الهيدروجين الأخضر لمراكز بيانات الذكاء الاصطناعي: الحدود الجديدة للطاقة النظيفة
آخر تحديث: 11 ديسمبر 2025
تحديث ديسمبر 2025: تستعرض مايكروسوفت وكاتربيلر نظام خلايا وقود هيدروجينية بقدرة 3 ميغاواط يوفر أكثر من 48 ساعة من الطاقة الاحتياطية المستمرة في شايان. من المتوقع أن تستهلك مراكز البيانات ما بين 6.7% و12% من الكهرباء في الولايات المتحدة بحلول عام 2028. وفقاً لـ Goldman Sachs: 60% من الطلب المتزايد على مراكز البيانات سيأتي من الوقود الأحفوري، مما قد يضيف 220 مليون طن من ثاني أكسيد الكربون سنوياً. يقدم الهيدروجين الأخضر المنتج عبر التحليل الكهربائي بغشاء البوليمر (PEM) بديلاً خالياً من الكربون لكل من الطاقة الأساسية والاحتياطية.
استعرضت مايكروسوفت وكاتربيلر نظام خلايا وقود هيدروجينية بقدرة 3 ميغاواط يوفر أكثر من 48 ساعة من الطاقة الاحتياطية المستمرة لمركز بيانات في شايان، وايومنغ.[^1] مثّل هذا العرض أكبر اختبار لخلايا الوقود الهيدروجينية كطاقة احتياطية لمراكز البيانات، مما أثبت جدوى الهيدروجين كبديل لمولدات الديزل. تهدف مايكروسوفت إلى تحقيق حياد كربوني سلبي بحلول عام 2030، والتخلص الكامل من وقود الديزل في عمليات مراكز البيانات.[^2] أكد الاختبار أن خلايا الوقود الهيدروجينية يمكنها مضاهاة موثوقية مولدات الديزل مع إنتاج الماء فقط كعادم.
استهلكت مراكز البيانات ما يقارب 4.4% من إجمالي الكهرباء في الولايات المتحدة عام 2023، مع توقعات بأن تصل النسبة إلى 6.7-12% بحلول عام 2028 مع توسع أعباء عمل الذكاء الاصطناعي.[^3] تقدر أبحاث Goldman Sachs أن 60% من الطلب المتزايد على الكهرباء في مراكز البيانات سيأتي من حرق الوقود الأحفوري، مما قد يزيد انبعاثات الكربون العالمية بنحو 220 مليون طن.[^4] يوفر الهيدروجين الأخضر المنتج من الكهرباء المتجددة مساراً لتشغيل البنية التحتية للذكاء الاصطناعي دون انبعاثات كربونية سواء من الطاقة الأساسية أو التوليد الاحتياطي.
فهم الهيدروجين الأخضر
تولّد خلايا الوقود الهيدروجينية الكهرباء من خلال تفاعل كهروكيميائي يجمع بين الهيدروجين والأكسجين، منتجةً الكهرباء والحرارة والماء فقط.[^5] تلغي هذه التقنية الاحتراق والانبعاثات المرتبطة به. ومع ذلك، تعتمد الفائدة البيئية للهيدروجين كلياً على طرق الإنتاج.
طيف ألوان الهيدروجين
يهيمن الهيدروجين الرمادي على الإنتاج الحالي، باستخدام إعادة تشكيل الميثان بالبخار من الغاز الطبيعي مع انبعاثات كبيرة من ثاني أكسيد الكربون.[^6] يلتقط الهيدروجين الأزرق هذه الانبعاثات ويخزنها، مما يقلل التأثير الكربوني دون إزالته بالكامل. يستخدم الهيدروجين الأخضر التحليل الكهربائي المدعوم بالكهرباء المتجددة، منتجاً هيدروجين بدون انبعاثات كربونية.[^7]
الهيدروجين الأخضر وحده هو الذي يحقق الفائدة البيئية الكاملة لتطبيقات مراكز البيانات. استخدام الهيدروجين الرمادي في خلايا الوقود ينقل الانبعاثات من مركز البيانات إلى منشأة إنتاج الهيدروجين فحسب. يجب على المؤسسات الساعية إلى إزالة الكربون الحقيقية الحصول على الهيدروجين الأخضر أو إنتاجه في الموقع باستخدام الطاقة المتجددة.
