¿Una revolución verde? Pilas de combustible de hidrógeno en los centro de datos
En los últimos años, el hidrógeno se ha postulado cada vez más como una fuente alternativa de energía verde para la industria de los centros de datos, aunque nunca sin advertencias ni dudas.
Aunque se habla mucho de la energía del hidrógeno, la falta de infraestructuras (en concreto, una «red» o, más exactamente, una red de tuberías) y la escasez de formas sostenibles de hidrógeno hacen que su uso generalizado como fuente de energía siga siendo hipotético.
Pero otras soluciones -como las pilas de combustible de hidrógeno- se están probando e implantando cada vez más en los centros de datos, tanto como fuente de energía primaria como de reserva.
Un despliegue pequeño pero con éxito
Yuval Bachar es el fundador y CEO de EdgeCloudLink (ECL), un proveedor de centros de datos que ha basado toda su filosofía en la energía del hidrógeno. Con un centro de datos de 1 MW en Estados Unidos que ya funciona con un 100% de energía de hidrógeno y otro campus de 1 GW previsto, la empresa está apostando fuerte por este elemento.
A pesar de ello, Bachar no subestima la magnitud del problema que supone el cambio a soluciones energéticas ecológicas.
El sector de los centros de datos está «luchando por encontrar un salto realmente significativo en la generación de tecnología energética que sea limpia», afirma Bachar. «La energía solar hace su trabajo, pero funciona seis horas al día, así que hay otras 18 horas en las que tenemos que hacer algo. Y el viento sopla o no sopla.» En su opinión, el hidrógeno podría llenar ese vacío.
El centro de datos de ECL en Mountain View, California, se inauguró en mayo de 2024 y ofrece 1MW de capacidad alimentada íntegramente por hidrógeno.
La empresa utiliza pilas de combustible de membrana de intercambio de protones (PEM) en una configuración de diseño propio para alimentar la instalación.
«Una pila de combustible es un elemento que toma hidrógeno, por un lado, y oxígeno por el otro», explica Bachar. «Cuenta con placas capaces de recibir inyecciones de hidrógeno, por un lado, y de oxígeno por el otro. Por efecto de la combinación de hidrógeno y oxígeno, la placa crea una pequeña tensión, de unos 0,627 voltios de corriente continua.»
Bachar hace que este proceso parezca sencillo, pero las células son creaciones complejas. Además de producir energía, también crean agua mediante la combinación de hidrógeno y oxígeno. «Esa agua se puede utilizar», añade Bachar. «La devolvemos al centro de datos, y así es como conseguimos un emplazamiento de agua cero, ya que utilizamos el agua que hemos producido.»
El hidrógeno utilizado para alimentar al centro de datos se envía literalmente a Mountain View en tanques, con una entrega cada dos semanas. Es la única forma que tiene la empresa de conseguir el combustible que necesita, porque la infraestructura que permite el suministro generalizado de hidrógeno es casi inexistente.
«Es un negocio que hemos tenido que reinventar porque las empresas que venden hidrógeno no están relacionadas con el mundo de los centros de datos», explica Bachar. «Son empresas que se dedican a la manipulación de materiales. Venden gases y líquidos a laboratorios, fábricas petroquímicas y refinerías.
«Pero nosotros acudimos a ellos y les dijimos que tenemos un mercado adyacente a lo que hacen y empezaremos a consumir mucho hidrógeno, para que así nos mostraran cómo suministrarlo». Y nos respondieron con dos opciones. Una es una red de gasoductos que puedan distribuir hidrógeno en estado gaseoso, y luego nosotros nos unimos a ese gasoducto. La otra es que suministren hidrógeno líquido.»
El suministro de hidrógeno líquido no es una opción especialmente escalable para los campus de varios gigavatios que se están desarrollando en todo el mundo. Para los campus más grandes, como el de 1 GW previsto por ECL, sería necesaria una red de tuberías.
Al otro lado de EE.UU., Active Infrastructure está construyendo un campus de centros de datos de 325.160 m² que, según afirma, funcionará con hidrógeno.
Jeff Zygler, fundador y Consejero Delegado de Active Infrastructure, nos dijo que la empresa utilizará pilas de combustible de hidrógeno para la carga de base, pero que con el tiempo también utilizará hidrógeno como energía de reserva. La empresa utiliza pilas de combustible de óxido sólido de Bloom Energy, que tienen una potencia nominal de 300 kW y una potencia de carga de 300 kW.
