Każda czynność w internecie wiąże się ze zużyciem energii. Szacuje się, iż proste wyszukiwanie w wyszukiwarce Google zużywa ok. 0,3 MWh energii elektrycznej. Kolejne wynalazki czy udogodnienia zwiększają zapotrzebowanie na nią – operacja z wykorzystaniem programu ChatGPT zużywa od 1,8 do 3 MWh. Póki co, centra danych (ang. data centers) zasilane są stabilną, ale szkodliwą dla środowiska energią z paliw kopalnych i co istotne – sektor nie jest objęty unijnym systemem handlu uprawnieniami do emisji (EU ETS). Czy czysta energia z wodoru może okazać się alternatywą?
Sektor centrów danych to poważny konsument energii
Bez wątpienia cyfrowa transformacja rodzi popyt na zwiększoną moc obliczeniową, przestrzeń dyskową oraz urządzenia IT, czyli generuje zapotrzebowanie na energię. Według danych Międzynarodowej Agencji Energetycznej z września 2022 r. w wyniku postępującej digitalizacji centra danych wytwarzają aktualnie 0,9–1,3% globalnej emisji CO2 i wykazują tendencję wzrostową1. Prognozy wskazują, iż centra danych podwoją obecne zużycie przemysłu energochłonnego. Zgodnie z raportem Morgan Stanley do 2030 r. emisje z tej branży mogą osiągnąć 2,5 mld t, czyli ok. 40% rocznych emisji gazów cieplarnianych całych Stanów Zjednoczonych. Według firmy doradczej McKinsey szacowany wzrost popytu na energię ze strony europejskich centrów danych to ok. 85 TWh, a według Goldman Sachs – choćby 100 TWh. w tej chwili w Europie znajduje się ok. 15% mocy zainstalowanych centrów danych na świecie. Na Polskę przypada 2% mocy europejskiej2. Szacunki RE-Source Hub Poland i Polskiego Stowarzyszenia Energetyki Wiatrowej wskazują, iż w ciągu najbliższych 10 lat rozwój sektora w całej Europie może doprowadzić do wzrostu zapotrzebowania na energię elektryczną o niemal 40%, a do 2033 r. na nasz kontynent ma również przypaść ok. 20% popytu z tej branży (razem z AI)3. Dodajmy, iż w tej chwili w Polsce działa 150 centrów danych, choć potencjał rozwojowy jest o wiele większy. Jedną z barier rozwojowych jest konieczność zapewnienia do 2032 r. kolejnych dodatkowych 12 GW mocy dyspozycyjnych. Dla porównania, największa serwerownia w USA zużywa tyle energii, co 33 tys. gospodarstw domowych. Zasilanie serwerowni i centrum danych jest więc bardzo ważnym zagadnieniem ze względu na wysoką wrażliwość sprzętu choćby na najmniejsze zaniki napięcia. Brak zasilania uruchamia restart, co oznacza natychmiastowe przerwanie pracy systemu IT. Konsekwencje należy określić jako krytyczne, niezależnie od wielkości systemu, są także niedopuszczalne ze względów biznesowych i z uwagi na zagrożenie życia i zdrowia ludności. Czy wobec tego czysta energia z wodoru pogodzi zapotrzebowanie na energię z ograniczeniem emisji CO2 ?
Wodorowe centra danych – konieczność czy fantazja?
