Tenemos que dejar el diesel. A gran escala, los generadores diesel están contribuyendo al calentamiento del planeta, sirviendo como una emisión más de carbono. A nivel local, producen partículas y óxidos nitrosos que dañan a las comunidades y dificultan que los centros de datos obtengan permisos.
Es por eso que Microsoft, como parte de un plan más amplio para ser neutral en carbono para 2030, planea dejar de usar generadores diesel para finales de la década. Pero eso deja al hiperescalador con un problema: ¿de qué otra manera alimentar sus innumerables centros de datos cuando falla la red?
Durante los últimos años, la compañía ha experimentado con el uso de hidrógeno como energía de respaldo alternativa. Este mes de julio, ese trabajo culminó con una prueba de funcionamiento exitosa de 48 horas, en la que se utilizó hidrógeno para alimentar una fila de servidores sin fallas.
Microsoft utilizó una celda de combustible de hidrógeno de membrana de intercambio de protones (PEM) de 250 kW del mercado automotriz para alimentar los 10 racks, con celdas de combustible PEM que combinan hidrógeno y oxígeno en un proceso que produce vapor de agua y electricidad.
Confiar en un producto automotriz tiene sus ventajas: es uno de los mercados más grandes para las celdas de combustible de hidrógeno, por lo que los costos están disminuyendo. Los productos también están diseñados para una aceleración rápida, por lo que pueden dar el tiempo de reacción rápido para reemplazar un UPS en caso de falla de la red.
Pero estos productos no se diseñaron pensando en los centros de datos, explicó el líder del proyecto y el ingeniero principal de infraestructura Mark Monroe. "Nunca habían hecho funcionar una celda de combustible durante más de seis horas porque no podían tener un tanque de combustible más grande que ese [en un vehículo]".
Para extender el tiempo de uso de las celdas de combustible, Microsoft trajo camiones cisterna llenos de hidrógeno.
En una prueba de 24 horas en diciembre, Microsoft descubrió "algunas cosas en las celdas de combustible que necesitaban una ligera modificación, como filtros de aire y cosas por el estilo". La empresa los solucionó antes de realizar la prueba de 48 horas de este año. "Fue sin problemas", dijo Monroe.
Para sus centros de datos estándar, Microsoft mantiene actualmente 48 horas de combustible diesel en el sitio, pero también tiene contratos de reabastecimiento de combustible si los cortes de energía se prolongan más que eso. "Es bastante raro que eso [suceda]", dijo Monroe.
"La sensación en la mayor parte de la industria es que con 48 horas de respaldo, tiene mucho tiempo para advertir a sus clientes y ellos tienen tiempo para migrar sus tareas".
Si bien la empresa puede probar períodos más prolongados de funcionamiento con las pilas de combustible, confía en que ha superado un hito crucial. Ahora, la atención se centra en el tamaño.
“Si nos fijamos en Microsoft u otras empresas de hiperescala, construimos instalaciones muy grandes y el sistema de 250 kW en el que probamos durante 48 horas debe ampliarse a varios megavatios”, dijo Monroe. "Ahí es donde nos dirigimos a continuación"
Actualmente, la compañía está buscando adquirir una celda de combustible de 3MW, con miras a probarla en 2021. "Y eso nos acercará un paso más, al ejecutarla a la escala y durante el tiempo que necesitemos". Ahí es cuando comienza el verdadero trabajo.
Para que el hidrógeno tenga sentido en las instalaciones de Microsoft, la compañía espera ser parte de un cambio más amplio hacia la economía del hidrógeno.
Las agencias espaciales y la industria del petróleo ya son grandes usuarios de hidrógeno, mientras que cada día se ven nuevos vehículos propulsados por hidrógeno a las calles. Se planean proyectos enormes que podrían convertir a Australia en un exportador de hidrógeno, convertir todas las líneas de gas en el norte del Reino Unido en transporte de hidrógeno, y Japón ha prometido convertirse en una "sociedad del hidrógeno".
