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Microsoft anuncia la investigación y el desarrollo del primer centro de datos cero carbono, llamado Data Plant, que será, en su totalidad, independiente de la red y reciclará productos de desecho comunes para dar energía a los servicios en la nube. Microsoft ha estado comprometido a desarrollar infraestructuras de centros de datos más eficientes y sostenibles que soporten la creciente demanda de nuestros clientes por servicios en línea desde 1994. Con este proyecto piloto de Data Plant, damos otro paso en esa importante misión, a la vez que trabajamos para atacar algunos de los retos globales referentes a recursos energéticos, de desperdicios y agua de la actualidad.

Tenemos cuestiones cruciales qué atacar como una comunidad global. ¿De dónde obtendremos la energía en el futuro? ¿Cómo eliminaremos nuestra cada vez mayor cantidad de desperdicios? ¿Cómo aseguramos acceso abundante a agua pura para todos? Para ayudar a enfrentar estos retos, Microsoft invierte cerca de 5.5 millones de dólares en R&D (Investigación y Desarrollo, por sus siglas en inglés) en este proyecto piloto para desarrollar centros de datos sostenibles. El proyecto estará ubicado en Dry Creek Water Reclamation Facility en Cheyenne, Woming. Provee una oportunidad única en su tipo y emocionante para desarrollar capacidades viables y mejores prácticas para capturar y reutilizar productos naturales como biogás directo de las plantas de tratamiento de agua de desperdicio, granjas, refinerías y sitios de relleno de desperdicio, etc. en el futuro. En general, las fuentes de combustible de biogas son poco económicas para recuperar y convertir en energía de red. Al capturar y reutilizar el biogas bajo demanda en nuestros centros de datos, seremos capaces de reducir de manera significativa sus emisiones de carbono mientras que producimos usos benéficos. Este proyecto probará nuevos métodos para proveer una fuente de poder estable, limpia, escalable y eficiente de manera económica para los centros de datos que pueda convertirse en mejores prácticas que utilicen otras industrias en el futuro.

En abril de este año, introdujimos nuestro más reciente concepto de centro de datos, conocido como Data Plant, que combina las virtudes de una planta de energía con la gran demanda de energía de un centro de datos. Este piloto de R&D en Wyoming, ayudará a demostrar de manera concreta los beneficios posibles de integrar la recolección, tratamiento y consumo de biogas desde la fuente para crear un uso eficiente de energía renovable. Este proyecto mostrará:

Transformación de una responsabilidad en un recurso, al utilizar desperdicios para dar energía a un centro de datos de carbono neutral.

Incremento total de la eficiencia del sistema al reutilizar desperdicio de calor.

Flexibilidad de Microsoft para ubicar futuros centros de datos.

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Cómo trabaja el biogas. El biogas es producido por la digestión o fermentación anaeróbica de materiales biodegradables como biomasa, estiércol, aguas residuales, desechos municipales, desechos verdes, material industrial, cultivos, etc. El biogas comprime metano primario (CH4) y dióxido de carbono (CO2) y puede contener pequeñas cantidades de sulfato de hidrógeno (HS2), humedad y silicones. (De Wikipedia) En las plantas de tratamiento de aguas residuales, los digestores anaeróbicos aceleran la descomposición de material orgánico con el uso de microorganismos especializados. Estos microorganismos deben mantenerse calientes para ser efectivos en el tratamiento de aguas residuales. (Compartiremos más de esto más adelante)

El metano, de un digestor anaeróbico, contiene muchas impurezas y diluyentes como siliconas y CO2 lo que complica su captura, manejo y reutilización. Muchos proyectos de desperdicio a energía fallan debido a la falta de suministro adecuado de metano en el sitio, lo que limita la escalabilidad del proyecto y evita la energía para fabricarla en usos reales de aplicaciones de mercado. Los centros de datos modulares de Microsoft están equipados de manera única para aprovechar esta oportunidad. Nuestro equipo ha compartido la información de nuestras estrategias de centros de datos modulares desde 2007, y de manera reciente, hemos publicado en blogs sobre cómo esto nos permite reajustar nuestras instalaciones en pequeñas unidades para que se ajuste la capacidad de nuestro centro de datos con la demanda de los clientes. Combinado con otra tecnología de generación modular como una célula de combustible, este proyecto de Data Plan demostrará la posibilidad de capturar un recurso que antes no era económico a través de este nuevo enfoque. También, tener la posibilidad de reajustar nuestro centro de datos asegura que casi cualquier volumen de biogas disponible puede ser utilizado de manera eficiente.

