Molti data center puntano su generatori di backup che utilizzano combustibili fossili, come il diesel o il gas naturale, per mantenere i tempi di attività in caso di guasto alla fonte di alimentazione principale. Sono più potenti e più inquinanti, quindi impattano maggiormente sulla salute umana e ambientale. Serve un’alternativa più sostenibile per l’energia di backup: le celle a combustibile a idrogeno.
Importante è quindi capire cos’è una cella a combustibile a idrogeno, come funziona, i vantaggi e gli svantaggi di questa tecnologia e se è solo l’ennesimo trend o ha un potenziale a lungo termine per il settore dei data center.
Che cos’è una cella a combustibile a idrogeno?
Una cella a combustibile a idrogeno è un dispositivo elettrochimico che combina idrogeno e ossigeno per produrre elettricità. Quando ciò avviene all’interno della cella a combustibile, una reazione chimica si traduce in una carica di elettricità che alimenta satelliti, veicoli e… generatori di backup. La reazione chimica produce anche acqua e calore come sottoprodotti, più sostenibili e rispettosi dell’ambiente.
Secondo l’Office of Energy Efficiency & Renewable Energy, ci sono diversi tipi di celle a combustibile. Sono classificati dal tipo di reazioni elettrochimiche che si svolgono nella cella, dal tipo di catalizzatori di cui ha bisogno, dall’intervallo di temperatura all’interno e dal carburante necessario.
Per i generatori di backup, le celle a combustibile a membrana elettrolitica polimerica (PEM), note anche come celle a combustibile a membrana a scambio protonico, sono spesso una fonte di energia. Le celle a combustibile dell’acido fosforico sono però importanti perché possono supportare la generazione di energia stazionaria.
Per fornire energia a un grande generatore di backup del data center, più celle a combustibile a idrogeno possono essere affiancate nel nucleo di un sistema di alimentazione a celle a combustibile. Le pile possono essere costituite da decine o addirittura centinaia di celle.
Il design del sistema dipende dal tipo in uso. Alcuni tipi, come i PEM, richiedono particolare attenzione a fattori come l’umidità: non funzionano bene quando sono asciutti e potrebbero richiedere un umidificatore per funzionare.
Vantaggi delle celle a combustibile a idrogeno
I vantaggi delle celle a combustibile a idrogeno includono l’efficienza, il funzionamento silenzioso e la compatibilità ambientale, nonché la flessibilità, l’affidabilità e la scalabilità. L’idrogeno è un vettore energetico efficace. Può essere spostato, immagazzinare e fornire energia facilmente.
Efficienza
L’efficienza è particolarmente allettante per i data center he necessitano di una fonte di alimentazione di backup affidabile e potente. Uno studio di Equinix e del College of Design and Engineering della National University di Singapore confronta le celle a combustibile PEM con altri tipi di alimentatori alternativi. L’efficienza delle celle a combustibile PEM è stata la più alta. Anche il consumo di carburante – per megawatt/ora – per le celle a combustibile PEM era il più basso.
Funzionamento silenzioso
Le celle a combustibile a idrogeno funzionano silenziosamente perché le reazioni chimiche avvengono all’interno delle celle stesse. Hanno anche meno componenti e parti mobili.
Altri tipi di generatori di energia possono produrre un significativo inquinamento acustico, come le turbine eoliche e i generatori che funzionano con combustibili fossili. Ciò rende le celle a combustibile a idrogeno un’opzione interessante per le strutture vicino o all’interno delle comunità molto densamente popolate.
Rispettoso dell’ambiente
Le celle a combustibile a idrogeno possono avere emissioni basse o addirittura zero. Non producono anidride carbonica o altri inquinanti atmosferici. L’idrogeno è una risorsa rinnovabile perché l’atmosfera ne contiene così tanto. Tuttavia, ci sono alcuni modi per produrre idrogeno che non sono sostenibili, come il metodo termochimico che prende l’idrogeno dai combustibili fossili.