تقنيات التحليل الكهربائي
تقوم محللات غشاء البوليمر الكهربائي (PEM) بفصل الماء إلى هيدروجين وأكسجين باستخدام الكهرباء، محققةً كفاءة تتراوح بين 70-80%.[^8] توفر أنظمة PEM أوقات استجابة سريعة تتوافق مع التوليد المتجدد المتغير، مما يتيح الربط المباشر مع منشآت الطاقة الشمسية والرياح. تتدرج التقنية من تركيبات بالكيلوواط إلى تركيبات متعددة الميغاواط.
توفر المحللات القلوية تكاليف رأسمالية أقل لكن بأوقات استجابة أبطأ. تحقق محللات الأكسيد الصلب كفاءة أعلى لكنها تتطلب درجات حرارة تشغيل عالية تحد من المرونة. تهيمن محللات PEM حالياً على تطبيقات مراكز البيانات نظراً لمرونتها التشغيلية وموثوقيتها المثبتة.[^9]
تطبيقات الهيدروجين في مراكز البيانات
يؤدي الهيدروجين وظائف متعددة في عمليات مراكز البيانات، من الطاقة الاحتياطية مروراً بالتوليد الأساسي وصولاً إلى التكامل مع إدارة الحرارة.
استبدال الطاقة الاحتياطية
أطلقت ESB ومايكروسوفت مشروعاً تجريبياً لخلايا وقود الهيدروجين الأخضر في مركز بيانات في دبلن، بتركيب خلية وقود PEM بقدرة 250 كيلوواط تعمل بالهيدروجين الأخضر المعتمد.[^10] أثبت التركيب جدوى الطاقة الاحتياطية بالهيدروجين في بيئة مركز بيانات إنتاجي. تعاونت ECH2O Energy وESB وBOC لتنفيذ المشروع، مما يثبت إمكانية تعاون موردين متعددين على البنية التحتية للهيدروجين.[^11]
أثبت المشروع التجريبي في دبلن صحة الإجراءات التشغيلية لتوصيل الهيدروجين وتخزينه وتشغيل خلايا الوقود في سياق مركز البيانات. يجب على المؤسسات التي تفكر في الطاقة الاحتياطية بالهيدروجين إنشاء سلاسل إمداد الهيدروجين وبرامج التدريب وبروتوكولات السلامة قبل النشر.[^12]
توليد الطاقة الأساسية
بخلاف الطاقة الاحتياطية، يمكن لخلايا الوقود الهيدروجينية توفير الطاقة الأساسية لمراكز البيانات الموجودة في مواقع تحد فيها سعة الشبكة من التوسع.[^13] مركز البيانات الذي يولّد طاقته الأساسية من الهيدروجين يعمل بشكل مستقل عن قيود الشبكة، مما يتيح النشر في مواقع يكون فيها الربط بالمرافق غير عملي.
تعاونت ECO Fuel Cell وكاتربيلر لنشر أنظمة خلايا وقود بالغاز الطبيعي بقدرة 60 ميغاواط لمراكز البيانات، مما يثبت توليد الطاقة بخلايا الوقود على نطاق المرافق.[^14] بينما تنتج خلايا وقود الغاز الطبيعي انبعاثات، تثبت هذه التركيبات أن تقنية خلايا الوقود يمكن أن تتوسع لتشغيل مجمعات مراكز بيانات كاملة. يصبح تحويل مثل هذه التركيبات إلى الهيدروجين الأخضر أمراً مباشراً بمجرد توسع إمدادات الهيدروجين.
الطاقة والحرارة المشتركة
تولّد خلايا الوقود حرارة مهدرة كبيرة أثناء إنتاج الكهرباء. تلتقط تكوينات الطاقة والحرارة المشتركة تلك الحرارة للتدفئة أو أنظمة الطاقة المحلية أو التبريد بالامتصاص.[^15] يحسّن استرداد الحرارة الكفاءة الإجمالية للنظام من حوالي 50% كفاءة كهربائية إلى أكثر من 80% كفاءة مشتركة.
يمكن لمراكز البيانات في المناخات الباردة تزويد المباني المجاورة بالحرارة المهدرة، مما يخلق علاقات تكافلية مع المجتمعات المحيطة. يوفر هذا الترتيب مصادر إيرادات تعوض تكاليف الهيدروجين مع تحسين العلاقات المجتمعية لتطويرات مراكز البيانات.
متطلبات البنية التحتية
يتطلب نشر الهيدروجين في مراكز البيانات بنية تحتية تشمل أنظمة الإنتاج والتخزين والتوصيل والاستخدام.
