Sehr geehrte Investierende und Freunde/Freundinnen von APUS Capital,

als vor einigen Jahren der Aufschwung der alternativen Energien begann, dachten viele, dass wir in nicht allzu ferner Zukunft Energie im Überfluss haben werden. Die Realität ist jedoch eine andere.

Zwar dürfte es in Deutschland in 10% des Jahres zu einer Überproduktion an elektrischer Energie kommen. Das ist immer dann der Fall, wenn an sonnigen und windreichen Tagen durch Solar- und Windparks mehr Strom produziert wird als aktuell benötigt wird, insbesondere an Wochenenden und Feiertagen. Das heißt aber nicht, dass wir generell Energie im Überfluss haben. Ganz im Gegenteil: Die inländische Stromerzeugung deckt nur zu 94% die Nachfrage des Gesamtjahres in Deutschland ab. Das Problem dabei ist die große Varianz der Stromerzeugung gegenüber einem eher konstanten Strombedarf. Die Abdeckung der Grundlast – also die minimale Menge an Energie, die in einem Stromnetz ununterbrochen gebraucht wird, stellt bei einem steigenden Anteil erneuerbarer Energien eine zunehmende Herausforderung dar. Dies kann nach unserer Meinung in erster Linie durch Fortschritte in der Speichertechnologie gelöst werden. Bis genügend und effiziente Langfristspeicher (wohl auf Wasserstoffbasis) zur Verfügung stehen, dürfte es aber nach Expertenmeinung noch mindestens ein Jahrzehnt dauern. Bis dahin muss der Ausgleich durch eine Kombination aus Netzausbau, steuerbarer Erzeugung, europäischem Stromhandel sowie der stärkeren Nutzung von Kurzfristspeichern erfolgen.

Global gesehen steigt die Stromnachfrage in den kommenden Jahren stark an. Die internationale Energieagentur (IEA) erwartet bis 2030 im Durchschnitt einen jährlichen Zuwachs von 3,6%. Das entspräche einem jährlichen zusätzlichen Bedarf in der Größenordnung von rund 1100 Terrawattstunden, also in etwa das Doppelte des deutschen Jahresstromverbrauchs! Damit wächst der weltweite Strombedarf erstmals seit drei Jahrzehnten wieder stärker als das globale Sozialprodukt. Dies ist auf die zunehmende Elektrifizierung vieler Lebensbereiche zurückzuführen. Sei es im Straßenverkehr, in der Industrie oder beim Heizen. Auch die globale Erwärmung gilt als wesentlicher Treiber für die zunehmende Stromnachfrage: 30% des Nachfragezuwachses beruhen auf dem zunehmenden Bedarf an Klimatisierung und Kühlung. Ein Aspekt, den wir nach der Hitze der letzten Wochen auch persönlich gut nachvollziehen können!

80% des zusätzlichen Strombedarfs bis 2030 kommt regional gesehen aus den Entwicklungsländern und China. Indien und Südostasien dürften dabei den höchsten prozentualen Zuwachs verzeichnen, während China mit Abstand den größten absoluten Nachfrageanstieg nach elektrischer Energie aufweisen wird. Allein 50% der zusätzlichen globalen Stromnachfrage entfällt hierbei auf China. Dies entspricht einem jährlichen Wachstum von knapp 5%. In den kommenden 5 Jahren wird der Strombedarf in China somit um einen Betrag ansteigen, der dem jährlichen Verbrauch der gesamten Europäischen Union entspricht. Angesichts seines großen Energiehungers baut das Reich der Mitte massiv die eigene Stromerzeugung aus und setzt dabei auf alle Arten von Energieträgern. Allein im Solarbereich entfällt die Hälfte des weltweiten Zuwachses auf China.

