Mina abandonadas na Pensilvânia e reciclagem de calor residual podem tornar os enormes novos centros de dados do Estado muito mais sustentáveis

(MENAFN- The Conversation) A eletricidade necessária para alimentar os novos centros de dados na Pensilvânia, já em fases avançadas de planeamento, poderia abastecer 11 milhões de casas – quase o dobro do número total de lares no estado.

Empresas que desejam construir centros de dados para expandir a sua computação em nuvem e inteligência artificial são atraídas pela Pensilvânia devido à sua proximidade às principais cidades da Costa Leste, terrenos e eletricidade relativamente acessíveis, e infraestrutura industrial legada. Por exemplo, há um plano para transformar uma antiga fábrica de aço em Pittsburgh num centro de dados de alta densidade que pode aproveitar a infraestrutura existente de eletricidade e abastecimento de água.

Se todos os centros de dados em fase de planeamento avançado forem construídos, a capacidade total poderá atingir cerca de 13 gigawatts.

À medida que mais centros de dados são propostos em todo o estado, residentes e responsáveis políticos fazem perguntas importantes: Quanto de energia e água esses centros irão consumir? E o que pode ser feito para gerir a sua pegada ambiental?

Como professor de engenharia arquitetónica na Penn State, a minha investigação foca-se no design e controlo ótimos dos sistemas de arrefecimento de centros de dados. Sei que uma parte fundamental da resposta para minimizar os efeitos negativos dos centros de dados reside no arrefecimento.

Centros de dados geram muito calor

Cada bit de eletricidade consumido por um centro de dados é convertido em calor que deve ser removido e libertado no ambiente. Os sistemas de arrefecimento, incluindo chillers e torres de arrefecimento, são infraestruturas críticas.

Sem um arrefecimento eficaz, as temperaturas nos dispositivos de computação aumentariam rapidamente a níveis prejudiciais, forçando a desativação dos sistemas. Em novembro de 2025, a Bolsa de Valores de Chicago sofreu uma grande interrupção quando o sistema de arrefecimento de um centro de dados falhou. Isso parou as negociações durante horas.

Atualmente, os centros de dados representam cerca de 4,4% do consumo total de eletricidade nos EUA e prevê-se que aumentem para entre 6,7% e 12,0% em 2028, de acordo com o Lawrence Berkeley National Laboratory.

Eles também consumiram quase 211 bilhões de galões de água em 2023, na sua maioria de forma indireta, relacionada à geração de eletricidade. Dentro de instalações individuais, o arrefecimento sozinho representa cerca de 40% do consumo total de eletricidade.

A eficiência com que os habitantes da Pensilvânia arrefecem os centros de dados tem implicações importantes para o consumo de energia, a demanda por água e os impactos na comunidade.

Os desafios do arrefecimento

As cargas de trabalho de IA exigem muita potência de computação e, portanto, geram mais calor que deve ser removido.

Sistemas tradicionais de arrefecimento a ar dependem de ventiladores potentes e chillers mecânicos, ambos consumidores significativos de eletricidade.

Durante os verões quentes e húmidos na Pensilvânia, as necessidades de energia para arrefecimento podem aumentar drasticamente. Essa maior demanda de eletricidade requer atualizações caras na infraestrutura, cujo custo muitas vezes é partilhado por todos os utilizadores, incluindo os residentes, levantando preocupações de justiça.

A água é outra preocupação. Muitas instalações grandes usam torres de arrefecimento evaporativas que consomem milhões de galões de água por dia. Em regiões com secas periódicas ou recursos hídricos sob stress, isso pode frustrar as comunidades locais.

O ruído é uma terceira questão, muitas vezes negligenciada. A maioria das queixas de pessoas que vivem perto de centros de dados não é sobre os servidores, mas sobre os sistemas de arrefecimento. Ventiladores de torres de arrefecimento, unidades de tratamento de ar no telhado e refrigeradores secos geram ruído contínuo de baixa frequência. Chillers e compressores acrescentam vibração e um zumbido tonal. Em ambientes rurais ou suburbanos tranquilos – especialmente à noite – esse som constante pode viajar surpreendentemente longe.

