Der Ausbau von KI, Rechenzentren und Energietechnik treibt den Bedarf an kritischen Rohstoffen deutlich nach oben. Fraunhofer untersucht 34 Zukunftstechnologien bis 2045 und zeigt Folgen für Lieferketten, Kosten und Recycling. Für Rechenzentren sind vor allem Platin und Ruthenium relevant.

Der Ausbau von Rechenzentren braucht nicht nur Strom, Wasser, Fläche und IT-Hardware. Er erhöht auch den Bedarf an mineralischen Rohstoffen. Das zeigt die vierte Auflage der Studie Rohstoffe für Zukunftstechnologien, die das Fraunhofer-Institut für System- und Innovationsforschung ISI gemeinsam mit dem Fraunhofer-Institut für Zuverlässigkeit und Mikrointegration IZM erstellt hat.

Im Auftrag der Deutschen Rohstoffagentur untersuchten die Forschungsinstitute 34 Zukunftstechnologien und 14 Rohstoffe. Die Szenarien reichen bis 2045 und umfassen unter anderem Elektromobilität, Energietechnik, Digitalisierung, Strom- und Datennetze sowie Luft- und Raumfahrt. Bei zwölf Metallen könnte allein der Bedarf dieser Technologien die Größenordnung der heutigen weltweiten Produktion erreichen oder überschreiten.

Für die IT-Branche sind besonders Platin und Ruthenium interessant. Nach Angaben der Forschenden könnten Rechenzentren und das erwartete Datenwachstum die Nachfrage nach beiden Metallen deutlich erhöhen. Platin wird unter anderem in magnetischen Speichermedien verwendet. Ruthenium kommt ebenfalls in Beschichtungen für Festplatten zum Einsatz und ermöglicht besonders dünne magnetische Schichten.

Festplatten bleiben für das Datenwachstum relevant

Je nach Entwicklungspfad geht die Studie davon aus, dass das weltweite Datenvolumen um den Faktor 100 bis 1.000 steigt. Die große Spannbreite zeigt, dass es sich nicht um eine konkrete Prognose handelt. Die Forschenden beschreiben vielmehr mögliche technische und wirtschaftliche Entwicklungen bis 2045.

Der steigende Rohstoffbedarf für Speichermedien spricht dafür, dass Festplatten auch langfristig eine wichtige Rolle in Rechenzentren spielen. Vor allem für große Datenbestände, Backups, Archive, Object-Storage-Plattformen und sogenannte Cold-Data-Anwendungen bleiben HDDs wirtschaftlich relevant. Höhere Kapazitäten pro Laufwerk senken zwar den Material- und Energiebedarf je gespeichertem TByte. Das gesamte Datenwachstum kann diese Effizienzgewinne jedoch wieder aufzehren.

Für Betreiber kommt damit zu Stromversorgung, Kühlung und Flächenbedarf eine weitere Abhängigkeit hinzu. Engpässe oder Preissteigerungen bei einzelnen Metallen können sich auf Komponentenpreise und Lieferzeiten auswirken. Wie stark, hängt von mehreren Faktoren ab: von der Entwicklung der Speicherdichten, dem Verhältnis zwischen Flash und Festplatten sowie möglichen Änderungen bei Materialien und Fertigungsverfahren.

Iridium, Lithium, Scandium und Graphit zählen zu den Rohstoffen mit dem stärksten erwarteten Nachfragewachstum. Treiber sind vor allem Wasserelektrolyse, Elektromobilität, Brennstoffzellen und stationäre Energiespeicher. (Grafik: Fraunhofer ISI)

KI-Infrastruktur braucht viele Rohstoffe

Digitale Dienste wirken oft immateriell, benötigen aber umfangreiche technische Infrastruktur. » Digitalisierung ist auch immer eine Materialisierung und `die Cloud´ ein technologiebasiertes System, das wirklich viele Rohstoffe braucht – keine wattebauschige, leichte Wolke«, erklärt Jana Rückschloss, wissenschaftliche Mitarbeiterin am Fraunhofer IZM. Hinter Cloud-Services und KI-Anwendungen stehen Rechenzentren, Server, Storage-Systeme, Netze und Strominfrastrukturen, die auf zahlreiche Rohstoffe angewiesen sind.

