Microsoft приступила к тестовому использованию экобезопасного «зелёного» водорода, обеспечивающего нулевые выбросы при генерации электроэнергии. Испытания пройдут в дата-центре компании в Дублине (Ирландия) совместно с поставщиком водородных решений ESB. Топливные ячейки мощностью 250 кВт проработают в течение восьми недель.

Точно такие же ячейки проходят испытание и в дублинском ЦОД Equinix. Они рассматриваются в качестве экобезопасной замены дизель-генераторам. Проекты с Microsoft и Equinix являются частью целой серии испытаний в 2024–2025 гг. ESB рассчитывает продемонстрировать универсальность водородных технологий для различных сфер использования.

В Microsoft уверены, что первый эксперимент позволит продемонстрировать, как водородная энергетика сможет помочь декарбонизации IT-индустрии, в частности, ирландских ЦОД. Сейчас в стране фактически действует мораторий на строительство новых дата-центров в районе Дублина, поскольку ЦОД потребляют уже 21 % энергии в стране.

Источник изображения: Microsoft

В Microsoft давно экспериментируют с водородными топливными элементами для ЦОД. В начале 2024 года компания заявила, что совместный проект с Caterpillar в Вайоминге (США) позволил небольшому ЦОД успешно проработать 48 часов на одних только водородных элементах.

Руководство ESB тоже уверено, что «зелёный» водород будет играть важную роль в экобезопасной энергосистеме будущего, а совместный проект с Microsoft продемонстрирует потенциал технологии для дата-центров. Впрочем, в 2023 году Microsoft добилась разрешения на строительство газовой электростанции мощностью 170 МВт в дублинском кампусе. Тогда она заявила, что та будет применяться только для резервного электроснабжения объекта.

Стартап EdgeCloudLink (ECL), разрабатывающий автономные модульные ЦОД с питанием от водорода, возводимые методом 3D-печати, заявил о намерении построить за $8 млрд ИИ ЦОД TerraSite-TX1 ёмкостью 1 ГВт к востоку от Хьюстона (Техас). В перспективе кампус может вырасти и до 2 ГВт, но пока планируется к лету 2025 года ввести в эксплуатацию 50 МВт, что обойдётся в $450 млн. Первым клиентом станет оператор ИИ-облака Lambda Labs.

Источник изображений: EdgeCloudLink

К ЦОД будут вести три ветки газопровода, по которым и будет поставляться водород для питания кампуса. Как уточняет, DataCenter Dynamics, энергия будет обходиться в $0,08–$0,12/кВт·ч. В Lambda уверены, что новая «зелёная» инфраструктура обеспечит исследователей и разработчиков существенными вычислительными ресурсами, при этом проект позволяет снизить нагрузку ИИ-технологий на окружающую среду.

В компании неоднократно подчёркивали нулевой выброс своих ЦОД. Правда, это не касается всей цепочки поставок, поскольку новый ЦОД будет питаться от водорода, полученного методом паровой конверсии, который сопровождается выбросами углекислоты. Ожидается, что в 2025 году половина поставок будет приходиться именно на такой «серый» водород, а вторая половина — на «голубой», который тоже получается в результате паровой конверсии метана, но при этом CO₂ в процессе захватывается и сохраняется. Годом позже компания намерена перейти к соотношению 80/20 «голубого» и «зелёного» водорода, последний добывается с помощью возобновляемой энергии.

Как заявляют в ECL, пока другие говорят о создании водородных дата-центров без подключения к магистральным электросетям через 5–20 лет, только ECL готова реализовать проект в кратчайшие сроки, в том числе благодаря использованию 3D-печати для строительства объектов — на возведение, оснащение и ввод в эксплуатацию уходит менее одного года.

Первый модульный ЦОД компании ёмкостью 1 МВт был запущен в мае 2024 года на небольшой площадке в Маунтин-Вью (Калифорния). Теперь ECL ищет средства для финансирования всего $8-млрд проекта, а не только первого этапа. Ранее в этом году она уже привлекла несколько миллионов долларов инвестиций.

