เทคโนโลยีระบายความร้อนแบบไม่ใช้ไฟฟ้า ตัวพลิกเกมศูนย์ข้อมูลและสิ่งแวดล้อม

เทคโนโลยีระบายความร้อนแบบไม่ใช้ไฟฟ้า คืออะไร และทำไมจึงสำคัญ

เทคโนโลยีระบายความร้อนแบบไม่ใช้ไฟฟ้า คือระบบทำความเย็นที่อาศัยคุณสมบัติทางกลและวัสดุของแข็งในการดูดและถ่ายเทความร้อน โดยไม่ต้องใช้พลังงานไฟฟ้าเพิ่มเติม เหมาะสำหรับศูนย์ข้อมูลและอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่ผลิตความร้อนปริมาณมาก ช่วยลดการใช้พลังงานสะอาดที่ต้องผลิตขึ้นมาเพื่อระบายความร้อน ลดการใช้น้ำ ลดการพึ่งพาสารทำความเย็นที่เป็นอันตรายต่อสิ่งแวดล้อม และเปิดทางให้เมืองสามารถรองรับการเติบโตของเศรษฐกิจดิจิทัลโดยไม่แลกกับสุขภาพของคนในชุมชน นักวิจัยจากสถาบันเทคโนโลยีคาร์ลสรูเอและมหาวิทยาลัยสึคุบะได้ตีพิมพ์งานวิจัยในวารสารด้านพลังงานเกี่ยวกับเทคโนโลยีระบายความร้อนแบบสถานะของแข็งที่ไม่ต้องใช้ไฟฟ้าเลย และสามารถทำให้อุณหภูมิลดลงได้ในห้องทดลอง จุดพลิกเกมอยู่ที่พวกเขาใช้ระบบระบายความร้อนแบบอีลาสโตคาโลริกที่ใช้แผ่นฟอยล์โลหะผสมหนาเป็นพิเศษ เมื่อได้รับความร้อน แผ่นหนึ่งจะหดตัวแล้วเปลี่ยนเป็นพลังงานเชิงกลไปกระตุ้นอีกแผ่นให้เกิดการเปลี่ยนสถานะทางเฟส ทำให้เกิดความเย็นโดยไม่ต้องใช้มอเตอร์หรือไฟฟ้าเพิ่มเติม ระบบต้นแบบให้ช่วงอุณหภูมิที่ระดับฟิล์มสารทำความเย็น 12.9 เคลวิน และที่ระดับตัวอุปกรณ์ 4.0 เคลวินเมื่อทำงานที่อุณหภูมิ 86 องศาเซลเซียส ซึ่งถือเป็นหลักฐานชัดว่าแนวคิดนี้ใช้การได้ในโลกจริง ไม่ใช่แค่บนกระดาษ

ศูนย์ข้อมูลกับต้นทุนที่ชุมชนต้องแบกรับ ทั้งไฟ น้ำ และความร้อน

การพูดถึงศูนย์ข้อมูลมักเน้นบทบาทด้านปัญญาประดิษฐ์และเศรษฐกิจดิจิทัล แต่กลับมองข้ามว่าระบบระบายความร้อนของศูนย์ข้อมูลคือผู้บริโภคทรัพยากรตัวจริง ในประเทศหนึ่งมีศูนย์ข้อมูลราว 40 แห่งแล้ว และเกิดผลกระทบด้านสุขภาพและสิ่งแวดล้อมค่อนข้างมาก เพราะเซิร์ฟเวอร์นับพันถูกเก็บในอาคารปิด ต้องพึ่งระบบระบายอากาศ น้ำหล่อเย็น และเครื่องทำความเย็นแบบอัดสารทำความเย็นที่ใช้ไฟฟ้าปริมาณสูงและสารทำความเย็นซึ่งเป็นอันตรายต่อสิ่งแวดล้อม ตัวเลขที่ควรทำให้คนเมืองสะดุ้งคือ ศูนย์ข้อมูลขนาดใหญ่พิเศษ 100 เมกะวัตต์ต้องใช้น้ำราว 4 ล้านลิตรต่อวัน และใช้ไฟฟ้าเทียบเท่าบ้านเรือนประมาณ 80,000 หลังคาเรือน ส่วนขนาด 10–20 เมกะวัตต์ใช้น้ำราว 1.5 ล้านลิตรต่อวัน และไฟฟ้าราว 8,000 หลังคาเรือน น้ำหล่อเย็นยังมีการเติมโซเดียมไฮโปคลอไรต์ ถ้าระบายลงแหล่งน้ำธรรมชาติจะกระทบระบบนิเวศทันที ขณะเดียวกันลมร้อนที่ถูกเป่าออกจากศูนย์ข้อมูลทำให้อุณหภูมิชุมชนใกล้เคียงเพิ่มขึ้นราว 1–2 องศาเซลเซียส นี่คือการผลักภาระความร้อนออกมาสู่คนพื้นที่โดยตรง