El proyecto del centro de datos se está desarrollando en un terreno que ya cuenta con un gasoducto de gas natural, y Active Infrastructure está trabajando con Bloom Energy para utilizar ese gas natural para generar energía de hidrógeno.
«El grupo con el que trabajamos toma el gas natural, lo hace pasar por su equipo, que lo convierte en hidrógeno, y genera energía al tiempo que libera vapor de agua y dióxido de carbono, eliminando las emisiones adicionales [NOx y SOx, asociadas de otro modo a la combustión de gas natural]», explica Zygler.
Active Infrastructure dispone de infraestructura eléctrica para hasta 900 MW, pero actualmente está diseñando un campus de 780 MW, todo ello detrás del contador.
Zygler explica que esto significa que no «compensan ni descargan en la red»
«Una de las propuestas que enviamos a los supervisores, y que actualmente estamos hablando con las compañías eléctricas, es que se trata de activos generacionales silenciosos y que no tienen muchas molestias visuales; por ejemplo, enormes chimeneas», añade. «Podríamos aportar nuestra generación a la red»
El arcoíris del hidrógeno
El uso de gas natural convertido en hidrógeno por Active Infrastructure se consideraría «hidrógeno gris»
El hidrógeno se clasifica en una escala de colores, siendo el más destacado el gris, que se genera mediante el reformado al vapor del gas natural y lleva asociadas altas emisiones de gases de efecto invernadero. El hidrógeno azul es similar al gris, pero con captura y almacenamiento de carbono en el lugar de producción, mientras que el verde se produce utilizando energías renovables como la solar o la eólica, generando así unas emisiones mínimas. También existe el hidrógeno blanco, que se produce de forma natural y del que se espera que algún día desempeñe un papel en la economía del hidrógeno, aunque todavía no se utiliza.
Zygler dice que el hidrógeno verde «es un unicornio ahora mismo» Explica: en realidad no existe porque, al menos en Estados Unidos, la infraestructura para generarlo a partir de energías renovables no se está creando en el mercado a un tamaño y escala utilizables».
«Hay un proveedor en el sur que genera hidrógeno verde, pero ahora mismo no hay una demanda masiva. En esencia, se podría tomar esa energía renovable y ponerla directamente en la red, y sería más eficiente que usarla para convertirla en hidrógeno»
Bachar, de ECL, también se enfrenta a la batalla del gris, el azul y el verde.
Aunque en funcionamiento -y con clientes destacados como el proveedor de la nube de inteligencia artificial Lambda-, ECL no pretende haber conseguido aún utilizar hidrógeno totalmente «verde» o «azul».
«Estamos comprando una mezcla de gris, azul y verde, pero tratando de maximizar el azul y el verde, y minimizar el gris», dice Bachar. nuestro objetivo para 2026 es eliminar por completo el gris y, a partir de ahí, aumentar el porcentaje de verde».
«El propio hidrógeno azul está experimentando una evolución. El nivel de captura de carbono ha estado a un cierto nivel, pero el mensaje que tenemos que enviar es que la captura de carbono tiene que mejorar y reducir aún más la huella de carbono para que el hidrógeno azul pueda acercarse mucho al verde en los próximos dos años. Es mucho más fácil de obtener que el hidrógeno verde, del que no hay mucho disponible», afirma Bachar.
En realidad, el hidrógeno en sí no es un bien escaso.
Según la Agencia Internacional de la Energía, cada año se producen unos 70 millones de toneladas de hidrógeno, aunque la mayor parte se destina a procesos industriales como la fabricación de amoníaco para fertilizantes agrícolas, y la inmensa mayoría de este hidrógeno no es renovable.
En la actualidad, alrededor del 95% del hidrógeno se genera mediante combustibles fósiles.
Por tanto, se produce mucho hidrógeno, sólo que no es el tipo de hidrógeno adecuado, y no está dirigido a la industria de los centros de datos, aunque actualmente se están llevando a cabo varias iniciativas gubernamentales e internacionales, con el objetivo de aumentar la cantidad de hidrógeno verde y azul disponible y convertirlo así en una opción más asequible.
