Selon les prévisions, d'ici 2025, l'industrie des communications (y compris les centres de données)
consommera 20% de toute l'électricité de la planète. Pour réduire les émissions, les entreprises se tournent de plus en plus vers les technologies vertes. L'un d'eux est les piles à combustible - cette solution est devenue le successeur de la technologie de la NASA qu'ils voulaient utiliser lors de la mission sur Mars. Nous racontons comment il s'est avéré que ces systèmes alimentaient les centres de données.
/ Flickr / steve jurvetson / ccMartian Technology Bloom Energy
Les piles à combustible sont des appareils qui convertissent l'énergie d'une réaction chimique en électricité. Ils fonctionnent à l'hydrogène, au gaz naturel ou au biogaz. Selon
un rapport du département américain de l'Énergie, pour 2016, la capacité totale de toutes les piles à combustible fabriquées dans le monde était de 500 mégawatts, et les taux de production continuent de croître.
Ces appareils sont fabriqués par plusieurs sociétés, dont Bloom Energy.
La pile à combustible de Bloom Energy a été
développée par KR Sridhar dans les années 1990. Il a ensuite travaillé dans un laboratoire scientifique qui a créé des appareils pour la NASA. Et l'agence spatiale a commandé un appareil qui pourrait être utilisé pour maintenir la vie dans une colonie sur Mars.
Sridhar a créé un appareil qui divise l'eau en oxygène pour la respiration et en hydrogène pour le carburant de transport. Il était alimenté par des panneaux solaires. L'appareil devait être envoyé sur Mars en 2001, mais la mission a été annulée en raison de problèmes techniques avec l'avion.
Sridhar pensait que si vous «tournez» les processus dans l'appareil, vous obtenez une plante qui génère de l'électricité à partir d'hydrogène et d'oxygène. Pour la production de tels appareils (piles à combustible), il a fondé Bloom Energy.
Les cellules de l'entreprise fonctionnent au gaz naturel (mais peuvent utiliser de l'hydrogène pur). Lorsqu'il pénètre dans une pile à combustible, le méthane contenu dans la composition du gaz naturel est converti en hydrogène en raison de l'interaction avec la vapeur d'eau, qui est également introduite dans l'appareil. Ensuite, l'hydrogène est oxydé à l'anode, ce qui génère un courant.
La caractéristique la plus attrayante des piles à combustible est le respect de l'environnement. Lorsque les cellules fonctionnent au méthane, des gaz à effet de serre sont libérés, mais dans un volume beaucoup plus petit que dans les centrales thermiques. Selon Bloom Energy, leur technologie produit 60% moins de dioxyde de carbone que les TPP de même capacité. Si l'élément fonctionne à l'hydrogène, il n'émet que de l'eau et ne nuit pas à l'environnement.
«L'un des principaux avantages des piles à combustible est leur silence. Ils n'ont pas de pompes, de ventilateurs ou de composants mobiles. - commente Sergey Belkin, chef du département de développement 1cloud.ru . - Ceci est particulièrement important pour les centres de données, où le niveau de bruit varie de 70 à 80 dB. L'introduction de ces alimentations silencieuses aide le centre de données à offrir aux employés des conditions de travail plus confortables. »
Les grandes entreprises utilisent des appareils Bloom Energy dans le centre de données. Ils
ressemblent à un mini-réfrigérateur, qui est placé au-dessus des racks de serveur. Les piles à combustible elles-mêmes (situées à l'intérieur) sont compactes et prennent peu de place. La longueur et la largeur d'une
cellule Bloom Energy sont de 10 cm et l'épaisseur est inférieure à un centimètre. La puissance d'un tel appareil est de 25 watts.
En 2017, Equinix, un fournisseur de services de centre de données, a
conclu un accord avec l'organisation. Bloom Energy fournira des dizaines de centres de données Equinix avec ses piles à combustible. Adobe, Walmart, Yahoo, Google, AT&T et d'autres sociétés
travaillent également avec Bloom Energy.