El diseño de Data Plant. Este diseño de infraestructura está optimizado de manera específica para consumir gases de deshecho donde sea que estén ubicados. Primero, se rastrean contaminantes como los silicones, así como humedad que es filtrada. Después, una Celda de Combustible de Carbono Líquido convierte el metano restante y el CO2 en energía eléctrica sin combustión y sus contaminantes asociados. Por último, la energía producida es utilizada para dar energía al centro de datos modular. La electricidad que no es consumida por el centro de datos es regresada a la planta de tratamiento de aguas residuales para minimizar cualquier capacidad desperdiciada en el sistema y proveerá un beneficio adicional a la planta. Antes, hablamos sobre los microorganismos que necesitan calor para ser efectivos en el tratamiento y limpieza de drenaje. Para ir un paso adelante, el calor generado en el proceso de generación de energía de Data Plant será enviado de regreso a los digestores anaeróbicos de la planta de tratamiento para incrementar la efectividad de los microorganismos, reducir futuros costos de energía y maximizar la capacidad de la planta de tratamiento de aguas residuales de la comunidad y regresar el agua reciclada al ambiente.

Así que al considerar los beneficios de este proyecto, hasta el momento hemos sido capaces de:

Capturar y redireccionar gases de invernadero (metano) para uso productivo.

Generar electricidad con ese gas a través de una celda de combustible que sea muy eficiente que resulte en reducir de manera significativa el CO2 por unidad de poder producida en lugar de energía producida por la red.

Reutilizar el calor desperdiciado del sistema para mejorar la eficiencia y reducir más adelante la cantidad de energía perdida por unidad de poder producida.

Al final del proceso, aún tenemos algún CO2 como un producto alterno del proceso electrolítico de las celdas de combustible. Un beneficio adicional de la celda de combustible es que el gas metano está reformado en hidrógeno limpio y puro y CO2 de alta calidad. La calidad del CO2 es ahora suficientemente alta para reutilizar en aplicaciones industriales. En otras palabras, este Data Plant convertirá un contaminante en un beneficio de valor al capturarlo y transformarlo para uso en el mercado.

Este es un proyecto muy ambicioso. El piloto probará un Data Plant 200kW de menor escala con aplicaciones de cómputo no producidas con una celda de combustible que puede producir más de 300kW. Además, esto es por supuesto sólo una fracción del tamaño de nuestros típicos centros de datos, el conocimiento adquirido nos permitirá modelar cómo una instalación de gran tamaño reaccionará. También, cualquier energía generada que no sea utilizada (esto no es consumido por el Data Plant) será enviada de regreso a la instalación de tratamiento para reducir más adelante sus costos de energía.

La prueba. Al final, el eficiente centro de datos modular debe ser capaz de mantener servicios en línea confiables, que sean independientes de la red eléctrica. Debe ser capaz de manejar todos los picos y las bajas del tráfico de los servicios en línea que nuestros centros de datos actuales manejan, a la vez de mantener una alta disponibilidad. La carga de administración es sencilla cuando está conectada a la red; cuando la demanda crece o se cae más rápido de lo que puede responder la celda de combustible, la red actúa de manera típica como un absorbente de choque para proveer energía o consumir cualquier sobrante de energía producido por la celda de combustible. El Data Plant, sin embargo, utilizará un sofisticado sistema de administración de energía para administrar la carga de manera interna sin la ayuda de una red utilitaria.

Al final del proyecto piloto de R&D, Microsoft donará el Data Plant (que incluye la celda de combustible, equipo de limpieza, servidores y centros de datos modulares) a la ciudad de Cheyenne y la Universidad de Wyoming para futura investigación de esta tecnología. Este sitio del proyecto piloto será utilizado para un avance futuro de otros proyectos de investigación de tecnología limpia y desarrollo de estos proyectos.

