ЦОД из органических стройматериалов: теория и практика

Возведение зданий из бетона сопряжено с огромными выбросами двуокиси углерода. Почему бы проектировщикам и строителям зданий для нужд индустрии ЦОД, где экологичности сегодня уделяется повышенное внимание, не изменить положение вещей и не начать использовать вместо бетона более прогрессивные стройматериалы биологического происхождения, способные накапливать и хранить двуокись углерода?

Строительство с применением бетона является одной из наиболее «грязных» отраслей в мире, производя около восьми процентов мировых выбросов CO2. На долю зданий ЦОД приходится небольшая часть возводимых повсеместно построек. Но дата-центры строятся очень быстро, и соответствующие проекты часто привлекают повышенное внимание СМИ.

Операторы и владельцы серверных ферм очень заинтересованы в том, чтобы продемонстрировать экологичность инфраструктуры и пониженное энергопотребление зданий, тем самым улучшая репутацию собственного бизнеса. Но, как правило, замеры соответствующих параметров производятся после ввода инфраструктуры ЦОД в эксплуатацию и начала ее фактического использования по прямому назначению.

Сокращению углеродного следа на этапе строительства внимание уделяется достаточно редко. Хотя информация об интересных инициативах в данной области периодически мелькает в СМИ. Например, Microsoft и Amazon инвестировали в компанию CarbonCure, разработавшую технологию «закачки» CO2 в бетон по мере застывания последнего. Колокейшн-провайдер Compass Datacenters использовал бетон CarbonCure при возведении некоторых зданий. Однако подобный процесс компенсирует лишь около 5% выбросов, возникающих при изготовлении партии бетона.

Рассмотрим гораздо более радикальные альтернативы, предполагающие использование стройматериалов на растительной основе. Подобные материалы способны изменить ситуацию и сделать здания углеродоотрицательными, накапливая CO2, а не выделяя его.

Дата-центр из древесины

Древесина — гораздо более практичный строительный материал, чем многие думают. Но, учитывая консервативность и несклонность к рискам, присущие проектировщикам и строителям ЦОД, возводить деревянные дата-центры пока практически никто не спешит.

Исключением является компания Sudlows, построившая деревянное здание ЦОД внутри старинной постройки Ashton Old Baths в британском Манчестере, о которой мы писали ранее . Авторы проекта отмечают, что вопросу пожаробезопасности уделялось повышенное внимание.

И в этом нет ничего удивительного, учитывая участившиеся случаи возгораний ЦОД. Так, в 2021 сгорел расположенный во французском Страсбурге дата-центр SBG2 поставщика облачных услуг и колокейшн-провайдера OVHcloud. Точная причина пока не объявлена. Но, согласно инсайдерской информации, в здании после неполадок электрики загорелись деревянные полы.

Скепсис операторов ЦОД в данном контексте понятен. Но архитекторы, предпочитающие древесину, рассуждали бы иначе. Например, именитый архитектор Руне Абрахамсен, под руководством которого было построено наиболее высокое деревянное здание в мире (18-этажный офисно-гостиничный комплекс в Норвегии под названием Mjøstårnet), сказал в интервью СМИ:

«Древесина горит, но мы хорошо знаем, как она горит. Большое полено, брошенное в костер вечером, утром будет еще догорать, хотя мелкие ветки уже исчезнут. Точно так же деревянное здание останется стоять после того, как пожар погаснет сам по себе. Обугливание древесины создает изолирующий слой, защищающий внутреннюю ее часть. Скорость обугливания предсказуема».

Как отметил архитектор, здание Mjøstårnet построено из клееного бруса. Испытания показали: несущая колонна постройки после воздействия огня не сгорит полностью и сохранит механические свойства, поскольку огонь оставит неповрежденными большие участки древесины.

Бетон другой. При пожаре он нагревается и трескается. Следовательно, на поверхности остаются отверстия, обнажающие арматуру. Арматура обычно изготавливается из стали, и когда сталь нагревается, она плавится и теряет несущую способность. Как следствие бетон разрушается, теряя прочную арматуру.

Являясь современным отелем с выставочным центром и офисными помещениями, высотка Mjøstårnet, оснащенная деревянным бассейном, также способна похвастать собственной серверной комнатой, внутри которой установлено полноценное IT-оборудование. Но все-таки это не деревянный дата-центр.

Ближе всего к воплощению идеи деревянного ЦОД приблизились авторы двух проектов в Швеции. Первый — дата-центр EcoDataCenter в Фалуне, где при возведении каркаса, стен и крыши центра обработки данных использовался клееный брус. Авторы проекта подчеркивают, что клееная древесина почти не горит.

Второй проект называется Boden Type Data Center One. ЦОД, построенный шведским исследовательским институтом RISE, располагается в городе Боден. Создатели дата-центра использовали древесину для повышения эффективности и соблюдения экологических требований, установленных местными властями.

