheid en koeltechnologie beïnvloeden allemaal de haalbare WUE.

De WUE-PUE-afweging

WUE en PUE bewegen vaak omgekeerd:

Luchtkoeling: Nul waterverbruik (WUE = 0) maar hoger energieverbruik (PUE 1,4-1,8)

Verdampingskoeling: Hoog waterverbruik (WUE 1,5-2,5) maar betere energie-efficiëntie (PUE 1,1-1,3)

Vloeistofkoeling: Minimaal waterverbruik in gesloten-kringloopsystemen (WUE bijna 0) met uitstekende energie-efficiëntie (PUE 1,05-1,2)

Vloeistofkoeling doorbreekt de traditionele afweging en maakt zowel lage WUE als lage PUE mogelijk—wat de snelle adoptie voor AI-infrastructuur verklaart.

De waterverbruikuitdaging van AI

AI-workloads creëren ongekende watervraag door de combinatie van hogere vermogensdichtheid en continue werking.

Schaal van verbruik

Het waterverbruik van hyperscalers groeide dramatisch met de AI-expansie:

Google: 24.227 megaliters verbruikt in 2023—drie keer het verbruik van Microsoft en jaarlijks met 17% groeiend.⁸

Microsoft: 7.844 megaliters in 2023, waarvan 41% in gebieden met waterstress. Wereldwijde operaties gebruikten bijna 6,4 miljoen kubieke meter, een stijging van 34% op jaarbasis.⁹

Industrieprojectie: Waterverbruik zal naar verwachting 1.068 miljard liter per jaar bereiken tegen 2028—een elfvoudige stijging ten opzichte van de huidige niveaus.¹⁰

AI-specifieke factoren

AI-workloads drijven hoger waterverbruik via verschillende mechanismen:

Vermogensdichtheid: GPU-racks opereren op 50-135 kW, versus 10-20 kW voor traditionele servers. Hogere warmteproductie vereist agressievere koeling.

Continue werking: Trainingsruns die weken of maanden duren genereren aanhoudende warmtebelastingen zonder de intermitterende rustperiodes van typische enterprise-workloads.

Inference-groei: Productie-AI-implementaties draaien continu inference, wat 24/7 koelbehoeften creëert die waterverbruik opstapelen.

Impact per query: Onderzoekers van UC Riverside schatten dat elke AI-prompt van 100 woorden ongeveer 519 milliliter water verbruikt—ruwweg één fles per interactie.¹¹

Geografische concentratie

Waterstress verergert in regio's met zware AI-infrastructuurinvesteringen:

Arizona: Grote hyperscaler-aanwezigheid in woestijnklimaat met beperkte watervoorraden. Microsoft's Arizona-faciliteiten opereren op 1,52 L/kWh WUE—een van hun hoogste wereldwijd.

Oregon: Datacenterproliferatie belast watervoorraden in gemeenschappen die afhankelijk zijn van dezelfde bronnen voor landbouw en residentieel gebruik.

Wereldwijde expansie: Hyperscalers krijgen kritiek voor het bouwen van waterintensieve faciliteiten in droogtegevoelige regio's terwijl ze water-positieve verplichtingen nastreven.¹²

Koeltechnologieën en waterefficiëntie

Traditionele verdampingskoeling

Verdampingskoeling blijft de dominante technologie in bestaande datacenters:

Hoe het werkt: Water absorbeert warmte terwijl het verdampt en draagt thermische energie over van de faciliteit naar de atmosfeer. Koeltorens verdampen continu water om warmte uit het datacenter af te voeren.

Waterverbruik: Verdampingssystemen verbruiken 1,5-3,0 L/kWh afhankelijk van klimaat en efficiëntie.

Energievoordeel: Verdampingskoeling vermindert compressorwerk en verbetert PUE met 15-30% vergeleken met mechanische koeling in geschikte klimaten.

Beperkingen: Hoog waterverbruik, vereisten voor aanvulwaterbehandeling en legionellarisico van koeltorens.

Luchtkoelalternatieven

Luchtgekoelde faciliteiten elimineren waterverbruik maar offeren energie-efficiëntie op:

Mechanische koeling: Op compressoren gebaseerde systemen voeren warmte af zonder waterverdamping. Hoger energieverbruik (PUE 1,4+) maar nul waterverbruik.

Vrije koeling: Direct gebruik van buitenlucht wanneer buitentemperaturen dit toelaten. Effectief in koele klimaten maar beperkt toepasbaar voor AI-infrastructuur in configuraties met hoge dichtheid.

Best voor: Gebieden met waterstress waar waterbesparing zwaarder weegt dan overwegingen van energie-efficiëntie.

Direct-to-chip vloeistofkoeling

Vloeistofkoeling vertegenwoordigt de doorbraaktechnologie die zowel water- als energie-efficiëntie mogelijk maakt:

Hoe het werkt: Koelplaten worden direct op CPU's, GPU's, geheugenmodules en spanningsregelaars gemonteerd. Gesloten-kringloopsystemen circuleren koelmiddel door deze platen en verwijderen warmte bij de bron voordat deze in de lucht verspreidt.¹³

Waterverbruik: Gesloten-kringloopsystemen gebruiken geen water tijdens normale werking. Het systeem wordt eenmalig gevuld bij de bouw en circuleert continu.

