زمان آن فرا رسیده است که هیدروژن را به عنوان منبع تامین انرژی مراکز داده و جایگزین مناسب برای سوخت‌های فسیلی از نظر هزینه و کارایی بشناسیم. بر کسی پوشیده نیست که مراکز داده مدرن به انرژی برق وابسته‌اند. در سیستم‌های خنک کننده و تمام اجزای زیرساخت فناوری اطلاعات؛ الکتریسیته، سوختی مفید برای فناوری اطلاعات تجاری بوده است.
امروزه تمایلی آشکار به کاهش استفاده از انرژی برق جهت کم شدن گازهای گلخانه‌ای، در تمام جنبه‌های مصرف انرژی وجود دارد. متأسفانه، بر اساس محاسبات EPA، تولید برق دومین عامل بزرگ در افزایش گازهای گلخانه‌ای (GHG) است و طبق یک مطالعه در سال 2020، این میزان، 25 درصد از کل (GHG) را در ایالات متحده تشکیل می‌دهد.
جایگزین‌های تولید انرژی
خوشبختانه، جایگزین‌های دیگری برای انرژی برق وجود دارد، از جمله گزینه‌های سبزی مانند تولید برق آبی، خورشیدی، بادی و زمین گرمایی. استفاده از این جایگزین‌ها برای دهه‌ها به آرامی در حال رشد بوده است؛ اما در حال حاضر اپراتورهای مراکز داده انگشت شماری، گزینه‌های تولید انرژی مبتنی بر هیدروکربن را دارند، به خصوص که تولید انرژی هسته‌ای در ایالات متحده در حال حذف تدریجی‌ست.
اگرچه حل مسائل زیست محیطی تاسیسات، به عهده اپراتورهای مرکز داده نیست؛ اما سیستم‌های پشتیبان انرژیِ آنها مسوولیت این کار را برعهده دارند. تمرکز روزافزون جهانی بر انرژی‌های سبز قرار دارد و اینکه به منظور کاهش آلایندگی کربنی، انرژی هیدروژنی جایگزین سوخت‌های فسیلی و منبع تامین انرژی مراکز داده آینده شود.
برق اضطراری (UPS) برای مراکز داده
برق اضطراری برای اپراتورهای مراکز داده ضروری‌ست. برای چندین دهه دیتاسنترها این نیاز را از طریق ژنراتورهای دیزلی و باتری‌های عظیم برطرف کرده‌اند. یک سیستم (UPS) مرکز داده، برای پاسخگویی آنی و فوری به قطع شدن منبع تامین انرژی در مراکز داده و محافظت از زیرساخت‌ها در برابر متغیرهای آسیب‌زا طراحی شده است. آسیب هایی مانند نویز خطوط، نوسانات ولتاژ، اعوجاج هارمونیک، تداخل EMI/RFI و حفاظت از نوسانات.
سیستم‌های پشتیبان باتری یو پی اس معمولاً به گونه‌ای طراحی می‌شوند که توان کافی برای کارکرد 20 تا 30 دقیقه فراهم کنند. این پشتیبانی با فعال کردن منظم، انتقال بار به سایت‌های مشکل‌دار و یا انتقال به ژنراتور پشتیبان برای مدت زمان طولانی‌تر انجام می‌شود.
مراکز داده مدرن در مقیاس بزرگ که می‌توانند از 80000 تا 100000 سرور را در خود جای دهند، می‌توانند چندین مگاوات برق را در هنگام کار مصرف کنند، بنابراین وجود ژنراتورهای ثانویه برای مقابله با قطعی‌های طولانی‌تر که گاهی ممکن است روزها یا هفته‌ها طول بکشد، ضروری‌ست.این سیستم‌ها عمدتاً از نوع ژنراتور دیزلی است که گازهای گلخانه‌ای زیادی تولید می‌کند.
همانطور که می‌دانید، سوخت دیزل مقادیر قابل‌توجهی دی‌اکسید کربن (CO2)، مونوکسید کربن (CO)، اکسیدهای نیتروژن (NOx) و هیدروکربن‌ها (HC) تولید می‌کند. غیر از سوخت‌های دیزلی از گاز طبیعی یا پروپان نیز برای تولید انرژی در مراکز داده مهم جهان استفاده می‌شود که سالمتر از سوخت دیزلی‌ست؛ اما به هر حال سوخت گاز طبیعی هنوز هم مقادیر قابل توجهی گازهای گلخانه‌ای وارد طبیعت می‌کنند.