Немецкий стартап Reverion привлёк $62 млн в раунде финансирования серии A, передаёт Datacenter Dynamics. Reverion разрабатывает контейнерные микроэлектростанции с «отрицательным» углеродным выбросом и потратит полученные средства на запуск серийного производства своих продуктов. По словам компании, у неё уже есть предварительные заказы на более чем $100 млн.

В ходе раунда A компания получила больше предложений, чем планировала. В том числе получены средства т.н. неразбавляющего финансирования, не влекущего уменьшения доли существующих инвесторов. Раунд возглавила Energy Impact Partners (EIP) при участии Honda и European Innovation Council Fund (EIC Fund). Также к ним присоединились и действующие инвесторы — Extantia Capital, UVC Partners, Green Generation Fund, Doral Energy-Tech Ventures и Possible Ventures.

Reverion — детище Мюнхенского технического университета, превратившееся в самостоятельную бизнес-единицу в 2022 году. Заявляется, что его электростанции на твердооксидных топливных ячейках, работающих на биогазе, обеспечивают эффективность генерации энергии до 80 %. Это заметно лучше, чем у традиционных модулей. При этом при наличии избытка энергии в сети, например, от солнечных и ветряных источников, электростанция Reverion переключается на электролиз и сама производит «зелёный» водород или метан, которые сохраняются на будущее.

Источник изображения: Reverion

Биогаз подаётся в систему, после чего из него устраняется сероводород и другие примеси. Газ предварительно нагревается и подаётся в топливную ячейку, где он окисляется для получения электроэнергии. Станция в стандартном 20-футовом контейнере обеспечивает до 100 кВт, а в 40-футовом — до 500 кВт. Параллельно она способна захватывать CO₂, выделившийся в ходе генерации энергии.

В Reverion заявляют, что фермеры с электростанциями на биогазе страдают от ужесточившихся требований регуляторов и ограничений, связанных с традиционными технологиями. Именно для этого сегмента рынка компания и предлагает свои решения. Некоторые эксперты предполагают, что компания способна стать лидером в своём сегменте не только в Европе, но и в мировых масштабах.

Впрочем, у неё уже имеется немало конкурентов. Только в США Министерство энергетики выделило $750 млн на расширение производства водородных ячеек и электролизеров. Внедряют или намерены внедрять топливные элементы на газе многие операторы ЦОД, а некоторые компании вроде Plug Power уже занимаются их разработкой и изготовлением.

Оператор ЦОД Equinix внедрил в дублинском дата-центре IBX технологию резервного питания от водородных элементов ESB Hydrogen Fuel Cell в составе модулей GeoPura, передаёт Datacenter Dynamics. По словам Equinix, компания стремится к внедрению экоустойчивых инфраструктурных решений и работает с ESB и GeoPura над созданием современных генераторов с питанием от водорода. Детали проекта пока не разглашаются. Сейчас Equinix управляет четырьмя IBX-ЦОД (BD1-4) и одним xScale (DB5x) в ирландской столице.

Находящаяся в государственной собственности ирландская компания ESB активно инвестирует в производство и хранение водорода помимо создания собственно ячеек. А основанная в 2019 году GeoPura совместно с Siemens разрабатывает модули питания HPU на основе топливных элементов для замены дизельных генераторов. По некоторым данным, компания привлекла £92 млн ($118 млн) от UK Infrastructure Bank, Barclays Sustainable Impact Capital, GM Ventures, SWEN Capital Partners, Siemens Energy Ventures и др.

Решение GeoPura Hydrogen Power Unit (HPU) представляет собой стандартный 20″ контейнер, заполненный водородными топливными элементами. Он обеспечивает 250 кВт (электричество), 80 кВт (тепло) и имеет ёмкость 216 кВт∙ч. Мощность можно довести до 2 МВт путём объединения несколько контейнеров. Для снабжения HPU компания производит собственный «зелёный» водород. В GeoPurа заявили, что HPU уже используют британское Министерство обороны, Balfour Beatty, National Grid и BBC. К 2033 году компания намерена внедрить более 3600 HPU.

