Alcuni aspetti energetici ed energivori dell’Intelligenza Artificiale

I centri di raccolta dei dati, necessari per l’utilizzo dell’Intelligenza Artificiale, richiedono una grande disponibilità di energia elettrica, e ne richiederanno sempre di più. Quindi, ad oggi, l’IA rende cruciali fonti di energia affidabili e gestibili come il gas naturale, oppure il carbone

Forse per parlare di Intelligenza Artificiale (IA) è meglio cominciare a cercare di capire che cosa sia. Per semplificare, si può dire che si tratta di un ramo dell’informatica, oggetto di studio da tempo; nel 1978 ad esempio, al CISE (il Centro Informazioni Studi Esperienze) di Segrate c’era un gruppo che si occupava proprio di studiare l’Intelligenza Artificiale, che però allora non sembrava molto promettente, tanto che i ricercatori del gruppo furono spostati a studiare altri argomenti. Solo più di recente a livello mondiale sono stati ottenuti risultati utili, perché i computer moderni sono molto più potenti e permettono di lavorare su banche dati molto grandi, simulando capacità cognitive umane, come ragionamento, apprendimento, pianificazione e creatività. Analizzando grandi quantità di dati, i sistemi di IA oggi sono in grado di identificare modelli, prendere decisioni autonome e risolvere problemi, migliorando le proprie prestazioni nel tempo.

Sotto alcuni aspetti, soprattutto nei formati a disposizione gratuitamente in Rete, le tecniche di elaborazione automatizzata dei dati, come Chat GPT, sembrano più che altro un sistema più avanzato di cercare e accedere alle informazioni su Internet, una specie di motore di ricerca più veloce e più efficiente; o anche un metodo che permette di risparmiare tempo nello svolgere alcuni (o molti) compiti, come fare un riassunto, scrivere un verbale di riunione o un testo.

Sembrerebbe che per ora sia una specie di gioco; ma l’Intelligenza Artificiale è qualcosa di più, può per esempio prendere decisioni che in precedenza erano interamente di competenza umana, tra cui valutare anche i diversi aspetti energetici.

Si sente dire spesso che i centri di raccolta dei dati (Data Center), necessari per l’utilizzo di IA, richiedono una grande disponibilità di energia elettrica, e ne richiederanno sempre di più. Perché devono essere mantenuti a bassa temperatura e avere dei sistemi di back-up, per evitare interruzioni dell’alimentazione e perdita di dati. Secondo la IEA (International Energy Association) “Il consumo di elettricità dei data center dovrebbe più che raddoppiare entro il 2030, arrivando a circa 945 Twh, cioè poco più dell’attuale consumo di elettricità del Giappone”. Definito così, questo numero sembra abbastanza importante, ma confrontato con il totale del consumo mondiale corrisponde soltanto a circa il 3%.

Serve quindi approfondire un po’ questi numeri e il loro significato. Nel 2024 il consumo dei Data Center è stato circa pari a 1.5% del consumo globale di elettricità. Per il momento (dato del 2024), l’energia elettrica è pari soltanto al 20% circa del consumo totale di energia primaria: perciò il consumo dei Data Center nel 2024 è stato più o meno lo 0.6% del consumo energetico mondiale. Questo consumo negli ultimi 5 anni è cresciuto di circa il 12% all’anno. Nel 2030 quindi i Data Center arriveranno a consumare circa il 3 per cento dell’elettricità mondiale, ma se la crescita continuerà con questo ritmo potrebbero diventare un fattore importante del consumo energetico. Occorrerà anche potenziare l’infrastruttura di distribuzione dell’elettricità. Per fare un esempio, già nel 2011 il professor Chris Rhodes aveva pubblicato un articolo in cui sosteneva che le auto elettriche sono in realtà auto a carbone (“Why Electric Cars are Really Coal Cars”, Chris Rodhes, 5 April 2011): “Electric cars should be called coal cars. 30% of our energy comes from Coal. Electricity is not naturally occurring in nature” (Le auto elettriche dovrebbero essere chiamate auto a carbone. Il 30% della nostra energia viene dal carbone. L’elettricità non si trova in natura).