Y, sin embargo, dado el gran desafío de hacer la transición de una red energética completa y los numerosos inicios en falso del hidrógeno en el pasado, aún no ha alcanzado la masa crítica. Microsoft prevé escenarios en los que sus celdas de combustible de hidrógeno podrían integrarse profundamente en la comunidad en general.
Cuando se almacena hidrógeno líquido, cantidades comparativamente pequeñas se evaporan en gas cuando entra calor en los tanques. Monroe cree que podría usarse en otros lugares: "Podría involucrar el abastecimiento de combustible de vehículos, donde nos asociamos con una empresa de abastecimiento de combustible de vehículos y permitimos la creación de flotas de hidrógeno en el área para nuestro propio uso o para el uso de otros", dijo.
“O podríamos hacer cosas como planificación de capacidad, reducción de picos o respuesta a la demanda e interactuar con la red eléctrica porque no estamos limitados por la cantidad de horas que podemos hacer funcionar ese generador, por lo que podríamos usar la ebullición para eliminar partes de nuestra factura de electricidad ".
De manera más ambiciosa, Microsoft podría producir hidrógeno en el lugar, combinando las celdas de combustible con electrolizadores para que el exceso de energía renovable durante el día "pudiera convertirse en hidrógeno para almacenamiento a largo plazo y luego reconvertirse en electricidad mediante una celda de combustible", dijo Monroe.
Para que esto suceda, se requiere que varias industrias se suban al tren del hidrógeno, y la compañía se unirá en julio al consorcio del Consejo del Hidrógeno, liderado por empresas, que impulsa los productos y estándares de hidrógeno.
Aún así, ni siquiera Microsoft está preparado para hacer todo lo posible como están las cosas ahora. “No diría que todavía estemos locamente enamorados del hidrógeno, pero definitivamente lo estamos investigando a fondo”, dijo Monroe.
Para cumplir con su objetivo de 2030 sin diésel, está "buscando varias alternativas en paralelo", explicó Monroe. “Uno de ellos es simplemente baterías grandes, ser capaz de funcionar durante varias horas con baterías podría ser suficiente en algunos lugares ... el punto de cruce está en algún lugar en ese rango de cuatro a 10 horas, donde una batería grande frente a un generador de hidrógeno se vuelve más viable económicamente".
La compañía también utilizará diésel derivado de la biomasa, en lugar de combustibles fósiles, a medida que pasa a la solución post-diésel que elija. "Por lo tanto, una gran parte de la infraestructura seguirá funcionando con un motor de combustión interna que tenga algún tipo de combustible renovable [después de 2030]", dijo Monroe.
El diésel es increíblemente fácil de adquirir y, junto con las alternativas de biomasa, tiene una mayor densidad energética que el hidrógeno, por lo que no desaparecerá pronto.
Aún así, Monroe dice que Microsoft es “optimista sobre el hidrógeno y la tecnología. Creemos que probablemente dentro de tres a cinco años será cuando vea que los centros de datos implementarán esto a gran escala [como energía de respaldo], y definitivamente existe la posibilidad de usar hidrógeno como fuente de energía primaria".
Hay otros que esperan usar hidrógeno para aún más. "El uso de hidrógeno como refrigerante y como combustible es algo que es bastante interesante para mí, ya que abre muchas oportunidades para la innovación", dijo el Dr. Victor Nian a DCD.
El investigador principal del Instituto de Estudios de Energía, financiado por el gobierno de Singapur, está fascinado con la idea de utilizar hidrógeno como portador de energía múltiple.
“Ya ha gastado la energía para convertirlo en hidrógeno líquido”, que debe estar al menos a −252,87 ° C para licuarse a presión atmosférica. “Ahora, cuando usas hidrógeno líquido o hidrógeno altamente comprimido, te da energía fría, te guste o no”, explicó Nian. "Mientras que con agua, en realidad tienes que enfriar el agua".
