Термогубки на основе цеолита для охлаждения дата-центров без электричества

Термальные батареи на основе цеолита могут заменить традиционные компрессоры, потенциально снижая потребление электроэнергии для охлаждения центров обработки данных до 86%.

Все более массовое использование искусственного интеллекта делает ИТ-инфраструктуру одним из преобладающих факторов глобального спроса на энергию. Постоянно растущий голод, который зависит не только от спроса на серверы. Фактически до 50% потребляемой энергии может быть направлено на охлаждение центров обработки данных. Как минимизировать эту квоту? Для группы исследователей из инженерной школы Тандон Нью-Йоркского университета ответ может заключаться в цеолите, природном и синтетическом минерале, который сейчас широко используется в нефтехимической промышленности, строительстве, сельском хозяйстве и даже в косметике.

На основе этого минерала ученые Нью-Йоркского университета Тандон разработали систему аккумулирования тепла для использования в открытом контуре охлаждения, а также предусмотрели и оценили различные конфигурации развертывания, а также географические и координационные требования для крупномасштабного внедрения. Однако, чтобы понять проект, необходимо сделать несколько шагов назад.

Что такое цеолиты?

Цеолит, также известный как «кипящий камень», представляет собой алюмосиликат, характеризующийся высокопористой кристаллической структурой, полости которой могут быть заполнены водой.

Как заметил первый минералог, давший ему такое название, этот минерал способен удерживать воду, как своего рода губка, и выделять ее при нагревании до высоких температур. Среднеэкономичный материал, цеолиты сегодня используются для создания эффективных молекулярных сит в нефтехимической сфере, для оптимизации опреснения морской воды, для борьбы с засушливостью почв и даже для создания моющих средств для стиральных и посудомоечных машин, пригодных для особо жесткой воды. И, как объясняет доцент Павел Коц, соавтор исследования, опубликованного в ChemRxiv, еще и для создания полезных тепловых батарей.

Термические «губки» на основе цеолита.

В деталях команда смоделировала устройство хранения тепла на основе цеолита как новый инструмент охлаждения для центров обработки данных вместо более традиционных чиллеров. Система будет функционировать в рамках двух разделенных во времени и пространстве фаз:

• фаза загрузки или десорбции, на которой цеолит подвергается воздействию тепла;
• фаза разряда или адсорбции, в которой цеолит подвергается воздействию водяного пара.

Идея состоит в том, чтобы использовать отходящее тепло низкой или средней температуры (<200 °C), поступающее от промышленных предприятий, для нагрева цеолита и «высушивания» его. Заряженную на этом этапе тепловую батарею затем доставят в центр обработки данных, чтобы повернуть процесс вспять. На промышленном предприятии, например химическом или нефтеперерабатывающем заводе, отходящее тепло используется для «зарядки» тепловой батареи путем сушки цеолита. Испаренная вода конденсируется и восстанавливается. Заряженный цеолит затем транспортируется грузовиком или железнодорожным транспортом в центр обработки данных.

Здесь тепло, рассеиваемое серверами или поглощаемое хладагентами, будет использоваться для испарения воды. Водяной пар, в свою очередь, будет поглощаться высушенным цеолитом без необходимости использования электрического компрессора. Получающееся в результате адсорбции тепло будет отводиться при более высокой температуре, что сделает градирни намного более эффективными, чем стандартный цикл сжатия. И цикл может начаться снова.

Каковы преимущества охлаждения центра обработки данных?

Используя детальное термодинамическое моделирование, команда Нью-Йоркского университета сравнила предложенную ими систему с традиционной конфигурацией (охлаждение с помощью чиллера). Результат? По оценкам команды, в широком диапазоне условий эксплуатации предлагаемый подход может снизить общее потребление электроэнергии для охлаждения центра обработки данных до 86%. С точки зрения энергоэффективности это означает улучшение использования энергии (PUE) на 12%.

Разумеется: в окончательном расчете необходимо учитывать и энергию, затраченную на транспортировку цеолита туда и обратно. Проведенный командой геопространственный анализ текущего местоположения центров обработки данных и промышленных предприятий показывает, что они обычно расположены довольно «близко» (среднее расстояние 57 км). Следовательно, даже учитывая потребности в энергии для транспортировки, например, с помощью электрического грузовика, общесистемная экономия электроэнергии во многих сценариях может составить до 45%.

Обратите внимание на свой водный след

Однако проблема с точки зрения водных ресурсов представляется более сложной. Комбинированная система в целом потребляет большее количество воды, примерно на 15-25% больше. Однако исследователи отмечают, что воду, выделяющуюся в процессе загрузки цеолита, можно повторно использовать на месте, частично замыкая цикл. И что в анализе не учитывались изменения в косвенном водопользовании, т.е. связанные с производством электроэнергии для станции, которые могли бы частично или полностью компенсировать увеличение прямого водопользования, в зависимости от состава электроснабжения.

Прочтите исследование Хранение тепловой энергии на основе цеолита позволит использовать промышленное тепло для охлаждения центров обработки данных в полной версии опубликовано на ChemRxiv (2026 г.).