O clima da Pensilvânia apresenta desafios e oportunidades na questão do arrefecimento de centros de dados. Os invernos frios podem suportar arrefecimento energeticamente eficiente durante parte do ano. No entanto, verões quentes e húmidos limitam a eficácia dessas estratégias de arrefecimento gratuito.

Ao mesmo tempo, muitos locais propostos estão próximos de infraestruturas industriais legadas, incluindo minas de carvão abandonadas, que podem permitir abordagens inovadoras.

Transformar calor em oportunidade

Melhorar a eficiência do arrefecimento é uma forma direta de minimizar o impacto negativo dos centros de dados.

Num projeto do Departamento de Energia dos EUA em que a minha equipa trabalhou, demonstrámos uma redução de 74% no consumo de energia de arrefecimento num centro de dados em Massachusetts. Isso foi alcançado usando um gêmeo digital do centro de dados. Um gêmeo digital é uma representação virtual de um sistema real. Com esse gêmeo digital, conseguimos identificar e corrigir diferentes falhas no sistema de arrefecimento. Também usamos o gêmeo digital para otimizar os pontos de controlo com base na carga do centro de dados e nas condições meteorológicas, atendendo às necessidades de arrefecimento com muito menos energia.

Além disso, mais poupanças podem ser alcançadas ao integrar os gêmeos digitais com IA, que pode realizar o controlo ótimo de arrefecimento com intervenções humanas mínimas. Este conceito – que chamo de “IA para uma IA sustentável” – visa reduzir a pegada ambiental dos próprios sistemas que impulsionam a revolução da IA. Atualmente, estamos a trabalhar com o centro de dados Alerify em Harrisburg para reduzir o consumo de energia de arrefecimento usando esta tecnologia.

A Pensilvânia também tem potencial para arrefecimento geotérmico a partir de minas abandonadas em todo o estado. Um exemplo é o centro de dados subterrâneo da Iron Mountain, no oeste da Pensilvânia, a cerca de uma hora ao norte de Pittsburgh. O centro de dados está localizado a 67 metros abaixo do solo, numa antiga mina de calcário. O ambiente subterrâneo estável e naturalmente frio – cerca de 11 graus Celsius – e um lago subterrâneo reduzem a dependência do arrefecimento mecânico convencional.

Para além da eficiência, reutilizar o calor residual pode transformar a forma como pensamos sobre centros de dados. Em Idaho, uma startup usa o calor residual de servidores para suportar estufas hidropónicas de produção de alimentos durante todo o ano. Em Paris, o calor excedente de centros de dados aqueceu piscinas usadas durante os Jogos Olímpicos de 2024, e um dos centros de dados da Meta na Dinamarca fornece calor a uma rede de aquecimento distrital que serve cerca de 11.000 casas locais. No Colorado, o Laboratório Nacional dos Rockies recupera calor de seus sistemas de computação de alto desempenho para aquecer edifícios e derreter neve.

Existem também oportunidades na indústria de processamento de alimentos e aquicultura. Na Noruega, o calor residual de um centro de dados é usado para aquecer água para a piscicultura terrestre. Estudos sugerem que o calor residual de centros de dados também poderia apoiar processos de secagem de alimentos, como café, frutas e vegetais.

Para serem economicamente viáveis, essas soluções frequentemente requerem uma demanda constante de aquecimento próxima do centro de dados, o que pode não estar disponível em alguns casos.

Os centros de dados provavelmente terão um papel crescente na economia da Pensilvânia. A questão não é se eles irão usar energia e gerar calor – isso acontecerá inevitavelmente. A questão é se os vamos projetar para simplesmente libertar esse calor para o ar e a água, ou se vamos criar sistemas de arrefecimento que o aproveitem para usos mais sustentáveis.

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