Nos últimos anos, o hidrogênio tem sido cada vez mais apresentado como uma fonte alternativa de energia verde para a indústria de data centers, embora nunca sem ressalvas e hesitações.

Embora haja muita discussão em torno da energia do hidrogênio, a falta de infraestrutura existente - especificamente uma "rede" ou, mais precisamente, uma rede de oleodutos - juntamente com a escassez de formas sustentáveis de hidrogênio, significa que seu uso generalizado como fonte de energia permanece no reino do hipotético.

Mas outras soluções - como células de combustível de hidrogênio - estão sendo cada vez mais testadas e implantadas em data centers, tanto como fonte de energia primária quanto para energia de backup.

Uma implantação pequena, mas bem-sucedida

Yuval Bachar é o fundador e CEO da EdgeCloudLink (ECL), um fornecedor de data center que baseou toda a sua filosofia em torno da energia do hidrogênio. Com um data center de 1 MW nos EUA já operando com 100% de energia a hidrogênio e outro campus de 1 GW planejado, a empresa está apostando alto no elemento.

Apesar disso, Bachar não subestima a escala do problema de mudar para soluções de energia verde.

A indústria de data centers está "lutando para realmente encontrar um salto significativo na geração de tecnologia de energia limpa", diz Bachar. Ele explica: "A energia solar está fazendo seu trabalho, mas a energia solar funciona seis horas por dia, então há outras 18 horas sobre as quais precisamos fazer algo. E o vento está lá ou não”. Ele postula que o hidrogênio poderia preencher essa lacuna.

O data center da ECL em Mountain View, Califórnia, foi lançado em maio de 2024 e oferece 1 MW de capacidade alimentada inteiramente por hidrogênio.

A empresa usa células de combustível de membrana de troca de prótons (PEM) em uma configuração de seu próprio projeto para alimentar a instalação.

"Uma célula de combustível é um elemento que realmente recebe hidrogênio de um lado e oxigênio do outro", explica Bachar. "Possui placas que são capazes de ser injetadas com hidrogênio de um lado e oxigênio do outro. Por causa do efeito da combinação de hidrogênio e oxigênio, a placa está criando uma pequena voltagem, cerca de 0,627 volts de energia CC. Você junta muitos deles e aumenta".

Bachar faz esse processo parecer simples, mas as células são criações complexas. Além de produzir energia, eles também criam água através da combinação de hidrogênio e oxigênio. "Você pode realmente usar essa água", acrescenta Bachar, "Nós a revertemos de volta para o data center, e é assim que alcançamos um local de água zero, pois estamos usando a água que produzimos".

O hidrogênio usado para alimentar o data center é literalmente enviado para Mountain View em tanques, com entrega a cada duas semanas. Essa é a única maneira de a empresa obter o combustível de que precisa, porque a infraestrutura que permite a entrega generalizada de hidrogênio é, bem, quase inexistente.

"Esse é um negócio que tivemos que reinventar porque as empresas que vendem hidrogênio não estão relacionadas ao mundo dos data centers", diz Bachar. "São empresas que estão fazendo o que é chamado de manuseio de materiais. Eles estão vendendo gases e líquidos para laboratórios, fábricas petroquímicas e refinarias”.

"Nós viemos até eles e dissemos: 'Temos um mercado adjacente ao que você está fazendo e começaremos a consumir muito hidrogênio. Mostre-nos como você pode entregá-lo. E eles voltaram com duas opções. Uma é uma rede de gasodutos que podem distribuir hidrogênio gasoso, e então nos conectamos a esse gasoduto. A outra é que eles fornecem hidrogênio líquido”.

O fornecimento de hidrogênio líquido não é uma opção particularmente escalável para os campi de vários gigawatts que estão sendo desenvolvidos em todo o mundo. Para campi maiores, incluindo o local planejado de 1 GW da ECL, seria necessária uma rede de tubulações.

Do outro lado dos EUA, a Active Infrastructure está desenvolvendo um campus de data center de 325.160 m² que, segundo ela, será alimentado por hidrogênio.

Jeff Zygler, fundador e CEO da Active Infrastructure, explica à DCD que a empresa usará células de combustível de hidrogênio para energia de carga básica, mas eventualmente também usará hidrogênio para energia de backup. A empresa está usando células de combustível de óxido sólido da Bloom Energy, que têm uma potência nominal de 300kW e uma potência de carga de 300kW.

