Почему технология улавливания и хранения CO2 станет неотъемлемой частью ЦОД?

Технология улавливания и хранения двуокиси углерода (англ.: Carbon capture and storage; CCS) привлекает все больше внимания и рассматривается как полезный инструмент для сокращения антропогенного воздействия на окружающую среду. Согласно отчёту Международного энергетического агентства (МЭА) за 2024 год, в разных регионах планеты уже функционируют 45 площадок с CCS-возможностями. Ожидается, что инфраструктура для улавливания двуокиси углерода увеличится на 35% к 2030 году, а инфраструктура для хранения CO2 к концу десятилетия вырастет на 70%.

Несмотря на уже имеющиеся достижения и «радужные» прогнозы на долгосрочную перспективу, споры об эффективности технологии CCS и её финансовой жизнеспособности продолжаются. Хотя некоторые считают её ключевым элементом будущих усилий по «декарбонизации» мировой экономики, другие сомневаются в масштабируемости и экономической целесообразности данной технологии. Перечень септиков включает многих операторов, владельцев, проектировщиков и строителей дата-центров. Профессионалам сектора ЦОД необходимо получить ответы на ряд ключевых вопросов, прежде чем технология CCS сможет стать центральной частью их стратегий по достижению углеродной нейтральности. Найти нужные ответы поможет эта статья.

Все более пристальное внимание чиновников

В течение последней пятилетки крупнейшие экономические державы все более активно инвестировали в CCS. Особенно много капитала выделяется на внедрение этой технологии в секторах, где сокращение вредных выбросов дается сложнее всего.

В марте 2023 года правительство Великобритании выделило £20 млрд ($26,7 млрд) на масштабирование CCS-проектов. Министерство энергетики США выделило $131 млн для поддержки 33 исследовательских проектов и опытно-конструкторских инициатив.

Европейский Союз старается не отставать. Еврочиновники заручились поддержкой организации Zero Emissions Platform, предлагающей консалтинговые услуги в части интеграции технологии CCS в существующие промышленные процессы. По словам экспертов, возможностей для достижения этой цели достаточно.

Главные бенефициары

Одним из наиболее перспективных направлений является применение технологии CCS в таких отраслях как изготовление цемента, железа, стали и химических реагентов. Все соответствующие производства напрямую генерируют значительные выбросы и трудно поддаются декарбонизации с помощью традиционных методов. Например, в цементной промышленности CCS считается наиболее эффективной технологией для сокращения выбросов, учитывая де-факто отсутствие альтернатив.

Аналогичным образом CCS остаётся наиболее продвинутым и экономически эффективным решением для декарбонизации производства железа и стали. Как полагают аналитики, эта технология может сыграть ключевую роль в улучшении экологии промышленных центров в Европе и странах Дальнего Востока.

Но потенциал CCS выходит за рамки одной лишь декарбонизации производственных мощностей. Эксперты компании Xodus, занимающейся консалтингом в энергетической сфере, заявляют о существовании огромных возможностей в разрезе всей цепочки поставок, включая энергетику. По их мнению, CCS предоставляет традиционным энергетическим компаниям прямой путь к переходу на низкоуглеродные технологии.

Применимость технологии CCS в секторе ЦОД

Еще один потенциальный бенефициар распространения новой технологии – сектор дата-центров. Многие субъекты этого сектора испытывают растущее давление со стороны государства и широкой общественности из-за необходимости сокращения вредных выбросов на фоне роста спроса на энергоёмкие сервисы вроде генеративного искусственного интеллекта (ИИ). Поэтому технология CCS приобретает всё большее значение в секторе ЦОД.

В этом контексте на первый план выходит технология прямого улавливания воздуха (англ.: Direct Air Capture; DAC), предполагающая извлечение углекислого газа непосредственно из атмосферы. Причина в том, что необходимое оборудование теоретически можно развернуть где угодно – даже вдали от промышленных центров. Это позволяет улавливать CO2 в местах, наиболее подходящих для его хранения или даже использования. Никто не мешает также построить CCS-завод рядом с дата-центром, генерируемое которым тепло может использоваться таким заводом.

Все более масштабные инвестиции интернет-гигантов

Такие интернет-корпорации как Google, Microsoft, Amazon и Meta, вкладывают значительные средства в технологии удаления двуокиси углерода из атмосферы. Microsoft, которая является крупнейшим сторонником CCS среди владельцев гипермасштабных ЦОД, сотрудничает с Climeworks для удаления 10 тысяч тонн углерода в течение следующего десятилетия. Кроме того, в Microsoft объявили о начале работы с компанией Heirloom, развивающей технологию DAC, а также об участии в ряде других проектов в этой сфере, реализуемых по всему миру.

