Аммиак поможет превратить лишнее тепло ЦОД в электричество

Как известно, дата-центры потребляют огромное количество электроэнергии. Примерно половина электричества идет на обеспечение работоспособности серверов, систем хранения данных и сетевого оборудования. Еще столько же тратится на запитку охладительного оборудования, которое удаляет излишнюю тепловую энергию от элементов IT-инфраструктуры и само выделяет тепло при работе. В большинстве случаев лишнее тепло выводится за пределы ЦОД и тратится впустую: перенаправляется на градирни, чтобы «греть небо». Но благодаря разработке исследователей из Университета штата Пенсильвания (США) все может измениться в лучшую сторону.

Инженеры разработали технологию, позволяющую использовать излишки тепла для выработки дополнительной электроэнергии без помощи ископаемого углеводородного или иных видов топлива. В основе созданной ими концепции лежит перезаряжаемый аммиачный аккумулятор, заряд которого может восстанавливаться с помощью тепловой энергии. Сгенерированное подобным образом электричество может храниться в аккумуляторной батарее и использоваться по мере необходимости. По словам самих исследователей, аммиачные аккумуляторы характеризуются относительной дешевизной производства, поэтому на их основе можно создавать доступные углеродно-нейтральные системы преобразования лишнего тепла в электричество и хранения этой электроэнергии. Подчеркивается, что такие системы значительно дешевле твердотельных систем рекуперации тепла с преобразованием его в электричество на базе термоэлектрических генераторов, совершенствование которых активно ведется в последние годы.

Аммиачный аккумулятор, созданный специалистами Университета штата Пенсильвания, комплектуется медными электродами. При этом аммиак добавляется в анолит (электролит вокруг анода). Во время нагревания аммиак реагирует с медным анодом, благодаря чему вырабатывается электричество. Аккумуляторная батарея способна снабжать подключенную нагрузку электроэнергией в течение достаточно длительного времени даже при отсутствии теплового воздействия. Нагрузка будет запитываться до тех пор, пока количества жидкого аммиака около анода или ионов меди в электролите рядом с катодом достаточно для осуществления реакции. После затухания последней подключается внешний источник тепловой энергии, а аммиак перемещается из резервуара с анолитом в резервуар с католитом (электролит катода). Это позволяет начать перезарядку батареи.

Система может преобразовать около 29 процентов химической энергии в батарее в электричество (иными словами, КПД системы на данном этапе составляет порядка 29%), при этом она может быть значительно улучшена в будущем благодаря непрерывной оптимизации. Исследователи отмечают, что в случае прототипа плотность мощности составляет около 60 Вт на квадратный метр. Показатель остается стабильным даже после множества циклов зарядки-разрядки. Он в 6-10 раз выше по сравнению с другими системами преобразования тепловой энергии в электрическую на основе жидких реагентов. Исследователи смогли увеличить плотность мощности за счет увеличения числа батарей. Следовательно, созданная ими технология характеризуется повышенной масштабируемостью и может быть использована для создания привлекательных с коммерческой точки зрения систем генерации и хранения электричества.