O projeto do data center está sendo desenvolvido em um terreno com um gasoduto de gás natural já instalado, e a Active Infrastructure está trabalhando com a Bloom Energy para usar esse gás natural para criar energia de hidrogênio.

"O grupo com o qual estamos trabalhando pega gás natural, coloca-o em seu equipamento, que o converte em hidrogênio, e depois gera energia enquanto libera vapor d'água e dióxido de carbono, eliminando as emissões adicionais [NOx e SOx, de outra forma associadas à queima de gás natural]", diz Zygler.

A Active Infrastructure tem a infraestrutura elétrica disponível para até 900 MW, mas atualmente está projetando um campus de 780 MW, todos os quais estarão atrás do medidor.

Essa foi uma grande parte do argumento de venda para o projeto, com Zygler explicando que isso significa que eles não estão "compensando ou descarregando na rede".

"Uma das propostas que enviamos aos supervisores, e atualmente estamos conversando com empresas de energia, é que esses são ativos geracionais silenciosos e não têm muita perturbação visual - por exemplo, uma chaminé ou chaminés enormes", acrescenta. "Poderíamos realmente contribuir com nossa geração para a rede."

O arco-íris de hidrogênio

O uso de gás natural convertido em hidrogênio pela Active Infrastructure seria considerado "hidrogênio cinza".

O hidrogênio é classificado em uma escala de cores, sendo o mais proeminente o cinza, que é gerado por meio da reforma a vapor do gás natural e tem altas emissões de gases de efeito estufa associadas a ele. O hidrogênio azul é semelhante ao cinza, mas com captura e armazenamento de carbono no local de produção, enquanto o verde é produzido usando energia renovável, como solar ou eólica, gerando emissões mínimas. Há também o hidrogênio branco, que ocorre naturalmente e que se espera que um dia desempenhe um papel na economia do hidrogênio, embora ainda não seja utilizado.

Zygler diz que o hidrogênio verde "é um unicórnio agora". Ele explica: "Na verdade, não existe porque, pelo menos nos EUA, a infraestrutura para gerá-la usando energia renovável não está acontecendo no mercado em um tamanho e escala utilizáveis”.

"Há um fornecedor no sul gerando hidrogênio verde, mas não há uma demanda maciça por ele no momento. Em essência, você pode pegar essa energia renovável e colocá-la diretamente na rede, e será mais eficiente do que usá-la para convertê-la em hidrogênio”.

A batalha de cinza, azul e verde também está sendo abordada por Bachar, da ECL.

Enquanto estiver em funcionamento - e com clientes proeminentes, como o fornecedor de nuvem de IA Lambda - a ECL ainda não pretende ter conseguido usar hidrogênio totalmente "verde" ou "azul".

"Estamos comprando uma mistura de cinza, azul e verde, mas tentando maximizar o azul e o verde e minimizar o cinza", diz Bachar. "Nosso objetivo, até 2026, é eliminar completamente o cinza e, a partir daí, pressionaremos para aumentar a porcentagem de verde”.

"O próprio hidrogênio azul está passando por uma evolução. O nível de captura de carbono está em um certo nível, mas a mensagem que precisamos enviar é que a captura de carbono precisa melhorar e reduzir ainda mais a pegada de carbono para que o hidrogênio azul possa se aproximar muito do verde nos próximos dois anos. É muito mais fácil de obter do que o hidrogênio verde, do qual não há muito disponível", diz Bachar.

O hidrogênio em si não é realmente uma mercadoria esparsa.

De acordo com a Agência Internacional de Energia, cerca de 70 milhões de toneladas de hidrogênio são produzidas a cada ano, embora a maior parte disso vá para processos industriais, como a fabricação de amônia para fertilizantes agrícolas, e a grande maioria desse hidrogênio não é renovável.

Atualmente, cerca de 95% do hidrogênio é gerado por meio de combustíveis fósseis.

Portanto, há muito hidrogênio produzido, simplesmente não é o tipo certo de hidrogênio e não tem como alvo a indústria de data centers, embora várias iniciativas governamentais e internacionais estejam em andamento, com o objetivo de aumentar a quantidade de hidrogênio verde e azul disponível e, assim, torná-lo uma opção mais acessível.

