Energia per Internet: la sostenibilità ambientale dei data center

Energia per Internet: la sostenibilità ambientale dei data center

Il digitale è pulito. Questa è una delle convinzioni che comunemente nutriamo rispetto al mondo virtuale. Tutti i dati che popolano i nostri computer e i nostri smartphone viaggiano su strade invisibili e noi li usiamo in maniera immediata e “leggera”, apparentemente senza consumi né sprechi. Ma è proprio così? Conoscere e capire come funzionano le reti informatiche che utilizziamo ogni giorno è importante per creare una coscienza critica sul consumo e l’utilizzo di energia in una prospettiva di sostenibilità ambientale.

Il mondo virtuale consuma energia?

Leggere questo articolo comporta un consumo di energia: non solo mentale, ma anche elettrica o termica. Occorre energia per illuminare lo schermo del dispositivo da cui stai leggendo, per trasmettere i dati che danno forma a questa pagina web, per far funzionare le connessioni e le antenne wireless. È stata poi impiegata dell’energia per scrivere questo testo al computer e per fare le ricerche in rete necessarie per reperire alcune informazioni – e ancora prima per costruire fisicamente i dispositivi e le reti che usiamo. Parte di questa energia è stata probabilmente generata con fonti rinnovabili, parte invece no.

A questo punto, dato che un po’ di energia ormai l’hai investita… non smettere di leggere questo articolo. Approfittane per conoscere un po’ meglio cosa sta dietro il mondo digitale che frequentiamo quotidianamente, e che cosa c’entra tutto questo con la geografia.

Che cosa sono i data center?

Anche se il mondo digitale sembra spesso impalpabile e virtuale, in realtà è ben collegato al mondo reale. Per esempio, la disponibilità e la velocità delle connessioni alla rete internet varia molto a seconda del luogo in cui ci si trova.

Internet stessa si appoggia su un’infrastruttura fisica: una fitta rete di cavi in fibra ottica collega le abitazioni o le antenne ad alcuni grandi edifici disposti in giro per il mondo, che ospitano i cosiddetti “data center”, i centri per la conservazione e l’elaborazione dei dati informatici. Alcuni di questi cavi sono posati sui fondali marini: è il caso di quelli che collegano molti Paesi con la Norvegia, uno degli Stati europei che ospitano più data center.

Ma che cos’è un data center? In sostanza, si tratta di una struttura che ospita un gran numero di server. Sono macchine che processano e conservano enormi quantità di dati legati a Internet: fanno funzionare i siti, le app, i servizi in cloud e gli strumenti 5G, ma sono fondamentali anche per sviluppare i nuovi sistemi di intelligenza artificiale e i cosiddetti “supercomputer”. Quasi ogni servizio legato a Internet si appoggia insomma a un data center, che per questo può raggiungere enormi dimensioni. Per esempio, il Norway Data Center Campus è grande come 420 campi da calcio!

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Schema delle componenti standard di un data center

Perché proprio la Norvegia?

I data center gestiscono informazioni molto delicate, tra cui i dati personali di miliardi di persone e archivi riservati di governi e aziende. La Norvegia è un Paese solidamente democratico ed è molto stabile dal punto di vista politico. È inoltre assai attenta alla protezione dei diritti delle persone e delle aziende, dunque lì i dati si trovano relativamente al sicuro.

Ma è soprattutto l’ambiente della Norvegia a offrire delle condizioni favorevoli alla creazione di data center. Per fare funzionare queste strutture serve infatti moltissima energia, di cui una buona parte viene impiegata per evitare che le macchine si surriscaldino. Grazie al suo clima freddo, in Norvegia è molto più semplice raffreddare i server rispetto ad altri luoghi.

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Il grafico mostra l’andamento della temperatura media a Oslo, la capitale della Norvegia, nel corso dei 12 mesi dell’anno (i mesi sono indicati alla base del grafico): le colonne blu rappresentano l’entità delle precipitazioni (espressa in mm, sulla scala a destra); la linea rossa indica la temperatura media (in °C, sulla scala a sinistra). (Fonte: climate-data.org)

In Norvegia piove o nevica molto spesso. Gran parte del territorio presenta montagne dai ripidi pendii, che permettono di creare bacini artificiali e di installare condotte forzate: pur disponendo anche di grandi riserve di combustibili fossili, in Norvegia si genera la quasi totalità dell’energia utilizzata mediante impianti idroelettrici, una fonte rinnovabile. La grande disponibilità di acqua fa inoltre sì che l’energia elettrica nel Paese sia piuttosto economica.

