Untuk pertama kalinya di dunia, sel bahan bakar hidrogen menjalankan rak server pusat data Microsoft selama 48 jam berturut-turut. Hal ini dapat memacu perkembangan ekonomi energi bersih yang telah lama ditunggu-tunggu yang dibangun di sekitar elemen paling melimpah di alam semesta.
Pencapaian ini merupakan salah satu langkah untuk memenuhi komitmen perusahaan dalam mengurangi emisi karbondioksida pada tahun 2030 . Untuk mencapai tujuan ini dan mempercepat penghentian penggunaan bahan bakar fosil secara global, Microsoft juga bertujuan untuk menghilangkan ketergantungannya pada diesel pada tahun 2030 .
Diesel menyumbang kurang dari 1% dari total emisi Microsoft. Penggunaannya sebagian besar terbatas pada pusat data Azure di mana, seperti kebanyakan penyedia cloud di seluruh dunia, generator diesel dapat terus beroperasi jika listrik padam dan gangguan layanan lainnya.
"Mereka mahal. Dan selama lebih dari 99% hidup mereka, mereka mengumpulkan debu dan tidak melakukan apa-apa, ”kata Mark Monroe, kepala insinyur infrastruktur untuk tim pengembangan canggih pusat data Microsoft.
Lucas Hoppa, Chief Environmental Officer Microsoft, adalah juru bicara Microsoft untuk Hydrogen Council, sebuah inisiatif global dari perusahaan energi, transportasi, dan industri terkemuka untuk mendorong ekonomi hidrogen. Foto: Roderigo De Medeiros.
Dalam beberapa tahun terakhir, biaya sel bahan bakar hidrogen telah turun hingga menjadi alternatif yang hemat biaya untuk generator siaga diesel.
“Ide untuk menggunakannya pada hidrogen bersih cocok dengan komitmen karbon kami secara keseluruhan,” kata Monroe.
Selain itu, tambahnya, pusat data Azure yang dilengkapi sel bahan bakar, tangki penyimpanan hidrogen, dan elektrolisis yang mengubah molekul air menjadi hidrogen dan oksigen, dapat diintegrasikan dengan jaringan listrik untuk memberikan layanan penyeimbangan beban.
Misalnya, sel elektrolitik dapat dihidupkan selama periode angin berlebih atau produksi energi matahari untuk menyimpan energi terbarukan dalam bentuk hidrogen. Kemudian, selama periode permintaan tinggi, Microsoft dapat meluncurkan sel bahan bakar hidrogen untuk menghasilkan listrik untuk jaringan. Kendaraan hidrogen jarak jauh dapat berhenti di pusat data untuk mengisi bahan bakar tangki mereka.
“Semua infrastruktur ini merupakan peluang bagi Microsoft untuk memainkan peran penting dalam apa yang tidak diragukan lagi akan mendorong program optimalisasi energi secara keseluruhan yang akan diterapkan dunia di tahun-tahun mendatang,” kata Lucas Hoppa, Kepala Lingkungan Microsoft.
Untuk lebih mengeksplorasi bagaimana Microsoft dapat mengoptimalkan investasinya dalam sel bahan bakar hidrogen dan infrastruktur terkait, perusahaan hari ini menunjuk Hopp sebagai perwakilannya di Dewan Hidrogen, sebuah inisiatif global dari perusahaan energi, transportasi dan industri terkemuka untuk merangsang ekonomi hidrogen.
Para ilmuwan telah membuktikan bahwa sel bahan bakar dari unsur paling melimpah di alam semesta, hidrogen, dapat digunakan untuk menghasilkan energi yang bebas dari gas rumah kaca.
