As crescentes demandas de energia dos data centers na era da IA rapidamente se tornaram uma das maiores dores de cabeça para os executivos do setor.

Os racks não apenas estão ficando mais densos e famintos por energia do que nunca, mas também fazendo isso no contexto de uma rede de energia que, em muitas partes do mundo, está em transição dos combustíveis fósseis para fontes de energia mais sustentáveis.

As energias renováveis, por sua natureza, são menos consistentes do que os combustíveis fósseis quando se trata de fornecer energia, portanto, os sistemas de armazenamento de energia de bateria, mais conhecidos como BESS, estão sendo fornecidos em muitos novos desenvolvimentos de data centers. Esses sistemas coletam e armazenam energia em momentos de excedente, o que significa que ela pode ser redirecionada para um data center - ou de volta para a rede mais ampla - em momentos em que o vento diminui ou o sol não está brilhando.

Mas, embora os benefícios do BESS estejam bem estabelecidos, o tipo de bateria que deve estar no centro desses sistemas permanece em debate. As células baseadas na química de íons de lítio atualmente dominam o mercado, mas, para instalações em larga escala, podem ser problemáticas. Baterias de íons de lítio danificadas podem causar incêndios ou explosões, enquanto as tensões geopolíticas entre a China e os EUA tornam difícil obter os materiais necessários para fabricá-las.

Nesse contexto, empresas e pesquisadores estão buscando outras químicas, e as baterias de fluxo, um tipo de célula que não depende do lítio, podem ser uma fórmula vencedora se os desafios em torno de sua adoção puderem ser superados.

Tudo deve fluir

As baterias de fluxo diferem das células convencionais porque usam um eletrólito líquido para armazenar energia, em vez de um material sólido.

"Você tem dois tanques, um positivo e outro negativo, com o material de armazenamento carregado dissolvido em um líquido", explica Tom Sisto, CEO da XL Batteries, que fabrica baterias de fluxo em escala de rede. "A partir desses tanques, ele é bombeado pelas células e, à medida que flui sobre os eletrodos, a carga e a descarga voltam para os tanques".

Com uma bateria de fluxo, você pode aumentar o tamanho dos tanques de armazenamento sem precisar de um aumento correspondente de energia, portanto, em teoria, eles são uma opção de armazenamento ideal para evitar o excesso de energia. A tecnologia existe há anos, mas os líquidos usados no eletrólito têm sido tradicionalmente bastante problemáticos.

"O vanádio é o clássico, uma tecnologia altamente madura, dimensionada para uso em rede", diz Sisto. Essas baterias usam íons de vanádio como portadores de carga, e Sisto explica: "O vanádio é caro e encontrado em regiões geopoliticamente sensíveis, como a Rússia e a China, especificamente, e só se dissolve em ácido sulfúrico. Isso significa que a solução eletrolítica de vanádio e de ácido sulfúrico é muito cáustica e gera elevados custos de componentes no dispositivo".

A solução da XL Batteries consiste em um composto orgânico dissolvido em água, com pH neutro. Sua tecnologia baseia-se em pesquisas da Universidade de Columbia, em Nova York, onde os cofundadores da empresa descobriram moléculas orgânicas estáveis em estados de carga e descarga, tornando-as adequadas para incorporação a uma bateria.

Os fornecedores de baterias de fluxo afirmam que oferecem vantagens significativas em relação ao íon de lítio para operadores de data center que desejam instalar um BESS, sendo a principal delas a probabilidade de células à base de água pegarem fogo, por razões óbvias, bastante remota.

"O aspecto da segurança é realmente importante para o pessoal do data center", diz Giovanni Damato, presidente da divisão americana da CMBlu Energy, que fabrica o que chama de bateria orgânica SolidFlow, que utiliza um eletrólito à base de água. "Acho que todos estão preocupados com o fato de suas baterias não terem eventos de fuga térmica nas comunidades onde seus data centers estão localizados. Nossa tecnologia não tem esse risco".

A fuga térmica pode ocorrer quando uma bateria de íons de lítio envelhece ou se danifica, levando a uma elevação rápida da temperatura, com risco de incêndios ou explosões.

Longe da segurança, as baterias de fluxo também podem ser mais econômicas e eficientes do que as de íons de lítio para armazenamento de longa duração, classificadas pelo Departamento de Energia dos EUA como com duração de 10 horas ou mais. "Na faixa de armazenamento de oito a dez horas, nossos preços são comparáveis aos de íons de lítio agora em baixo volume", diz Damato. "À medida que aumentamos e podemos comprar materiais a granel, veremos esse preço cair”.