Mientras tanto, para que el gas líquido frío se utilice en celdas de combustible, se calienta ligeramente, algo que podrían hacer los servidores. “Puede pasar de la celda de combustible de hidrógeno, enfriar los centros de datos y luego volver a convertirse en combustible a una temperatura razonable y luego usar ese combustible para producir electricidad para alimentar el centro de datos”, dijo Nian.
"Entonces, tal vez podamos lograr el triple de beneficios; en el papel, esto es viable".
No parece haber ninguna empresa de centros de datos que haya adoptado la idea todavía, y la más cercana es Keppel Data Centers. También con sede en Singapur, una nación con una masa terrestre limitada, está explorando la construcción de un centro de datos flotante que podría usar energía de hidrógeno, y también está estudiando el uso del enfriamiento de la regasificación de gas natural licuado para ayudar a los centros de datos. Pero todos sus esfuerzos se encuentran en una etapa muy temprana y la compañía se negó a comentar.
Otra idea que es posible, sobre el papel, es la de la criomagnética de hidrógeno. En lugar de almacenar energía en forma cinética en un volante, el sobreenfriamiento del sistema con hidrógeno significaría que el cobre alcanzaría la superconductividad, por lo que la energía podría almacenarse en el campo magnético.
“No es un concepto nuevo, pero apenas se menciona en la literatura porque la aplicación es muy, muy especializada”, dijo Nian. "Pero podría ser muy conveniente porque puede descargar energía de este almacenamiento en intervalos de tiempo muy cortos a una potencia muy alta".
Cuando se le preguntó sobre la opinión de Microsoft sobre el uso de hidrógeno para enfriar, Monroe se mostró reticente. "Es posible", dijo. "Hemos examinado un par de esquemas en los que podríamos usar el hidrógeno para algunas aplicaciones de enfriamiento de tipo criogénico para tal vez un rendimiento superior o cuántico o cosas por el estilo".
"Definitivamente, tener más experiencia con la criogenia como resultado de tener grandes cantidades de hidrógeno líquido alrededor definitivamente nos ayudará como empresa a medida que nos adentramos en ese tipo de espacios", añadió.
Aún queda un largo camino por recorrer. Microsoft primero tiene que convencerse a sí mismo de que quiere usar hidrógeno, luego necesita convencer a todos los demás. Además, debe asegurarse de que las personas utilicen el tipo correcto de hidrógeno.
Si bien el hidrógeno en sí es un producto de almacenamiento de energía verde, el proceso de creación puede ser menos. Actualmente, aproximadamente el 95 por ciento del hidrógeno se produce a partir de combustibles fósiles, que emiten dióxido de carbono y monóxido de carbono como subproductos.
Esto a menudo proviene del gas natural; Keppel, por ejemplo, opera negocios de gas como compañías hermanas.
Para que el hidrógeno mejore las cosas, en lugar de simplemente mover el problema hacia abajo, debe producirse con electrólisis, donde la electricidad de fuentes renovables se hace pasar por el agua para separar los átomos de hidrógeno y oxígeno.
Aquí, espera Monroe, los centros de datos pueden liderar: “Donde pensamos que el tamaño y la velocidad de la industria de los centros de datos ayudarán más a la industria del hidrógeno es a reducir el costo de los módulos de celdas de combustible y aumentar el suministro de hidrógeno verde. Creemos que la industria del centro de datos comenzará diciendo que tenemos que tener hidrógeno verde, punto ”.
Una vez que una empresa como Microsoft decide cambiar al hidrógeno, Monroe cree que todos los demás pronto recurrirán a él.
"Los generadores diésel son una dificultad aceptada para la industria de los centros de datos porque son los mejores disponibles en la actualidad", dijo. “Pero hay otras personas a las que también les gustaría deshacerse de sus motores diesel. Por eso pensamos que una vez que uno de nosotros pruebe la tecnología, otros lo seguirán rápidamente ".