M. Nilgün Ercan
Dijital teknolojinin toplumsal yaşantı ve ekonomik faaliyetler içinde kullanımının giderek artması, yapay zekânın devreye girmesi ile bu alandaki ivmenin daha da yükseleceğine yönelik öngörüler büyük ölçekli veri merkezlerinin çevresel etkilerinin mercek altına alınmasını da beraberinde getiriyor. Veri merkezlerinin artmakta olan elektrik ihtiyacının sürdürülebilir şekilde nasıl sağlanacağına ilişkin görüş ve arayışlar sıklıkla gündemde yer alıyor. Bunun yanı sıra kesintisiz olarak çalışan bu büyük ölçekli merkezlerin su kullanımının da göz ardı edilmemesi gerekiyor.
Dijital altyapıya ilişkin bilgilendirme faaliyeti yürüten Dgtl Infra tarafından veri merkezlerinin su tüketimi konusunda yapılan bir analiz, bu konuyla ilgili genel bilgi aktarımının yanı sıra, önde gelen veri merkezi işletmecilerinin su tüketimi ve stratejilerine ilişkin bilgiler de veriyor (1). Veri merkezlerinde su kullanımı esas olarak soğutma ihtiyacından kaynaklanıyor. Soğutma sistemleri, soğutma kulesi, soğutucular (chillers), pompa, ısı değiştiriciler, kondenser, bilgisayar odası hava tutucuları ile özellikle büyük ölçekli merkezlerde kullanılan su soğutmalı hava şartlandırma gibi üniteleri kapsıyor. Bunların yanı sıra, veri merkezlerinde nem kontrolü, yangın söndürme ve tesisin bakım sistemleri için de suya ihtiyaç var. Bu tür doğrudan su tüketiminin yanı sıra, veri merkezlerinin elektriği temin ettikleri tesislerde kullanılan su gibi dolaylı su kullanımı da söz konusu.
Su ihtiyacı nedeniyle, veri merkezlerinin bulunduğu yerlerdeki iklim ve su durumu dikkate alınması gereken hususlar haline geliyor. Dünyada, kuraklık, su kıtlığı etkisi altında olan bölgeler ve buna bağlı olarak yaşam koşulları güçleşen topluluklar olduğu dikkate alınırsa veri merkezlerinin yer seçimi ve tasarımında su kullanımının önemli bir parametre olarak ele alınması gerekiyor.
Soğutma ve nemlendirme sistemleri:
Temel olarak soğutma sistemleri su ve hava soğutmalı olarak sınıflandırılabilir. Su soğutmalı sistemler soğutma kulesi gibi endüstriyel ölçekli büyük sistemler veya soğutucular gibi daha küçük, modüler sistemlerden oluşur. Veri merkezlerinde genellikle soğutucu sistemleri kullanılmaktadır; su, merkezi bir soğutucu da soğutularak soğutucu sarmalları vasıtasıyla çevrime girip veri merkezindeki havanın ısısını almakta ve bir soğutma kulesi ile bu ısıyı havaya vermekte, sıcaklığı düşen su tekrar çevrime geri verilmektedir.
YZ gibi yüksek yoğunluklu hesaplama uygulamaları olan veri merkezleri için hava ile soğutma pratikte mümkün görülmemektedir; büyük ölçekli veri merkezleri için, daha verimli ve büyük ısı yüklerini almakta daha etkin olması nedeniyle su ile soğutma daha uygun seçenek olmaktadır. Ayrıca, elektrik iletkenliği olmayan bir sıvının kullanıldığı tek veya çift fazlı sıvı daldırmalı ya da doğrudan çip soğutma gibi yeni soğutma sistemleri de vardır (3).
Şekil 1. Tek ve çift fazlı daldırmalı soğutma (3)
Veri merkezlerinde hassas elektronik ekipmanı korumaya yönelik nemlendirme sistemleri için de suya ihtiyaç vardır. Elektronik teçhizatın uzun ömürlü olması ve güvenilirliği açısından bağıl nem %40-60 arasında tutulmalıdır. Ayrıca nemlendirici sistemleri statik elektriğin birikmemesi için de gereklidir.
Veri merkezlerinin su tüketimi:
Tahmin edileceği üzere, veri merkezlerinin su ihtiyacı, tesisin ölçeği, soğutma sisteminin tipi, dış ortamın sıcaklığı ve nemi ile mevsimlere bağlı olarak değişebilmektedir.
Hiper ölçekli veri merkezleri güç kapasiteleri 10-100 MW arasında değişen, bulut servis tedarikçileri olup su ihtiyaçları yüksektir. Tablo-1’de yer aldığı gibi, örneğin, Gmail, Google Drive ve YouTube gibi ürünleri olan Google’a ait büyük ölçekli veri merkezlerinin 2023 yılındaki su kullanımı günlük 2,1 milyar litre olmuştur. Tahmin edileceği üzere, daha küçük kapasiteli ve daha az alan kaplayan veri merkezlerinin ortalama su tüketimi büyük ölçekli olanlara kıyasla azdır (1).