Тем временем Alphabet, материнская компания Google, поддержала стартап по улавливанию двуокиси углерода 280 Earth, заключив сделку на $40 млн для финансирования удаления CO2. Рядом с дата-центром Google в Орегоне (США) уже строится CCS-завод, который, вероятно, будет использовать излишки тепла, генерируемого серверной фермой.

Онлайн-ритейлер и облачный гигант Amazon, в свою очередь, объявил о расширении партнерства со стартапом Paebbl, который разрабатывает технологию минерализации бетона для хранения в нем CO2. Эта технология позволяет превратить стены условного дата-центра в долгосрочное хранилище двуокиси углерода.

Ранее корпорация Amazon также внесла инвестиции в стартап CarbonCure схожего профиля. Эта молодая фирма разработала технологию впрыскивания углекислого газа в бетон для удаления CO2 из атмосферы и укрепления бетонных конструкций. Кроме того, Amazon работает с American Rock Products для изготовления бетонных конструкций с низким «углеродным следом» при возведении дата-центров.

Корпорация Meta также рассматривает возможность развертывания CCS-инфраструктуры. Ее инженеры хотят использовать излишки тепла из дата-центров как часть процесса прямого улавливания двуокиси углерода из атмосферы.

CCS и водород

Водородная экономика, цель которой – производство водорода с использованием возобновляемых источников энергии (так называемый зелёный водород) или природного газа (т.н. синий водород), тесно связана с CCS. Для поддержания низкоуглеродного статуса синего водорода потребуется внедрение CCS для улавливания и хранения выбросов CO2, возникающих при производстве H2.

Водород, в свою очередь, все чаще рассматривается субъектами сектора ЦОД, стремящимися к устойчивому развитию, как перспективный энергоноситель. Вот основные направления его применения в сегменте дата-центров:

• Автономное электроснабжение. Водородные топливные элементы обеспечивают стабильное и автономное электроснабжение ЦОД, минимизируя зависимость от центральной энергосети. Это особенно актуально в регионах с нестабильным электроснабжением. Центральная сеть при этом может использоваться только как резервный источник, что повышает общую надёжность системы.
• Повышение экологичности. Производство электричества из H2 с использованием технологий зелёного водорода позволяет значительно снизить «углеродный след» дата-центров. Водородные топливные элементы производят лишь воду как побочный продукт, что способствует достижению целей субъектов сектора ЦОД в сфере углеродной нейтральности.
• Улучшение корпоративного имиджа. Использование водорода в энергетической инфраструктуре подчёркивает приверженность компании инновациям и сохранению экологии. Это укрепляет ее позитивную репутацию среди клиентов, партнёров и инвесторов, демонстрируя активную роль в глобальной борьбе с изменением климата.
• Снижение зависимости от ископаемого топлива. Водород, особенно произведённый с использованием возобновляемых источников энергии, снижает потребность в ископаемых видах топлива, включая уголь, нефтепродукты или природный газ. Этот подход уменьшает риски, связанные с изменением цен на ископаемые энергоносители и их производные, включая дизтопливо.
• Повышение энергоэффективности. Топливные элементы на водороде обладают высокой эффективностью преобразования энергии / КПД, что снижает потери и повышает общую производительность системы электроснабжения.
• Поддержка работы в изолированных локациях. Водородные системы особенно полезны для дата-центров, расположенных в удалённых от «очагов цивилизации» или труднодоступных регионах, где централизованное электроснабжение недоступно или ненадёжно.
• Достижение повышенной масштабируемости. Водородные технологии позволяют легко масштабировать мощность энергетической системы в зависимости от динамики (роста/снижения) потребностей ЦОД, обеспечивая гибкость при изменении нагрузки и гарантируя снижение эксплуатационных расходов.
• Снижение уровня шумового загрязнения. Топливные элементы работают практически бесшумно, что способствует созданию более комфортной и экологически чистой среды для работы ЦОД.

В совокупности эти преимущества делают водородные технологии привлекательным выбором для операторов ЦОД, которые стремятся повысить надёжность инфраструктуры, попутно минимизируя ее негативное воздействие на экологию и решая другие важные задачи.

Но даже при отсутствии источников зеленого водорода технология CCS может оказаться весьма кстати. Улавливая выбросы от сжигания природного газа при производстве синего водорода или даже при сжигании угля для получения так называемого коричневого H2, современные CCS-системы обеспечивают переходный путь, поддерживая сектор водородной экономики, пока проекты по выработке зелёного водорода не масштабируются и не станут более экономически эффективными.