La Norvegia offre quindi un contesto politico favorevole, un clima freddo ed energia economica generata con fonti rinnovabili. Come se ciò non fosse sufficiente, per attrarre le aziende che gestiscono grandi quantità di server, il governo norvegese offre loro tasse particolarmente basse, perché vede nella costruzione dei data center anche un’occasione di influenza e crescita economica. Non a caso, sia Google sia Microsoft hanno scelto di installare parte dei loro server in Norvegia.

Quanta energia consumano i data center?

I data center consumano quantità di energia gigantesche, attorno all’1% di tutta la domanda mondiale di energia – una cifra superiore a quella che consumano interi Stati o settori di attività umana, come per esempio i trasporti aerei.

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Il grafico mette a confronto il consumo di energia elettrica dei data center operativi nel mondo nel 2020 con quello di interi Stati. I dati sono misurati in terawattora (TWh), un’unità di misura dell’energia (Fonte: dw.com – Deutsche Welle)

Nonostante i loro enormi consumi, l’efficienza energetica dei data center sta continuando ad aumentare. Nell’ultimo decennio il traffico su Internet è aumentato di oltre quindici volte e la potenza dei data center è aumentata di oltre sette volte – ma la quantità di energia consumata da questi grandi impianti è rimasta praticamente costante. Grazie ai miglioramenti tecnologici, le macchine e le reti sono infatti diventate molto più efficienti e gli sprechi sono diminuiti.

Per accrescere la sostenibilità ambientale dei data center, in Norvegia si stanno sperimentando soluzioni non solo per ridurre ulteriormente i consumi di energia, ma anche per sfruttare appieno l’energia termica generata dalla frenetica attività dei server. Il funzionamento intenso delle macchine rilascia infatti un calore significativo: incanalato in modo efficiente, questo calore può essere utilizzato per esempio per riscaldare acqua con cui alimentare le piscine e i sistemi di riscaldamento di abitazioni, fabbriche e centri sportivi nelle vicinanze.

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Lo schema illustra un possibile sistema di sfruttamento dell’energia termica prodotta da un data center. Nello specifico, si tratta di un sistema in fase di sperimentazione progettato dallo studio di architettura norvegese Snøhetta: il calore prodotto dal data center (in rosso al centro) viene utilizzato per alimentare i sistemi di riscaldamento di piscine e abitazioni (sulla destra dello schema), nonché edifici industriali e sportivi (sulla sinistra). (Fonte: architectmagazine.com)

Fare Geo

Osserva i grafici e lo schema che compaiono in questo articolo e rispondi a queste domande.

  • Grafico 1 – Temperature medie a Oslo – Qual è la temperatura media annuale a Oslo? È maggiore o inferiore alla temperatura media del posto in cui vivi? Perché il clima della Norvegia offre delle buone condizioni per i data center?
  • Grafico 2 – I consumi energetici dei data center – Perché i data center consumano tantissima energia? Tra i Paesi indicati nel grafico, fai un esempio di un Paese dove si consuma meno energia elettrica rispetto a quella che viene consumata da tutti i data center esistenti al mondo.    
  • Schema 1 – Un circolo energetico virtuoso – L’acqua calda in uscita dal data center è indicata dalla freccia rossa al centro dello schema. Segui il suo percorso: quali tipi di edifici contribuisce a riscaldare, e in quale ordine? Dove ritorna una volta che si è completamente raffreddata?

    Pensi che cambierai il modo in cui usi i dispositivi elettronici e le risorse offerte attraverso la rete, dato che ora hai maggiori informazioni sui consumi energetici che comportano? In che modo potresti cambiare il loro uso? Quale potrebbe essere un modo efficace per permettere agli utenti di farsi un’idea dell’impatto energetico della loro attività online?

Ascolta la Terra, un corso che parla delle sfide di oggi e di domani

Sui temi della sostenibilità il mondo della scuola ha la missione di formare le nuove generazioni di studenti e studentesse. Si pone questo obiettivo il nuovo corso di Geografia di Deascuola Ascolta la Terra per la Scuola secondaria di primo grado, caratterizzato dal taglio ambientale e sostenuto da un’impostazione rigorosa, progettata per sollecitare l’apprendimento attivo. Il corso getta un sguardo appassionato e critico sui temi di attualità e sulle sfide globali, in particolare la sostenibilità ambientale: un contenuto dal forte legame con il presente, che riguarda da vicino tutti gli studenti e le studentesse che vogliano vivere consapevolmente la complessa realtà che li circonda. Di seguito vi proponiamo un estratto del secondo volume del corso.

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La rubrica “Sfruttare il freddo per i server” tratta dal corso Ascolta la Terra

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