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.

Соединённые Штаты активно занялись созданием инфраструктуры для выпуска водородных топливных элементов. Datacenter Dynamics сообщает, что Министерство энергетики страны выделило $750 млн на 52 проекта соответствующей тематики в 24 штатах. Предполагается, что они смогут снизить себестоимость водорода и увеличить объёмы поставок.

Проекты выделены в рамках закона, подписанного в 2021 году и предполагавшего выделение на инфраструктурные проекты $1 трлн. Как сообщают в министерстве, новый план обеспечат США рост возможности производства водородных топливных ячеек в объёме до 14 ГВт/год, а также электролизеров на 10 ГВт ежегодно — этого будет достаточно для выпуска 1,3 млн тонн чистого водорода каждый год.

Источник изображения: akitada31/pixabay.com

Средства распределят по шести направлениям: производство электролизеров, цепочка поставок для электролизеров, компоненты электролизеров, выпуск топливных ячеек, цепочка поставок для топливных ячеек, утилизация. В числе прочих получателем средства стала Plug Power, выпускающая топливные элементы. Ранее компания заявляла, что гиперскейлеры начнут внедрять водородные элементы для ЦОД в конце 2025 года. Речь, вероятно, о Google, Amazon и Microsoft.

Последняя уже внедрила водородную систему Plug Power мощностью 3 МВт в 2022 году. Ранее Microsoft заявила, что объединила усилия с Caterpillar, обеспечив питание ЦОД в течение 48 часов исключительно за счёт энергии, вырабатываемой ячейками производства Ballard Power Systems. Как Caterpillar, так и Ballard тоже стали получателями субсидий Министерства энергетики. Также деньги выделены 3M, General Motors, Nuvera и Robert Bosch.

Операторы ЦОД довольно давно присматриваются к топливным элементам, видя в них альтернативу дизельным электрогенераторам в качестве резервных источников питания. Не исключается, что такие ячейки в будущем могут стать и основными источниками питания.

Компания Plug Power, занимающаяся разработкой водородных топливных ячеек, готовится начать продажи своих элементов питания для ЦОД в конце 2025 года. По данным Datacenter Dynamics, она уже работает с крупнейшими гиперскейлерами, которые и будут тестировать новые продукты.

В 2022 году Plug Power уже построила для Microsoft водородную систему, почти одновременно заключив схожее соглашение и с подразделением Amazon, отвечающим за электронную коммерцию — в рамках сделки IT-гигант согласился инвестировать в соответствующий бизнес более семи лет. Летом того же года компания совместно с Microsoft успешно испытали водородные элементы для электропитания дата-центра. Впрочем, для облачного гиганта Plug Power не является единственным партнёром в этой сфере. Для Amazon компания построила электролизную систему добычи «зелёного» водорода.

Источник изображения: Plug Power

Plug Power планирует, что клиенты будут использовать её решения не только в качестве резервных систем питания, но и продавать излишки энергии, когда спрос на неё особенно высок. Такая комбинация, вероятно, поможет рынку водородных решений вырасти. В своё время Plug Power столкнулась с финансовыми проблемами в результате перебоев со снабжением водородом в Северной Америке, что поставило под угрозу её деятельность в 2023 году, но компания выжила.

В прошлом месяце сообщалось о соглашении с Министерством энергетики США о предоставлении бизнесу займа в размере $1,6 млрд. Средства пойдут на разработку новых решений и расширение производства «зелёного» водорода в США. Похожие системы тестируют и другие компании. Так, Honda и Mitsubishi намерены испытать ЦОД, работающий на бывших в употреблении водородных ячейках электромобилей.

Caterpillar Electric Power и Microsoft объявили об успешном эксперименте, в ходе которого для питания дата-центра применялись исключительно водородные топливные ячейки. Как сообщает пресс-служба Caterpillar, они обеспечивали электричеством ЦОД Microsoft в течение 48 часов.