เมื่อความร้อนกลายเป็นแหล่งความเย็น ผลต่อพลังงานสะอาดและคาร์บอนฟุตปรินต์

หัวใจของแนวคิดอีลาสโตคาโลริกที่นักวิจัยเยอรมันและญี่ปุ่นพัฒนาคือการเปลี่ยนความร้อนส่วนเกินให้กลายเป็นตัวขับเคลื่อนการระบายความร้อนแทนที่จะเป็นปัญหาเทคโนโลยีนี้อาศัยแผ่นโลหะผสมหนาบางที่หดและขยายตัวเมื่อได้รับหรือสูญเสียความร้อน ทำให้เกิดพลังงานเชิงกลไปสร้างวงจรเย็นอีกขั้นหนึ่งโดยไม่ต้องใช้ไฟฟ้าจากภายนอก เมื่อทดลองกับแหล่งความร้อนภายนอกที่ 130 องศาเซลเซียส ระบบยังรักษาช่วงอุณหภูมิที่ระดับตัวอุปกรณ์ได้ 2.2 เคลวิน ซึ่งแม้จะเป็นตัวเลขระดับต้นแบบ แต่พิสูจน์แล้วว่าความร้อนทิ้งจากชิพและเซิร์ฟเวอร์สามารถกลายเป็นทรัพยากรได้ การลดภาระไฟฟ้าและน้ำสำหรับการระบายความร้อนมีผลต่อภาพใหญ่อย่างชัดเจน งานวิจัยด้านพลังงานชี้ว่า การผลิตพลังงานเพื่อให้ความร้อนและความเย็นคิดเป็นสัดส่วนมากกว่า 40 เปอร์เซ็นต์ของการปล่อยคาร์บอนไดออกไซด์จากพลังงานทั่วโลก เมื่อศูนย์ข้อมูลยังขยายตัวต่อเนื่อง การออกแบบระบบระบายความร้อนแบบไม่ใช้น้ำและไม่ใช้ไฟฟ้าเพิ่มเติมจึงมาในเวลาที่เหมาะที่สุด เพราะเป็นเส้นทางตรงในการลดคาร์บอนฟุตปรินต์ของอุตสาหกรรมเทคโนโลยี และช่วยให้พลังงานสะอาดที่เราลงทุนผลิตถูกใช้กับงานประมวลผลมากกว่าการไล่ความร้อนทิ้งออกจากอาคาร

