Стремительное развитие искусственного интеллекта увеличивает нагрузку не только на электросети, но и на водные ресурсы. Крупным центрам обработки данных (ЦОД), где работают серверы и вычислительное оборудование, требуется вода для отвода тепла. При этом нефтегазовая промышленность и другие отрасли ежедневно производят огромные объёмы солёных и загрязнённых вод, которые зачастую приходится утилизировать.
Исследователи Техасского университета в Остине (The University of Texas at Austin) предложили использовать эти две проблемы для решения одной общей задачи. Согласно их исследованию, современные технологии опреснения и очистки воды способны превратить промышленные стоки и солоноватые подземные воды в ресурс для охлаждения дата-центров. Это позволило бы сократить потребление пресной воды и одновременно найти полезное применение жидким отходам.
Результаты работы опубликованы в научном журнале Water Research. Учёные оценили несколько вариантов водоподготовки, сравнив их стоимость, энергопотребление и воздействие на окружающую среду.
Почему дата-центрам требуется так много воды?
Серверы, выполняющие сложные вычисления, выделяют значительное количество тепла. Особенно это касается инфраструктуры искусственного интеллекта, где тысячи ускорителей и других мощных компонентов могут работать одновременно. Если не отводить тепло, оборудование перегреется, а его производительность и надёжность снизятся.
Один из способов решения проблемы — использование систем водяного охлаждения. Вода поглощает тепло от оборудования, после чего его отводят с помощью теплообменников и охлаждающих установок. В зависимости от конструкции дата-центра часть воды может испаряться, поэтому для поддержания работы системы необходима постоянная подпитка.
Проблема заключается в том, что дата-центры часто размещают в регионах, где водные ресурсы уже испытывают серьёзную нагрузку. Конкуренция за воду между промышленностью, сельским хозяйством и населением становится всё острее. Поэтому поиск альтернативных источников воды приобретает не только экономическое, но и экологическое значение.
Как работает очистка солёной воды?
Исследователи рассмотрели два основных подхода к опреснению: мембранную фильтрацию и термическую обработку.
Обратный осмос: очистка с помощью мембран
Обратный осмос — технология, при которой воду под давлением пропускают через специальную полупроницаемую мембрану. Она задерживает значительную часть растворённых солей и других примесей, пропуская молекулы воды.
Главное преимущество этого метода — сравнительно низкое энергопотребление. Однако по мере увеличения солёности исходной воды для её обработки требуется всё более высокое давление. Кроме того, мембраны чувствительны к определённым загрязнителям, а высокая концентрация солей усложняет процесс очистки.
Поэтому обратный осмос особенно перспективен для солоноватых подземных вод, солёность которых ниже, чем у морской воды.
Термическое опреснение: разделение с помощью тепла
Второй подход основан на нагревании воды до испарения с последующей конденсацией пара. Соли и многие нелетучие примеси остаются в исходном растворе, тогда как конденсат превращается в очищенную воду.
Термические методы подходят для жидкостей с очень высокой концентрацией солей, которые трудно обрабатывать мембранными системами. Но у них есть существенный недостаток: на нагревание и испарение требуется значительно больше энергии.
Ещё одна проблема — образование минеральных отложений на поверхностях оборудования. Такие отложения, известные как накипь, ухудшают теплопередачу и снижают эффективность установки, поэтому оборудование приходится обслуживать.
Таким образом, универсального метода очистки нет. Выбор технологии зависит от состава исходной воды, концентрации солей, требуемого объёма очищенной жидкости и доступных источников энергии.
Нефтегазовые отходы как источник воды для серверов
Одним из наиболее перспективных источников исследователи считают воду, образующуюся при добыче нефти и газа. В частности, речь идёт о Пермском нефтегазоносном бассейне (Permian Basin), расположенном на территории Техаса и Нью-Мексико.
При добыче углеводородов на поверхность вместе с ними поступают большие объёмы воды, содержащей соли и различные примеси. Зачастую её транспортируют на значительные расстояния, а затем закачивают глубоко под землю для утилизации.
По словам Вайбхава Бахадура (Vaibhav Bahadur), профессора машиностроения Техасского университета в Остине и одного из руководителей исследования, ежедневно в Пермском бассейне образуется объём такой воды, эквивалентный примерно 1200 олимпийским плавательным бассейнам.
Подземная закачка сопряжена с экологическими рисками: в некоторых случаях она может способствовать повышению сейсмической активности. Кроме того, возможности для дальнейшей утилизации постепенно сокращаются. По оценке Бахадура, уже к 2030 году регион может столкнуться с нехваткой свободных мощностей для размещения этих отходов.