In quell’articolo si diceva che nel Regno Unito l’elettricità veniva prodotta usando soprattutto carbone (28%) e gas (45%). A livello mondiale, nel 2011 il consumo di carbone nel mondo è stato di 42000 Terawattora, nel 2024 è aumentato a 45850. È forse presto per definire un andamento, ma dai grafici riportati – per esempio – nel sito “Our World in Data”, risulta che il consumo di carbone nel mondo, che era tendenzialmente diminuito per alcuni anni, è di nuovo in aumento a partire dal 2021; e questo dato è correlato al consumo di elettricità, che sta aumentando in modo regolare fin dal 2000. L’aumento nella richiesta di elettricità può essere attribuito alla diffusione delle auto elettriche, o semplicemente alla costruzione di reti di distribuzione nelle parti del mondo che non ne sono ancora provviste; e anche la richiesta proveniente dall’intelligenza artificiale potrebbe avere un certo peso. Come già detto, la gestione delle grandi banche dati necessarie per l’IA richiede disponibilità di energia elettrica in grande quantità ma soprattutto senza interruzione; quindi l’Intelligenza Artificiale rende cruciali fonti di energia affidabili e gestibili come il gas naturale, oppure il carbone.

Le stime più recenti dicono che l’IA è utilizzata da circa 1 miliardo di persone nel mondo – che sono prevalentemente nei Paesi ricchi – mentre circa 700 milioni (concentrati nei paesi più poveri in Asia e in Africa) non hanno accesso all’elettricità. I Data Center non sono distribuiti in modo uniforme nel mondo. Gli Stati Uniti, l’Europa e la Cina ne hanno circa l’85% (misurato a partire dal loro consumo di elettricità). Ai livelli attuali di sviluppo tecnologico, la richiesta di energia elettrica da parte dell’Intelligenza Artificiale non potrà essere soddisfatta con le capacità a basse emissioni di carbonio, e in particolare attraverso il fotovoltaico e l’eolico, che sono intermittenti e hanno bisogno di utilizzare materiali non rinnovabili in grandi quantità. O meglio, sarà necessario scegliere: si vuole l’auto elettrica, oppure l’Intelligenza artificiale, oppure altro? Perché un aumento così importante di elettricità a disposizione non si potrà avere tutto insieme, e soprattutto non in tempi brevi.

Alcuni sostengono che l’Intelligenza Artificiale aiuterà nella transizione energetica, proprio perché richiede un aumento dell’uso di elettricità. Secondo altri invece, aumentando l’uso di AI, il consumo totale di combustibili fossili e le emissioni potrebbero invece aumentare nel breve termine, rendendo il percorso verso la decarbonizzazione più complicato e difficile. In particolare, se occorrerà più energia di quella disponibile tramite l’aumento di rinnovabili, l’uso di combustibili fossili potrebbe aumentare, aumentando di conseguenza anche le emissioni di carbonio. Infatti i Data Center hanno aumentato notevolmente i loro consumi in seguito allo sviluppo dell’AI generativa, che richiede capacità di calcolo e numero di dati sempre maggiori. L’aumento della domanda di energia elettrica, che richiede di aumentare le capacità di trasmissione e generazione, potrebbe a lungo termine essere soddisfatta dai progressi nel nucleare, nello stoccaggio o nell’efficienza. Per ora, però, è probabile che la risposta immediata all’aumento della domanda di elettricità debba basarsi sulle tecnologie che possono essere implementate in modo rapido e affidabile, cioè in particolare sul gas naturale.

Per chi volesse approfondire, esiste un interessante rapporto della IEA, che si può scaricare sul loro sito. A questo link si può trovare anche la descrizione delle diverse componenti dell’Intelligenza Artificiale, con le proiezioni dei consumi futuri.

Per concludere, per ora si tratta soprattutto di proiezioni e non di consumi effettivi misurati; ma comunque è chiaro che la prima sfida consiste nel produrre elettricità in abbondanza e a prezzi contenuti. Secondo la IEA, probabilmente nell’immediato futuro bisognerà ricorrere “a una vasta gamma di fonti di energia, compreso il carbone, che attualmente fornisce il 30 per cento dell’elettricità dei data center”. Ma, come si legge nel Rapporto, “le fonti rinnovabili e il gas naturale dovrebbero presto prendere il sopravvento grazie alla loro competitività in termini di costi e alla loro disponibilità nei mercati chiave”.  Lo sviluppo dei data center produrrà inevitabilmente un aumento delle emissioni legate al consumo di elettricità, dalle attuali 180 milioni di tonnellate di anidride carbonica alle circa trecento milioni di tonnellate del 2035, una quota che resta comunque una minima percentuale delle emissioni del settore dell’energia (meno dell’1.5%). Secondo IEA, queste emissioni aggiuntive potrebbero essere compensate da riduzioni in altri settori, grazie all’aumento dell’efficienza e alle diverse innovazioni che potrebbero essere implementate grazie allo sviluppo dell’IA.