โอกาสและทางออกสำหรับศูนย์ข้อมูลในเมืองและเขตเศรษฐกิจ

ความท้าทายของศูนย์ข้อมูลในเขตเมืองและเขตเศรษฐกิจไม่ใช่แค่เสียงรบกวนหรือการใช้ที่ดิน แต่คือการที่โรงเซิร์ฟเวอร์จำนวนมหาศาลถูกวางไว้กลางชุมชนหนาแน่น โดยมีกฎหมายผังเมืองที่ยังมองว่าเป็นเพียงคลังสินค้า หรืออาคารสำนักงาน ทำให้ตั้งอยู่ได้แทบทุกย่านโดยไม่ต้องประเมินผลกระทบสิ่งแวดล้อมอย่างจริงจัง นั่นหมายความว่าคนที่อาศัยอยู่ข้างกำแพงศูนย์ข้อมูลต้องรับความร้อน เสียง และมลพิษจากการทดสอบเครื่องกำเนิดไฟฟ้าน้ำมันดีเซล โดยมีรายได้กลับสู่ชุมชนค่อนข้างน้อยเมื่อเทียบกับทรัพยากรที่ถูกดึงไป หากเทคโนโลยีระบายความร้อนแบบไม่ใช้ไฟฟ้าและน้ำสามารถขยายจากต้นแบบไปสู่ระบบขนาดอุตสาหกรรมได้ตามเป้าหมายของทีมวิจัยที่กำลังสร้างหน่วยทดลองขนาดใหญ่ขึ้นเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพ เมืองจะมีตัวเลือกใหม่ในการกำหนดเงื่อนไขให้ศูนย์ข้อมูลใช้ระบบระบายความร้อนที่ลดภาระน้ำและไฟฟ้าจากโครงข่ายสาธารณะ ใช้พลังงานสะอาดที่ผลิตมาอย่างคุ้มค่า และลดการระบายความร้อนสู่ภายนอกโดยตรง นี่อาจเป็นข้อแลกเปลี่ยนที่ทำให้การตั้งศูนย์ข้อมูลในเขตเมืองและเขตเศรษฐกิจได้รับการยอมรับมากขึ้น เพราะไม่บีบให้คนรอบข้างต้องอยู่ในเมืองที่ร้อนและมีมลพิษกว่าเดิมเพื่อแลกกับความสะดวกของโลกดิจิทัล

เราจะผลักดันให้เทคโนโลยีใหม่กลายเป็นมาตรฐานได้อย่างไร

เทคโนโลยีระบายความร้อนแบบไม่ใช้ไฟฟ้ายังอยู่ในระยะต้นแบบ แต่คำถามสำคัญคือจะให้มันกลายเป็นมาตรฐานของศูนย์ข้อมูลได้อย่างไร ขณะนี้มีคณะอนุกรรมการที่ตั้งขึ้นมาเพื่อดูแลเรื่องศูนย์ข้อมูลโดยเฉพาะ พร้อมภารกิจออกระเบียบด้านสิ่งแวดล้อมและระบบติดตามตรวจสอบให้ท้องถิ่นมีบทบาทในการวัดอากาศ น้ำ และความร้อนรอบอาคาร แนวทางเหล่านี้เป็นจุดเริ่มต้นที่ดี แต่ถ้าไม่ผูกเข้ากับข้อกำหนดด้านเทคโนโลยีระบายความร้อน โอกาสเปลี่ยนเกมก็จะหายไป โครงการศูนย์ข้อมูลใหม่ควรถูกหยุดอนุมัติชั่วคราวเพื่อรอกฎหมายที่กำหนดให้ต้องทำรายงาน EIA และระบุชัดว่าระบบหล่อเย็นต้องเป็นระบบปิด ห้ามปล่อยน้ำหล่อเย็นลงสู่แม่น้ำ ต้องใช้ไฟฟ้าจากพลังงานสะอาด และเปิดทางให้เทคโนโลยีระบายความร้อนแบบสถานะของแข็งที่ประหยัดพลังงานมากกว่า หรือไม่ใช้ไฟฟ้าเลย เข้ามาเป็นตัวเลือกหลัก หากรัฐกำหนดมาตรฐานไว้สูง อุตสาหกรรมเทคโนโลยีจะมีแรงจูงใจลงทุนในนวัตกรรมที่ลดผลกระทบสิ่งแวดล้อม และผู้ใช้งานดิจิทัลทุกคนก็จะสามารถใช้บริการออนไลน์โดยไม่ต้องรู้สึกว่าตัวเองเป็นส่วนหนึ่งของการทำให้เมืองร้อนและทรัพยากรถูกใช้เปลืองเกินความจำเป็น