Les centres de données consommant une part croissante de l'énergie mondiale, leurs plans pour atteindre le niveau zéro doivent prendre en compte des formes plus écologiques de production d'énergie de secours. L'hydrogène à faible teneur en carbone comme moyen de stockage de l'énergie pourrait être la solution.

Lorsque nous surfons sur Internet ou postons sur les médias sociaux, nous pensons rarement à ce que cela nous coûte en termes d'énergie. Pourtant, les centres de données qui traitent notre activité en ligne sont de voraces consommateurs d'électricité. Par conséquent, à mesure que leur nombre et leur capacité augmentent, leur consommation ne peut que croître.

Pour la plupart, les exploitants de centres de données se sont engagés à décarboniser leur activité et à se diriger vers une consommation nette zéro. La plupart des centres de données s'appuient déjà sur l'électricité renouvelable pour leur alimentation électrique primaire par le biais de contrats d'achat d'électricité. Mais la solution standard pour la production d'électricité pendant les périodes de maintenance (et les très rares coupures de courant) n'est pas si pauvre en carbone. Lorsqu'ils doivent couper le courant, les centres de données alimentent leur série de générateurs diesel sur site.

Dans un avenir visant à atteindre des émissions nettes nulles, l'élimination progressive du diesel et d'autres hydrocarbures devient impérative. Par conséquent, les centres de données doivent rechercher une solution de secours durable - une solution qui élimine les émissions non seulement pendant la maintenance et les tests annuels de routine, mais aussi dans l'éventualité moins probable d'une panne du système d'alimentation. Notre examen des principales alternatives confirme le potentiel de l'hydrogène à jouer un rôle dans un avenir à faible teneur en carbone pour les centres de données - en particulier, l'hydrogène à faible teneur en carbone pour le stockage de l'énergie.

La promesse de l'hydrogène

L'hydrogène brûle sans émettre de carbone. Il est déjà utilisé comme combustible dans la production industrielle, et de nouvelles technologies pour la production d'hydrogène à faible teneur en carbone et la production d'électricité sont en cours de développement. L'hydrogène est une solution pour l'avenir à moyen terme. Son adoption dès aujourd'hui par les centres de données poserait des problèmes : nombre d'entre eux auraient besoin de plusieurs remorques de tubes d'hydrogène par jour pour continuer à fonctionner en cas de panne du réseau. Le stockage de l'hydrogène sur site sous forme de gaz comprimé nécessiterait un espace important ; son stockage sous forme liquide exigerait une énergie supplémentaire considérable.

Mais la viabilité de l'hydrogène augmentera considérablement dans les années à venir, à mesure que les technologies de transport et de stockage seront développées et adoptées. Au fur et à mesure que les pays développent leurs stratégies en matière d'hydrogène, il est probable que le coût de sa mise en œuvre à grande échelle diminuera, ce qui réduira les dépenses d'investissement nécessaires pour que les centres de données passent à l'hydrogène.

Alternatives à court terme

À plus court terme, certains centres de données optent pour des biocarburants qui remplacent le diesel pour faire fonctionner leurs turbines sur site, principalement l'huile végétale hydrotraitée (HVO). L'HVO a une composition chimique similaire à celle du diesel et ne nécessite que peu ou pas d'adaptation de l'équipement. Elle peut être stockée et utilisée pendant une période pouvant aller jusqu'à dix ans, ce qui nécessite une maintenance sur site moins exigeante que le diesel, qui nécessite des systèmes de polissage pour maintenir le carburant stocké pendant une durée similaire. En outre, il est possible de réduire les émissions de 90 %. Le principal inconvénient de son utilisation est que la source préférée pour la production de HVO est l'huile de palme, un contributeur connu à la mauvaise gestion des terres et des forêts, et certains pays et fabricants se sont maintenant engagés à bannir l'huile de palme de leurs produits.