Источник изображения: ESB

Equinix впервые опробовала водородные топливные элементы во Франкфурте в 2013 году, а в 2017-м установили ячейки Bloom в 12 дата-центрах. Также ранее водородные элементы тестировались для питания ЦОД в Сингапуре. В той или иной степени используют водород в качестве источника энергии компании Microsoft, Amazon, Nxtra, NorthC. А Honda тестирует систем из б/у ячеек для резервного питания собственного ЦОД в Калифорнии.

Источник изображения: GeoPura

Однако именно в Ирландии остро требуется внедрение новых энергетических технологий после фактического моратория на большинство новых проектов в районе Дублина. Так, Amazon, Google и Microsoft готовы построить собственные линии электропередач, чтобы не нагружать уже существующие и не лишиться ЦОД в Дублине. Одним из примеров новаторства стала Bloom Energy. Компания построит первый в Европе дата-центр с питанием только от твердооксидных топливных ячеек, работающих на газе.

По сообщению Datacenter Dynamics, первый дата-центр EdgeCloudLink (ECL) емкостью 1 МВт развернут для поставщика облачных услуг Cato Digital в Маунтин-Вью, Калифорния. Строительство объекта финансировалось Molex и Hyperwise, общая сумма инвестиций составила $7 млн. В ECL заявили, что ее модульные ЦОД спроектированы с нуля для высокоплотного размещения ускорителей, спрос на которые стимулирует рост генеративных ИИ-нагрузок. При этом дата-центры ECL имеют нулевой выброс CO₂.

Для снижения стоимости и сроков развертывания модульные дата-центры могут быть построены с использованием 3D-принтеров. По словам CEO и основателя компании Юваля Бачара (Yuval Bachar), компания намерена печатать модульные конструкции на 3D-принтере за пределами площадки для размещения, поскольку это наиболее экологичный способ. Для более крупных проектов ECL может развернуть множество модульных ЦОД суммарной ёмкостью до 100 МВт, причём в течение всего 12 месяцев. Кроме того, компания предлагает свои решения по модели ЦОД-как-услуга, в этом случае она управляет построенным дата-центром от имени клиента.

Источник изображения: ECL

Энергия поступает от водородных топливных элементов, расположенных в каждом ЦОД. Вода, получающаяся в результате их работы, направляется на охлаждение оборудования. Используются теплообменники на задних дверях стоек (RDHx). Нагретая вода может использоваться для других нужд. Каждая стойка имеет мощность от 5 до 75 кВт, а в будущем при использовании прямого жидкостного охлаждения мощность можно довести до 125 кВт. ECL утверждает, что ее дата-центры имеют PUE 1,05 и могут быть развернуты практически в любом месте. ВОЛС-подключение при необходимости компания берёт на себя. Также отмечается, что ЦОД ECL имеют низкий уровень шума.

Источник изображения: ECL

Критики дата-центров, работающих на водороде, говорят, что они не так уж эффективны, поскольку сейчас добывать водород экономически выгоднее с использованием ископаемого топлива, так что итоговая экологичность подобных проектов находится под вопросом. Тем не менее, ECL намерена в течение года с небольшим развернуть 100–150 МВт для своих заказчиков, уточняет Fierce Network. По словам компании, её решения могут быть на треть и более дешевле в сравнении с традиционными дата-центрами.

Демонстрационная платформа на водородных топливных элементах, запущенаная в Остине (Техас), запитает ЦОД суперкомпьютерного центра Texas Advanced Computing Center (TACC). Проект стал частью инициативы H2@Scale и будет моделью для будущих масштабных водородных проектов, объединяющих производство, распределение, хранение и использование данного вида топлива, передаёт Datacenter Dynamics.

Объект, расположенный в одном из кампусов Техасского университета, представляет собой плод сотрудничества GTI Energy, её «дочки» Frontier Energy, университетского Центра электромеханики, а также пары десятков акционеров, представляющих промышленные предприятия. Площадка будет генерировать водород, путём электролиза, используя энергию солнца и ветра, а также переработку метана с хранилищ отходов. Полученный водород будет применяться в топливных ячейках и для заправки парка электромобилей Toyota Mirai и БПЛА, тоже применяющих водородные топливные элементы.