Um relatório do Uptime Institute de novembro de 2024 observou que o governo dos EUA pretende oferecer hidrogênio verde por 1 dólar (5,4 reais) por kg até 2031 - embora com uma nova administração responsável impulsionando energia de todos os tipos, incluindo combustíveis fósseis, o futuro desse compromisso permanece incerto - enquanto as projeções da UE preveem 3 euros (17,1 reais) por kg até 2030. No entanto, o Conselho Internacional de Transporte Limpo sugere que isso não é realista e, em vez disso, oferece um preço americano de 3-5 dólares (16,3-27,2 reais) por kg em 2030 e um preço europeu de 4-8 euros (22,8-45,6 reais) por kg.

Do lado da produção, a UE planeja produzir 10 milhões de toneladas de hidrogênio renovável e importar mais 10 milhões de toneladas até 2030, enquanto o Reino Unido pretende criar 10 GW de capacidade de produção de hidrogênio de baixo carbono até 2030.

Uma pesquisa da BloombergNEF em 2024, no entanto, descobriu que os governos provavelmente perderiam suas metas de demanda agregada de hidrogênio para 2030 em quase dois terços devido a "cronogramas de conclusão de projetos mais longos e apoio político insuficiente".

Hidrogênio como solução de energia de backup

O hidrogênio poderia logicamente atuar como fonte de energia de reserva, onde seria necessário em quantidades menores. Em vez de usar geradores a diesel, as empresas poderiam explorar o hidrogênio verde e azul como combustível.

Em última análise, essa é a intenção da Active Infrastructure.

"Assim que chegarmos à escala, faremos a transição das células de combustível de hidrogênio da carga básica para alguma forma de energia de backup", diz Zygler. "Mas as células de combustível de hidrogênio [óxido sólido] só são econômicas se estiverem funcionando a 100%. Uma vez que a rede seja expandida para nos permitir conectar, o melhor cenário seria que ainda estivéssemos operando essas células de combustível a 100% e colocando-as de volta na rede, mas se a rede falhar, ainda estamos diretamente conectados às células de combustível e elas podem fornecer essa energia ininterrupta.

A ECL, por outro lado, usa baterias para backup, se necessário, mas possui redundância embutida no IP de suas células de combustível de hidrogênio.

"Criamos o que chamamos de unidades de geração de energia, e elas fornecem energia de alta disponibilidade e alta confiabilidade", explica Bacher. "A razão para isso é que temos dois deles em cada bloco, e em cada bloco temos um N + 6, então podemos perder até seis células de combustível em cada elemento e ainda manter 100% de energia." Os blocos de energia da ECL oferecem entre 1-2MW e são um design modular, permitindo fácil expansão.

Várias empresas testaram o uso de hidrogênio para energia de backup - incluindo empresas como a Equinix, Microsoft e a montadora Honda. Mas, de acordo com o Uptime Institute, apenas uma empresa está usando "ativamente" hidrogênio para energia de reserva – a NorthC.

Na Europa, a NorthC está usando hidrogênio para energia de backup em dois data centers na Holanda.

A empresa instalou células de combustível PEM - geralmente consideradas as melhores opções de células de combustível de hidrogênio para energia de backup - em seu data center em Groningen em 2022, que usam hidrogênio verde gerado localmente do hub de hidrogênio NortH2 para alimentá-las. Em seu data center em Eindhoven, a empresa usa motores a gás.

Com 3,5 MW de capacidade, o data center de Groningen tem células de combustível suficientes para manter as operações com energia a hidrogênio para uma interrupção de quatro horas, o que, segundo a operadora, é suficiente para a confiabilidade da rede elétrica no país. Se isso não for suficiente, um tanque de combustível diesel está de prontidão para compensar a folga.

As células de combustível não são imaculadas no papel de energia de reserva, no entanto. Conforme observado por Zygler, as células de combustível de óxido sólido precisam operar a 100% para serem o mais eficientes possível, e as células de combustível PEM demoram um pouco para ligar - cerca de sete minutos - em comparação com o ramp-up de um minuto de um grupo gerador a diesel.

Com a principal preocupação dos operadores de data center sendo chegar o mais próximo possível da classificação de "100% de tempo de atividade", sete minutos de tempo de inatividade completo e os danos potenciais que poderiam ser causados ao hardware como resultado não são ideais. Para contornar isso, a NorthC aumentou sua implantação de baterias no campus para amortecer o ínterim.