Il existe d'autres alternatives au diesel, telles que le stockage d'énergie par air comprimé (CAES), le stockage d'énergie par volant d'inertie (FES) et les systèmes de stockage d'énergie par batterie. Chacune de ces options présente des défis et des opportunités pour les centres de données. L'adoption d'un HVO sans huile de palme offre aux opérateurs la possibilité de réduire instantanément leurs émissions avec un minimum d'investissement supplémentaire dans l'équipement. Mais il ne s'agit pas d'une solution à long terme, mais plutôt d'un palliatif pendant que l'industrie de l'hydrogène en tant que carburant poursuit son développement rapide.

Mise en œuvre de l'hydrogène

Alors, comment fonctionnerait exactement la production d'électricité à base d'hydrogène ? Nous prévoyons un modèle dans lequel l'hydrogène est utilisé comme moyen de stockage de l'énergie. Alors que l'hydrogène pourrait alimenter les processus industriels et les véhicules commerciaux, les grands consommateurs d'énergie tels que les centres de données utiliseront l'hydrogène stocké pour alimenter la production d'électricité.

Les exploitants de centres de données devront donc investir dans des équipements de production d'électricité pouvant fonctionner avec le nouveau carburant. Actuellement, la chaîne d'approvisionnement de l'industrie est en train de déployer des turbines à hydrogène qui peuvent effectivement utiliser 100 % d'hydrogène, à des échelles qui pourraient convenir à des configurations de secours résilientes pour les centres de données. Les développements prévus incluent l'introduction de turbines de plus grande capacité au cours de la prochaine décennie. En outre, l'exploration d'autres solutions, telles que l'incorporation de dérivés de l'hydrogène comme l'ammoniac dans les turbines à combustion ou le choix de la production d'électricité par piles à combustible plutôt que par combustion, pourrait révéler des pistes pour un déploiement à grande échelle des centres de données.

Selon un modèle potentiel, les centres de données pourraient également produire leur propre hydrogène, en utilisant l'électricité renouvelable excédentaire pour produire de l'hydrogène à faible teneur en carbone par l'intermédiaire d'un électrolyseur sur site à petite échelle. Cet hydrogène serait ensuite stocké dans une installation appartenant à l'opérateur du centre de données et utilisé pour produire de l'électricité en cas de besoin. L'hydrogène excédentaire pourrait éventuellement être exporté vers le marché et constituer une source de revenus.

Le modèle de la plaque tournante

Les exploitants de centres de données qui choisissent d'acheter de l'hydrogène plutôt que d'en produire seraient confrontés à de nouvelles considérations en matière de sélection des sites. Aujourd'hui, le choix du site est dicté par la disponibilité des connexions en fibre optique et de l'alimentation électrique. À l'avenir, les centres de données dont l'hydrogène est livré par pipeline pourraient s'installer à proximité d'installations de production ou de "centres d'hydrogène" à faible émission de carbone, afin de réduire les coûts de transport.

Ces centres, qui utiliseraient l'énergie excédentaire pour produire de l'hydrogène à faible teneur en carbone, seront à leur tour situés à proximité d'installations de production d'énergie renouvelable. Tant que l'hydrogène ne sera pas acheminé par des pipelines, nous pourrions voir le secteur des centres de données décarbonisés quitter les parcs industriels traditionnels pour s'installer à proximité de parcs solaires et éoliens.

Au Royaume-Uni, la demande de centres de données décarbonisés en faveur de pôles d'hydrogène pourrait être décisive dans les années à venir pour faire pencher la balance vers une viabilité suffisante pour des investissements importants, et être le fer de lance de la révolution de l'hydrogène dans le cadre de l'écosystème plus large de l'énergie nette zéro. L'adoption de l'hydrogène par les centres de données pourrait faire plus que contribuer à la décarbonisation du secteur ; elle pourrait contribuer à une adoption beaucoup plus large de ce combustible à faible teneur en carbone.

Article basé sur les contributions de Thomas Shaw avec le soutien d'Andrew Clough, Simon Todd et Mike Copson.