KI erhöht diesen Bedarf vor allem indirekt. Training und Betrieb großer Modelle benötigen zusätzliche Rechenleistung und erzeugen große Datenmengen. Diese müssen aufgenommen, aufbereitet, zwischen GPU-Systemen übertragen und teilweise langfristig gespeichert werden. Mit den GPU-Servern und Hochgeschwindigkeitsnetzen wächst deshalb auch die Kapazität der zugehörigen Speicherebenen.

Neben Platin und Ruthenium benötigen Rechenzentren weitere Rohstoffe: Kupfer für Strom- und Datenleitungen, verschiedene Metalle für Elektronik und Halbleiter sowie Materialien für Batterien, Kühlsysteme und die Energieversorgung. Die Studie betrachtet allerdings nur ausgewählte Rohstoffe und Technologien. Sie bildet daher nicht den vollständigen Materialbedarf eines Rechenzentrums ab.

Drei Szenarien statt einer festen Vorhersage

Die Forschenden berechneten den Rohstoffbedarf für drei Szenarien. Die »Nachhaltigkeitstransformation« setzt hohe Klima- und Umweltschutzziele voraus. Das Szenario »Schnelles Wohlstandswachstum« geht von starkem Konsum und Wirtschaftswachstum aus. Bei den »Entwicklungshemmnissen« stehen regionale Rivalitäten und eine geringere internationale Zusammenarbeit im Vordergrund.

Dr. Sabine Langkau, Fraunhofer ISIAnschließend verglichen die Forschenden den für 2045 ermittelten Bedarf mit der weltweiten Rohstoffproduktion des Jahres 2023. Die Ergebnisse dienen daher eher als Frühwarnung, denn als Vorhersage genauer Verbrauchsmengen. »Unsere Analyse zeigt keine Prognose, sondern mögliche Entwicklungspfade«, betont Dr. Sabine Langkau, Leiterin des Geschäftsfelds Nachhaltigkeitsinnovationen und Politik am Fraunhofer ISI. » Die Studie kann als Frühwarninstrument verstanden werden, das klar macht: Wir brauchen eine strategische Industrie- und Rohstoffpolitik, die mit Weitsicht die Rohstoffbasis für Zukunftstechnologien sicherstellt, um nicht kurzfristig auf Versorgungsengpässe und Preissteigerungen reagieren zu müssen.«

Besonders stark könnte die Nachfrage nach Iridium, Lithium und Scandium steigen. Bei Lithium errechnet die Studie für Batterietechnologien einen möglichen Bedarf, der etwa viermal so hoch liegt wie die heutige weltweite Produktionsmenge. Auch Graphit, Platin sowie die schweren Seltenerdelemente Dysprosium und Terbium könnten in einzelnen Szenarien deutlich stärker gefragt sein.

Rohstoffbedarf wird zur Beschaffungsfrage

Die Forschenden nennen mehrere Gegenmaßnahmen: breiter aufgestellte Lieferketten, einen sparsameren Materialeinsatz, Recycling und den Ersatz besonders kritischer Rohstoffe. Materialauswahl und spätere Wiederverwertung sollten bereits bei der Produktentwicklung berücksichtigt werden.

Für Rechenzentrumsbetreiber sind das zunächst klassische Beschaffungsfragen. Neben Anschaffungskosten, Leistung und Energieverbrauch gewinnen Lieferfähigkeit, Reparierbarkeit, Nutzungsdauer und Rücknahmekonzepte an Bedeutung. Auch die Wiederverwendung von Systemen und Komponenten kann den Bedarf an neuer Hardware senken, sofern Sicherheits-, Support- und Effizienzanforderungen erfüllt bleiben.

Bei Storage-Systemen hilft vor allem eine bessere Auslastung. Unnötige Datenkopien, unkontrolliert wachsende Archive und dauerhaft gespeicherte Daten ohne geschäftlichen Wert verursachen Betriebs- und Energiekosten. Zugleich belegen sie physische Speicherkapazität. Konsequentes Datenmanagement kann daher auch den Bedarf an zusätzlicher Hardware begrenzen.