À medida que os operadores de data centers procuram continuamente maneiras de descarbonizar suas operações de negócios, o hidrogênio se tornou uma solução altamente esperada para armazenar e liberar energia de baixo e zero carbono.
Ao considerar opções para geradores elétricos no local, há muito poucas opções práticas que podem caber em um campus de data center e não produzir emissões de carbono. Ao excluir as energias renováveis, isso nos deixa com geradores a gás e células de combustível. Das duas opções restantes, as células de combustível têm maior eficiência.
A relação custo-benefício depende de como eles são usados, se é para backup ou energia contínua. Em termos de custo, o hidrogênio atualmente é proibitivamente caro, sem mencionar a infraestrutura necessária para armazená-lo e as dificuldades significativas de armazenamento devido à sua baixa densidade. Embora se preveja que o custo do hidrogênio reduza na próxima década, tornando-o mais acessível, os problemas de armazenamento em larga escala podem impedir o uso em muitos locais de data center. No futuro, haverá locais com gasodutos que poderiam fornecer hidrogênio, mas essa pode não ser uma opção econômica quando comparada ao consumo de eletricidade da rede da concessionária.
Como o hidrogênio pode reagir com oxigênio para liberar energia sem emissões de carbono, não é surpresa que as previsões atuais demonstrem que, até 2030, a economia do hidrogênio pode valer 500 bilhões de dólares (2,4 trilhões de reais). As células de combustível de hidrogênio combinam hidrogênio e oxigênio para gerar eletricidade de baixo e zero carbono, que pode ser usada para alimentar um data center.
A maioria das células de combustível atualmente em uso em data centers são células a combustível de óxido sólido (SOFCs), fornecendo energia constante. Os SOFCs podem gerar energia por meio da conversão de combustíveis, como gás natural e biogás, em hidrogênio, que é então reagido na célula a combustível para gerar energia. Embora o uso do gás natural ainda resulte em emissões de carbono, os SOFCs são capazes de gerar energia com maior eficiência do que os motores a combustão. Os SOFCs também podem ser abastecidos diretamente com hidrogênio, embora isso não seja a norma devido ao custo e disponibilidade.
Embora seja capaz de fornecer energia constante, as células de combustível de hidrogênio também estão sendo consideradas para fornecer energia de backup para data centers. Isso é muito atraente para os operadores de data center como um substituto mais ecológico aos geradores a diesel tradicionais. Essa mudança veria o uso de células de combustível de partida rápida, como as células de combustível de membrana de troca de prótons (PEM), que poderiam substituir os geradores a diesel.
SOFCs e células de combustível PEM diferem entre si em sua construção, materiais e operação. Em uma visão de alto nível, as principais diferenças são os materiais eletrolíticos (onde o hidrogênio e o oxigênio reagem) e as temperaturas de operação. Os SOFCs operam em altas temperaturas, exigindo tempos de partida mais longos e, como resultado, sendo adequados apenas para fornecimento contínuo de energia. Os PEMs, por outro lado, operam em temperaturas mais baixas e são capazes de início rápido ou operação contínua, mas são uma opção mais cara.
Como exatamente as células de combustível serão usadas em futuros data centers ainda está em debate, com os operadores considerando opções de backup e energia constante. Há compensações significativas em cada opção; o uso de células de combustível para energia de reserva requer que grandes quantidades de hidrogênio sejam armazenadas no local, o que é caro, consome espaço e é de alto risco, especialmente quando comparado ao armazenamento atual de diesel no local. O uso constante de energia, por outro lado, faria com que as células de combustível fossem conectadas a um futuro gasoduto de hidrogênio. A principal desvantagem dessa opção são os custos operacionais – já que os atuais operadores de data centers afirmam que pretendem usar “hidrogênio verde” de carbono zero, usando eletricidade renovável para dividir a água por eletrólise. É quase garantido que isso seja mais caro do que apenas usar eletricidade de serviços públicos diretamente devido à eficiência do eletrolisador e às perdas na distribuição e armazenamento de hidrogênio.
Sustentabilidade – um fator-chave no uso de células de combustível de hidrogênio
O principal benefício e principal motivação para a instalação de células de combustível de hidrogênio dentro de um data center é reduzir as emissões de carbono. Como dito, algumas células de combustível, como as SOFCs, podem usar gás natural. Embora seja menos prejudicial ao meio ambiente do que o diesel, ainda resulta em emissões de carbono significativas. Isso pode ser atraente para os operadores de data centers devido ao custo do gás natural para os consumidores industriais versus o custo da eletricidade de serviços públicos. Dada a alta eficiência das células de combustível, isso permite que os operadores de data centers produzam eletricidade de baixo custo no local, com a desvantagem das emissões de carbono ao usar gás natural e complexidade adicional do sistema de energia.
As células de combustível alimentadas diretamente com hidrogênio em vez de gás natural têm a oportunidade de ser sustentáveis, desde que o hidrogênio não seja originário de combustíveis fósseis. Dependendo de sua fonte, o hidrogênio tem comumente se referido a classificações de “cor” para ajudar a diferenciar como ele foi produzido e, portanto, quão sustentável ele é; o hidrogênio produzido diretamente do gás natural é referido como “cinza”, enquanto o hidrogênio produzido a partir do gás natural com um sistema de captura, utilização e armazenamento de carbono (CCUS) é referido como “azul”. O hidrogênio “verde”, produzido por eletrólise com energia renovável, é frequentemente saudado como o padrão-ouro. Além disso, há hidrogênio “rosa” – ele também é produzido por eletrólise como hidrogênio “verde”, no entanto, usa energia nuclear em vez de energia renovável.
O objetivo de cumprir as metas líquidas de carbono zero, combinado com a crise energética em curso, também criou um interesse renovado na energia nuclear, que pode fornecer grandes quantidades de eletricidade de baixo carbono. Além da fonte de eletricidade de baixo carbono que pode ser usada para eletrólise, há propostas para utilizar o calor residual de reatores nucleares de alta temperatura, reduzindo significativamente a energia necessária para a eletrólise. Isso potencialmente resulta em uma produção de hidrogênio mais eficiente e econômica.
No entanto, as empresas estão cada vez mais enfrentando pressão de investidores para cumprir os padrões ambientais, sociais e de governança (ESG), que é outra razão pela qual as células de combustível de hidrogênio são atraentes para os operadores de data centers. Essa pressão já está levando empresas, incluindo operadoras de data centers, a explorar tecnologias alternativas, como células de combustível, que podem atrair mais investimentos e melhorar a imagem pública.
A implementação de células de combustível de hidrogênio no plano operacional de um data center não exige apenas uma compreensão holística do cenário tecnológico atual, mas também uma perspectiva que se alinhe com os avanços, a dinâmica do mercado e as estruturas regulatórias em evolução. Em última análise, a integração de células de combustível de hidrogênio em data centers deve ser navegada com uma estratégia pragmática que entrelaça aspirações de sustentabilidade com viabilidade operacional e econômica, garantindo resiliência, conformidade e competitividade em um ambiente de negócios cada vez mais consciente ecologicamente e regulamentado.
