Bir Girişim Veri Merkezlerine ‘Süperkritik’ Karbon Dioksitle Güç Sağlamak İstiyor

Yeni bir şirketin veri merkezlerine güç sağlayan kirli gaz türbinlerini daha verimli hale getirmek için bir planı var: sıvı karbon dioksit.

American Supercritical, çarşamba günü 8 milyon dolarlık yatırım aldığını duyurarak gizlilik döneminden çıktı. Şirket, birçok veri merkezinin enerji için bel bağladığı verimsiz gaz türbinlerini, daha fazla emisyon eklemeden daha fazla güç üretebilecek ünitelerle güçlendirmek istiyor (gazla çalışan türbinler karbon kirliliği salmaya devam edecek). Teknoloji teorik olarak, enerji talebinin hızla arttığı bir dönemde çok çeşitli enerji kaynaklarında da kullanılabilir.

“Gaz türbinleriyle başlamak ama sonunda bunun ötesine geçmek istiyoruz” diyor kurucu ortak Simon Shuham.

ABD’deki gazla çalışan büyük elektrik santrallerinin çoğu, kombine çevrim olarak bilinen süreçte bir dizi ısı motoru kullanıyor: Önce türbinler sıkıştırılmış hava ve doğal gazı yakarak elektrik üretiyor, ardından ayrı bir motor sıcak egzozu kullanarak buhar üretiyor ve ek enerji yaratıyor. Ancak çeşitli nedenlerle ABD genelindeki veri merkezleri, operasyonlarına güç sağlamayı tercih etti ve bunun için basit çevrim türbinlerini kullanarak buhar bileşenini devre dışı bıraktı.

Bu türbinler kombine çevrim santrallerinden çok daha az verimli. Basit çevrim türbinlerindeki enerjinin genellikle yalnızca yaklaşık yüzde 35’i elektriğe dönüşürken, kalanı egzoz olarak dışarı çıkıyor. (Kombine çevrim santrallerinde bu oran yüzde 60 ila 65’e daha yakın.) Bu egzoz sera gazlarını da içeriyor; bu da basit çevrim türbinleri kullanan santralleri çevre açısından kombine çevrim santrallerinden çok daha kötü bir seçenek haline getiriyor.

Bu santrallerin bazılarının büyüklüğü, verimsizlikleriyle birleştiğinde iklim felaketi için bir reçeteye dönüşüyor. Örneğin Amazon’ın Teksas’ta yalnızca basit çevrim türbinleriyle inşa ettiği dev bir veri merkezi enerji santralinin yılda 33 milyon tondan fazla sera gazı salmasına izin veriliyor. Bu, bazı küçük ülkelerin yıllık toplam emisyonundan daha fazla.

Ancak American Supercritical’ın kurucularına göre, tüm bu küçük ve verimsiz türbinler süperkritik CO₂ teknolojisi için biçilmiş kaftan olabilir. Karbon dioksit, basınçlandırılıp belirli bir sıcaklıkta tutulduğunda süperkritik hale geliyor. Bu durumda sıvının yoğunluğuna sahip olurken hala gaz gibi davranıyor; yani enerjiyi çok daha küçük ekipmanlarla daha verimli taşıyabiliyor.

American Supercritical, ünitelerini küçük gaz türbinlerine bağlayarak daha fazla enerji üretilmesine yardımcı olmak istiyor. Türbinlerin kendisi gaz kullanmaya devam edecek olsa da süperkritik CO₂ ünitesi, bu türbinlerden çıkan sıcak egzozu ek elektrik üretmek için kullanabiliyor. Bu ısı, suyu kaynatıp buhar üretmek yerine doğrudan basınçlandırılmış CO₂’ye aktarılıyor ve ek emisyon yaratmadan ilave enerji üretiliyor.

“Esasen minyatür kombine çevrim santralleri inşa ediyoruz” diyor Shuham.

Süperkritik CO₂ kullanımı, enerji üretim sürecindeki su kullanımını da ortadan kaldırabilir ya da büyük ölçüde azaltabilir; bu, veri merkezleri söz konusu olduğunda yoğun biçimde mercek altına alınan bir konu. Önemli olan şu ki kullanılan CO₂ kapalı devre bir sistemde çalışıyor; yani yeniden doldurulması gerekmiyor. Süperkritik CO₂ üzerine on yıldan uzun süre araştırma yapan kurucu ortak Matthew Carlson, sistemi soğutmayı sağlamak için CO₂ dolaştıran soğutma sistemlerine benzetiyor.