Quelle: IEA – World Energy Outlook 2023

Bemerkenswert ist die Entwicklung in den Industrieländern. Dort stagnierte die Stromnachfrage über 15 Jahre oder war in der EU sogar rückläufig. Nun steigt aber auch hier die Nachfrage wieder merklich an. Neben der Nutzung von elektrischer Energie zum Heizen und Autofahren spielt das Thema künstliche Intelligenz eine entscheidende Rolle. Mit dem KI-bedingten starken Ausbau von Rechenzentren ist eine zusätzliche Komponente als Treiber der Stromnachfrage hinzugekommen. Dieser Energiebedarf fällt dabei primär in den Industrienationen und China an. Wurden 2024 zum Betreiben von Rechenzentren nur 1,5% der weltweiten Stromproduktion benötigt, könnte sich dieser Anteil in den kommenden Jahren nach Meinung von Marktanalysten mehr als verdoppeln.

Quelle: International Energieagentur

Warum verbraucht KI so viel Energie?

Hierfür lassen sich drei Hauptgründe aufführen:

Das monatelange Trainieren großer KI-Modelle mit tausenden von Hochleistungs-Servern verschlingt sehr viel Energie.

Die stark steigenden Anfragen an die großen KI-Anbieter treiben ebenfalls den Energieverbrauch nach oben. Eine Anfrage bei ChatGPT, Gemini oder Claude benötigt, je nach Modell, Umfang und Länge der Eingabe, deutlich mehr Energie als eine klassische Google-Suche.

Quelle: International Energieagentur (IEA), Google Environmental Report, OpenAI, Goldman Sachs, McKinsey

Die Server in KI-Rechenzentren laufen unter Volllast und erzeugen dabei eine extreme Hitze. KI-Rechenzentren benötigen daher zusätzlichen Strom und große Mengen an Wasser zur Kühlung.

Der Energiebedarf eines KI-Rechenzentrums ist enorm. Ein mittelgroßes KI-Rechenzentrum kann eine elektrische Anschlussleistung von 100 bis 300 MW benötigen – eine Größenordnung, die der durchschnittlichen Leistungsaufnahme einer Stadt mit mehreren Hunderttausend Einwohnern (Beispiel: Augsburg oder Karlsruhe) entsprechen kann. Ein KI-Megacampus braucht gar 1 bis 2 Gigawatt, was dem Stromverbrauch einer Großstadt wie München oder Hamburg gleichkommt! Im Gegensatz zu einer Stadt, in der die Stromleistung über eine große Fläche verteilt verbraucht wird und wo der Bedarf über den Tag und unter der Woche stark schwankt, wird bei einem KI-Rechenzentrum die hohe Leistung an einem Ort und über die Zeit nahezu konstant benötigt. Die bisherige, oft veraltete Netzinfrastruktur ist für solche Lasten nicht ausgelegt. Sehr große KI-Rechenzentren benötigen daher häufig einen direkten Anschluss an das Hoch- oder Höchstspannungsnetz. Die Kapazitäten der Anbieter von Energieerzeugung- und -Übertragungstechnik sind durch weltweit anziehende Nachfrage stark ausgebucht. Zudem dauern behördliche Genehmigungsprozesse oft Jahre. Daher steht die KI-Industrie vor einem Dilemma: Sie plant, ihre Rechenzentren in wenigen Monaten ans Netz zu bringen, die notwendige Energieversorgung ist aber so kurzfristig nicht verfügbar. Wie es Mark Zuckerberg, dem CEO von Meta, auf den Punkt bringt:

„Der limitierende Faktor für den Fortschritt der künstlichen Intelligenz ist nicht mehr die Software oder das Talent – es ist die Anzahl an Megawatt, die wir physisch an Rechenzentren liefern können“

Für die großen Technologie-Konzerne stellt sich damit die Frage, wie können sie verhindern, dass die mangelnde Verfügbarkeit an elektrischer Energie ihre hochfliegenden Pläne ausbremst. Analysten schätzen, dass alleine die vier großen „Hyperscaler“ Amazon, Alphabet, Meta und Microsoft in diesem Jahr 755 Milliarden US-Dollar in ihre KI-Infrastruktur investieren werden. Ein Zuwachs von 70% gegenüber 2025! Im kommenden Jahr könnten die Investitionen fast die Billionen-Grenze erreichen. Nach Einschätzung von J.P.Morgan oder Morgan Stanley dürften die kumulierten KI-Investitionen der vier großen US-Tech-Konzerne bis 2030 die Marke von 5,3 Billionen US-Dollar erreichen.