“Kami tahu bagaimana melakukannya,” katanya. “Tetapi Dewan ini ada karena kita tidak selalu tahu persis bagaimana mengukur produksi hidrogen, transportasi dan pasokannya, dan kemudian konsumsi dengan cara yang kita inginkan. Masih banyak pekerjaan yang harus diselesaikan. "
Mark Monroe, Kepala Insinyur Infrastruktur untuk tim Pengembangan Pusat Data Lanjutan Microsoft, memimpin sebuah proyek untuk mengeksplorasi potensi sel bahan bakar hidrogen untuk memberi daya pada generator siaga di pusat data. Foto: Mark Monroe / Microsoft.
Penggantian diesel
Microsoft berkomitmen untuk menyediakan pelanggan pusat data Azure dengan "lima sembilan" ketersediaan layanan, yang berarti pusat data naik 99,999% dari waktu. Generator siaga mulai selama pemadaman listrik atau gangguan layanan lainnya.
“Kami jarang menggunakan generator diesel,” kata Monroe. “Kami menjalankannya sebulan sekali untuk memastikannya berfungsi. Kami melakukan pengujian beban setahun sekali untuk memverifikasi bahwa kami dapat mentransfer beban ke mereka dengan benar, tetapi rata-rata mereka menutupi pemadaman listrik kurang dari sekali setahun. ”
Menurut Brian Jenus, manajer umum tim Strategi Pusat Data Energi dan Berkelanjutan Microsoft, Microsoft sedang menjajaki teknologi pengganti diesel yang akan mendukung atau meningkatkan ketersediaan layanan, dan melihat janji dalam sel bahan bakar hidrogen dan baterai.
“Pekerjaan yang dilakukan tim hari ini benar-benar tentang mencoba menilai kelayakan solusi yang berbeda,” katanya.
Baterai sudah menyediakan daya cadangan jangka pendek, mengisi celah 30 detik antara pemutusan aliran listrik dan waktu yang dibutuhkan untuk menyalakan generator diesel. Baterai yang lebih modern memiliki umur yang lebih lama.
“Jika ada situasi di mana waktu pengoperasian yang diperlukan sangat lama sehingga baterainya tidak lagi efisien, maka Anda akan menggunakan sel bahan bakar,” kata Jenus.
Bukti dari konsep
Benih gagasan menggunakan sel bahan bakar hidrogen untuk daya cadangan ditaburkan kembali pada musim semi 2018, ketika para peneliti di National Renewable Energy Laboratory di Golden, Colorado menyalakan rak komputer menggunakan sel bahan bakar membran pertukaran proton hidrogen, atau PEM. Monroe dan rekan-rekannya menghadiri demonstrasi sistem tersebut.
Power Innovations membangun sistem sel bahan bakar 250 kilowatt untuk membantu Microsoft mengeksplorasi potensi penggunaan sel bahan bakar hidrogen untuk pembangkit listrik cadangan di pusat data. Sebagai bukti konsep, sistem memberdayakan sejumlah server pusat data selama 48 jam berturut-turut. Foto: Inovasi Daya.
“Kami tertarik karena kami tahu mereka menggunakan sel bahan bakar otomotif,” kata Monroe. - Sel bahan bakar otomotif memiliki waktu respons yang sama dengan generator diesel. Ini bisa menyala dengan cepat. Ini bisa siap untuk beban penuh dalam hitungan detik. Anda bisa menutupinya, melepaskannya, membiarkannya diam. "
Proses penggabungan hidrogen dan oksigen dalam sel bahan bakar PEM menghasilkan produksi uap air dan listrik. Perusahaan otomotif sedang mengembangkan teknologi untuk menggerakkan mobil, truk, dan kendaraan lain. Setelah demo, Microsoft mulai berpikir untuk menggunakan sel bahan bakar untuk menggerakkan pusat datanya.
Tim Monroe membeli sistem sel bahan bakar 250 kilowatt, yang cukup untuk menyalakan satu baris penuh (10 rak) server pusat data. Pengujian dimulai di Power Innovations, pengembang sistem, di luar Salt Lake City pada September 2019. Sistem ini lulus uji kekuatan 24 jam pada bulan Desember dan uji 48 jam pada bulan Juni.