Un informe del Uptime Institute de noviembre de 2024 señalaba que el Gobierno de EE.UU. pretende ofrecer hidrógeno verde a 1 dólar el kg en 2031 -aunque con una nueva administración al mando que impulsa la energía de todo tipo, incluidos los combustibles fósiles, el futuro de este compromiso sigue siendo incierto-, mientras que las proyecciones de la UE prevén 3 euros (3,15 dólares) el kg para 2030. Sin embargo, el Consejo Internacional de Transporte Limpio sugiere que estas previsiones no son realistas y, en su lugar, ofrece un precio estadounidense de 3-5 dólares por kg en 2030 y un precio europeo de 4-8 euros (4,20-8,40 dólares) por kg.
En cuanto a la producción, la UE prevé producir 10 millones de toneladas de hidrógeno renovable e importar otros 10 millones de toneladas de aquí a 2030, mientras que el Reino Unido aspira a crear 10 GW de capacidad de producción de hidrógeno bajo en carbono de aquí a 2030.
Sin embargo, una investigación de BloombergNEF en 2024 reveló que es poco probable que los gobiernos alcancen estos objetivos para 2030 en casi dos tercios debido a los «plazos más largos de finalización de los proyectos y al insuficiente apoyo político»
El hidrógeno como solución energética de reserva
Lógicamente, el hidrógeno podría servir como fuente de energía de reserva, donde se necesitaría en menores cantidades. En lugar de utilizar generadores diésel, las empresas podrían explorar el hidrógeno verde y azul como combustible.
Esta es, en última instancia, la intención de Active Infrastructure.
«Una vez que alcancemos la escala necesaria, pasaremos de las pilas de combustible de hidrógeno de carga base a algún tipo de energía de reserva», afirma Zygler. «Pero las pilas de combustible de hidrógeno [óxido sólido] sólo son rentables si funcionan al 100%. Una vez que la red se amplíe para permitirnos conectarnos, el mejor de los casos sería que siguiéramos funcionando con esas pilas de combustible al 100% y devolviéndolo a la red, pero entonces, si la red falla, seguimos conectados directamente a las pilas de combustible y pueden proporcionar esa energía ininterrumpida.»
ECL, por su parte, utiliza baterías de reserva en caso de necesidad, pero tiene redundancia incorporada en la PI de sus pilas de combustible de hidrógeno.
«Hemos creado lo que llamamos unidades de generación de energía, que proporcionan energía de alta disponibilidad y fiabilidad», explica Bacher. «La razón es que tenemos dos de ellas en cada bloque, y en cada bloque tenemos un N+6, así que podemos perder hasta seis pilas de combustible en cada elemento y seguir manteniendo el 100% de potencia» Los bloques de potencia de ECL ofrecen entre 1 y 2 MW, y tienen un diseño modular que permite ampliarlos fácilmente.
Varias empresas han probado el uso del hidrógeno como energía de reserva, entre ellas Equinix, Microsoft y el fabricante de automóviles Honda. Pero, según Uptime Institute, sólo una empresa utiliza «activamente» el hidrógeno como energía de reserva: NorthC.
En Europa, NorthC utiliza hidrógeno como energía de reserva en dos centros de datos de los Países Bajos.
La empresa instaló pilas de combustible PEM (generalmente consideradas la mejor opción de pilas de combustible de hidrógeno para energía de reserva) en su centro de datos de Groningen en 2022, que utilizan hidrógeno verde generado localmente en el centro de hidrógeno NortH2. En su centro de datos de Eindhoven, la empresa utiliza motores de gas.
Con 3,5 MW de capacidad, el centro de datos de Groninga tiene suficientes pilas de combustible para mantener las operaciones con energía de hidrógeno durante un corte de suministro de cuatro horas, lo que, según el operador, es suficiente con la fiabilidad de la red eléctrica del país. Si esto no fuera suficiente, hay un depósito de combustible diésel preparado para suplir la carencia.
Sin embargo, las pilas de combustible no son inmaculadas en su papel de energía de reserva. Como señala Zygler, las pilas de combustible de óxido sólido tienen que funcionar al 100% para ser lo más eficientes posible, y las pilas de combustible PEM tardan en encenderse unos siete minutos, frente al minuto que tarda un grupo electrógeno diésel.
Dado que la principal preocupación de los operadores de centros de datos es acercarse lo más posible al «100% de disponibilidad», siete minutos de inactividad total y los posibles daños que ello podría causar al hardware no es lo ideal. Para evitarlo, NorthC ha aumentado el despliegue de baterías en el campus para amortiguar el tiempo de inactividad.
El análisis del Uptime Institute sobre la solución del centro de datos señala que es «poco probable que las pilas de combustible como solución de reserva se justifiquen económicamente» por sí solas. Con el tiempo, NorthC planea utilizar hidrógeno como fuente de energía primaria, adoptando un enfoque casi totalmente opuesto al de Active Infraestructure.