Şirket başlangıçta 10 megavatlık bir ünite satmayı planlıyor; gaz santrali standartlarına göre görece küçük. American Supercritical’ın hesaplarına göre süperkritik CO₂ üniteleri eklemek, ek sera gazı emisyonu ya da su kullanımı yaratmadan türbinlerin verimliliğini yüzde 50’ye kadar artırabilir.

Ancak ülke genelinde veri merkezlerine güç sağlayan verimsiz gaz türbinlerinin tamamını süperkritik CO₂ üniteleriyle güçlendirmek emisyonları sıfıra indirmeyecek. Doğal gazın üretimi ve kullanımı, verimli türbinlerle bile gezegeni ısıtıyor. Veri merkezleri de, dünyanın doğal gaz kullanımını azaltması gereken bir dönemde, devasa yeni bir kirlilik kaynağı oluşturuyor.

Enerji üretiminde süperkritik CO₂ kullanımı ABD ulusal laboratuvarlarında 50 yıldan uzun süredir inceleniyor. Son yirmi yılda araştırmalar, basınçlandırma sürecine yardımcı olan teknolojik atılımların da desteğiyle teoriden pratik uygulamaların denenmesine kaydı. American Supercritical danışmanı ve GE’de yirmi yıl türbin mühendisi olarak çalışan Doug Hofer, önemli yeniliklerden birinin CO₂’yi hem ısıtmaya hem soğutmaya yardımcı olan cihazlar olan daha kompakt ve daha uygun maliyetli ısı eşanjörlerinin geliştirilmesi olduğunu söylüyor.

Central Florida Üniversitesi’nde mühendislik profesörü olan ve üniversitenin İleri Turbomakine ve Enerji Araştırmaları Merkezi’nde bir laboratuvar yöneten Subith Vasu, American Supercritical’ın bu teknolojiyi pazara sunmaya çalışan tek şirket olmadığını söylüyor. Şirketlerin ticari başarıya ulaşmak için hala aşması gereken engeller var.

“Yeni teknolojilere adım attığınızda, ilgili tüm bileşenlerin ve tedarik zincirinin hazır olması gerekir” diyor. Teknik zorlukların da çok olduğunu ekliyor: “Maliyet de büyük bir sorun oldu.”

Hofer, gecikmenin bir bölümünün de büyük şirketlerin geleneksel enerji santrallerinin performansından memnun olmasından ve farklı teknolojilere yatırım yapmak istememesinden kaynaklandığını söylüyor; türbin üreticileri de potansiyel rakiplerini finanse etmekle ilgilenmiyor. “Bu, yenilikçinin ikilemi, değil mi?” diyor. “Bu [teknolojinin] piyasaya çıkabilmesi için dışarıdan bir itici güç gerekiyor.”

2030’a kadar dünya çapındaki veri merkezlerine yapılması beklenen 7 trilyon dolarlık yatırım, özellikle yapay zeka yarışında öne geçebilmek için şebekeye mümkün olduğunca fazla güç eklemeye çalışan bir sektör açısından yepyeni bir potansiyel pazarın kapısını aralamaya yardımcı oldu.

“Enerji için ödeme yapma konusunda inanılmaz bir isteklilik var ama darboğaza girmiş durumdalar” diyor Shuham. “Amaç buraya girip mevcut sistemlerini dönüştürmek ve onlara ek veri merkezleri kurma imkanı vermek; ya da gaz türbinlerinin bir bölümünden kurtulmalarını sağlamak.”

Bu yılın başlarında Çin, süperkritik CO₂ kullanan dünyanın ilk jeotermal santralinin faaliyete geçtiğini duyurdu. Carlson, kariyeri boyunca nükleer, jeotermal ve güneş enerjisinde süperkritik CO₂ uygulamaları üzerinde çalıştığını söylüyor. Carlson ve Shuham, ünitelerinin Trump yönetiminden güçlü destek gören bir teknoloji olan küçük modüler reaktörlerle çalışacak şekilde dönüştürülebileceğini söylüyor. (Şirket, adını açıklamasa da bir şirketle halihazırda bir ön anlaşma imzaladığını söylüyor.) Sistem başka ısı kaynaklarıyla da çalışabiliyor.

“Sadece bir şeyi yeterince sıcak hale getirmemiz gerekiyor; ardından onu elektriğe dönüştürebiliriz” diyor Carlson.

Bu haber ilk olarak WIRED’ta yayınlanmış olup Mustafa Orhun Çetin tarafından İngilizceden çevrilmiştir.