"Ini adalah sistem cadangan komputer terbesar yang kami tahu berjalan dengan hidrogen dan telah melewati uji kontinu terlama," kata Monroe.
Langkah selanjutnya bagi tim adalah memperoleh dan menguji sistem sel bahan bakar 3MW yang sebesar generator siaga diesel di pusat data Azure.
Penelitian sel bahan bakar
Bahkan sebelum demo 2018 ini, Microsoft sedang mencari cara untuk menggunakan sel bahan bakar. Perusahaan mulai mengeksplorasi teknologi sel bahan bakar pada tahun 2013 dengan National Fuel Cell Research Center di University of California, Irvine, di mana mereka menguji ide untuk menyalakan rak server dengan sel bahan bakar oksida padat, atau SOFC, yang menggunakan gas alam.
“Mereka memiliki kemampuan untuk menghasilkan hidrogen sendiri dari gas alam yang mereka hasilkan,” jelas Monroe. "Mereka mengambil gas alam, sedikit air, memanaskannya hingga 600 derajat C, yang merupakan suhu batu bara panas."
Ini cukup panas untuk proses yang disebut konversi uap metana, yang menghasilkan aliran atom hidrogen untuk menghasilkan listrik.
Microsoft terus mengeksplorasi potensi teknologi sel bahan bakar SOFC untuk menyediakan beban dasar yang dapat membebaskan pusat data dari jaringan listrik, menjadikannya 8-10 kali lebih hemat energi. Namun, saat ini, teknologi ini masih terlalu mahal untuk diadopsi secara luas.
"Proses SOFC juga menghasilkan karbon dioksida, yang merupakan alasan lain Microsoft mencari sel bahan bakar PEM," kata Monroe.
Selain itu, sejak demonstrasi di Laboratorium Energi Terbarukan Nasional, perkiraan biaya sistem sel bahan bakar PEM untuk pembangkit listrik siaga di pusat data telah turun lebih dari 75%. Jika tren terus berlanjut, maka dalam satu atau dua tahun, biaya modal pembangkit sel bahan bakar bisa bersaing dengan harga generator diesel.
Dia menambahkan, peningkatan produksi sel bahan bakar untuk memenuhi permintaan dari industri pusat data berpotensi mengarah pada penghematan biaya lebih lanjut.
“Kami melihat diri kami sebagai katalisator untuk keseluruhan ekonomi hidrogen ini,” kata Monroe.
Ekonomi Hidrogen
Dari perspektif Microsoft, bagian lain dari ekonomi ini termasuk infrastruktur untuk membeli, menyimpan, dan memelihara hidrogen ramah lingkungan yang cukup untuk menyalakan generator siaga selama 12-48 jam, yang merupakan standar industri untuk lima sembilan dalam ketersediaan layanan. ...
Misalnya, selama 48 jam daya siaga, setiap pusat data akan membutuhkan 100.000 kilogram hidrogen untuk bahan bakar generator siaga jika terjadi pemadaman listrik yang berkepanjangan, Monroe menjelaskan.
"Pembicaraan lebih lanjut di dalam perusahaan tentang cara mengamankan infrastruktur ini mengarah pada diskusi tentang peran Microsoft dalam mendorong ekonomi hidrogen," kata Jenus.
“Bagaimana jika Anda dapat mengambil semua aset ini di pusat data dan mengintegrasikannya ke dalam jaringan dengan cara yang selanjutnya mempercepat dekarbonisasi jaringan secara lebih luas, bukan hanya sebagai solusi titik untuk pusat data itu sendiri? dia berkata. "Di sinilah saya pikir penemuan sebenarnya berada."
Gambar header: Microsoft menggunakan hidrogen yang disimpan dalam tangki pada trailer yang diparkir di luar laboratorium dekat Salt Lake City, Utah, untuk mengisi bahan bakar sel bahan bakar hidrogen yang memberi daya pada sejumlah server pusat data selama 48 jam berturut-turut. Foto: Inovasi Daya .