A rápida expansão da inteligência artificial (IA) está alimentando um aumento sem precedentes nos requisitos de energia em todo o mercado de data centers dos EUA. De acordo com o Berkeley Labs, a demanda de eletricidade do setor pode aumentar entre 74-132 GW até 2029, potencialmente representando até 12% do consumo total dos EUA.

Embora a indústria seja líder em compras de energia sustentável, a ausência de uma fonte de carga de base de baixo carbono comercialmente viável em face de um crescimento tão exponencial está remodelando as discussões sobre aquisição de energia. Portanto, à medida que os data centers de IA se expandem em tamanho e número, a necessidade de energia confiável e despachável está aumentando, colocando o gás natural na vanguarda como a única opção escalável e imediatamente disponível para atender à demanda.

Essa matéria apareceu na edição 56 da DCD Magazine. Leia, gratuitamente, aqui.

O apetite insaciável da IA

As instalações de IA têm um enorme apetite por energia, em grande parte devido à sua dependência de um grande número de GPUs que podem consumir até 33 vezes mais energia por tarefa do que as CPUs tradicionais. Eles também geram significativamente mais calor, gerando a necessidade de sistemas de resfriamento poderosos, que podem representar quase 40% do uso total de energia de um data center.

O treinamento de modelos avançados de IA consome ainda mais energia, geralmente sendo executado continuamente por dias ou semanas. Treinamento ChatGPT-4, por exemplo, supostamente consumiu 50GWh - mais de 50 vezes seu antecessor. Apesar das melhorias de eficiência recentemente demonstradas pelo DeepSeek - um modelo chinês de IA que promete desempenho semelhante aos modelos dos EUA com menor consumo de energia e menos chips de última geração - os especialistas pediram cautela.

Benjamin Lee, professor da Universidade da Pensilvânia, observa que a eficiência do DeepSeek se aplica apenas a uma classe restrita de cálculos de IA. Embora isso possa afetar o número de centros em escala de gigawatts, disse ele, a demanda por inferência provavelmente aumentará, exigindo a construção contínua do data center. Além disso, há investigações em andamento sobre se a DeepSeek usou os modelos da OpenAI para ajudar a treinar seu modelo, lançando mais dúvidas sobre suas alegações de economia de energia.

De fato, os setores de data center e energia permaneceram otimistas em suas projeções. A IA ainda deve dominar a nova capacidade do data center daqui para frente, respondendo por 70% da demanda total até 2030, de acordo com a McKinsey. Isso coloca uma pressão crescente sobre o lado da oferta de energia para atender a essa demanda.

Um relatório recente do think tank Rand alertou que, se os EUA desejam manter pelo menos uma maioria de 75% da computação de IA em todo o mundo, seriam necessários quase 51 GW para estar disponível para data centers até 2027. Portanto, o gás natural emergiu como a única fonte de energia viável e rapidamente implantável capaz de atender às crescentes demandas de energia dos data centers orientados por IA.

A solução natural

O gás natural é especialmente adequado para atender às necessidades imediatas dos data centers. É a fonte de combustível de mais fácil transporte disponível, capaz de ser desligada e ligada facilmente, pode funcionar com fatores de capacidade superiores a 80% e pode ser aumentada em minutos para atender à demanda. Os EUA também estão posicionados de forma única para atender à demanda como o maior produtor líquido de gás natural seco, apoiado por uma vasta rede de gasodutos que abrange mais de três milhões de milhas.

Portanto, muitos analistas acreditam que, para atender ao impressionante pipeline de novos data centers, o gás natural é a única opção real. "No curto prazo, o gás natural é o caminho a percorrer. Muitas concessionárias consideram a opção mais viável para equilibrar as cargas crescentes e, ao mesmo tempo, garantir a confiabilidade", disse Karthik Subramanian, analista da Lux Research.

Consequentemente, as concessionárias que enfrentam aumentos maciços na capacidade do pipeline de data centers estão se voltando para o setor de gás natural para atender à demanda prevista. Por exemplo, as concessionárias que atendem aos mercados da Carolina, Geórgia e Virgínia anunciaram planos para adicionar 20 GW de nova capacidade de geração de gás natural até 2040, com dois terços do crescimento de carga previsto vinculado à nova capacidade do data center.