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Configuración de una celda de combustible típica

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Configuración de Data Plant

Debido a la naturaleza poco convencional del proyecto Data Plant, puedes imaginar que nuestro equipo recibe muchas preguntas. Aquí algunas de las más comunes:

¿Por qué una planta de tratamiento de aguas residuales? En un sentido, estas plantas pueden ser consideradas primos lejanos de los centros de datos – son instalaciones de misión crítica con infraestructura de alta disponibilidad construida dentro de la planta. Estas plantas no pueden estar fuera de línea más allá de lo que una comunidad puede parar el flujo. El resultado asegura un flujo consistente y confiable de biogas para dar poder a nuestro Data Plant.

¿Esto no se ha hecho antes? ¿Los centros de datos con energía de celda corren con biogas? Existen ejemplos de centros de datos con energía de celdas de combustible de biogas ‘direccionados’. En estos sistemas, el gas natural es utilizado para dar energía en sitio a la celda de combustible, mientras que el biogas es inyectado en tubería de gas natural en otro lugar más allá de las tuberías de gas natural. Esta inyección puede ocurrir a kilómetros de distancia de la instalación, o puede estar del otro lado del país. Este piloto del Data Plant será la primera integración directa de un centro de datos con una fuente de biogas. Esto disminuirá la necesidad de una filtración de biogas de alta calidad y reduce la demanda de una tubería de gas natural.

Quemar metano produce dióxido de carbono. ¿Cómo puede considerarse al biogas como neutro de carbono? El biogas no agrega carbono al balance total de carbono en el aire porque es reciclado de manera inmediata; las plantas de manera natural jalan CO2 de la atmósfera. Las plantas son utilizadas para producir comida ya sea de manera directa o como alimento de reserva. Cuando consumimos la comida, es convertida en metano. El metano es luego quemado en plantas de tratamiento de alcantarillado y convertido en CO2 de vuelta. Las plantas consumen el CO2 y el proceso arranca de nuevo. De manera tradicional, el metano en las plantas de tratamiento de aguas residuales en todo el país es quemado como una práctica estándar para reducir la potencia de las emisiones de gas invernadero. Utilizar el metano para dar energía al Data Plant no cambiará el ciclo del carbono, pero agregará un beneficio adicional de reducción a través de procesos eficientes electromecánicos de una celda de combustible, para reciclarlo para dar energía y entregar servicios para la nube y en línea, para también proveer calor para las plantas de tratamiento de aguas residuales. Como la tabla siguiente muestra, diferentes tipos de generación de quemado de metano ofrecen ahorros significativos en CO2 sobre opciones de energía e red. Pero este proyecto también ofrece un método de red-cero para dar energía a centros de datos y otras industrias en el futuro.

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Comparación de diferentes tipos de generación de combustibles para dar energía a la red en Wyoming

¿Por qué Wyoming? Los recursos naturales de energía de Wyoming incluyen carbón, combustible y gas natural. Debido a su creciente necesidad de fuentes de energía renovable, Wyoming ha invertido en tecnologías de energía avanzada que incluyen procesos de conversión de carbono tanto renovables como limpios. El estado y sus organizaciones han sido muy proactivas al asociarse con compañías como Microsoft y FuelCell Energy para investigar y desarrollar métodos que ayuden a proveer recursos sostenibles para su portafolio de energía. Además, las industrias de Wyoming también serán capaces de beneficiarse del CO2 limpio que es producido desde esta Data Plant. Wyoming cuenta con una gran demanda para CO2 limpio y hoy en día una tubería de CO2 intersecta el estado con proyectos de expansión que se encuentran en planeación.

En Microsoft, continuamos con una profunda inversión que permita hacer frente a los retos de nuestra comunidad global. A través del desarrollo de nuevas e innovadoras tecnologías, aplicaciones de software y servicios en la nube, trabajamos para integrar fuentes de energía sustentables con otras necesidades de nuestros clientes para contar con servicios en la nube de alta disponibilidad. Con el proyecto de investigación y desarrollo de Cheyenne, nos acercamos a la meta de centros de datos con alta disponibilidad, cercanos a cero CO2, escalables y con eficiencia en costos. Este proyecto de Data Plant ayudará a proveer un nuevo paradigma para futuras infraestructuras de centros de datos que reciclarán desperdicios para dar energía a la entrega de servicios en la nube.