Las nuevas fuentes de alimentación ininterrumpida (UPS) a menudo se basan en la tecnología de baterías de iones de litio (Li +) que se está generalizando en todo, desde automóviles hasta computadoras. Esto a menudo va de la mano de una afirmación de mayor sostenibilidad que podría ayudar a aliviar la presión sobre los operadores por centros de datos más ecológicos.
Sin embargo, el panorama de la sostenibilidad en torno a las baterías Li + no está claro, y los desafíos globales en torno a la minería y la fabricación aún no están resueltos.
Sin embargo, Janne Paananen, gerente de tecnología de sistemas de energía críticos de Eaton Europa, Medio Oriente y África (EMEA), dice que los operadores deben tener una visión integral de todos los problemas que afectan la administración de energía, “pensando de manera más inteligente” sobre el papel de UPS en lugar de comprar el más verde o más eficiente.
En cambio, Paananen sugiere que los operadores deben comenzar a hacer un uso más inteligente de los activos existentes, reduciendo el consumo general para ahorrar costos y recursos ambientales a la vez.
“Cuando ya no está pensando en silos, eso significa que no necesita crear sistemas separados especialmente diseñados para todo”, dice Paananen. “Piense en todo el sistema de equipos eléctricos a la vez: todo lo que está conectado, cómo puede contribuir”.
Ciarán Forde, director del segmento de centros de datos y TI de Eaton EMEA, está de acuerdo y señala que los proveedores a menudo desarrollan productos orientados a la sostenibilidad con múltiples elementos comunes. “Pregunte qué puede hacer esa infraestructura para realmente mover la aguja hacia la sostenibilidad”.
El problema central es que la electricidad todavía se genera principalmente a través de plantas de petróleo y carbón, dice. Un centro de datos que depende de combustibles fósiles para obtener energía puede ser de máxima eficiencia, sin avanzar en la agenda de sostenibilidad de su operador o de los usuarios que dependen de él.
Por supuesto, el UPS reduce la posibilidad de interrupciones cuando surgen problemas al brindar un respiro para aumentar la generación de respaldo en el sitio, asegurando la resistencia de las aplicaciones y las cargas de trabajo. Sin embargo, se puede lograr una mayor sostenibilidad, sugiere Forde, entendiendo a UPS como un punto focal.
UPS es parte del centro neurálgico de la red energética, lo que significa que los UPS sostenibles, independientemente de la tecnología, deben incorporar la inteligencia adecuada.
Por ejemplo, un UPS inteligente que monitorea los requisitos y predice la demanda puede ayudar a compensar el consumo de energía del centro de datos al permitir que la energía almacenada se devuelva a la red para que otros la utilicen.
El centro de datos puede convertirse en un prosumidor: aumentando la sostenibilidad general de sus sistemas y operaciones, especialmente si comienza a suministrar energía a la red a través de fuentes renovables, tal vez mediante la instalación de paneles solares.
“Si realmente permite que el operador de la red adopte más energía renovable, su contribución a la sostenibilidad es entonces un orden de magnitud mayor que los ajustes aquí y allá en la eficiencia dentro de las cuatro paredes del centro de datos”, dice Forde.
Paananen agrega que las tecnologías antiguas, como las baterías de plomo-ácido, no son necesariamente menos respetuosas con el medio ambiente: se están explorando nuevas técnicas metalúrgicas e hidrometalúrgicas, se están construyendo plantas de reciclaje y se están desarrollando estrategias de rastreo de componentes, como el pasaporte de batería Li + de Global Battery Alliance.
“Puede reciclar el 99% del plomo de las baterías y así sucesivamente. Con las baterías de litio hasta ahora, durarán entre 10 y 15 años en funcionamiento, por lo que no se espera una cantidad razonable de materiales reciclables de las nuevas baterías de litio hasta 2030 ”, dice Paananen.
