Salainen sähkösyöppö, josta kukaan ei puhu

Tiedät ne valtavat rakennukset, joissa on loputtomia serveririvejä? Ne pyörittävät Netflixiä, sähköpostia ja tekoälysovelluksia. Ne ovat nälkäisiä. Todella, todella nälkäisiä.

Tässä hälyttävä luku: vuoteen 2030 mennessä datakeskukset saattavat syödä lähes kymmenen prosenttia Yhdysvaltain kokonaissähköntuotannosta. Nykyään osuus on noin neljä prosenttia. Rakennamme siis jatkuvasti kasvavaa energiahirviötä.

Eikä kyse ole vain virtapiuhoista. Kaikki laskenta tuottaa valtavasti lämpöä, joten datakeskukset tarvitsevat myös massiivisia jäähdytysjärjestelmiä. Kaksoisisku energialaskuun.

Mitä polttokennoilla on tässä osuutta?

Tässä tulee kiinnostava juttu. Washingtonin yliopiston tutkijaryhmä, professori Gang Wun johdolla, kehittää ratkaisua, joka voisi antaa datakeskuksille mahdollisuuden tuottaa omaa sähköään – polttokennojen avulla.

Polttokennot tunnetaan yleensä vetyautojen yhteydessä, mutta perusperiaate on yksinkertainen: vety ja happi yhdistetään, ja tuloksena on sähköä sekä vettä ja lämpöä sivutuotteina. Ei fossiilisia polttoaineita, ei päästöjä.

Ajatus on, että datakeskus voisi pyörittää omaa polttokennolaitostaan ja tuottaa sähköä paikan päällä sen sijaan, että vetäisi kaiken verkkoon. Tämä olisi iso juttu energianhallinnassa.

Hienon suunnitelman kompastuskivet

Mutta tässä on mutta. Polttokennot tarvitsevat tehokkaita katalysaattoreita toimiakseen, ja parhaat käyttävät platinaa. Platina on kallista. Nanohiukkasiksi muutettuna sitä toki saa enemmän irti, mutta nämä pikkuruiset hiukkaset hajoavat ja kasautuvat käytön aikana. Polttokennon teho siis laskee ajan myötä.

Kuin moottori, joka hitaasti hajoaa koska osat eivät pysy paikallaan.

Toinen vaihtoehto ovat intermetalliset katalysaattorit – platina yhdistettynä esimerkiksi kobolttiin. Ne kestävät paremmin, mutta on kompromissi: jotta hiukkaset pysyvät pieninä ja tasaisesti levittyneinä, niitä täytyy prosessoida matalissa lämpötiloissa. Matalat lämpötilat eivät kuitenkaan tuota ihanteellista atomirakennetta suorituskyvylle.

Klassinen insinöörin ongelma: tehoa tai kestävyyttä, mutta molempia samaan aikaan on vaikea saada.

Nerokas ratkaisu, joka voi muuttaa kaiken

Wu ja hänen tiiminsä suunnittelivat täysin uuden hiilirakenteen platina-kobolttinanohiukkasille. Ajattele pientä, huokoista telinepohjaa, joka koostuu ontosta hiilestä tehdyistä palloista, joiden läpi kulkee säteittäisiä kanavia.

Tämä rakenne tekee jotain nerokasta: se mahdollistaa nanohiukkasten pysymisen pieninä, tasaisesti levittyneinä JA ihanteellisessa atomijärjestyksessä – vaikka prosessointi tapahtuisi korkeammissa lämpötiloissa. Kanavat pitävät kaiken erillään ja estävät kasautumisen.

Tuloksena katalysaattori, joka säilytti 85 prosenttia tehokkuudestaan 150 000 rankan jännitesyklin jälkeen. Tutkijoiden arvio: noin 25 000 tuntia käytännön toimintaa. Vuosia luotettavaa suorituskykyä.

Miksi tämä koskee laajemmin kuin datakeskuksia

Tiedän mitä ajattelet – tämä vaikuttaa aika erikoiselta. Mutta tässä syy, miksi tämä on tärkeää:

Ensinnäkin sähköverkko on jo kovilla. Massiivinen uusi kysyntä tekoälyltä, kryptovaluitoilta ja suoratoistopalveluilta ei ole pikkujuttu. Mikä tahansa teknologia, joka tuottaa sähköä paikallisesti, auttaa.

Toiseksi polttokennot eivät ole vain datakeskuksia. Tämä katalysaattoriteknologia voisi parantaa polttokennoja ajoneuvoissa, varavirtalähteissä ja paikoissa, joissa verkkovirtaa ei ole saatavilla.

Kolmanneksi – ja tämä on se juttu, joka innostaa minua eniten – tutkimus osoittaa, että materiaalitieteen oletetut kompromissit eivät aina ole kiinteitä. Kun ollaan nokkelia materiaalien rakenteen kanssa nanotasolla, voidaan joskus saada molemmat.

Matka eteenpäin

Ollaan rehellisiä: tämä on vielä tutkimusvaihetta. Kuluu todennäköisesti vuosia ennen kuin näemme tätä kaupallisissa datakeskuksissa. Mutta tiede on kunnossa, tulokset ovat vaikuttavia, ja tutkijat ratkaisivat todellisen ongelman, joka on hidastanut polttokennokehitystä vuosikausia.

Seuraavaksi tuotantoprosessi pitää skaalata suuremmaksi ja testata todellisissa olosuhteissa. Se harvoin on yksinkertaista, mutta suunta on lupaava.

Rohkaisevinta on, että tällainen perustavanlaatuinen materiaalitutkimus – hiljainen, kärsivällinen työ atomien järjestämisessä ja siinä, miksi sillä on väliä – on juuri sitä, mistä lopulta syntyy mullistavia teknologioita. Emme kuule siitä yhtä paljon kuin massiivisista tech-julkistuksista, mutta usein juuri siellä tapahtuvat oikeat läpimurrot.

Joten kun seuraavan kerran katsot suosikkisarjaasi tai kysyt tekoälyltä jotain, heitä ajatus nöyrälle polttokennolle. Se saattaa pitää valot päällä kaikelle tuolle digitaaliselle nautinnolle.