Очистка части промышленных стоков для последующего использования в системах охлаждения дата-центров могла бы одновременно решить несколько задач: уменьшить объёмы отходов, сократить потребность в пресной воде и снизить нагрузку на инфраструктуру утилизации.
При этом промышленную воду нельзя просто направить в серверную систему без предварительной обработки. Её химический состав необходимо учитывать при выборе технологии очистки, чтобы соли и другие загрязнения не повреждали оборудование и не снижали эффективность охлаждения.
Сколько энергии потребуется на очистку?
Один из главных вопросов — не окажется ли очистка настолько энергозатратной, что преимущества повторного использования воды будут сведены на нет.
По оценке исследователей, даже наиболее энергоёмкие рассмотренные варианты водоподготовки потребляют лишь небольшую долю от общего энергобаланса дата-центра. Это означает, что дополнительные затраты энергии на очистку могут оказаться приемлемыми на фоне энергопотребления самих вычислительных систем.
Однако итоговая эффективность зависит от конкретного проекта. Необходимо учитывать не только энергию на опреснение, но и стоимость оборудования, транспортировки воды, обслуживания установок и обращения с концентрированным солевым раствором, остающимся после очистки.
Иными словами, техническая возможность использовать загрязнённую воду ещё не гарантирует экономической выгоды. Для каждого объекта потребуется подобрать оптимальную технологию с учётом местных условий.
Какой проект оказался наиболее перспективным?
Учёные сравнили три сценария размещения дата-центров. Наиболее благоприятные результаты по разработанному ими показателю воздействия на местные водные ресурсы продемонстрировал проект в городе Лонгвью (Longview), штат Техас.
В этом сценарии предполагалось использовать солоноватую подземную воду и очищать её с помощью двухступенчатого обратного осмоса. Такой подход позволяет извлекать значительную долю пресной воды из исходного объёма при сравнительно небольших затратах энергии и денег.
Для оценки нагрузки на водные ресурсы исследователи разработали специальный показатель — saline water utilization intensity (SWUI), или интенсивность использования солёной воды. Он помогает сравнивать варианты водоснабжения с точки зрения их воздействия на местные источники воды.
Этот показатель важен потому, что объём потребления воды сам по себе не даёт полной картины. Значение имеет и то, какой именно источник используется: пресная вода, необходимая населению и сельскому хозяйству, или солоноватая вода, которую иначе пришлось бы очищать либо утилизировать.
При этом результаты для Лонгвью нельзя автоматически переносить на другие регионы. Состав подземных вод, доступность инфраструктуры и потребности конкретного дата-центра могут существенно различаться.
Почему эта технология стала особенно актуальной?
Вопрос водопотребления дата-центров в Техасе уже вышел за рамки научных дискуссий. В сентябре 2026 года губернатор штата Грег Эбботт (Greg Abbott) распорядился приостановить выдачу разрешений на строительство новых дата-центров для дополнительной оценки их воздействия на местные сообщества. Позднее генеральная прокуратура штата объявила о проверке водопотребления действующих объектов.
На этом фоне исследование приобретает практическое значение. Муниципальным властям и операторам дата-центров нужны инструменты, позволяющие заранее оценивать последствия строительства новых вычислительных мощностей для водоснабжения, энергетики и окружающей среды.
Бахадур и его коллега Нин Лин (Ning Lin), главный экономист Бюро экономической геологии при Техасском университете, участвуют в работе консорциума COMPASS. Его задача — помочь представителям власти, промышленности и общественности принимать более обоснованные решения о развитии инфраструктуры дата-центров.
Исследователи также разрабатывают программное обеспечение, которое позволит анализировать отдельные проекты и оценивать их потенциальное воздействие на окружающую среду.
Новый подход к водоснабжению дата-центров
Предложенная концепция не требует ожидания принципиально новых технологий: мембранное опреснение и термическая очистка уже применяются в промышленности. Основная задача заключается в том, чтобы грамотно объединить существующие методы с потребностями вычислительной инфраструктуры.
Использование солоноватой подземной воды и промышленных стоков не устранит все экологические проблемы дата-центров. Потребуются дополнительные исследования, оценка затрат и контроль за обращением с отходами очистки. Тем не менее такой подход может помочь уменьшить зависимость отрасли от пресной воды.
По мере роста вычислительных мощностей, необходимых для искусственного интеллекта, значение эффективного использования ресурсов будет только увеличиваться. И вполне возможно, что одним из способов обеспечить работу цифровой инфраструктуры станет превращение проблемных промышленных стоков в полезный ресурс.