Esse aumento maciço na capacidade do pipeline do data center mudou fundamentalmente a conversa sobre o fornecimento de energia, de acordo com Jamie Smith, COO da empresa de energia RPower. "Não se trata mais apenas de priorizar a energia renovável; em vez disso, tornou-se uma questão de simplesmente obter energia confiável", explica ele. "O gás natural surgiu como uma solução crucial, fornecendo uma fonte estável e escalável de eletricidade que atende às necessidades imediatas dos data centers".

A eleição de Donald Trump, que já prometeu acelerar a nova geração de gás natural, e os movimentos das concessionárias para reforçar e expandir sua capacidade de geração de gás natural estão dando às empresas de gás natural uma mão cada vez mais livre para expandir sua infraestrutura de produção e fornecimento. Isso é um bom presságio, especialmente para as empresas de gás midstream - responsáveis pelo transporte, armazenamento e processamento de gás natural - que visam um crescimento maciço em sua rede de gasodutos impulsionado pela demanda do data center.

Construção de dutos

As empresas de gás midstream estão prevendo um aumento significativo na demanda do setor de data centers, com algumas prevendo que isso chegue a "10 a 12 bilhões de pés cúbicos por dia (bcf / d) até 2030", de acordo com Michael Grande, diretor administrativo de energia midstream e refino da empresa de análise S & P Global. Embora a demanda real possa ficar aquém dessas estimativas superiores - a S & P prevê uma faixa de crescimento mais modesta de três a seis bcf / d - as empresas de midstream já assumiram grandes compromissos de capital para extensões de gasodutos em todo o país.

Cathy Kunkel, consultora de energia do Institute for Energy Economics and Financial Analysis (IEEFA), acredita que as empresas de midstream estão percebendo uma verdadeira "oportunidade com data centers" e estão procurando ativamente "fornecer dutos para novas usinas de gás natural" para atender diretamente o mercado de data centers.

Empresas de midstream, como a Enbridge, reconheceram abertamente a oportunidade apresentada pelos data centers. De acordo com Caitlin Tessin, vice-presidente de inovação de mercado e desenvolvimento de negócios da Costa do Golfo da Enbridge, a empresa "viu o interesse de fornecedores de data center em várias regiões". Somente no sudeste, a empresa disse que tem interesse em atender até 4,5 GW a 5 GW de demanda.

Somente na Virgínia, Carolina do Norte, Carolina do Sul e Geórgia, os operadores de oleodutos propuseram ou iniciaram a construção de mais de 3,3 bcf / d de nova capacidade de oleoduto até 2040, de acordo com o IEEFA.

Flexibilidade midstream

Embora se espere que a maioria dos novos dutos forneça serviços públicos, as empresas de midstream estão abordando a demanda com a mente aberta e enfatizaram a adaptabilidade e a flexibilidade na forma como abastecerão o setor de data centers. De acordo com Tessin, a falta de uma abordagem única para alimentar os data centers significa que as operadoras estão procurando soluções fora da rede e baseadas na rede.

"Alguns desenvolvedores estão trabalhando na geração atrás do medidor diretamente servida por gás natural, por isso estamos ativamente localizando projetos laterais fora de nossa linha principal para apoiá-los. Outros querem permanecer conectados à rede e estão trabalhando com empresas de distribuição de energia elétrica para instalar novas usinas que os atenderiam ", explica ela.

Isso levou a um aumento no número de operadores de dutos midstream construindo laterais fora de seu pipeline principal para atender diretamente aos data centers, como o acordo de fornecimento de gás natural de dez anos da desenvolvedora de data center de IA CloudBurst com a empresa de gás midstream Energy Transfer para alimentar seu data center de IA de 1,2 GW no Texas por meio de um lateral dedicado.

De acordo com Grande, da S&P Global, essas laterais não são apenas "práticas", mas também "evitam permitir problemas e oposição pública, oferecendo acesso direto à energia". Como resultado, as empresas de data center, especialmente as empresas focadas em IA, que enfrentam desafios persistentes de licenciamento e restrições de transmissão, estão olhando para a geração de gás natural fora da rede como sua solução mais rápida.

Opções offgrid para data centers

A ascensão do gás natural como uma solução de energia fora da rede está começando a remodelar a aquisição de energia, promovendo a colaboração entre produtores de gás e data centers.

Cada vez mais, os operadores de data center estão colocando produtores de gás upstream, principalmente em estados com infraestrutura forte, custos mais baixos e licenciamento favorável, como Texas, Centro-Oeste, Colorado, Utah, Novo México e Louisiana. O Texas, em particular, está emergindo como um importante centro de IA fora da rede devido ao seu tamanho, vantagens fiscais e status como o principal produtor de gás dos EUA.