A análise do Uptime Institute da solução de data center observa que as células de combustível como solução de backup "provavelmente não serão economicamente justificadas" por conta própria. A NorthC eventualmente planeja usar hidrogênio como sua principal fonte de energia - adotando quase inteiramente a abordagem oposta à Infraestrutura Ativa.

O data center continuará a contar com o NortH2, que gera hidrogênio a partir de seu parque eólico offshore. Até 2030, a usina pretende produzir 4 GW de energia a hidrogênio e 10 GW até 2040, enquanto uma rede de tubulação deve chegar a Groningen entre 2026 e 2028.

Nas instalações de Eindhoven, a NorthC instalou motores a gás Innion Jenbacher que queimam hidrogênio, já que a região não deve se conectar a um gasoduto de hidrogênio tão cedo. Esses motores podem funcionar com gás natural e hidrogênio.

Otimismo para o futuro

Apesar de a NorthC ser a única empresa atualmente adotando hidrogênio para energia de backup, em 2024, a Plug Power - fornecedora de células de combustível PEM - disse que está antecipando que as vendas de suas ofertas para o setor de data centers aumentem no final de 2025, com a empresa já engajada e fazendo implantações e testes iniciais com os "três principais operadores de data center".

Há mais possibilidades de hidrogênio com uma implementação de "queda de pico". Andrew Clough, engenheiro elétrico sênior da Arup, disse à DCD que, com os desafios de obter fornecimento de serviços públicos para qualquer tipo de data center em um cronograma sensato, podemos ver data centers com "um fornecimento de serviços públicos que faz a maior parte do dia, mas talvez não tenha capacidade para o horário de pico, e então você pode ter hidrogênio sendo usado no local para queda de pico. "

Nos EUA, a Bloom Energy assinou um acordo com a American Electric Power (AEP) no final do ano passado que veria a Bloom fornecendo até 1 GW de células de combustível de óxido sólido, que a AEP colocará em data centers de IA para atender às necessidades de energia. Embora as células de combustível sejam inicialmente movidas a gás natural, elas podem funcionar com hidrogênio ou uma mistura dos dois.

Jeff Barber, vice-presidente de vendas globais de data centers da Bloom Energy, disse à DCD no início deste ano que a solução de microrrede da empresa pode complementar a rede, "fornecendo 80 MW enquanto a concessionária fornece 20 MW", ou pode substituir completamente a rede elétrica, se necessário.

No entanto, Clough observa que o uso de hidrogênio é limitado pela localização. Falando especificamente do Reino Unido - embora aplicável a qualquer mercado de Nível 1 hoje - Londres, em particular, não tem apenas restrições de energia, mas restrições de espaço. Com as opções atuais de energia de hidrogênio - tanto primária quanto de backup - exigindo armazenamento no local, isso fica "complicado".

Clough diz: "Tradicionalmente, os operadores de data center queriam 24 ou 48 horas de diesel armazenado no local, o que é relativamente viável. Você obtém alguns tanques maiores, mas o diesel é relativamente denso em energia. O hidrogênio, por outro lado, é complicado porque 48 horas de armazenamento é uma quantidade substancial de hidrogênio para uma grande implantação de data center." Clough estima que "uma ou duas horas" de instabilidades na rede é uma escala mais viável.

Ele sugere que, à medida que os projetos saem dessas áreas densamente povoadas - citando aqueles que estão sendo propostos para Northumberland e a Escócia como exemplo - as implantações de hidrogênio podem fazer sentido. Ainda mais idealmente, se o seu data center estiver localizado "em uma área próxima à infraestrutura de hidrogênio, de repente você pode ter uma situação em que tem um fornecimento de eletricidade e um fornecimento de carregamento de tubulação".

À medida que a demanda da indústria de data centers cresce - tanto para energia primária quanto para energia de backup - a esperança só pode ser que a produção de hidrogênio azul e verde cresça com ela. Essa decisão permanece inteiramente nas mãos daqueles que compram energia ou combustível para seu data center.

Bachar, da ECL, observa que os data centers que desenvolvemos hoje permanecerão conosco "por pelo menos 15 a 20 anos".

"Embora agora nós [a indústria] estejamos com pressa para construir data centers para IA, precisamos ter certeza de que estamos fazendo a escolha certa agora. Não podemos reiniciar as usinas de carvão. O que fazemos agora permanecerá conosco pelas próximas duas décadas.