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Estamos nos estágios iniciais de uma competição geopolítica pelo futuro da Inteligência Artificial. Os vencedores dominarão a economia global no século 21. No entanto, o que muitas vezes é esquecido nesta conversa é que a enorme demanda de IA por quantidades concentradas e consistentes de energia representa uma oportunidade de escalar a próxima geração de tecnologias de energia limpa.
Se ignorarmos essa chance, os Estados Unidos ficarão em desvantagem na corrida pelo futuro da IA e da produção de energia, cedendo a liderança econômica global para a China.
Para vencer essa corrida, os EUA precisarão de muito mais energia elétrica para abastecer os data centers. Os data centers de IA podem adicionar o equivalente à carga de três cidades de Nova York à rede até 2026, podendo mais que dobrar sua participação no consumo de eletricidade dos EUA, chegando a 9% até o final da década. A Inteligência Artificial contribuirá para um aumento na demanda por energia que os EUA não veem há décadas. Segundo uma estimativa recente, essa demanda, que antes era estável, está crescendo cerca de 2,5% ao ano, com os data centers sendo responsáveis por até 66% desse aumento.
Os chips avançados de IA, que consomem muita energia, estão por trás desse crescimento. São necessários três watts-hora de eletricidade para uma consulta no ChatGPT, em comparação com apenas 0,3 watts-hora para uma pesquisa simples no Google. Esses requisitos computacionais fazem com que os data centers de IA sejam densamente energéticos, exigindo mais energia por rack de servidor e ordens de magnitude a mais por metro quadrado do que instalações tradicionais. Sam Altman, CEO da OpenAI, teria sugerido à Casa Branca a necessidade de data centers de IA com capacidade de cinco gigawatts—o suficiente para alimentar mais de 3 milhões de casas. E os data centers de IA requerem energia estável e confiável 24 horas por dia, sete dias por semana, operando 99,999% do tempo no ano.
As demandas que esses usuários de escala gigawatt estão colocando na rede elétrica estão acelerando muito mais rápido do que podemos expandir as estruturas físicas e políticas que sustentam o desenvolvimento de eletricidade limpa. Há mais de 1.500 gigawatts de capacidade esperando para se conectar à rede, e o tempo para construir linhas de transmissão para mover essa energia agora se estende por uma década. Um exemplo dos desafios para integrar novas fontes de energia: o maior fator que atrasa o reinício da usina nuclear de Three Mile Island, recentemente anunciado pela Constellation, não é a própria instalação, mas o tempo necessário para conectá-la à rede.
A resposta automática ao desafio de escalar o fornecimento de eletricidade limpa tem sido apresentar uma falsa escolha: ceder a vantagem dos EUA na IA ou comprometer nosso compromisso com a energia limpa. Esse raciocínio argumenta que a única maneira de atender à crescente demanda de energia da economia de computação envolverá a expansão de recursos de energia legados, como gás natural, e a preservação das usinas de carvão.
As implicações ecológicas desastrosas de depender mais de combustíveis fósseis são evidentes. Mas as implicações econômicas e de segurança são igualmente sérias.
Investimentos adicionais em combustíveis fósseis ameaçam nossa competitividade nacional, à medida que outros países avançam nas tecnologias limpas que representam a próxima geração de oportunidades econômicas—mercados medidos em trilhões de dólares.
A realidade é que a escala e densidade de energia sem precedentes necessária para a IA exigem um novo conjunto de soluções de geração, capazes de fornecer energia confiável 24/7 em quantidades crescentes. Enquanto os defensores dos combustíveis fósseis historicamente apontam a variabilidade das energias renováveis, fontes de energia que requerem enormes, distribuídos e interrompíveis suprimentos de combustível, como o gás natural, também não são a resposta. No Texas, as usinas a gás natural foram responsáveis por 70% das interrupções após uma forte tempestade de inverno no final de 2022. À medida que as mudanças climáticas se intensificam, as interrupções relacionadas ao clima tendem a aumentar.
Em vez de ver uma escolha entre a competitividade da IA e o clima, vemos a demanda urgente de densidade energética da IA como uma oportunidade para impulsionar uma série de novas tecnologias, aproveitando novos compradores e novas estruturas de mercado—posicionando os EUA não apenas para conquistar o futuro da IA, mas para criar os mercados para as tecnologias energéticas densas que serão necessárias para alimentá-la.
