Microsoft testa datacenter alimentado por células de hidrogênio

No final de junho passado, a Microsoft fez uma demonstração comparável, segundo Sean James, diretor de pesquisa de datacenters da empresa, ao feito do pouso do homem na lua. Células de combustível de hidrogênio em um par de contêineres funcionaram como um gerador de backup em grande escala, um potencial substituto com zero emissão de carbono para os equivalentes movidos a diesel que garantem a continuidade das operações em caso de falta de energia de grandes centros de dados.

Os datacenters da Microsoft operam sob um esquema conhecidos por “cinco noves” de disponibilidade, ou seja, são mantidos em pleno funcionamento 99,999% do tempo. Para garantir essa alta disponibilidade, dependem, em grande parte, de geradores como fonte de alimentação ininterrupta para casos de queda de energia.

Quando entram em ação, esses geradores normalmente queimam combustível fóssil. Por isso, como uma das iniciativas para eliminar o diesel, a Microsoft passou a explorar adotar alternativas sustentáveis de curto e longo prazos.

Antes do feito atual, em novembro de 2021, a Microsoft anunciou que seus datacenters sustentáveis na Suécia usariam como combustível para os geradores um diesel do fornecedor sueco Preem que contém cerca de 50% de matéria-prima renovável e uma redução quase equivalente em emissões líquidas de dióxido de carbono em comparação com as misturas de diesel fóssil.

Voltando às células de hidrogênio, um iniciativa da Microsoft iniciada em 2018 passou a olhar para tecnologia de membranas de troca de prótons (PEM) como uma solução alternativa para geradores a diesel, pensando eliminar emissões de carbono, de acordo com Lucas Joppa, diretor ambiental da Microsoft. Células de combustível PEM combinam hidrogênio e oxigênio em uma reação química que gera eletricidade, calor e água – sem combustão, sem partículas e sem emissões de carbono.

Essas células são comumente usadas na indústria automotiva porque, assim como motores a diesel, são rápidas para ligar e desligar. Essa capacidade de reação rápida seria ideal para alimentar geradores de backup em datacenters.

Ainda em 2018, a Microsoft trabalhou em conjunto com engenheiros do Laboratório Nacional de Energia Renovável em Golden, no estado norte-americano do Colorado, para alimentar um rack de computadores usando um gerador de células de combustível PEM de 65 quilowatts. Já em 2020, a equipe contratou a Power Innovations para construir e testar uma solução para alimentar 10 racks de servidores em um datacenter por 48 horas consecutivas usando um sistema de células de combustível de hidrogênio de 250 quilowatts.

Depois dessa prova de conceito bem-sucedida, a equipe começou a testar a viabilidade de um sistema de três megawatts, com tamanho suficiente para substituir um gerador a diesel em um datacenter (alimentar cerca de 10 mil servidores de computador ou 600 residências). No entanto, foi preciso superar uma barreira – construir um sistema de células de combustível PEM bem maior, mais de 10 vezes o tamanho do testado na prova de conceito.

O desenho final conta com células de combustível de 125 quilowatts, 18 das quais são reunidas em cada contêiner. Essas são as maiores que a empresa Plug, desenvolvedora comercial de tecnologias de célula de combustível e hidrogênio verde,  já fez. Além disso, o sistema de três megawatts é também a maior aplicação da Plug. “Esta é a coisa mais interessante que já fiz. Não sei como vou superar isso na minha carreira. Há tantas peças no quebra-cabeça, e vê-los todas unidas e trabalhando bem e de modo estável é muito gratificante”, afirma Hannah Baldwin, engenheira elétrica do grupo da Plug.

A partir daquele dia de junho em Latham e nas próximas semanas, a equipe de Spink executou o sistema de célula de combustível de hidrogênio de três megawatts através dos testes que a Microsoft usa para qualificar geradores a diesel para provar que poderia funcionar de forma confiável, incluindo quedas de energia simuladas e corridas de horas.

Testes comprovaram que o novo sistema é capaz de funcionar de forma confiável no mesmo nível que geradores a diesel, inclusive em caso de quedas de energia simuladas e funcionando por horas corridas.

“Essa é a continuação de uma jornada que começamos em 2018. E, em 2020, quando anunciamos o trabalho com testes menores, avisamos que faríamos uma prova de três megawatts em algum momento no futuro. O futuro chegou”, destaca Mark Monroe, principal engenheiro de infraestrutura da equipe da Microsoft para desenvolvimento avançado de datacenters.

A Microsoft deve instalar um desses sistemas de células de combustível de segunda geração em um datacenter de pesquisa, onde engenheiros aprenderão como trabalhar e implantar a nova tecnologia, incluindo o desenvolvimento de protocolos de segurança relacionados ao hidrogênio.

Custos do hidrogênio

Apesar demuito abundante e de seu potencial como fornecedor de energia limpa, o hidrogênio é encontrado na natureza na forma composta com outros elementos. E desassociá-lo  tem sido um desafio de alto custoao longo do tempo. Issosem falar que os recursos necessários para armazenar, transportá-lo e extrair energia em escala têm limitado seu uso. No entanto, na última década, esse cálculo começou a mudar, de acordo com Darin Painter, vice-presidente de vendas e gestão de produtos da Plug.

Segundo o executivo, essa mudança tem sido impulsionada por avanços no ecossistema de hidrogênio e pelo crescente interesse e compromisso com a sustentabilidade. Um desses avanços têm a ver com fontes de energia eólica e solar mais abundantes e baratas que estão permitindo a geração econômica do chamado hidrogênio verde, com eletrolisadores. Essas máquinas funcionam como uma célula de combustível ao contrário – usam energia para separar as moléculas de água em hidrogênio e oxigênio. Se a energia usada para operar os eletrolisadores forem de fontes renováveis, então o hidrogênio produzido é considerado verde.