Zabezpieczenie zasilania serwerowni i centrum danych już na wczesnym etapie wymaga zaprojektowania odpowiednich rozwiązań i konfiguracji. Dwa niezależne źródła prądu dla centrum danych znacznie podnoszą jego bezpieczeństwo zasilania, a co za tym idzie – wzrasta poziom jego niezawodności, dostępności itp. w tej chwili w przypadku tylko jednego przyłącza powszechnie stosuje się zasilanie rezerwowe w postaci agregatu prądotwórczego. Czy stare generatory dieslowskie mogą zostać zastąpione przez generatory wodorowe? Najpoważniejszą próbę w tym zakresie podjął dotychczas Bill Gates. Jego koncern testuje wykorzystanie wodoru do awaryjnego zasilania swoich serwerów. Wodorowe ogniwa paliwowe o mocy 3 MW umieszczono w dwóch 12-metrowych kontenerach na betonowej platformie za siedzibą firmy. Urządzenia te są używane rzadko, ale odgrywają istotną rolę w zapewnieniu zasilania awaryjnego. Systemy bateryjne mogą utrzymać działanie centrum danych przez kilka minut. To czas, który wystarczy do uruchomienia wodorowych ogniw paliwowych zastępujących konwencjonalne i emisyjne generatory diesla. W teorii wodorowe źródła energii mogą utrzymywać działanie centrum danych w nieskończoność, o ile mają wystarczający zapas paliwa. Zielony wodór produkowany jest w procesie elektrolizy dzięki elektrolizerom. Potrzeba do tego jedynie wody destylowanej oraz energii elektrycznej. Z wody i prądu produkuje się wodór i tlen, a w procesie odwrotnym z wodoru i tlenu powstaje prąd i woda. Umownie do produkcji 1 kg wodoru potrzebne jest 9 kg wody. Produkt uboczny to 8 kg tlenu, bez żadnych zanieczyszczeń dla środowiska. Warunkiem powodzenia tego procesu jest dostępność prądu z odnawialnych źródeł energii, co sprawia, iż produkcja może być w 100% ekologiczna. w tej chwili stanowi to ogromne wyzwanie biznesowe z uwagi na wysokie koszty produkcji wodoru odnawialnego, które są ściśle powiązane z ceną energii elektrycznej. W przyszłości jednak, według prognoz Międzynarodowej Agencji Energetycznej, koszt produkcji wodoru z odnawialnej energii elektrycznej może spaść o 30% do 2030 r. w wyniku spadku kosztów energii odnawialnej i zwiększenia skali produkcji wodoru4. Otwartym pytaniem pozostaje, czy popyt na czysty wodór zostanie zaspokojony, w przeciwnym bowiem wypadku spadek kosztów energii ze źródeł odnawialnych nie wpłynie lub będzie miał neutralny wpływ na cenę wodoru. Do takiej refleksji może skłonić choćby Pakt Neutralności Klimatycznej Centrów Danych, dokument podpisany w 2021 r. przez europejskich operatorów centrów danych oraz dostawców technologii chmury obliczeniowej (ang. cloud computing). Pakt zobowiązuje sygnatariuszy do zapewnienia neutralności klimatycznej ich centrów danych do 2025 r. oraz 2030 r. przez m.in. zakup energii w 100% wolnej od emisji dwutlenku węgla, położenie nacisku na oszczędzanie wody czy aktywne poszukiwanie metod odzysku ciepła.
Czysty wodór z energii cieplnej?
Konwersja energii cieplnej na elektryczną nie jest niczym nowym. Nierozstrzygnięty pozostawał jednak problem wydajności tego procesu, która dzięki ostatnim usprawnieniom powinna znacząco wzrosnąć. Taki wariant energooszczędności i produkcji czystej energii może znaleźć zastosowanie w centrach danych i uczynić je mniej uciążliwymi dla środowiska. Serwery pracujące bez przerwy wytwarzają ciepło będące naturalnym efektem ubocznym ich pracy o ogromnym potencjale energetycznym i walorach ekologicznych. Pozwala to odzyskać część kosztów za prąd zużyty przez serwery oraz urządzenia przeznaczone do ich schładzania Jest to rozwiązanie ekologiczne, w przeciwieństwie do paliw kopalnych nie powoduje emisji żadnych gazów, pyłów ani cząstek stałych. Ocenia się, iż 1 MW energii cieplnej z centrum danych oznacza ograniczenie emisji CO2 o około 1750 t rocznie5. Innym zastosowaniem jest wytwarzanie prądu z ciepła. Oczywiście barierą rozwojową jest efektywność procesu. Niemniej dotychczasowe rozwiązania pokazują np., iż z 1 l wody odpadowej o różnicy temperatur równej 10°C można uzyskać 35,37 kWh energii, co pozwala zasilić żarówkę LED na czas ponad 7 godzin. Zasilanie elektrolizerów produkujących wodór w procesie elektrolizy jest źródłem o wiele stabilniejszym niż energia z PV czy wiatraków. Wykorzystanie go następnie w pracy generatorów wodorowych otworzy nowe możliwości zabezpieczenia zasilania centrów danych. Należy jednak podkreślić, iż w obliczu stosunkowo niskiej efektywności procesu tego rodzaju rozwiązania mogą przyjąć się dopiero w przyszłości. Obecne warunki rynkowe nie wróżą powodzenia.
Centra-danych-zasilane-wodorem Centra-danych-zasilane-wodorem_rozkladowki