A demanda incessante por poder computacional dos data centers é melhor correspondida a um conjunto de fontes novas de energia limpa e confiável que estão passando por rápida inovação. Isso inclui a fissão nuclear avançada, que pode ser implantada rapidamente em pequena escala, e a energia geotérmica de próxima geração, que pode ser instalada em qualquer lugar e a qualquer momento. Um dia, o arsenal poderá incluir fusão nuclear como fonte de energia limpa quase ilimitada. Essas tecnologias podem produzir grandes quantidades de energia em áreas relativamente pequenas, correspondendo à demanda de energia concentrada da IA. Elas têm o potencial de fornecer energia estável e confiável, essencial para as operações 24/7 dos data centers de IA. Embora algumas dessas tecnologias (como a fusão) ainda estejam em desenvolvimento, outras (como a fissão avançada e a energia geotérmica) estão prontas para serem implementadas hoje.
As exigências de densidade energética da IA também requerem um novo conjunto de melhorias na infraestrutura elétrica—como condutores avançados para linhas de transmissão, que podem mover até 10 vezes mais energia por áreas muito menores, infraestrutura de resfriamento para lidar com o calor gerado por chips que consomem enormes quantidades de energia, e transformadores de próxima geração que permitem o uso eficiente de energia de alta voltagem. Essas tecnologias oferecem benefícios econômicos significativos para os data centers de IA, na forma de maior acesso à energia e redução da latência, e permitirão a rápida expansão de nossa rede elétrica do século 20 para atender às necessidades do século 21.
Além disso, a convergência entre IA e tecnologias energéticas permitirá o desenvolvimento e a expansão mais rápida de ambos os setores. No setor de energia limpa, a IA serve como método de invenção, acelerando o ritmo da pesquisa e desenvolvimento de materiais de próxima geração. Também é uma ferramenta para a fabricação, reduzindo a intensidade de capital e aumentando o ritmo da expansão. Já estamos usando IA para superar barreiras em tecnologias de energia de próxima geração. Por exemplo, pesquisadores de Princeton a estão usando para prever e evitar instabilidades no plasma, que há muito tempo são obstáculos para reações de fusão sustentadas. No contexto da energia geotérmica e mineração, a IA está acelerando a descoberta e desenvolvimento de recursos comerciais, além de otimizar o desempenho de usinas em campo.
Historicamente, a implantação de novas tecnologias de energia limpa dependia de concessionárias, que são notoriamente lentas para adotar inovações e investir em projetos comerciais pioneiros. Agora, no entanto, a IA trouxe uma nova fonte de capital para tecnologias de geração de energia: grandes empresas de tecnologia que estão dispostas a pagar um prêmio por energia limpa 24/7 e estão ansiosas para se mover rapidamente.
Esses “novos compradores” podem construir capacidade adicional de energia limpa em seus próprios territórios ou podem implantar estruturas de mercado inovadoras para incentivar as concessionárias a trabalhar de novas maneiras para escalar essas tecnologias. Já estamos vendo exemplos, como o acordo entre o Google, o desenvolvedor de energia geotérmica Fervo, e a concessionária NV Energy de Nevada para garantir energia limpa e confiável a um preço premium, destinada a ser utilizada por data centers. O surgimento desses compradores sensíveis ao tempo, mas insensíveis ao preço, pode acelerar a implantação de tecnologias de energia limpa.
As implicações geopolíticas dessa conexão entre IA e clima são claras: os frutos socioeconômicos da inovação fluirão para os países que vencerem tanto a corrida da IA quanto a do clima.
O país que conseguir ampliar o acesso a uma fonte confiável de energia de base atrairá a infraestrutura de IA a longo prazo—e se beneficiará dos mercados que a IA gerará. E o país que fizer esses investimentos primeiro estará à frente, e essa vantagem se ampliará ao longo do tempo, à medida que o progresso técnico e a produtividade econômica se reforçam mutuamente.
Hoje, o placar da energia limpa favorece a China. O país comissionou 37 usinas nucleares na última década, enquanto os EUA adicionaram apenas duas. A China está investindo o dobro do valor dos EUA em fusão nuclear, com equipes trabalhando praticamente sem parar para comercializar a tecnologia. Dado que a competição pela supremacia da IA se resume à escalabilidade da densidade energética, construir uma nova frota de usinas a gás natural enquanto nosso principal concorrente constrói um arsenal das fontes de energia mais densas disponíveis é como levar uma faca para um tiroteio.
Os Estados Unidos e as empresas de tecnologia americanas, que estão na vanguarda da economia de IA, têm a responsabilidade e a oportunidade de mudar isso, aproveitando a demanda de energia da IA para escalar a próxima geração de tecnologias de energia limpa. A questão é: eles irão?
Michael Kearney é sócio-geral na Engine Ventures, uma empresa que investe em startups que comercializam ciência e engenharia inovadoras. Lisa Hansmann é principal na Engine Ventures e anteriormente atuou como assistente especial do presidente na administração Biden, trabalhando em políticas econômicas e implementação.
Michael Kearney e Lisa Hansmann
