Perspectivas de sostenibilidad ambiental de los centros de datos globales
Se estima que el sector global de centros de datos representa aproximadamente 416 teravatios, equivalentes a aproximadamente el 3 % de la demanda energética total. El Sudeste Asiático presenta una alta demanda, y las necesidades energéticas aumentan a medida que los países de la región incorporan nueva infraestructura de centros de datos.
La preocupación por el impacto ambiental de los centros de datos ha llevado a algunos países y ciudades-estado a imponer restricciones a la construcción de nuevas instalaciones. Por ejemplo, Singapur suspendió la construcción de nuevos centros de datos en 2019. Ahora que la moratoria ha terminado, los nuevos centros de datos solo pueden construirse con la máxima eficiencia de recursos.
La presión para mejorar el rendimiento ambiental de los centros de datos no solo proviene de gobiernos y organismos reguladores. Operadores de centros de datos a gran escala como Google (Alphabet), Apple, Facebook (Meta), Amazon y Microsoft (GAFAM) buscan cada vez más mejorar. El año pasado, Google Data Centers se fijó el objetivo de abastecer todos sus centros de datos en la nube con energía libre de carbono las 24 horas del día para 2030.
Pero, ¿qué significa la transición a instalaciones más limpias y sostenibles para equipos como los generadores diésel?
Cabe destacar que los generadores en los centros de datos no son grandes emisores de carbono, ya que se utilizan con poca frecuencia y solo por períodos cortos. Sin embargo, los generadores diésel aún ofrecen un potencial de mejora del rendimiento ambiental mediante la optimización de los generadores, la reducción de las pruebas de campo periódicas y la incorporación de postratamiento de gases de escape y biocombustibles.
En términos generales, los centros de datos en el Sudeste Asiático abarcan tres grupos energéticos principales: generación de energía in situ o servicios públicos; sistemas de instalaciones, como refrigeración y distribución de energía; y sistemas informáticos. Las mejoras en cada una de estas áreas pueden contribuir significativamente a una mayor sostenibilidad.
Los generadores pertenecen al primer grupo y representan la generación de energía in situ esencial para la misión, principalmente a partir de diésel, aunque en ocasiones también de gas natural. Los operadores de centros de datos de primer nivel en países como Singapur, Corea del Sur y Japón están especificando generadores de mayor potencia para lograr eficiencias operativas y reducir costos.
Un grupo electrógeno diésel de 4 MW proporciona la mayor parte de la energía de respaldo necesaria. Ofrece una respuesta altamente confiable ante cortes de energía en la red de transmisión local. Los nodos de energía más grandes ofrecen un alto rendimiento en un espacio reducido, crucial cuando el espacio es limitado. Además, el diésel es común en la mayoría de las regiones y puede almacenarse de forma segura in situ, mientras que los repuestos y las reparaciones del generador son fáciles de gestionar.
Esta función crucial implica que rara vez se utilizan, lo que limita las emisiones de dióxido de carbono. Dicho esto, los fabricantes son plenamente conscientes de la necesidad de mejorar continuamente el rendimiento ambiental, optimizando así significativamente los generadores.
Por ejemplo, los generadores Kohler están diseñados para cumplir con todas las normas de emisiones pertinentes en el Sudeste Asiático y otras regiones importantes, como Europa y Estados Unidos. Este cumplimiento se logra mediante un diseño interno del generador altamente optimizado y un posprocesamiento.
Muchos operadores de generadores diésel experimentan a menudo una acumulación de humedad, que consiste en la eliminación de gases subcombustibles del sistema de escape. Esto provoca la degradación del generador y reduce drásticamente su vida útil, lo que puede conllevar infracciones de las normativas de emisiones. Esto ocurre principalmente cuando los generadores funcionan con poca o ninguna carga, ya sea porque los generadores del centro de datos no están dimensionados para la potencia requerida o porque no siempre hay suficiente carga disponible durante la operación.
La manera más eficaz de evitar una pila húmeda durante las pruebas mensuales es operar el generador a la carga mínima recomendada. Sin embargo, dado que los operadores de centros de datos no desean adaptar la carga a las necesidades de los edificios, las pruebas mensuales requieren el uso de contenedores de carga, que pueden utilizarse para complementar o realizar actividades de mantenimiento de la carga. Esta prueba de banco de carga sirve para aumentar artificialmente la carga del generador y quemar la carga acumulada.