Qui d'autre utilise des piles à combustible
D'autres entreprises voient l'avenir des piles à combustible. En 2017, Microsoft a
commencé à construire une centrale électrique basée sur cette technologie. La capacité de la station sera de 10 mégawatts et le géant informatique consacrera 45 millions de dollars à sa création. Les piles à combustible permettront à Microsoft de réduire les pertes d'énergie qui se produisent généralement lors de son transfert vers le centre de données.
Selon Sean James, chef du programme de recherche énergétique de Microsoft, la société prévoit de presque doubler la capacité de la station à l'avenir et voit un grand potentiel dans la technologie. James a également déclaré qu'au début, Microsoft utilisera du gaz naturel dans les éléments, mais ensuite il passera au carburant hydrogène.
"Centrales électriques" à partir de piles à combustible et crée Apple. L'entreprise a déjà
construit une installation de 10 mégawatts dans un centre de données dans la ville de Maiden et une station de 4 mégawatts au siège social de Cupertino.
/ Air Force / PDCertaines organisations développent leurs propres piles à combustible,
comme l'entreprise automobile Daimler . La direction prévoit de créer un centre de données qui reposera entièrement sur l'électricité verte. La majeure partie de l'énergie qu'elle contient sera fournie par des éoliennes et des panneaux solaires. L'excédent d'électricité sera utilisé pour produire et stocker de l'hydrogène pour les piles à combustible, et les cellules elles-mêmes seront utilisées comme source d'alimentation auxiliaire pour les centres de données.
Les gouvernements des différents pays investissent également dans les piles à combustible. Six stations basées sur des piles à combustible d'une capacité totale de 300 mégawatts fonctionnent déjà en Corée du Sud.
La Corée
se classe au premier
rang en termes de consommation d'électricité en Asie et figure parmi les dix premiers États mondiaux qui polluent l'atmosphère plus que d'autres. De plus, en Corée, 70% du territoire se trouve sur des collines et des montagnes, il n'y a donc pas assez d'espace pour les générateurs éoliens et solaires dans le pays. Par conséquent, d'ici 2022, le gouvernement prévoit d'augmenter la capacité totale des stations cellulaires à 800 mégawatts.
Inconvénients et perspectives de la technologie
Le principal obstacle pour les entreprises qui souhaitent introduire des piles à combustible est le coût de l'appareil. Un watt de puissance de cellule Bloom Energy
coûte 7-8 $. Pour un panneau solaire, le prix d'un watt
n'est que de 3 $. Cela est dû en partie au coût élevé des composants de la pile à combustible, par exemple, un catalyseur au platine y est utilisé.
Un autre inconvénient n'est caractéristique que pour les systèmes fonctionnant à l'hydrogène. Une infrastructure techniquement sophistiquée est nécessaire pour stocker le carburant. L'hydrogène
est dans un réservoir, soit liquide, soit à l'état comprimé. Dans le premier cas, l'entrepôt doit maintenir une température inférieure à -252,8 ° C, le point d'ébullition de l'hydrogène. Dans le second, une pression de 350–700 bar est requise.
Les chercheurs d'entreprises espèrent résoudre ces deux problèmes dans un avenir proche. Ils ont l'
intention de continuer à améliorer les processus de production, à rechercher des matériaux plus abordables et à réduire le coût des appareils. L'infrastructure pour le carburant sera également développée. Les scientifiques créent de nouvelles méthodes chimiques pour stocker l'hydrogène sous forme absorbée, qui ne nécessitera pas de haute pression ou de basse température.
En raison du coût élevé des piles à combustible, il est peu probable que, dans un proche avenir, elles commencent à être massivement utilisées comme principale source d'électricité. Très probablement, les entreprises créeront d'abord des systèmes d'alimentation de secours basés sur des cellules (comme le fait Daimler). Et la poursuite de la diffusion de la technologie dépendra de la façon dont les fabricants peuvent réduire les coûts de production.
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