Green IT : faut-il mettre des piles à hydrogène dans les datacenters ?
Les piles à hydrogène sont des sources d’énergie durables qui produisent peu ou pas d’émissions de carbone. Cet article explique les avantages et les inconvénients de l’utilisation de l’hydrogène et fait le point sur son utilisation à l’avenir.
Les datacenters dépendent de l’électricité et des combustibles fossiles, tels que le diesel ou le gaz naturel, pour fonctionner en continu et pour fournir une alimentation de secours en cas de besoin. Mais face à la demande croissante d’électricité, les centres de données doivent se convertir à des ressources plus efficaces sur le plan énergétique et plus durable. Des expériences de piles à hydrogène sont en cours pour alimenter les centres de données avec des émissions de carbone faibles ou nulles.
Qu’est-ce qu’une pile à hydrogène ?
Une pile à hydrogène est un dispositif électrochimique qui combine l’hydrogène et l’oxygène pour produire de l’électricité. Lorsque l’hydrogène et l’oxygène se mélangent dans la pile à combustible, une réaction chimique produit une charge d’électricité qui alimente des satellites, des véhicules et des générateurs de secours. La réaction chimique produit également de l’eau et de la chaleur, qui sont plus respectueuses de l’environnement, d’autant que l’on peut les utiliser ailleurs.
Selon l’Office of Energy Efficiency & Renewable Energy, il existe plusieurs types de piles à combustible. Elles sont classées en fonction des réactions électrochimiques dans la cellule, des catalyseurs dont la pile à combustible a besoin, de la plage de température dans laquelle la cellule fonctionne et du combustible nécessaire.
Pour les générateurs, les piles à combustible à membrane électrolyte polymère (PEM), également connues sous le nom de piles à combustible à membrane d’échange de protons, sont souvent utilisées comme source d’énergie. Les piles à combustible à acide phosphorique peuvent également contribuer à la production d’énergie stationnaire.
Pour alimenter le générateur de secours d’un grand centre de données, les piles à hydrogène peuvent être empilées au cœur d’un système d’alimentation à base de piles à combustible. Ces batteries peuvent comprendre des dizaines, voire des centaines de piles à combustible. La conception du système de piles à combustible dépend du type utilisé. Certains types, comme les PEM, nécessitent une attention particulière, notamment pour l’humidité, car ils ne fonctionnent pas bien lorsqu’ils sont secs ; ils peuvent avoir besoin d’un humidificateur.
Avantages des piles à hydrogène
Les avantages des piles à hydrogène sont le rendement, le fonctionnement silencieux et le respect de l’environnement, ainsi que la souplesse, la fiabilité et l’évolutivité.
Efficacité. L’efficacité est particulièrement intéressante pour les centres de données qui ont besoin d’une source d’alimentation de secours fiable et puissante. Une étude réalisée par Equinix et le College of Design and Engineering de l’Université nationale de Singapour compare les piles à combustible PEM à d’autres types de sources d’alimentation alternatives. L’efficacité des piles à combustible PEM était la plus élevée. La consommation de carburant (par mégawattheure) des piles à combustible PEM était également la plus faible.
Fonctionnement silencieux. Les piles à hydrogène fonctionnent silencieusement, car les réactions chimiques se produisent à l’intérieur même des piles. Elles comportent également moins de composants et de pièces mobiles. D’autres types de production d’énergie peuvent produire une pollution sonore importante, comme les éoliennes et les générateurs fonctionnant avec des combustibles fossiles. Les piles à hydrogène constituent donc une option intéressante pour les centres de données situés à proximité ou au sein de communautés peuplées.
Respect de l’environnement. Les piles à hydrogène peuvent avoir des émissions de carbone faibles, voire nulles. Elles ne produisent pas de dioxyde de carbone ni d’autres polluants atmosphériques. L’hydrogène est une ressource renouvelable, car l’atmosphère en contient beaucoup. Toutefois, certaines méthodes de production d’hydrogène ne sont pas durables, comme la méthode thermochimique qui extrait l’hydrogène des combustibles fossiles. L’énergie éolienne et solaire peut également être convertie en énergie à hydrogène. Grâce à cette conversion, trois ressources renouvelables et durables peuvent contribuer à faire fonctionner les centres de données et à réduire l’utilisation des combustibles fossiles et la pression sur le réseau électrique.
Fiabilité et évolutivité. L’hydrogène est un vecteur énergétique efficace. Il peut déplacer, stocker et fournir de l’énergie facilement. Le combustible stationnaire est une bonne option pour la production d’énergie de secours, car les piles à hydrogène n’ont besoin que d’hydrogène et d’oxygène pour fonctionner. Elles peuvent également être mises à l’échelle pour alimenter de grandes applications, telles que des baies de serveurs.