| Su tüketimi | Hiper ölçekli | Toptan ve perakende * |
| Günlük | 2,1 milyon litre | 68.000 litre |
| Yıllık | 760 milyon litre | 24,9 milyon litre |
Tablo 1-Veri merkezlerinin su tüketimi *Tek bir veri merkezi binasının ortalama günlük su tüketimi (1)
Ortalama ölçekte (15 MW) bir veri merkezinin yıllık su tüketiminin ortalama büyüklükteki üç hastanenin yıllık su tüketimi kadar olduğu belirtilmektedir. GPT-3 ve GPT-4 gibi YZ modelleri de yoğun hesaplamalar için enerji ve beraberinde su tüketimini arttırmaktadır. Bir YZ modeli olan GPT-3’ün her 10-50 cevap için 500 ml su tükettiği tahmin edilmektedir. Kullanıcı /kullanım sayısı düşünüldüğünde rakamın ne kadar büyük olacağı öngörülebilir. Veri merkezleri için 2027’ye kadar 4,2-6,6 milyar m3 su ihtiyacı olacağı tahmin edilmektedir. Bu miktar Danimarka’nın yıllık su ihtiyacının 4-6 katıdır (2). Bu nedenle suyun nereden temin edildiği, etkin kullanılıp kullanılmadığı önemli olmakta, ayrıca konu teknik meselelerden öteye geçip özellikle su stresi yaşayan veya kuraklıkla karşı karşıya olan bölgelerde sosyal sorun haline gelmektedir. 2023 yılının başlarında Uruguay’da yapılması söz konusu olan hiper ölçekteki bir merkez kuraklıktan zaten etkilenmekte olan yerel halkın protestolarıyla karşılaşmış; benzer olaylar İspanya, Hollanda ve Şili’de de yaşanmıştır (4).
Resim 1. Kaynak: Google-Belçika’daki veri merkezinin soğutma kuleleri ve su tankları
Su temini ve kullanımı sonrası:
Veri merkezleri esas olarak kamu hizmeti olarak sunulan içme suyu kalitesindeki suyu kullanmaktadır. Bunun yanı sıra, arıtılmış atık su veya çevrim suyunu da tüketebilirler. Örnek olarak, Google veri merkezlerinin kampüslerinde kullanılan suyun %25’inden fazlasının bu tür sulardan temin edildiği belirtilmektedir (1). Yeraltı suyu, yüzey suları, deniz suyu, petrol veya doğal gazın çıkartılması sırasında yan ürün olarak çıkan su ve yağmur suyu gibi alternatif kaynaklar veri merkezlerinin tüketimine ortalama olarak, %5’ten daha az katkı sağlamaktadır.
Suyun veri merkezlerinin soğutulmasında kullanılmasından sonra çevre yönetimine ilişkin düzenlemelere ve tasarım özelliklerine bağlı olarak şu seçenekler orta çıkmaktadır (1):
-Yeniden çevrim ve yeniden kullanım: Çoğu veri merkezinde, kullanılan su soğutma kulesi veya ısı değiştiriciler vasıtasıyla soğutularak yeniden sisteme verilir. Bu tür sistemler kapalı çevrim sistemler olarak tanımlanır. Suyun soğutma kulelerinde buharlaşma yoluyla soğutulması verim açısından iyi olmakla birlikte suyun bir kısmı buharlaşma yoluyla kaybedilir ve miktar olarak tamamlanması gerekir.
-Deşarj: Bazı merkezlerde kullanılan su endüstriyel atık su olarak kabul edilerek arıtmaya tabi tutularak bir su arıtma tesisine gönderilir ya da düzenlemelere göre yüksek sıcaklığı nedeniyle ekosisteme olumsuz bir etkisi olmaması kaydıyla göl, akarsu veya okyanusa boşaltılır.
Suyun etkin kullanılması açısından soğutma suyunun arıtılarak ve istenen kaliteye erişilerek tekrar kullanılması en iyi seçenektir. Bu yöntem ile, tek geçişli (suyun bir kaynaktan alınıp tekrar geri verilmesi) sistemlere göre taze su kullanımı açısından %50 tasarruf yapıldığı belirtilmektedir (1,2). Bir başka seçenek, yağmur suyunun toplanıp istenen niteliklere getirilerek veri merkezlerinin, soğutma dahil su ihtiyacında kullanılmasıdır. Zamanla kullanılan suyun iletkenliğinin artması, kalsiyum, magnezyum, silisyumdan kaynaklı tortu birikmesine bağlı olarak suyun arıtma işlemine tabi tutulması ve/ veya yenilenmesi söz konusu olabilir. Kullanılmış su arıtılarak sulama vb. amaçlarla kullanılabilir.
Veri merkezlerinin su kullanım etkinliği (WUE):
Veri merkezlerinde yıllık su kullanımımın veri işleyen ekipmanların enerji tüketimine oranı veri merkezlerinin su kullanım etkinliği (l/kWh) (WUE) olarak tanımlanmaktadır. Genel olarak ortalama WUE değeri 1,80 l/kWh olarak belirtilmektedir. WUE, güç kullanım etkinliği (PUE), karbon kullanım etkinliği (CUE) gibi veri merkezlerinin sürdürülebilirliğini gösteren metriklerden biri olarak değerlendirilmektedir. Soğutma sisteminin seçimi veri merkezlerinin enerji verimliliği açısından da önemlidir.