الإنتاج في الموقع مقابل التوصيل
تقوم المؤسسات التي تختار إنتاج الهيدروجين في الموقع بتركيب محللات كهربائية تعمل بالكهرباء المتجددة.[^16] يلغي الإنتاج في الموقع تكاليف النقل ويضمن الحصول على الهيدروجين الأخضر. ومع ذلك، تزيد تكاليف رأس المال للمحللات ومتطلبات الطاقة المتجددة من تعقيد المشروع.
يبسّط الهيدروجين الموصّل عمليات مركز البيانات لكنه يُدخل اعتماديات سلسلة التوريد وتكاليف النقل. يتطلب توصيل الهيدروجين بالشاحنات الضغط أو التسييل، وكلاهما عمليتان كثيفتا الطاقة تقللان من الكفاءة الإجمالية للنظام.[^17] يوفر التوصيل عبر خطوط الأنابيب أقل تكلفة نقل للمنشآت القريبة من البنية التحتية للهيدروجين.
اعتبارات التخزين
يستخدم تخزين الهيدروجين في مراكز البيانات عادةً خزانات غاز مضغوط بضغوط حوالي 350-700 بار.[^18] تحدد سعة التخزين قدرة مدة الطاقة الاحتياطية. مركز البيانات الذي يتطلب 48 ساعة من الطاقة الاحتياطية بمقياس متعدد الميغاواط يحتاج إلى بنية تحتية تخزين كبيرة.
خزّن عرض كاتربيلر في وايومنغ 100 طن من الهيدروجين عبر 80 أنبوب تخزين لتحقيق 48 ساعة من الطاقة الاحتياطية بقدرة 3 ميغاواط.[^19] تجاوزت مساحة التخزين تركيبات مولدات الديزل النموذجية، مما يتطلب تخصيص مساحة مخصصة في تخطيط موقع مركز البيانات.
أنظمة السلامة
يتطلب الهيدروجين أنظمة سلامة تعالج القابلية للاشتعال وكشف التسرب والتهوية.[^20] يتبدد الهيدروجين بسرعة في الهواء الطلق، مما يقلل خطر الانفجار مقارنة بالوقود الأثقل. ومع ذلك، تتطلب الأماكن المغلقة تهوية نشطة وأنظمة كشف الهيدروجين لمنع التراكم.
تعالج قوانين الحريق ومعايير البناء بشكل متزايد تركيبات الهيدروجين مع توسع الاعتماد. يجب على المؤسسات التواصل مع السلطات المحلية ذات الاختصاص في وقت مبكر من تخطيط المشروع لفهم متطلبات التصاريح ومسارات الامتثال للقوانين.
الاقتصاديات والتوسع
تتجاوز تكاليف الهيدروجين الأخضر حالياً الديزل والغاز الطبيعي على أساس الطاقة، على الرغم من تضييق الفجوة مع انخفاض تكاليف المحللات وتوسع تسعير الكربون.
المشهد الحالي للتكاليف
تبلغ تكلفة إنتاج الهيدروجين الأخضر حوالي 4-6 دولارات للكيلوغرام اعتماداً على تكاليف الكهرباء المتجددة واستخدام المحللات.[^21] يحتوي كيلوغرام الهيدروجين على حوالي 33 كيلوواط ساعة من الطاقة، مما ينتج كهرباء بتكاليف أعلى من طاقة الشبكة في معظم المناطق. يعكس هذا الفارق نشر التقنية المبكرة وليس قيوداً جوهرية.
تستهدف وزارة الطاقة الأمريكية إنتاج الهيدروجين بتكلفة دولار واحد للكيلوغرام بحلول عام 2030 من خلال مبادرة Hydrogen Shot.[^22] سيجعل تحقيق هذا الهدف الهيدروجين الأخضر منافساً للغاز الطبيعي في توليد الطاقة مع إزالة انبعاثات الكربون.
تأثيرات تسعير الكربون
تؤثر آليات تسعير الكربون بشكل متزايد على اقتصاديات مراكز البيانات. يسعّر نظام تداول الانبعاثات في الاتحاد الأوروبي الكربون بأكثر من 80 يورو للطن، مما يضيف تكاليف كبيرة لعمليات مولدات الديزل الاحتياطية.[^23] يعاقب برنامج cap-and-trade في كاليفورنيا بالمثل الطاقة الاحتياطية كثيفة الكربون.