Marc Garner, vicepresidente de energía segura del Reino Unido e Irlanda en Schneider Electric, señala que los impactos ambientales del litio en ciertos puntos del ciclo de vida pueden ser más altos que algunas alternativas “competitivas”. Sin embargo, esto a menudo puede compensarse con beneficios en otras etapas del ciclo de vida.
“Los estudios encontraron que, durante 10 años, Li + entregó un costo total de propiedad entre un 10 y un 40% más bajo que los sistemas equivalentes que utilizan tecnología de plomo-ácido regulada por válvulas (VRLA)”.
Schneider considera que los operadores heredados también seleccionan los UPS alimentados por baterías Li + como “parte de las estrategias de modernización y gestión de la energía”, especialmente porque las baterías Li + ahora son solo 1,2-2 veces más caras que los VRLA.
“También ofrecen de dos a tres veces el ciclo de vida de las baterías VRLA, tienen ciclos de carga de dos a tres veces más rápidos, ocupan menos espacio y son más livianos. Algunos modelos Li + trifásicos ofrecen opciones inteligentes de almacenamiento de energía “.
La asociación con el proveedor de tecnología inteligente Wärtsilä en UPS ha demostrado un ahorro de gasto de capital promedio del 27% y una reducción de emisiones del 20%. Con el tiempo, el cumplimiento normativo se combina con la tecnología en evolución, así como con las opciones de devolución o intercambio para UPS y reemplazo de baterías al final de su vida útil, agrega Garner.
Lo que dice la ciencia
Nuria Tapia Ruiz, profesora titular de la Universidad de Lancaster, investiga materiales de almacenamiento de energía relacionados con las tecnologías de baterías. Ella está de acuerdo en que el panorama en torno a la sostenibilidad es complejo.
“Li + no es tan sostenible”, confirma Ruiz. “Pero el litio y una combinación de proporciones de níquel, cobalto y manganeso pueden proporcionar la densidad de energía más alta, por lo que pueden almacenar una gran cantidad de carga”.
El litio no solo reacciona con el aire y el agua, sino que su extracción está asociada con múltiples problemas ambientales. El níquel extraído de los sulfatos genera dióxido de azufre tóxico.
Las minas de cobalto congoleñas no solo emplean mano de obra infantil, sino que también provocan problemas de salud relacionados con la contaminación, incluso a través de la contaminación del agua potable. Mientras tanto, sigue siendo difícil lograr una transparencia total en la fabricación de baterías y las cadenas de suministro para cerrar el ciclo y eliminar el desperdicio innecesario.
Aproximadamente el 70% del cobalto en las baterías proviene de la República Democrática del Congo, dice Ruiz: “En el lado del ánodo, tenemos algo de carbono. Lo cual, nuevamente, viene con problemas de sustentabilidad porque el carbono está hecho de coque ”.
La tecnología de baterías actual parece un trampolín en la dirección correcta en lugar de una solución de sostenibilidad.
“Si buscamos sostenibilidad, avanzaremos hacia el cambio de materiales de cátodos hacia, por ejemplo, fósforo, oxígeno, hierro y litio, deshaciéndonos del cobalto y el níquel”, dice Ruiz. “Otras tecnologías sostenibles que estamos considerando incluyen iones de sodio (Na +)”.
La tecnología de Na + es un interés de investigación de Ruiz y un fuerte siguiente paso para las tecnologías de baterías, especialmente considerando que el segundo mayor fabricante de baterías, CATL, presentó su primera generación de baterías de Na + como una alternativa de Li + en julio, pronosticando la preparación de la cadena de suministro para 2023.
“Y dentro de 20 años, las baterías de calcio o magnesio son muy prometedoras”, dice Ruiz. “Tienen más potencial en la matriz de desempeño”.
Mientras tanto, continúa la investigación para mejorar las tecnologías y aplicaciones de Li +.
Las mejores prácticas de sostenibilidad de UPS para hoy
Tony Lock, distinguido analista de Freeform Dynamics, dice que los operadores de centros de datos deben lograr los objetivos de sostenibilidad centrándose primero en sus conceptos básicos: evaluar la importancia comercial de las aplicaciones y servicios, en qué plataformas deben ejecutarse, qué tan eficientes son los servidores y el almacenamiento, etc.