Партнёры привлекли к сотрудничеству разработчика топливных ячеек — компанию Ballard Power Systems. Использовались крупноформатный водородный элемент для энергоснабжения дата-центра Microsoft в Шайенне (штат Вайоминг). Эксперимент имеет вполне прикладное значение — резервные источники питания на водородном топливе в последнее время всё чаще рассматриваются как альтернатива дизельным, но жизнеспособность технологии до сих пор под вопросом.

Компании провели демонстрацию с использованием водородных источников питания на высоте 1855 м над уровнем моря при температуре ниже нуля. Топливные ячейки интегрировали в подстанцию дата-центра. Caterpillar выступила координатором проекта. Помимо водородной батареи Ballard мощностью 1,5 МВт применялась аккумуляторная система Cat Power Grid Stabilization (PGS) 1260 и контроллер Caterpillar.

Изображение: Ballard Power Systems

Microsoft, пообещавшая добиться статуса «углеродно-отрицательной» компании к 2030 году, внимательно следит за потенциалом водородных топливных элементов. В 2020 году она провела эксперимент по питанию серверов с помощью элементов мощностью 250 кВт в течении 48 часов. В 2021 году был задуман новый, более масштабный проект в рамках инициативы H2@Scale Министерства энергетики США. Нынешняя демонстрация как раз и является итогом данного проекта. А в 2022 году Microsoft и Plug Power успешно протестировали 3-МВт водородную батарею для резервного питания ЦОД.

Хотя водородные технологии продолжают развиваться, до массового внедрения в ЦОД пройдёт ещё немало времени. Во-первых, этот газ по-прежнему значительно дороже дизеля, хотя его стоимость продолжает падать, во-вторых, он весьма взрывоопасен, поэтому требует сложных и дорогих систем хранения и транспортировки. Впрочем, в Microsoft заявили, что демонстрация результатов исследования и открытия в сфере водородных топливных решений поможет компании стать «углеродно-негативной» в объявленные ранее сроки.

Концерны Honda и Mitsubishi намерены протестировать работу небольшого дата-центра, функционирующего на водороде. Как сообщает Datacenter Dynamics, газ будет получаться методом электролиза на заводе, оператором которого выступает Tokuyama Corporation.

На этом заводе водород является побочным продуктом, в основном предприятие ориентировано на получение гипохлорита натрия и хлора. Сейчас водород отдаётся местной электростанции. Honda будет б/у водородные топливные ячейки, ранее использовавшиеся в электромобилях, а Mitsubishi — применять полученную от них энергию для питания ЦОД.

Электромобили на водородных топливных ячейках позиционируются, как альтернатива аккумуляторным вариантам, но пока не получили широкого распространения из-за относительно низкого суммарного КПД. Впрочем, не исключается использование «водородных» грузовиков благодаря относительно быстрому процессу заправки баков — это гораздо быстрее, чем зарядка больших аккумуляторов.

Калифорнийский вариант. Источник изображения: Honda

Компании не уточняют, насколько большим будет новый дата-центр, но уже продемонстрировали объект размером с грузовой контейнер. Ранее Honda тестировала водородные топливные ячейки в своей американской штаб-квартире в Калифорнии, где их применяли в качестве резервного источника питания для ЦОД. Новый совместный проект поддержан японской Организацией по развитию новых энергетических и промышленных технологий (NEDO).

Пилотное тестирование будет проводиться до 31 марта 2026. Партнёры ожидают, что б/у ячейки позволят возводить недорогие стационарные водородные электростанции, что будет способствовать декарбонизации. Также будет оцениваться сама идея водородного энергообеспечения строящихся в регионе дата-центров.

Япония стала одной из немногих стран с довольно большим парком авто на водородных топливных элементах, поэтому недостатка в соответствующих ячейках не предвидится. Впрочем, и других решений на водороде предлагается немало. Например, с собственным проектом выступала Rolls-Royce, а ECL привлекла первые средства на создание автономных модульных ЦОД на водородном топливе.

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).