Строители заложили фундамент из бетона и добавили стальную арматуру, но вся конструкция внешней оболочки – полностью деревянная. Они использовали лишь несколько металлических элементов, скрепляющих основные опоры.

Здание ЦОД из конопли

Еще одним лидером среди органических строительных материалов является конопля. Кострига, побочный продукт производства конопляного волокна, смешивается со связующим веществом на основе извести для создания композитного материала, называемого «конопляным бетоном» (костробетоном).

Материал обладает выдающимися свойствами в части накопления двуокиси углерода. Органический конопляный материал состоит из углерода, поглощенного из атмосферы и благополучно зафиксированного внутри, а связующая известь поглощает CO2 в процессе схватывания (в отличие от бетона, при производстве которого двуокись углерода, напротив, выделяется).

Microsoft рассматривает возможность использования конопляного бетона для строительства ЦОД. Выполненное по заказу корпорации исследование об альтернативных методах строительства показало, что конопля не подходит для изготовления несущих конструкций, но очень хорошо справляется с задачей теплоизоляции, обладая высокой огнестойкостью, отличными влагозащитными свойствами и нетоксичностью.

При строительстве ЦОД инженеры Microsoft уделяют повышенное внимание огнеупорности здания, поэтому панели из конопляного бетона являются вполне рациональным вариантом. Эксперты не ожидают, что Microsoft переключится на костробетон при возведении ЦОД в одночасье, но внимание софтверного гиганта к данному материалу способно повысить его популярность, ускоряя коммерциализацию костробетона.

Мицелий, земля и многое другое

Еще одним материалом, предложенным авторами исследования, проведенного при поддержке Microsoft, является мицелий – корневые структуры грибов. Преимущество мицелия заключается в возможности долгосрочного хранения углерода. Важный бонус – возможность придавать грибным корням нужную форму на этапе выращивания, что позволяет без дополнительных технологических этапов превращать мицелий в стеновые панели.

Мицелий можно выращивать с использованием сельскохозяйственных отходов, включая солому, древесную щепу и ореховую скорлупу. Многие материалы, заменяемые конструкционными элементами из мицелия, сделаны из продуктов нефтехимии, а трубы, изготовленные из него, способны даже заменить некоторые конструкционные стали.

Другие материалы, упомянутые в отчете, включают кирпичи, изготовленные путем выращивания водорослей в смеси песка, морской воды и цианобактерий. Эти «живые кирпичи» выступают интересной заменой бетону.

В качестве альтернативы, сырые водоросли / ореховую скорлупу можно смешать с более традиционным бетоном, накапливая CO2 и делая получающийся стройматериал углеродно-нейтральным. Даже замена части цемента в бетоне нереакционноспособной летучей золой может существенно снизить выбросы двуокиси углерода.

Некоторые альтернативные материалы гораздо более просты и давно считаются традиционными. Например, при возведении зданий можно использовать тюки сена и соломы, а также элементы из бамбука.

Авторы исследования, проведенного по заказу Microsoft, также предлагают использовать плотно утрамбованные земляные плиты в качестве альтернативы плитам из бетона при создании полов для дата-центров. Специальные добавки способны придать земляному полу большую прочность и обеспечить сцепление, защищая от разливов хладагента и иных непредвиденных ситуаций.

Формирование рынка

Реализовать идею на практике часто бывает крайне сложно. Идея возводить здания ЦОД из органических стройматериалов не является исключением. Поскольку климат Земли балансирует на грани, многие операторы и владельцы дата-центров признают важность отказа от загрязняющих окружающую среду стройматериалов – равно как и отказа от использования ископаемого топлива при энергоснабжении ЦОД.

Но популяризация подобного решения не произойдет, если новый материал не получит должного внимания благодаря прототипам наподобие высотки Mjøstårnet. Эксперты считают, что корпорация Microsoft вполне способна справиться с популяризацией концепции возведения ЦОД из альтернативных бетону материалов.

Инвестиции софтверного гиганта способны ускорить прототипирование, масштабирование, производство и начало массового коммерческого использования альтернативных материалов в цепочке поставок строительной отрасли, включая реализацию проектов по возведению ЦОД.

Требуется «витрина»

Чтобы преодолеть препятствие в виде скепсиса консервативно настроенных операторов и владельцев ЦОД, концепции альтернативных стройматериалов нужна демонстрация. Возведение центров обработки данных на базе подобных материалов, характеризующихся положительными экологическими показателями, являлось бы очень хорошим примером.

Корпорация Microsoft ранее пообещала сделать инфраструктуру CO2-отрицательной (т.е. поглощающей парниковые газы из атмосферы, а не способствующей интенсификации их выбросов) к 2030 и к 2050 удалить из окружающей среды весь углерод, попавший туда ранее по вине бизнеса корпорации. Строительство демонстрационного ЦОД / кластера дата-центров с использованием альтернативных стройматериалов способно стать мощным подспорьем в достижении данной цели.