El centro de datos seguirá dependiendo de NortH2, que genera hidrógeno a partir de su parque eólico marino. Para 2030, la planta aspira a producir 4 GW de energía de hidrógeno, y 10 GW para 2040, mientras que una red de tuberías debería llegar a Groninga entre 2026 y 2028.
En las instalaciones de Eindhoven, NorthC ha instalado motores de gas Innion Jenbacher de combustión de hidrógeno, ya que no está previsto que la región se conecte a una red de tuberías de hidrógeno en breve. Estos motores pueden funcionar tanto con gas natural como con hidrógeno.
Optimismo para el futuro
A pesar de que NorthC es la única empresa que apuesta actualmente por el hidrógeno para la energía de reserva, en 2024, Plug Power -proveedor de pilas de combustible PEM- afirmó que prevé que las ventas de sus ofertas al sector de los centros de datos repunten a finales de 2025, con la empresa ya comprometida y realizando despliegues y pruebas iniciales con los «tres principales operadores de centros de datos»
Hay más posibilidades de hidrógeno con una implantación de «pico de caída». Andrew Clough, ingeniero eléctrico sénior de Arup, nos contó que, dados los problemas que plantea el suministro de electricidad para cualquier tipo de centro de datos en un plazo razonable, es posible que veamos centros de datos con «un suministro de electricidad que funcione la mayor parte del día, pero que quizá no tenga capacidad para las horas punta, y entonces se podría utilizar hidrógeno in situ para los picos de consumo»
En Estados Unidos, Bloom Energy firmó un acuerdo con American Electric Power (AEP) a finales del año pasado por el que Bloom suministrará hasta 1 GW de pilas de combustible de óxido sólido, que AEP instalará en los centros de datos de IA para cubrir sus necesidades energéticas. Aunque las pilas de combustible funcionarán inicialmente con gas natural, también podrán funcionar con hidrógeno o una mezcla de ambos.
Jeff Barber, vicepresidente de ventas globales de centros de datos de Bloom Energy, declaró a DCD a principios de este año que la solución de microrred de la empresa puede complementar la red, «proporcionando 80 MW mientras la compañía eléctrica suministra 20 MW», o puede sustituir por completo a la red eléctrica si es necesario.
Sin embargo, Clough señala que el uso del hidrógeno está limitado por la ubicación. Hablando específicamente del Reino Unido -aunque aplicable a cualquier mercado de primer nivel hoy en día-, Londres en particular no sólo tiene limitaciones de energía, sino también de espacio. Las opciones actuales de suministro de hidrógeno -tanto primario como de reserva- requieren almacenamiento in situ, lo que resulta «complicado»
Clough afirma que: «Tradicionalmente, los operadores de centros de datos han querido 24 o 48 horas de gasóleo almacenado in situ, lo cual es relativamente factible. Se consiguen tanques más grandes, pero el gasóleo es relativamente denso en energía. El hidrógeno, en cambio, es complicado, porque 48 horas de almacenamiento es una cantidad considerable de hidrógeno para la instalación de un gran centro de datos» Clough estima que «una o dos horas» de inestabilidad de la red es una escala más factible.
Sugiere que, a medida que los proyectos salgan de estas zonas densamente pobladas -citando como ejemplo los que se proponen para Northumberland o Escocia-, los despliegues de hidrógeno podrían tener sentido. Y lo que es aún más ideal, si el centro de datos está situado «en una zona cercana a una infraestructura de hidrógeno, de repente se podría dar la situación de tener un suministro eléctrico y un suministro de carga por tubería»
A medida que crece la demanda del sector de los centros de datos -tanto de energía primaria como de reserva-, la esperanza sólo puede ser que la producción de hidrógeno azul y verde crezca con ella. Esa decisión sigue estando totalmente en manos de quienes compran energía o combustible para su centro de datos.
Bachar, de ECL, señala que los centros de datos que desarrollamos hoy van a permanecer con nosotros «al menos entre 15 y 20 años»
«Aunque ahora mismo nosotros [la industria] tenemos prisa por construir centros de datos para la IA, tenemos que asegurarnos de que estamos tomando la decisión correcta ahora. No podemos estar reiniciando plantas de carbón. Lo que hagamos ahora nos acompañará durante las próximas dos décadas».
(datacenterdynamics.com)
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