Сложности и критика

Несмотря на растущие инвестиции и интерес, CCS сталкивается с рядом препятствий. Исторически эта технология была тесно связана с крупными нефтегазовыми компаниями, которые не только эксплуатируют недра, но и все чаще инвестируют в проекты по хранению CO2 и трубопроводы, которые можно использовать для транспортировки парникового газа.

Эти компании, включая Chevron, BP и Shell, уже объявили амбициозные планы по развитию более 200 новых объектов для улавливания двуокиси углерода из атмосферы к 2030 году. Их цель – выход на улавливание более 220 млн тонн CO2 ежегодно. Однако, по данным МЭА, даже эти инициативы не позволят человечеству достичь уровня, необходимого для достижения углеродной нейтральности к 2050 году. Для этого требуется улавливать 1,2 млрд тонн CO2 в год.

Некоторые компании в сфере улавливания углерода также сталкиваются с трудностями. В 2024 году закрылась компания Running Tide, обещавшая улавливать двуокись углерода и хранить ее в глубинах океана, сославшись на отсутствие спроса. Бизнес пришлось свернуть даже несмотря на то, что одним из первых клиентов Running Tide была корпорация Microsoft.

Поставщикам CCS-систем исторически не хватает эффективного пиара. Но это не единственная проблема. Главной проблемой CCS остаётся неопределённость бизнес-модели. Частные инвесторы не хотят рисковать. В результате CCS-инициативы, подобно большому количеству иных первых в своём роде проектов, требуют государственного вмешательства для оказания финансовой и иной поддержки.

Критики также указывают на высокую стоимость пилотных проектов и их низкую эффективность. Первоначальные затраты крайне высоки, и без значительных субсидий, благоприятных регулирующих норм и продажи «углеродных кредитов» или, в идеале, их комбинации, экономическая составляющая сильно хромает.

Сложность CCS-проектов, которые требуют координации между разными секторами, включая энергетику, химическую промышленность и тяжёлую промышленность (а в перспективе и сектор ЦОД), может привести к задержкам и увеличению затрат. Особенно в случае первых в своём роде проектов.

Путь вперёд и примеры для подражания

По мнению многих экспертов, сегодня в сфере CCS лидирует Норвегия. Все благодаря прорывным поддерживаемым государствам проектам вроде Northern Lights. Это первый коммерческий объект для хранения CO2 на норвежском шельфе, который, как ожидается, начнёт работать в ближайшие годы. Данный проект, наряду с различными двусторонними соглашениями с европейскими странами, делает Норвегию крупнейшим импортером CO2 в Европе.

Великобритания, несмотря на наличие большого числа потенциальных хранилищ, эксплуатация которых была бы экономически целесообразной, отстаёт в вопросе заключения двусторонних соглашений для обеспечения трансграничных перевозок двуокиси углерода. Но официальный Лондон готов сокращать отставание от скандинавов. Эта конкуренция показывает, что потенциал CCS выходит за национальные границы и ведет к формированию глобального рынка.

Лишним тому доказательством выступают амбициозные планы и цели некоторых правительств. Великобритания нацелена на сокращение 20 млн тонн в год к 2030 году, а ЕС ставит целью организацию улавливания и хранения 50 млн тонн газа в год. По мере роста числа успешно реализованных проектов общественное мнение по данному вопросу, вероятно, начнёт меняться с нейтрального на положительное.

Так обосновано ли применение CCS-систем в дата-центрах?

Хотя владельцы гипермасштабных ЦОД уже финансируют многие CCS-проекты по всему миру, интерес к захвату и хранению углерода не ограничивается крупнейшими игроками сектора дата-центров. Многие операторы ЦОД исследуют все доступные возможности для сокращения вредных выбросов. Популяризация этой технологии говорит о том, что лидеры отрасли верят в ее потенциал в контексте поддержки своих целей по достижению углеродной нейтральности.

Эта точка зрения перекликается с более широким промышленным применением CCS. Технология обладает значительным потенциалом в контексте сокращения выбросов – особенно в секторах, где другие решения менее осуществимы. Её роль в водородной экономике подчёркивает важность CCS в усилиях по глобальной декарбонизации.

Однако для реализации ее потенциала необходимо преодолеть существенные экономические, логистические и имиджевые вызовы. По мере роста инвестиций и развития проектов будущее технологии будет зависеть от показателей эффективности и масштабируемости в реальных условиях, упрощающих разработку жизнеспособных бизнес-моделей – в том числе и для нужд сектора ЦОД.