Muchas instalaciones cuentan con reservas de carga basadas en regímenes de mantenimiento establecidos hace muchos años. Los diseños modernos de generadores diésel emplean diversas técnicas para mejorar la eficiencia operativa y reducir la separación entre el pistón y los segmentos, permitiendo así la salida del combustible no quemado. En combinación con avances como los sistemas de riel común, este avance reduce las cargas de movimiento al incluir los gases de combustión y promover la formación de cargas huecas.
El ahorro al cambiar de pruebas de carga mensuales a pruebas de carga anuales es significativo. Por ejemplo, un ciclo de banco de carga de 3250 kW que funciona durante 30 minutos al mes consume aproximadamente 660 galones de combustible diésel y emite 186 libras de contaminantes al año. En comparación, el mismo ejercicio mensual sin carga consume menos de 300 galones al año, lo que reduce las emisiones totales de contaminantes por libra en aproximadamente un 82 % anual.
Otro avance ambiental es la adopción de los combustibles renovables más modernos, como los aceites vegetales hidrotratados (HVO), que a menudo incluyen biocombustibles líquidos parafínicos producidos a partir de materias primas agrícolas existentes, como los aceites de canola, girasol y soja. Estos son hidrocarburos de cadena lineal, libres de aromáticos, oxígeno y azufre, y capaces de proporcionar altos índices de cetano.
Es importante destacar que el HVO representa una solución de energía renovable simple y eficiente, con hasta un 90 % de neutralidad en carbono. Es más fácil de almacenar que el biodiésel y ofrece una solución "enchufable" que puede utilizarse en generadores diésel convencionales.
También se puede mezclar con diésel para facilitar la transición. Por ello, muchos de los generadores industriales diésel de Kohler ya son compatibles con los biocombustibles sintéticos parafínicos HVO.
¿Qué pasa con las soluciones revolucionarias paso a paso, como las baterías y las pilas de combustible?
Las baterías a escala de servicios públicos basadas en avances en la tecnología de iones de litio, combinadas con fuentes de energía renovable, podrían ser una posible solución. Algunos hiperescaladores están trabajando en sistemas de baterías a escala de megavatios.
Curiosamente, las tecnologías de energía renovable con almacenamiento podrían utilizarse en aplicaciones de servicios de red eléctrica: las baterías in situ en instalaciones como centros de datos podrían utilizarse para ayudar a las compañías eléctricas a gestionar las fluctuaciones de la red. Los desafíos de los sistemas basados en baterías incluyen la fiabilidad, la calidad y la rentabilidad, pero se están realizando actividades de investigación y desarrollo para superar estas preocupaciones.
Las pilas de combustible de hidrógeno también representan una tecnología prometedora como solución de energía de respaldo ecológica. Asimismo, los operadores de centros de datos y sus socios industriales están implementando pilas de combustible de membrana de intercambio de protones de prueba de concepto que combinan hidrógeno y oxígeno para producir vapor de agua y electricidad. En un experimento, se utilizó un sistema de pilas de combustible de 250 kilovatios para alimentar una fila de servidores del centro de datos durante 48 horas continuas.
Los desafíos del hidrógeno residen en la escalabilidad y el coste. Se estima que se requieren 100 toneladas de hidrógeno para operar 30 MW de equipos informáticos durante 48 horas. Un camión de reparto puede transportar 2 toneladas de hidrógeno, por lo que una parada de dos días requeriría unos 50 envíos. Sin embargo, el hidrógeno sigue siendo una posibilidad prometedora, y Kohler está desarrollando un prototipo de generador de hidrógeno de 60 kW con tecnología de pilas de combustible de membrana de electrolito polimérico.
Los centros de datos de próxima generación ubicados en el Sudeste Asiático deberán ser más ecológicos y sostenibles que nunca. Este cambio podría derivar de avances continuos en múltiples frentes, desde nuevas estrategias de mantenimiento y la adopción de combustibles renovables hasta el uso de pilas de combustible y baterías avanzadas para garantizar que centros de datos más sostenibles se conviertan en una realidad.