هیدروژن به عنوان یک گزینه سبز برای کاهش گازهای گلخانه‌ای
ناسا از دهه 1940 از هیدروژن برای اکتشاف در فضا استفاده کرده است. شروع ماموریت‌های “Gemini”، دوران شاتل فضایی و موشک‌های دلتا III و دلتا IV مدرن بوئینگ، مبتنی بر استفاده از سیستم‌های سوخت هیدروژن مایع/اکسیژن مایع بود که بالاترین بازده را در بین هر سوختی ایجاد می‌کردند. علاوه بر این، باطری‌های سوختی هیدروژنی از اواسط دهه 60، بیشینه نیروی الکتریکی را برای تقریباً هر سرمایه‌گذاری فضایی تامین کرده‌اند.
با این حال، در روی زمین، علیرغم زمان و تلاش زیادی که صرف شده است، موفقیت چندانی در استفاده از هیدروژن به عنوان جایگزینی برای نفت در موتورهای احتراق داخلی حاصل نشده است.
این امر تا حدی به دلیل اشتعال‌پذیری بالاتر هیدروژن است که باعث آتش سوزی می‌شود. با این حال، تحقیقات برای ترکیب گاز طبیعی با 30 درصد نیتروژن، همچنین برای کاهش انتشار گازهای گلخانه ای در حال انجام است.
از سوی دیگر، ترکیب فناوری پیل یا باطری سوختی و هیدروژنی ممکن است مدل ایده آلی برای تولید برق سبز با کاهش تولید گازهای گلخانه ای به نزدیک صفر باشد. زیبایی پیل‌های سوختی این است که درآن هیدروژن و اکسیژن وارد و برق و بخار آب خارج می‌شود. در واقع، آب تولید شده توسط سلول‌های سوختی در فضاپیمای آپولو به اندازه کافی تمیز بود که بتوان آن را مصرف کرد. یک مدل باطری سوختی معکوس‌پذیر وجود دارد که می‌تواند با استفاده از هیدروژن و اکسیژن انرژی تولید کند؛ اما زمانی که برای تولید برق مورد نیاز نباشد، می‌تواند انرژی را به شکل هیدروژن استخراج و ذخیره کند.
سیستم‌های باطری با سوخت هیدروژن
ثابت شده است که سیستم‌های باطری با سوخت هیدروژن، الکل یا متان به اندازه هر سیستم تولید برق دیگر قابل اعتماد هستند و عدم وجود قطعات متحرک می‌تواند به طور قابل توجهی هزینه‌های تعمیر و نگهداری را به دلیل فرسودگی کاهش دهد. یکی از ایرادهای جزئی برای نیروی باطری‌های هیدروژنی این است که برق تولید شده مستقیم DC است، در حالی که اکثریت قریب به اتفاق زیرساخت‌های مراکز داده جهان با برق AC کار می‌کنند. البته این یک نگرانی عمده نیست؛ زیرا تنها باعث کاهش جزئی 5-6٪ در راندمان سیستم می‌شود و نیز می‌توان از سیستم اینوتر برای رفع این مشکل استفاده کرد.
توربین‌های گازی روش دیگر استفاده از هیدروژن برای تولید برق است. شرکت جنرال الکتریک از این نوع توربین 7HA.03 به طور گسترده‌ای استفاده می کند. 430 مگاوات نیرو از این طریق تولید می‌شود و می‌تواند تا 640 مگاوات، با راندمان 61 درصد افزایش یابد.
برای کاهش گازهای گلخانه ای، توربین گازی می‌تواند با ترکیب سوخت هیدروژنی تا 50٪ کار کند و امید می‌رود که بتواند تا آینده‌ای نزدیک از طریق مخلوط کردن هیدروژن با گاز طبیعی تنها (6.2 اونس یا 175 گرم) آلودگی مایع ایجاد کند. آنچه به راندمان نسبی ژنراتور توربین گازی می‌افزاید این واقعیت است که برق AC تولید می‌کند که نیاز به سیستم اینورتر را از بین می‌برد.
در پایان
پس از چندین دهه تحقیق و آزمایش، سرانجام ممکن است به نقطه اوجی برسیم که هیدروژن از نظر هزینه، در دسترس بودن، کارایی و موارد دیگر مهم‌تر از همه انرژی‌های دیگر جهت کاهش (GHG) باشد و به جایگزین مناسبی برای سوخت‌های فسیلی تبدیل شود.
خوشبختانه، ابتکارات بزرگی در حال انجام است که به کاهش مقیاس برای هیدروژن کمک می‌کند، یکی از بزرگ‌ترین آنها برنامه سراسری “Energy Earthshots” از وزارت انرژی ایالات متحده است که بر تحقیق و توسعه مورد نیاز و توسعه انرژی پاک تمرکز دارد.