Inconvénients des piles à hydrogène
Les inconvénients des piles à hydrogène sont la sensibilité à la température, le coût, la sécurité et les fuites d’hydrogène.
Sensibilité à la température. Chaque type de pile à combustible doit avoir des plages de température spécifiques pour obtenir des performances optimales et éviter la dégradation des pièces. Les piles à combustible PEM, qui sont les plus populaires pour les générateurs d’électricité de secours, peuvent fonctionner à basse température, à environ 176 degrés Fahrenheit. Cela permet aux piles à combustible de démarrer rapidement avec un temps de préchauffage réduit. La difficulté réside dans le fait que la température doit être constante dans l’ensemble de la cellule. À l’exception de la pile à combustible PEM, les autres types de piles nécessitent des températures très élevées pour fonctionner. Des températures plus élevées entraînent une usure plus importante des composants de la batterie.
Coût. Les piles à combustible à hydrogène sont plus coûteuses que la plupart des autres types de production d’énergie. Selon le type de pile à combustible, certains matériaux précieux peuvent être nécessaires au fonctionnement de la pile à combustible, ce qui peut faire grimper le coût de production. Il n’existe pas non plus d’infrastructure généralisée pour l’utilisation de l’hydrogène. Pour réduire le coût de l’hydrogène, il faut que l’infrastructure progresse pour que le carburant soit adopté sur le marché de masse.
Sécurité discutable. Selon le Center for Hydrogen Safety, l’une des principales préoccupations concernant l’hydrogène est sa large plage d’inflammabilité. Il faut également très peu d’énergie pour que l’hydrogène s’enflamme. Ces deux facteurs créent un environnement potentiellement dangereux qui pourrait empêcher l’adoption à grande échelle de ce carburant.
Fuites d’hydrogène. Selon une étude du Center for International Climate Research, une fraction de l’hydrogène s’échappe dans l’atmosphère lors de son transport, de son stockage et de son utilisation. Bien que l’hydrogène soit naturellement présent dans l’atmosphère, de grandes quantités d’hydrogène prolongent la durée de vie des gaz à effet de serre, tels que le méthane. L’étude postule que l’effet de réchauffement global des fuites d’hydrogène est presque 12 fois plus important que celui du dioxyde de carbone, malgré l’absence de propriétés radiatives directes de l’hydrogène. L’industrie de l’hydrogène doit donc trouver un moyen de mieux contenir l’hydrogène et de limiter ces fuites pour que l’économie de l’hydrogène soit viable.
L’avenir de l’énergie durable ?
L’avenir nous dira si les piles à hydrogène sont le prochain choix de combustible durable. Pour l’instant, des recherches supplémentaires sont nécessaires afin de s’assurer que l’hydrogène est aussi respectueux de l’environnement qu’il en a l’air.
L’industrie de l’hydrogène doit trouver un moyen de mieux contenir l’hydrogène et de limiter ces fuites pour que l’économie de l’hydrogène soit viable.
Certaines organisations expérimentent les piles à hydrogène pour tester leur viabilité. Par exemple, Microsoft et Plug Power, l’un des principaux fabricants de piles à hydrogène, cherchent à créer un système de piles à combustible capable de fournir trois mégawatts d’énergie, soit suffisamment pour alimenter 10 000 serveurs.
Fin 2024, Plug Power a annoncé que Microsoft avait réussi à faire fonctionner des baies de serveurs pendant 48 heures dans le cadre d’un projet pilote. Ce test prouve que les piles à hydrogène peuvent alimenter certaines parties d’un centre de données, mais plutôt à des fins de sauvegarde que de fonctionnement continu, pour l’instant.
Plug travaille également avec d’autres centres de données d’entreprises mondiales, telles qu’Amazon et BMW, et s’attend à ce que la demande de piles à combustible à hydrogène augmente au cours du second semestre 2025. Le ministère américain de l’Énergie s’apprête également à financer et à investir dans les piles à hydrogène pour lutter contre le changement climatique.
Si les piles à hydrogène deviennent plus sûres sur le plan technique, plus abordables et plus disponibles sur le marché de masse, elles pourraient constituer une option viable afin de protéger l’environnement contre les émissions de carbone et les gaz à effet de serre. Pour l’instant, les administrateurs de centres de données qui souhaitent adopter une technologie plus durable devraient suivre l’évolution du marché avant d’acheter des piles à hydrogène.