Техасский университет не первое десятилетие работает над соответствующими технологиями и намерен поставлять для проекта квалифицированные кадры и инженерные данные. Помимо текущего проекта, исследовательская площадка пригодится и для развития других решений в «зелёной» водородной индустрии. А основанный в 2001 году центр TACC стал пристанищем для нескольких суперкомпьютеров, включая Frontera, JetStream2, Lonestar6, Maverick2 и Stampede3. Не так давно анонсировано строительство кластера Vista на ускорителях NVIDIA.

Источник изображения: Техасский университет

Инициативу H2@Scale в Техасском университете начали реализовать в 2020 году. В задачи входит продвижение пилотных проектов, связанных с «возобновляемым» водородом в качестве экологически чистого и экономически эффективного источника топлива. В числе промышленных партнёров университета есть Air Liquide, CenterPoint Energy, Chart Industries, Chevron, ConocoPhillips, Hitachi Energy, Low-Carbon Resources Initiative, McDermott, Mitsubishi Heavy Industries America, OneH2, ONE Gas, ONEOK, Shell, SoCalGas, Texas Commission on Environmental Quality, Toyota и WM.

Государственно-частные проекты в рамках инициативы H2@Scale поддерживает Министерство энергетики США. Техасский университет отмечает, что штат имеет оптимальные условия для реализации водородных проектов, уже имея значительную водородную инфраструктуру, включая около 1500 км подходящих трубопроводов. Но эксперименты H2@Scale ведутся и в других местах. Так, в январе Caterpillar Electric Power и Microsoft объявили об успешном эксперименте, в ходе которого для питания дата-центра применялись исключительно водородные топливные ячейки в течение 48 часов.

Дизель-генератор — неотъемлемая часть подсистемы резервного питания любого серьёзного ЦОД, но по природе своей он не может похвастаться нейтральностью выхлопа. Многие ищут традиционным генераторам замену, и в их числе Microsoft. На днях компания сообщила, что ей удалось достичь важной вехи в освоении водородных топливных элементов, которые, по замыслу Microsoft, и должны заменить традиционные дизель-генераторы в принадлежащих ей центрах обработки данных.

Компания начала тестирование новой генераторной станции мощностью 3 МВт, построенной на базе топливных ячеек с протонообменной мембраной (PEM). Она способна обеспечивать питание 10 тыс. серверов. С топливными элементами компания экспериментирует давно, ещё с 2013 года, но более ранние разработки использовали природный газ и не по факту не являлись такими уж экологичными.

Тестовая станция мощностью 3 мВт. Источник: Microsoft/John Brecher

Разработать водородные PEM-ячейки компании удалось в сотрудничестве с Plug Power. В течение нескольких недель июня компании совместно протестировали прототип генератора нового поколения. Новая система, выбрасывающая в атмосферу лишь нагретый водяной пар, сработала успешно, так что Plug Power уже работает над созданием коммерческой версии системы.

Протонообменная мембрана: конструкция и принцип действия. Источник: Encyclopedia Britannica

Первый же экземпляр будет установлен научно-исследовательском центре Microsoft, но пока конкретных сроков пока озвучено не было. У IT-гиганта большие надежды на подобные технологии: к 2030 году компания планирует обновить системы резервного питания во всех своих ЦОД.

В работе система выделяет только горячий водяной пар. Источник: Microsoft/John Brecher

Правда, в полной экологичности водородных топливных элементов есть сомнения: работают они без вредных выбросов, но само их производство может оказаться далеко не таким чистым, как эксплуатация. Тем не менее, администрация США одобрила план стоимостью $8 млрд по развитию производства водорода в рамках программы альтернатив ископаемому топливу. В Европе есть аналогичные инициативы — как совсем скромные (€2,5 млн), так и весьма крупные (€1 млрд).