Kühlung ist eines der größten Probleme der KI-Technologie. Ein neues Experiment deutet jedoch darauf hin, dass Rechenzentren schon bald ohne enorme Strommengen und umweltschädliche Kältemittel gekühlt werden könnten.

Der Boom bei Rechenzentren, angetrieben durch die zunehmende Nutzung digitaler Dienste und das Versprechen des revolutionären Potenzials von KI, sorgt weltweit für massive Umweltbedenken. Gründe dafür sind der hohe Wasserverbrauch, Treibhausgasemissionen und Wasserverschmutzung.

Da ihre Kühlung enorme Energiemengen benötigt, treiben Rechenzentren nachweislich auch die Strompreise für Anwohner in der Umgebung in die Höhe.

Kein Wunder also, dass in den USA gegen Rechenzentren protestiert wird und es teilweise sogar zu Gewalt kommt. Dabei könnte die Kühlung von Rechenzentren deutlich günstiger und nachhaltiger werden, denn dafür wäre gar kein Strom nötig.

Wie in Nature Energy beschrieben, haben Wissenschaftler des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) und der University of Tsukuba in Japan ein Festkörper-Kühlsystem entwickelt, das Wärme nutzt, um die für die Kühlung nötige mechanische Arbeit zu erzeugen.

Das könnte langfristig den Weg für Prozessoren und Rechenzentren ebnen, die einen Teil ihrer eigenen Abwärme zur Kühlung wiederverwenden.

Falls das System funktioniert, könnten Computer sich eines Tages mit ihrer eigenen Wärme selbst kühlen. Statt auf Motoren, Kompressoren oder klassische Kühlkreisläufe zu setzen, verwendet der Prototyp ultradünne Formgedächtnis-Metallfilme, die Wärme in Bewegung und diese Bewegung wiederum in Kühlung umwandeln.

Wie funktioniert das?

Ein Metallfilm zieht sich bei Erwärmung zusammen. Diese Bewegung dehnt einen zweiten Film, der so konstruiert ist, dass er sich beim Nachlassen der Spannung abkühlt.

Durch die wiederholten Zyklen erzeugt das System einen Kühleffekt, ganz ohne die üblichen beweglichen Teile klassischer Kühlsysteme.

Das ist relevant, weil moderne Kühlsysteme – von Klimaanlagen bis zu Kühlern für Serverräume – meist auf elektrisch betriebene Kompressoren und Kältemittel angewiesen sind, die erhebliche Umweltkosten verursachen.

Tatsächlich basieren Kühl- und Klimaanlagen derzeit überwiegend auf Dampfkompressionskühlung und gelten als extrem energieineffizient.

Die Dampfkompressionskühlung dominiert den Markt. Ihre Abhängigkeit von Kältemitteln mit hohem Treibhauspotenzial verursacht jedoch mehr als 40 % der weltweiten energiebedingten CO₂-Emissionen. Zudem machen sperrige Komponenten wie Kompressoren sie ungeeignet für miniaturisierte Systeme,

erklären die Forschenden.

Selbst wenn das Konzept einer stromfreien Mini-Kühlung nun prinzipiell nachgewiesen wurde, handelt es sich bislang lediglich um einen Proof of Concept und noch nicht um ein fertiges Produkt.

Hinzu kommt, dass das System in Labortests nur eine sehr geringe Kühlleistung erreichte. Diese liegt weit unter dem, was heutige CPUs, GPUs oder KI-Server benötigen.

Trotzdem ist die Idee spannend, weil sie eine grundlegende Annahme bei der Kühlung von Elektronik auf den Kopf stellt. Sollte das funktionieren, könnte Wärme – bislang das Problem – Teil der Lösung werden.

„Wir glauben, dass dies erst der Anfang ist. Indem wir diese Technologie skalieren, wollen wir kompakte Kühlsysteme entwickeln, die reichlich vorhandene Wärmequellen für eine nachhaltige Kühlung nutzen“, erklärte Jingyuan Xu, Leiter des ZEco Thermal Lab am KIT.