"O outro benefício do tipo de cargas necessárias nos data centers é que podemos circular muito. Nossas baterias não se degradam com base no ciclo como o íon de lítio. É mais uma degradação constante da vida útil do calendário, então você está olhando para uma vida útil de 10 a 15 anos antes de precisar reformar a bateria”.

Amortecedores

Com muitos benefícios potenciais, não é surpresa que os operadores de data centers estejam considerando baterias de fluxo líquido como parte de suas soluções de energia.

A XL Batteries firmou parceria com a Prometheus Hyperscale, que terá as baterias implantadas nos data centers da empresa em várias fases. Na fase inicial, a XL fornecerá e instalará uma bateria de fluxo orgânico autônoma, em escala de demonstração de 333 kW, em um local não revelado da Prometheus em 2027. Depois disso, a Prometheus planeja adquirir um sistema em escala comercial de 12,5 MW/125 MWh em 2028, com outro sistema idêntico a seguir em 2029.

"Nós nos encaixamos em muitos casos de uso, mas especificamente em relação à Prometheus, seremos usados como um 'amortecedor' para grandes oscilações de poder de computação", explica Sisto, referindo-se ao consumo de energia muito variável das GPUs, que a DCD publicou em abril. "Então, à medida que eles aumentam e diminuem a energia muito rapidamente, estaremos lá como um amortecedor".

Sisto acredita que a tecnologia será útil, não apenas para armazenar energia de fontes intermitentes, como energias renováveis, mas também para tecnologias de geração de energia "plana", como pequenos reatores nucleares modulares, que devem ser implantados em data centers nas próximas décadas.

"Você não muda a geração de energia nuclear rapidamente", diz ele. "Portanto, o armazenamento permite combinar a variabilidade da demanda com uma linha de geração plana".

A tecnologia da CMBlu está sendo implantada em um data center DataHall em Saale, Alemanha, que deve entrar em operação em 2027/28. Inicialmente, contará com uma bateria de 4 MW, com o objetivo de expandir para 50 MW.

"Temos alguns clientes na Europa com os quais estamos trabalhando porque estão enfrentando restrições locais específicas no fornecimento e no preço da eletricidade e querem uma bateria no local", diz Damato.

Desafios futuros

Embora as baterias de fluxo sejam muito promissoras, os problemas relacionados ao dimensionamento da tecnologia persistem.

No ano passado, o fornecedor australiano Redflow Batteries entrou em administração voluntária, não tendo conseguido garantir o investimento para sua bateria de fluxo, que usava um eletrólito líquido combinado com brometo de zinco, o que a Redflow alegou ser uma solução ecologicamente correta.

Apesar de receber vários subsídios do governo e de conseguir um contrato para fornecer 15,4 MWh de baterias para uma microrrede na Califórnia, disse que "não conseguiu atrair o apoio de capital necessário" para continuar, e os administradores não conseguiram encontrar um comprador, o que demonstra alguma reticência dos investidores em relação ao potencial das baterias.

Com o íon de lítio sendo uma tecnologia tão comprovada, Damato admite que as baterias de fluxo ainda têm um caminho a percorrer antes de serem amplamente usadas em data centers e em outros ambientes.

"O íon de lítio levou 60 anos para chegar aonde está hoje", diz ele. "Estamos chegando perto de um lançamento comercial completo [para baterias de fluxo], mas será necessário muito capital paciente para manter as coisas em movimento. Estamos nesse vale entre o pré-comercial e o comercial, e aumentar é o nosso principal desafio agora".

Sisto, da XL Batteries, está confiante de que as baterias de fluxo têm um papel a desempenhar ao lado de outras tecnologias de armazenamento à medida que os data centers navegam na transição energética. "O mercado global de energia é um dos maiores do mundo", diz ele. "Os números de que estamos falando são tão astronômicos que são quase incompreensíveis”.

"Se vamos modernizar o que é a máquina mais complexa do mundo, acho que todo mundo precisará trabalhar, e espero que a indústria e os mercados se movam juntos em direção a uma nova era de geração, armazenamento e consumo de energia".

Esse artigo foi publicado pela primeira vez no suplemento DCD Critical Power. Registre-se aqui para ler o suplemento gratuitamente.