Várias empresas de data center assinaram acordos com fornecedores de gás na fonte para garantir energia direta e fora da rede no Texas. Um exemplo notável é o Texas Critical Data Centers, uma joint venture entre a New Era Helium e a empresa de nuvem de IA Sharon AI. A joint venture planeja construir um data center de IA de 250 MW adjacente a uma instalação de produção de gás na Bacia do Permiano.

De acordo com Will Gray, CEO da New Era Helium, áreas como a Bacia do Permiano oferecem uma oportunidade única para data centers de IA e nuvem, pois "oferece energia barata e ampla infraestrutura para escalabilidade, tornando-a ideal para tais projetos". Portanto, para data centers que buscam escalar rapidamente, o gás natural fora da rede oferece vantagens claras, ou seja, custos mais baixos, licenciamento simplificado e um fornecimento de energia estável e de longo prazo. Isso levou os desenvolvedores focados em IA de menor escala a ver cada vez mais o gás natural fora da rede como o padrão da indústria para alimentar suas operações, pois é uma das poucas fontes de energia que podem escalar rapidamente para níveis de gigawatts, de acordo com Darrick Horton, CEO do fornecedor de nuvem baseado em AMD TensorWave.

Embora grande parte da nova capacidade do data center de IA permaneça em pontos críticos como a Virgínia, a atração do fornecimento de gás natural fora da rede está levando "as operadoras a optar por locais mais distantes, onde tenham flexibilidade para construir suas próprias soluções de energia", aponta David Dorman, diretor de desenvolvimento da Duos Technologies, que desenvolve infraestrutura de energia por meio de sua subsidiária Duos Energy.

A mudança para soluções fora da rede não se limitou apenas a corajosas startups de IA. Os players de grande escala estão adotando o gás natural por sua confiabilidade e escalabilidade. Por exemplo, o primeiro data center Stargate em Abilene, Texas, está configurado para usar uma usina de gás natural fora da rede para sua energia – bem como ativos renováveis. A crescente demanda também atraiu grandes empresas de petróleo e gás. A ExxonMobil e a Chevron anunciaram planos para desenvolver usinas de gás natural despacháveis fora da rede para data centers.

Como resultado, embora as concessionárias continuem sendo parte integrante do crescimento da IA, uma gama crescente de opções está sendo disponibilizada aos data centers para alimentar suas operações por trás do medidor, consolidando o gás natural como uma fonte de energia central para data centers que desejam atender às suas ambições de IA.

Negócio arriscado

A ascensão da IA está mudando a maneira como o mercado vê a aquisição de energia. No entanto, dois medos inerentes continuam a permear o mercado: o risco de construção excessiva de nova geração a gás e o impacto subsequente que essa nova energia pode ter nas credenciais de sustentabilidade dos data centers.

Os temores de excesso de novas gerações de gás foram alimentados principalmente por uma discrepância crescente entre as projeções de crescimento da capacidade das concessionárias e as de pesquisadores independentes. A Dominion Energy, por exemplo, projeta um crescimento do data center sete por cento maior do que a previsão superior do Electric Power Research Institute (EPRI).

De acordo com Jeremy Fisher, principal consultor de clima e energia do grupo de pressão ambiental Sierra Club, o impacto da construção excessiva de nova capacidade de geração a gás pode resultar em "uma enorme quantidade de risco de ativos ociosos sendo repassado aos contribuintes americanos, à medida que as concessionárias constroem infraestrutura de gás para a demanda especulativa de data center que pode não se materializar".

Várias concessionárias, incluindo a American Electric Power Ohio, introduziram tarifas que exigirão que os novos clientes de data centers paguem pela maior parte da energia que dizem precisar a cada mês para cobrir o custo da infraestrutura. No entanto, Kunkel, do IEEFA, argumentou que mais precisa ser feito para garantir que a conta não recaia sobre o contribuinte. "Se o cliente se for, outros contribuintes pagam a conta, a menos que os reguladores intervenham agora e coloquem mais salvaguardas para empurrar parte do risco de volta para os desenvolvedores do data center", diz ela.

Além disso, as incertezas em torno das discrepâncias de previsão e o crescimento dos data centers ativamente colocados em instalações de gás natural levaram pessoas como Fisher a argumentar que o alinhamento crescente "corre o risco de vincular o crescimento do setor diretamente à infraestrutura de combustíveis fósseis".