Flessibilità, affidabilità e scalabilità
L’idrogeno è un vettore energetico efficace. Può muoversi, immagazzinare e fornire energia facilmente. Il combustibile stazionario è una buona opzione per la generazione di energia di riserva poiché le celle a combustibile a idrogeno hanno bisogno solo di idrogeno e ossigeno per funzionare. Possono anche scalare per alimentare applicazioni di grandi dimensioni.
Sfide all’adozione su larga scala
Le sfide delle celle a combustibile a idrogeno includono la sensibilità alla temperatura, i costi, la sicurezza e le perdite di idrogeno.
Sensibilità alla temperatura
Ogni tipo di cella a combustibile deve avere intervalli di temperatura specifici per prestazioni ottimali e per prevenire il degrado delle parti. Le celle a combustibile PEM, che sono più popolari per i generatori di energia di backup, possono funzionare a basse temperature, a circa 80 gradi Celsius. Ciò consente alle celle a combustibile di iniziare rapidamente con meno tempo di riscaldamento. La stessa temperatura deve essere costante in tutta la cella.
Altri tipi di celle a combustibile richiedono temperature molto elevate per funzionare, il che si traduce in una maggiore usura dei componenti della batteria.
Costo
Le celle a combustibile a idrogeno sono più costose della maggior parte degli altri tipi di generazione di energia. A seconda del tipo di cella a combustibile, potrebbero essere necessari alcuni materiali preziosi per il funzionamento della cella a combustibile, il che può aumentare i costi di produzione.
C’è anche una mancanza di infrastrutture diffuse per l’idrogeno. Per ridurre il costo del combustibile a idrogeno, servirebbe un aumento di infrastrutture dedicate che favorisca l’adozione del combustibile a livello di mercato di massa.
Sicurezza
Secondo il Center for Hydrogen Safety, una delle principali preoccupazioni dell’idrogeno è la sua ampia gamma di infiammabilità. L’idrogeno richiede anche pochissima energia per accendersi. Questi due fattori creano un ambiente potenzialmente pericoloso che potrebbe inibire l’adozione diffusa del carburante.
Perdita di idrogeno
Secondo uno studio del Center for International Climate Research, una frazione dell’idrogeno si diffonde nell’atmosfera quando viene trasportato, immagazzinato e utilizzato. Lo studio postula che l’effetto del riscaldamento globale delle perdite di idrogeno sia quasi 12 volte più forte dell’anidride carbonica nonostante la mancanza di proprietà radiative dirette dell’idrogeno. Detto questo, è fondamentale che l’industria dell’idrogeno trovi un modo per contenere meglio l’idrogeno e limitare queste perdite affinché un’economia dell’idrogeno sia fattibile.
Il futuro dell’energia sostenibile?
Il tempo dirà se le celle a combustibile a idrogeno sono la prossima scelta di carburante sostenibile. In questo momento, sono necessarie ulteriori ricerche per garantire che l’idrogeno possa essere “ecologico” come si spera.
Alcune organizzazioni stanno sperimentando celle a combustibile a idrogeno per testarne la fattibilità. Ad esempio, Microsoft e Plug, un importante produttore di celle a combustibile a idrogeno, stanno cercando di creare un sistema di celle a combustibile che possa fornire tre megawatt di potenza, abbastanza per alimentare 10.000 server.
Plug lavora anche con altri data center organizzativi globali, come Amazon e BMW, e si aspettano che la domanda di celle a combustibile a idrogeno riprenda nella seconda metà del 2025. Gli Stati Uniti Il Dipartimento dell’Energia è anche destinato a finanziare e investire in combustibile a idrogeno per combattere il cambiamento climatico.
Se le celle a combustibile a idrogeno diventassero più tecnicamente sicure, convenienti e disponibili a livello di mercato di massa, potrebbero essere un’opzione praticabile in grado di aiutare a proteggere l’ambiente meglio del diesel o del gas naturale. Per ora, gli amministratori dei data center che desiderano adottare una tecnologia più sostenibile dovrebbero tenere d’occhio il progresso del mercato prima di acquistare celle a combustibile a idrogeno.
