A mesterséges intelligencia éhsége nem ismer határokat, a szerverparkok energiaigénye pedig lassan összeroppantja a hagyományos villamosenergia-hálózatokat.
A Washington University in St. Louis kutatói által vezetett nemzetközi csapat most egy olyan nanostrukturált szénszerkezetet mutatott be, amely gyökeresen megváltoztathatja az adatközpontok energiaellátását. A Nature Nanotechnology folyóiratban megjelent tanulmány szerint a tudósoknak sikerült megoldaniuk a hidrogén-üzemanyagcellák egyik legrégebbi és legdrágább szűk keresztmetszetét: drasztikusan csökkentették a katalizátorként használt platina mennyiségét, miközben az eszköz élettartamát és hatékonyságát eddig nem látott szintre emelték.
Sugárirányú csatornák védik a ritka nemesfémet
A hidrogén-üzemanyagcellák müködésének kulcsa a katódon zajló oxigénredukciós reakció, amelyhez a leghatékonyabb katalizátor a platina. Mivel a platina rendkívül drága és ritka, a mérnökök nanométeres részecskékre bontva igyekeznek használni, hogy minél nagyobb felületen érintkezzen a gázokkal. Az üzemelés közbeni magas hőmérséklet és a feszültségingadozások miatt azonban ezek a platina-kobalt nanorészecskék gyorsan elmozdulnak, összeállnak nagyobb rögökké, és a katalizátor veszít a hatékonyságából.
Gang Wu professzor és csapata egy olyan üreges, pórusos széngömböt fejlesztett ki, amelynek falát sugárirányban futó csatornák hálózzák be. Ez a különleges hordozóstruktúra fizikailag zárja kalitkába a platina-kobalt nanorészecskéket, megakadályozva azok torlódását. Ennek köszönhetően a gyártás során a katalizátort akár 1000 Celsius-fokra is felmelegíthették, ami elengedhetetlen a szuperstabil atomi elrendezés kialakulásához, anélkül hogy a részecskék mérete 5 nanométer fölé nőtt volna.
25 ezer órányi szünetmentes működés az extrém teszteken
A tesztek során a nanostrukturált katalizátor kiemelkedő eredményeket mutatott: 150 000 feszültségciklus után is megőrizte eredeti teljesítményének több mint 82,5 százalékát. Ipari léptékben ez körülbelül 25 000 órányi folyamatos üzemidőnek felel meg, ami megfelel a nehézgépjárművek és az állandó terhelés alatt álló ipari létesítmények szigorú elvárásainak. A nyitott csatornaszerkezet ráadásul megkönnyíti a protonok, az oxigén és a víz áramlását az elektródákban, így a cella nagyobb áramsűrűséget képes leadni alacsonyabb platinafelhasználás mellett.
| Paraméter | Hagyományos katalizátor | Új nanostrukturált katalizátor |
|---|---|---|
| Hőkezelési hőmérséklet | 700 °C alatt | Akár 1000 °C |
| Áramsűrűség (0.70 V mellett) | 1,56 A/cm² | 2,12 A/cm² |
| Teljesítmény-megmaradás (150k ciklus) | Jelentős romlás / csomósodás | 82,5% megmaradó teljesítmény |
| Becsült élettartam | Korlátozott üzemidő | ~25 000 üzemóra |
Saját erőmű a szerverszobák szomszédságában
Az Amerikai Villamosenergia-kutató Intézet (EPRI) becslései szerint az adatközpontok áramfogyasztása 2030-ra elérheti az Egyesült Államok teljes villamosenergia-termelésének 9 százalékát, míg ez az arány 2023-ban még csak 4 százalék volt. Ez az ugrásszerű növekedés komoly hálózati palacknyakakat okoz, a helyi áramszolgáltatók sokszor évekig nem tudják kiépíteni a szükséges kapacitásokat a szuperszámítógépes központok számára.
A helyszíni hidrogénes üzemanyagcellák közvetlenül átalakítják a hidrogént elektromos árammá és vízzé, így az adatközpontok teljesen függetleníthetik magukat a túlterhelt hálózattól. A gyártás szempontjából biztató, hogy a kutatók az impregnálásból, fagyasztva szárításból és hőkezelésből álló eljárással már sikeresen állítottak elő 10 grammos tételű katalizátort, ami jelzi a technológia ipari skálázhatóságát.