مع ارتفاع أسعار الكربون، يصبح الهيدروجين الأخضر أكثر تنافسية على الرغم من ارتفاع تكاليف الطاقة. يجب على المؤسسات التي تخطط لاستثمارات البنية التحتية على مدى عقود نمذجة سيناريوهات تتجاوز فيها تكاليف الكربون بشكل كبير المستويات الحالية.
برامج الحوافز
يوفر قانون خفض التضخم الأمريكي ائتمانات ضريبية إنتاجية تصل إلى 3 دولارات للكيلوغرام للهيدروجين الأخضر الذي يستوفي عتبات الانبعاثات.[^24] يغلق الائتمان بشكل كبير الفجوة بين الهيدروجين الأخضر والبدائل الأحفورية. توجد برامج حوافز مماثلة في الاتحاد الأوروبي والمملكة المتحدة وولايات قضائية أخرى تسرّع نشر الهيدروجين.
يجب على مشغلي مراكز البيانات تقييم الحوافز المتاحة عند التخطيط لمشاريع الهيدروجين. قد يتطلب تحقيق الائتمانات الضريبية الشراكة مع كيانات لديها شهية ضريبية، مما يُدخل تعقيداً في هيكل المشروع.
زخم الصناعة
تلتزم شركات التكنولوجيا الكبرى ومشغلو مراكز البيانات بشكل متزايد ببرامج الهيدروجين.
خارطة طريق مايكروسوفت للهيدروجين
التزمت مايكروسوفت بإزالة مولدات الديزل الاحتياطية من مراكز البيانات بحلول عام 2030.[^25] تثبت عروض الشركة مع كاتربيلر وESB أن الهيدروجين هو مسار استبدال الديزل. تستكشف Microsoft Research أيضاً الهيدروجين لتخزين الطاقة طويل الأمد دعماً لإزالة الكربون من الشبكة.
يشير الالتزام من مشغل فائق الحجم إلى اتجاه السوق للصناعة بأكملها. يخلق الموردون الذين يطورون منتجات لحجم مايكروسوفت عروضاً متاحة للمشغلين الأصغر.
استثمارات أمازون في الهيدروجين
تستكشف Amazon Web Services خلايا الوقود الهيدروجينية للطاقة الاحتياطية لمراكز البيانات كجزء من التزامات الاستدامة الأوسع.[^26] تستثمر عمليات الشركة اللوجستية أيضاً في الهيدروجين لأساطيل المركبات، مما يخلق طلباً على الهيدروجين يدعم تطوير البنية التحتية التي تفيد مراكز البيانات.
مراكز الهيدروجين الإقليمية
اختارت وزارة الطاقة الأمريكية سبعة مراكز إقليمية للهيدروجين النظيف بتمويل قدره 7 مليارات دولار، مما يخلق بنية تحتية للإنتاج تدعم تطبيقات مراكز البيانات.[^27] ستنتج المراكز الهيدروجين على نطاق واسع، مما يقلل تكاليف التوصيل ويحسّن موثوقية الإمداد لعملاء مراكز البيانات.
خبرة النشر
يتطلب تعقيد البنية التحتية للهيدروجين خبرة متخصصة تشمل التخصصات الكهربائية والميكانيكية والسلامة. تفتقر معظم المؤسسات إلى القدرات الداخلية لتصميم ونشر أنظمة الهيدروجين.
تدعم شبكة Introl المكونة من 550 مهندساً ميدانياً المؤسسات التي تنفذ الهيدروجين وأنظمة الطاقة المتقدمة الأخرى لتطبيقات مراكز البيانات.[^28] احتلت الشركة المرتبة 14 في قائمة Inc. 5000 لعام 2025 بنمو 9,594% على مدى ثلاث سنوات، مما يعكس الطلب على خدمات البنية التحتية المهنية التي تعالج التقنيات الناشئة.[^29]
يتطلب نشر أنظمة الهيدروجين عبر 257 موقعاً عالمياً ممارسات سلامة متسقة وامتثالاً تنظيمياً بغض النظر عن الولاية القضائية.[^30] تدير Introl عمليات نشر تصل إلى 100,000 وحدة GPU مع أكثر من 40,000 ميل من البنية التحتية لشبكة الألياف الضوئية، مما يوفر نطاقاً تشغيلياً للمؤسسات التي تنفذ الهيدروجين جنباً إلى جنب مع توسيع البنية التحتية لوحدات GPU.[^31]
التحول إلى الهيدروجين
تحول الهيدروجين الأخضر
[تم اقتطاع المحتوى للترجمة]