“¿Qué está ejecutando realmente dentro de su centro de datos para lo que realmente necesita disponibilidad continua? No todas las cargas de trabajo son iguales. Aunque casi todos los que usan una carga de trabajo afirmarán que es de misión crítica, muchos de ellos no lo son ”, dice Lock.
Algunos pueden necesitar menos batería de respaldo, apagando las cargas sin problemas cuando no es necesario, limitando el tamaño del UPS y los sistemas de energía alternativos necesarios en caso de una interrupción.
“Créame, estuve en el centro de datos cuando desapareció toda la energía, en realidad unos 15 minutos antes de que probamos la batería del generador diesel de respaldo”, dice Lock. “Culpamos a los electricistas por eso, pero en realidad fue una alarma de incendio”.
En cuanto a las alternativas, Lock aconseja: “Utilice algunas de las tecnologías de volante, como los grandes resortes, que han aparecido, realmente buenas si no necesita mantener las cosas funcionando durante horas. Estos pueden estar cobrando un mínimo de carga “.
Todo se reduce a mantener las cosas funcionando solo si realmente es necesario, enfatiza Lock.
Los centros de datos también deberían tener a mano proveedores de electricidad alternativos, a través de diversas rutas; de esa manera hay otros suministros a través de diferentes cables a los que se puede acceder.
“Minimice la cantidad de sistemas menos amigables con el medio ambiente, incluidos los sistemas UPS que almacenan capacidad”, dice Lock. “Y una población más educada está creciendo, y habrá accionistas decididos a hacer que las organizaciones sean lo más ecológicas posible; ese factor social ha cambiado drásticamente en los últimos cinco años”.
Chris Brown, director técnico de Uptime Institute, agrega que un SAI de rotor o un gran volante tiene masa y, por lo tanto, inercia, lo que será ventajoso en algunas situaciones, por ejemplo, si produce energía en lugar de solo consumirla, pero no otros.
“En el lado del UPS estático, puede usar un pequeño volante para reemplazar las baterías. El problema con eso ahora es el tiempo de ejecución típico de la batería en un UPS estático, en algún lugar entre cinco minutos y horas, dependiendo de cuántas baterías desee colocar en un volante, le dará unos 18 segundos ”, dice Brown. “Por lo tanto, necesita un generador de motor de arranque rápido o algo de esa naturaleza asociado con él, pero elimina la necesidad de baterías”.
Otra opción es la pila UPS de doble conversión, que utiliza un rectificador para convertir CA en CC que luego se utilizará para cargar las baterías y luego convertir la CC a través del inversor de nuevo a CA para impulsar el UPS. Cuando algunas funciones se convierten de CA a CC, eliminas todas las anomalías de energía. También puede utilizar un modo “eco” que evita el SAI hasta que la energía desaparece, dice Brown.
Lo que el centro de datos necesita para la sustentabilidad es la mejor eficiencia energética y almacenamiento de baterías con el menor impacto ambiental general durante todo el ciclo de vida: “quemar la menor cantidad de dinosaurios muertos” en el proceso, dice.
Brown dice que Uptime incluso ha escuchado que algunas compañías de seguros están rechazando el uso de Li + debido al riesgo de incendio. Pero no hay una respuesta perfecta a la cuestión de la gestión óptima de la energía a través de UPS.
“Puede controlar el espacio en el que se encuentran las baterías, en condiciones óptimas que extenderán su vida útil, seleccionando la tecnología de batería adecuada para el uso que la va a hacer”, dice Brown.
“La otra cosa es el apoyo. Cuando se habla de técnicos de baterías que pueden extender la vida útil de la batería con solo saber qué hacer con ella, eso es tanto un arte como una ciencia. Con mucha experiencia, valen su peso en oro, pero no todos los centros de datos tienen ese tipo de experiencia disponible “.