Geplante KI-Investitionen der Hyperscaler

Quelle: Morgan Stanley, eigene Schätzungen

Angesichts der Tatsache, dass der Strombedarf zum Nadelöhr wird, investieren die Hyperscaler nicht nur in Server und IT-Hardware, sondern zunehmend in eine eigene Energieversorgung und -infrastruktur. In den USA existieren mittlerweile zahlreiche gesetzliche Reglungen, die verhindern sollen, dass die Bürger über höhere Strompreise die KI-bedingten Investitionen in die Stromnetze mitbezahlen. Dadurch sind die Betreiber der Rechenzentren zu einem gewissen Grad zu diesen Investments gezwungen. Dieser Trend wird in Anlehnung an das Mitbringen eigener Hardware zum Arbeitgeber („Bring your own Device“) auch als „Bring your own Power“ bezeichnet.

Quelle: Unternehmensangaben, IEA, McKinsey, Goldman Sachs Global Investment Research

Die Tech Giganten gehen dabei verschiedene Wege, um ihr Energieproblem zu lösen:

1. Aktuell investieren sie rund 10 Mrd. US-Dollar in die Kernkraft, die eine verlässliche, stabile Grundlast liefert und daher ideal für Rechenzentren geeignet ist. Microsoft sicherte sich zum Beispiel den Strom aus der Wiederinbetriebnahme eines Kernkraftwerkblocks in Pennsylvania. Google und Amazon investieren hingegen massiv in kleine, modulare Reaktoren, die ab 2030 zum Einsatz kommen sollen

• Damit keine Probleme mit Genehmigungen für die öffentliche Netzinfrastruktur entstehen, werden neue Kraftwerke direkt auf dem Gelände des Rechenzentrums errichtet. Hier kommen meistens Gaskraftwerke zum Einsatz. Da es bei großen Gasturbinen inzwischen lange Lieferfristen gibt, werden dabei zunehmend mehrere kleinere Kraftwerke installiert, die im Verbund die Stromversorgung sichern sollen. Auch auf Gas basierte Brennstoffzellen rücken hier vermehrt in den Mittelpunkt. Sie erzeugen Strom direkt durch einen elektrochemischen Prozess. Die dabei entstehende Abwärme kann über zusätzliche Anlagen zur Kühlung genutzt werden. Sie erzielen sehr hohe Wirkungsgrade und produzieren den von Servern benötigten Gleichstroms. Ein weiterer, entscheidender Pluspunkt ist, dass sie in wenigen Monaten betriebsbereit sind.

• Um Leistungsspitzen – ein Rechenzentrumsblock kann kurzfristig bis zu 20 Megawatt an zusätzlicher Leistung brauchen – aufzufangen, investieren die Hyperscaler auch in Mega-Batteriespeicher. Hier kommen vor allem Lithium-Ionen-Batterien zum Einsatz; perspektivisch werden auch Natrium-Ionen- und andere Speichertechnologien erprobt.

• Ein weiterer Weg aus dem Energiedilemma ist der Bau von Rechenzentren in Regionen mit hohem Energieangebot. So plant Microsoft zum Beispiel neue KI-Kapazitäten in den Vereinigten Arabischen Emiraten. Andere Hyperscaler konzentrieren ihre Investitionen in US-Bundesstaaten mit ungenutzten Strom- und Gasreserven wie Texas, Tennessee oder Louisiana. In Europa stehen die nordischen Länder mit ihren hohen Wasser- und Windkraftkapazitäten und niedrigen Außentemperaturen (weniger Kühlung) im Fokus. Gut im Rennen liegt hier auch die iberische Halbinsel dank ihres günstigen Stroms aus Solar- und Windkraft. Frankreich positioniert sich mit seinem überwiegend CO2-armen, stark von Kernenergie geprägten Stromsystem als Standort für KI-Rechenzentren. Das französische Versorgungsunternehmen EdF stellt dafür unter anderem ehemalige Kraftwerks- und Industriestandorte mit leistungsfähigen Netzanschlüssen bereit. Zudem können sich Rechenzentrumsbetreiber langfristig Strom aus dem französischen Kernkraftwerksportfolio sichern.