Embora os proponentes afirmem que o gás natural é a alternativa de combustível fóssil mais limpa, emitindo 50% menos CO2 do que o carvão, o crescimento da capacidade associado ao boom da IA corre o risco de aumentos maciços de emissões. Estimativas do Goldman Sachs sugeriram um aumento potencial de 200 milhões de toneladas de emissões de dióxido de carbono por ano até 2030.

Esses temores são exacerbados pelo fato de que os operadores de data center já relataram grandes aumentos nas emissões de carbono nos últimos cinco anos. No ano passado, o Google informou que suas emissões de 2023 aumentaram 13% em comparação com o ano anterior e 48% em cinco anos.

Apesar das preocupações evidentes sobre o impacto que a construção de gás natural poderia ter nas emissões de carbono, Michael Grande acredita que está se tornando quase um segredo aberto no setor que "as empresas de tecnologia com metas de emissão zero ainda podem recorrer ao gás para obter energia rápida, apesar da contradição com seus compromissos públicos".

Portanto, para amenizar as preocupações, os data centers e as concessionárias estão promovendo cada vez mais o gás natural como um "combustível de ponte" que pode apoiar a transição para alternativas de carga de base de baixo carbono. No entanto, a natureza dessas alternativas permanece em debate.

Qual é a alternativa?

O gás natural tem sido apontado como um combustível de transição há anos, com muitos no data center expressando otimismo sobre suas credenciais. "O gás natural pode servir como uma fonte de combustível confiável e escalável que pode preencher a lacuna entre os sistemas de energia tradicionais e as futuras tecnologias de baixo carbono", Raj Chudgar, diretor de energia da operadora de data center EdgeConneX. No início deste ano, a EdgeConneX anunciou planos para desenvolver uma usina de gás natural de 120 MW em Ohio para alimentar um campus de data center. A usina será a principal fonte de energia para o data center, atendendo às suas necessidades de energia por trás do medidor.

Várias tecnologias de baixo carbono oferecem uma solução potencial para a questão da carga básica. Os pequenos reatores modulares (SMRs) são uma opção promissora, oferecendo energia de carga de base confiável em escalas de 80 a 300 MW. Os data centers têm se comprometido amplamente com a tecnologia no ano passado, com AWS, Google e Oracle assinando contratos de fornecimento de longo prazo.

Um dos novos acordos foi entre a empresa de geração de gás RPower e a desenvolvedora de SMR Oklo. As duas empresas anunciaram uma parceria que poderia servir como um poderoso caso de teste para o uso de gás natural como combustível de ponte para SMRs, implantando um modelo de energia em fases. O gás natural seria instalado para atender às necessidades imediatas de energia dos data centers, mas seria lentamente eliminado e substituído por SMRs à medida que se tornassem disponíveis comercialmente.

"Ao construir usinas movidas a gás natural agora, os data centers podem acessar energia confiável e acessível" e "uma vez que a energia nuclear esteja disponível, essas usinas de gás ainda podem desempenhar um papel, fornecendo capacidade de backup, acompanhamento de carga, suportando a demanda de pico e garantindo a estabilidade da rede", diz Jamie Smith, da RPower.

No entanto, apesar do crescente interesse em SMRs, eles permanecem não comprovados. Embora a Oklo afirme que pretende implementar seu primeiro SMR em 2027, a empresa enfrentou ceticismo após a negação da Comissão Reguladora Nuclear de seu pedido para construir e operar um reator em 2022. Como resultado, o prazo do acordo permanece instável, com Smith admitindo que a transição pode durar "de três anos a mais de uma década".

Para outros, o hidrogênio é visto como uma resposta potencial. Isso é particularmente popular entre os produtores de gás natural. "O hidrogênio é outra solução futura em potencial. A maioria dos equipamentos modernos de geração de gás já pode consumir uma mistura de hidrogênio e gás natural e, em alguns casos, até operar com 100% de hidrogênio com modificações", diz Dorman.

No entanto, apesar do crescente interesse, a produção de hidrogênio verde permanece incipiente, tornando-se um substituto impraticável de curto prazo.

Embora as tecnologias emergentes de baixo carbono, como hidrogênio e SMRs, possam oferecer um potencial significativo, elas também enfrentam barreiras notáveis e é improvável que causem um impacto perceptível antes do final da década.

Por sua vez, à medida que os data centers de IA se tornam mais entrelaçados com a infraestrutura de gás natural, o impulso para a transição para uma energia mais limpa pode enfraquecer. No curto prazo, o gás natural será a principal fonte de energia que alimentará o crescimento de novos data centers nos EUA - as metas de emissões que se danem.