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Os operadores de data centers sofrem um escrutínio cada vez maior sobre o seu consumo de energia e impacto ambiental.

A transição de geradores a diesel tradicionais para células de combustível de hidrogênio representa uma oportunidade e um desafio, e há uma série de aspectos práticos que precisam ser considerados à medida que avançamos em direção a um futuro energético mais sustentável.

A implementação de células de combustível de hidrogênio no lugar de geradores a diesel é uma mudança significativa no sistema geral de energia de um data center. Como projetistas de data centers, é nossa responsabilidade projetar a infraestrutura elétrica e mecânica para fornecer energia e resfriamento constantes aos servidores. Do ponto de vista elétrico, células de combustível e geradores a diesel têm propriedades fundamentalmente diferentes.

Para começar, os geradores a diesel produzem corrente alternada (CA), enquanto as células a combustível produzem corrente contínua (CC). Além disso, eles têm propriedades variadas ao ligar e assumir cargas altas. Isso pode fornecer novas opções para sistemas DC dentro de um data center, embora isso possa ser ineficiente dependendo do tamanho do data center e das distâncias que a eletricidade pode ter que percorrer.

De uma perspectiva mecânica, projetar um sistema de armazenamento de hidrogênio é significativamente mais complexo do que um sistema de armazenamento de diesel. O hidrogênio tem mais opções de armazenamento disponíveis, no entanto, e apresenta riscos mais altos do que o diesel, como maior inflamabilidade e explosividade, pressões mais altas, potencial para baixa temperatura e métodos de armazenamento químico que são todos perigosos. Isso exige, portanto, que o projeto mecânico do sistema seja projetado de acordo com rigorosos padrões de segurança.

Consequentemente, as restrições de planejamento local podem impedir que um data center armazene hidrogênio no local – um problema característico dos data centers na Europa, que geralmente estão localizados em ambientes urbanos e industriais.

Existem várias maneiras pelas quais as células de combustível de hidrogênio podem ser implementadas dentro de um data center. Como mencionado, há custos significativos associados à adoção dessa tecnologia e, em muitos casos, eles não são um substituto viável para os geradores a diesel existentes, pois os locais de data center atuais não foram projetados para utilizar hidrogênio. Isso é um problema menor em mercados como os Estados Unidos, em que os data centers têm maior acesso a terrenos disponíveis.

Em locais típicos de data centers europeus, a terra é valiosa e escassa e muitos data centers estão localizados em ambientes relativamente urbanos.

Uma sugestão é uma maior integração dos sistemas de energia, com data centers localizados ao lado de indústrias de energia e data centers integrados a usinas geradoras de hidrogênio e células de combustível. Essa solução evita problemas de planejamento construindo data centers ao lado de indústrias de energia de baixo carbono. Um grande problema com isso (além do terreno disponível) é apagar as linhas que separam operadores de data centers, fornecedores de serviços públicos e empresas de energia.

Embora isso dê aos operadores de data centers acesso direto à energia de baixo carbono, é necessário existir uma demarcação clara entre operadores de data center e operadores de serviços públicos, já que o principal negócio dos operadores de data center são dados e não energia.

Além das considerações de projeto acima, o custo é outro obstáculo para a absorção de hidrogênio. Embora seja difícil prever exatamente como os custos variarão na próxima década, especialmente com as recentes flutuações de custos devido à crise energética, há uma série de investimentos e subsídios sendo lançados.

Estes pretendem produzir hidrogênio competitivo em termos de custos em escala. Isso poderia assumir a forma de subsídios, como contratos por diferença (CfDs), que podem ajudar a aumentar o investimento em tecnologia de baixo carbono.

Na última década, os CfDs desempenharam um papel importante na redução do custo das energias renováveis para os desenvolvedores. É uma história de sucesso no Reino Unido, com a rede ganhando grandes quantidades de energia renovável.

Data centers mais ecológicos e limpos

Há países em que a rede elétrica local gera energia a partir de combustíveis fósseis altamente poluentes, como o carvão. Nesse cenário, as emissões de carbono por kWh de eletricidade dessas redes são maiores do que as emissões de uma célula a combustível utilizando gás natural. Isso permite que um data center use SOFCs com fornecimento de gás natural, o que reduz e até elimina a demanda do data center na rede de serviços públicos local, ao mesmo tempo em que reduz a pegada de carbono do data center (quando comparado a um cenário em que o data center usou eletricidade de uma rede intensiva em carbono).

Há também o potencial de utilizar calor residual em um chiller de máquina de absorção de vapor (VAM), para fornecer resfriamento e energia para mitigação adicional de carbono. A Black & White Engineering projetou data centers que usam SOFCs nessa capacidade, o que pode fornecer o duplo benefício de reduzir as emissões de carbono e os custos, ao mesmo tempo em que mitiga as demandas nas redes de serviços públicos locais.

Há, entretanto, uma ressalva aos benefícios de sustentabilidade desse tipo de geração de energia no local. Com o início da descarbonização da rede de serviços públicos de um país, a redução de emissões que o operador do data center tinha anteriormente será diminuída, até que eventualmente eles possam gerar mais emissões de carbono por kWh do que a eletricidade disponível na rede da concessionária.

Embora isso seja altamente dependente do país em questão, um bom exemplo disso seriam as usinas de cogeração de calor e energia (CHP) no Reino Unido. Há uma década, essas usinas forneciam eletricidade de “baixo carbono” em comparação com a rede da época, mas agora, em muitos casos, emitem mais carbono do que as redes locais. Países que já têm redes descarbonizadas, França, Suécia e Escócia, por exemplo, não se beneficiarão de um sistema contínuo que usa gás natural.

Um cenário ideal para um operador de data center utilizando esse sistema seria que um gasoduto de hidrogênio de carbono zero se tornasse disponível à medida que a rede de serviços públicos locais se descarbonizasse. No entanto, isso também exige que o fornecimento de hidrogênio seja competitivo em termos de custo com a eletricidade de serviços públicos. À medida que mais células de combustível PEM de arranque rápido entram no mercado, haverá maior flexibilidade na forma como as células de combustível podem ser utilizadas.

As células de combustível PEM permitiriam mudanças dinâmicas na geração de energia, potencialmente permitindo opções de energia de backup e a capacidade de fornecer serviços para a rede de serviços públicos. Mais uma vez, isso exigiria um armazenamento significativo de hidrogênio no local e um gasoduto de hidrogênio “verde”.

Nos próximos anos, se o hidrogênio “verde” (de energia renovável) puder ser tão competitivo em termos de custo e tão disponível quanto os combustíveis fósseis atuais, ele oferecerá uma alternativa sustentável ao diesel para os operadores de data centers. Embora as tecnologias de hidrogênio ofereçam uma solução promissora, são tecnologias complexas que devem ser cuidadosamente implementadas para garantir mitigação real de carbono, praticidade e custo-benefício.

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