Energie-efficiëntie: Vloeistofkoeling bereikt PUE onder 1,2 terwijl waterverbruik volledig wordt geëlimineerd.¹⁴

NVIDIA-implementatie: Het GB200 NVL72 rack-schaal vloeistofgekoelde systeem levert 300x betere waterefficiëntie dan traditionele luchtgekoelde architecturen.¹⁵

Tweefasenkoeling

Geavanceerde vloeistofkoeling gebruikt faseverandering voor maximale efficiëntie:

Hoe het werkt: Speciaal geformuleerde diëlektrische vloeistof (van leveranciers zoals Honeywell en Chemours) kookt bij temperaturen zo laag als 18°C. De faseverandering absorbeert aanzienlijke warmte-energie en biedt efficiëntere koeling dan eenfase vloeistofsystemen.¹⁶

Waterloze werking: ZutaCore's HyperCool-technologie verwijdert warmte direct bij de bron, elimineert waterverbruik en vermindert energieverbruik tot 82%.¹⁷

Veiligheidsvoordelen: Diëlektrische vloeistoffen beschadigen elektronica niet bij lekkage, in tegenstelling tot op water gebaseerde koelmiddelen.

Immersiekoeling

Volledige onderdompeling biedt de ultieme oplossing voor hoge warmtedichtheid:

Eenfase-immersie: Servers worden ondergedompeld in diëlektrische vloeistof die warmte absorbeert via convectie. Geen water nodig.

Tweefase-immersie: Servers worden ondergedompeld in vloeistof met laag kookpunt die actief kookt naast warmteproducerende componenten en extreem efficiënte koeling biedt.

Adoptie: Microsoft, Google en Meta hebben allemaal immersiekoeling geïmplementeerd voor AI-trainingsinfrastructuur met de hoogste dichtheid.

Waterstrategieën van hyperscalers

Microsoft's water-positieve pad

Microsoft heeft zich gecommitteerd om tegen 2030 water-positief te worden—meer water aanvullen dan verbruikt wordt in wereldwijde operaties:¹⁸

Implementatie waterloze koeling: Gesloten-kringloop vloeistofkoeling op chipniveau elimineert verdampingswater volledig. Momenteel in test in Phoenix, Arizona en Mt. Pleasant, Wisconsin, met operaties verwacht in 2026. Tegen eind 2027 wordt koeling zonder waterverdamping de standaard voor alle nieuwe datacenters.

Faciliteitimpact: Elke waterloze faciliteit vermindert het jaarlijkse verbruik met meer dan 125 miljoen liter vergeleken met verdampingsontwerpen.

Aanvullingsprojecten: Waterherstelprojecten in gemeenschappen met waterstress compenseren het verbruik van bestaande faciliteiten.

Prestatie 2023: 7.844 megaliters verbruikt, hoewel 41% in gebieden met waterstress de uitdaging van bestaande infrastructuur benadrukt.

Google's aanvullingscommitment

Google beloofde om tegen 2030 120% van het verbruikte water aan te vullen:¹⁹

Operationele efficiëntie: Verbetering van koelefficiëntie in bestaande faciliteiten om het basisverbruik te verminderen.

Stroomgebiedpartnerschappen: Samenwerking met gemeenschappen en organisaties om waterverbruik aan te vullen en de gezondheid van stroomgebieden te verbeteren.

Technologie-investeringen: Ondersteuning van waterzekerheid door technologie en innovatie buiten directe operaties.

Verbruik 2023: 24.227 megaliters—het hoogste onder grote hyperscalers, wat Google's datacenter-schaal weerspiegelt.

Meta's focus op efficiëntie

Meta committeerde zich aan waterpositief tegen 2030 met nadruk op operationele efficiëntie:²⁰

Bouwpraktijken: Gebruik van gerecycled water voor bouw en implementatie van best practices om bouwwaterbehoeften te verminderen.

Faciliteitrecycling: Water meerdere keren binnen faciliteiten recyclen voor lozing.

Operationele efficiëntie: Datacenters zijn verantwoordelijk voor het grootste deel van Meta's waterverbruik, waardoor operationele verbeteringen de primaire hefboom zijn.

Lagere baseline: 2.938 megaliters in 2023—aanzienlijk minder dan Google of Microsoft, wat verschillende infrastructuurschaal weerspiegelt.

AWS' late toetreding

AWS committeerde zich aan waterpositief tegen 2030 tijdens re:Invent 2024:²¹

Direct-to-chip-adoptie: AWS implementeert koelplaten direct op chips met gesloten-kringloop circulatie, waardoor waterverbruikstoenames door nieuwe AI-infrastructuur worden geëlimineerd.

Geëngineerde vloeistoffen: Gebruik van speciaal geformuleerde koelvloeistoffen in plaats van water, waardoor verdampingsverliezen volledig worden vermeden.

Gemeenschapsaanvulling: Meer water teruggeven aan gemeenschappen dan directe operaties verbruiken.

Operationele best practices

Meting en monitoring

Effectief waterbeheer vereist uitgebreide meting:

Meterinfrastructuur: Installeer submeters voor koeltorens, bevochtigingssystemen en alle andere waterverbruikende apparatuur. Maandelijkse of jaarlijkse aggregaten geven een representatievere WUE dan dagelijkse snapshots.²²

Realtime monitoring: Volg waterverbruik samen met temperatuur, vochtigheid en IT-belasting om optimalisatiemogelijkheden te identificeren.

Baseline-vaststelling: Documenteer huidige WUE voordat verbeteringen worden geïmplementeerd om de impact nauwkeurig te meten.

Temperatuur- en vochtigheidsoptimalisatie

Aanpassing van omgevingsparameters vermindert waterverbruik:

Verhoog temperatuursetpoints: Een

[Inhoud afgekapt voor vertaling]