• Ein Teil des Problems lässt sich auch durch die Senkung des Stromverbrauchs der Rechenzentren beheben. Ab 2027 soll in besonderes leistungsintensiven KI-Rechenzentren zunehmend eine 800-Volt Gleichstromarchitektur eingesetzt werden. Sie reduziert Umwandlungsstufen und Leitungsverluste und ermöglicht zugleich deutlich höhere Leistungsdichten. Aufgrund der höheren Spannung und geringerer Wärmeverluste lässt sich der Stromverbrauch deutlich reduzieren. Ein weiterer Weg deutlich Energie einzusparen ist die direkte Kühlung der Prozessoren durch Flüssigkeit. Dies reduziert den Energiebedarf der Kühlung im Gegensatz zu der bisher üblichen Luftkühlung um bis zu 90 Prozent. Nicht zuletzt setzen die Hyperscaler auch ihre eigenen KI-Systeme, um die Stromverteilung und Serverauslastung in ihren Rechenzentren zu optimieren.

All diese Maßnahmen sollten helfen, die Wachstumsbremse Energieversorgung beim Ausbau von KI-Rechenzentren abzumildern. Der Stromhunger der immer leistungsfähigeren Server dürfte aber ein Risikofaktor für die hochfliegenden Pläne der großen KI-Investoren bleiben. Alles, was in diesem Bereich zur Energieerzeugung und -übertragung, zum effizienteren Energieeinsatz und einer stromsparenden Kühlung beiträgt, dürfte auch in den kommenden Jahren hohe Wachstumsraten verzeichnen. So wird der Markt für Energieerzeugung und -übertragung Technik mit hohen jährlichen Zuwächsen auf über eine Billion US-Dollar anwachsen.

Quelle: IEA, McKinsey, Goldman Sachs, Unternehmensangaben

Sehr geehrte Investierende und Freunde/Freundinnen von APUS Capital,

wir befinden uns aktuell in der der zweiten großen Phase der Elektrifizierung, die oft auch als „Elektrifizierung 2.0“ bezeichnet wird. Sie wird von der gleichzeitigen Transformation von Industrie, Mobilität, Wärme/Kühlung zur elektrischen Energie und nun zusätzlich durch das rasante Wachstum der Künstlichen Intelligenz vorangetrieben. Diese Epoche ist geprägt von stark wachsenden neuen primären Energiequellen (Solar und Wind), einem zunehmenden Engpass bei der Netzinfrastruktur und einer Digitalisierung von Stromerzeugung, -verteilung und -nutzung. Dem hohen Strombedarf der KI-Rechenzentren steht daher auch ein nicht unbedeutender Gegeneffekt gegenüber: Dank KI können viele Prozesse in der Energiewirtschaft, in Industrie und Logistik und auch beim Gebäudemanagement (Heizen/Kühlen) optimiert werden. Dies dürfte den Stromverbrauch in vielen Bereichen merklich reduzieren.

Insgesamt halten wir fest: eine dauerhaft unzureichende Strom- und Netzinfrastruktur kann das Wachstum einzelner Regionen und Projekte bremsen. Gleichzeitig lösen die hohen Investitionen in Erzeugung, Netze, Speicher und Effizienz einen neuen Investitionszyklus aus, der erhebliche wirtschaftliche Chancen eröffnet. Für uns bei APUS entstehen durch die „Elektrifizierung 2.0“ zahlreiche Opportunitäten für Investments außerhalb des klassischen Technologiebereichs. So lässt sich wohl in der Zukunft der eine oder andere bisher unentdeckte Profiteur des KI-Booms finden, der nicht unmittelbar damit in Verbindung zu bringen ist.

Mit besten Grüßen von den Mauerseglern aus Frankfurt!

Jürgen Kaup, Stefan Meyer, Johannes Ries und Uwe Schupp