Krachten van de natuur
Op zoek naar de wortels
Iemand vragen om een visuele beschrijving te geven van ‘de cloud’ of cloud computing-diensten, is als vragen om een visuele beschrijving van lucht. Dagelijkse activiteiten zoals online bestellingen, berichten-apps en sociale media kunnen niet zonder, maar het is lastig om onder woorden te brengen wat het precies is.
De cloud en de lucht hebben echter vergelijkbare eigenschappen die gemakkelijk te begrijpen zijn. Net als lucht weten we dat de cloud altijd aanwezig is. We weten dat het leven zonder beide heel moeilijk zou zijn. We weten ook dat hoewel ze allebei onzichtbaar voor ons zijn, ze een aantal onschatbare dingen bevatten. Voor lucht zijn die ingrediënten voornamelijk stikstof- en zuurstofmoleculen, voor de cloud zijn het onze gegevens.
Maar dit fundamentele begrip leidt alleen maar tot meer vragen.
Hoe zijn onze gegevens überhaupt in de cloud terechtgekomen? Hoe gaat het dan verder? Waar worden ze opgeslagen en hoe zijn ze 24/7 beschikbaar?
Het antwoord op deze etherische vragen is eigenlijk heel fysiek en tastbaar: datacenters.
Datacenters vormen de ruggengraat van de Microsoft Cloud. Ze zijn de fysieke infrastructuur die duizenden servers onderbrengen en onderhouden, die onze gegevens opslaan en door de cloud verplaatsen. Ze zorgen voor een constante energiebron en de schone en koele omgeving die nodig is om de servers draaiende te houden.
“Momenteel hebben we meer dan 300 datacenters in meer dan 34 landen. Onze datacentervloot is gelijk aan ongeveer 700 voetbalvelden”, zegt Noelle Walsh, Corporate Vice President Cloud Operations and Innovation bij Microsoft.
De vraag naar clouddiensten is jaar na jaar exponentieel toegenomen, deels als gevolg van de recente piek in het gebruik van AI wereldwijd, wat betekent dat de datacenterinfrastructuur van Microsoft ook in een snel tempo heeft moeten groeien.
Een belangrijke overweging voor die groei is hoe datacenters kunnen voldoen aan de wereldwijd toenemende vraag naar cloud computing op een manier die duurzaam is met zo min mogelijk impact op het milieu en de gemeenschap.
Datacenters gebruiken energie van hetzelfde elektriciteitsnet dat huizen, kantoren en verkeerslichten van stroom voorziet. Omdat ze constant moeten draaien, zijn back-upgeneratoren op diesel en noodvoeding met loodaccu’s van oudsher de steunpilaar van de activiteiten in geval van stroomuitval.
Bovendien hebben ze een onoverkomelijke ecologische voetafdruk in de gebieden waar ze bestaan omdat de fysieke schaal van datacenters enorm kan zijn.
“Een belangrijk onderdeel van ons dagelijks werk is het verbeteren van het ontwerp en de operationele efficiëntie van onze datacenters om ons gebruik van het aantal natuurlijke hulpbronnen te verminderen”, zegt Walsh. “Hoe we dat doen, is door van duurzaamheid onze basis te maken terwijl we werken aan onze verplichtingen en door onze dagelijkse activiteiten voortdurend aan te passen om onze impact op het milieu te minimaliseren.”
De kernaanpak voor het verduurzamen van datacenters is innovatie. Door te werken met interne R&D-teams en samenwerking met externe deskundigen, hebben interne praktijken en beleid de sector duidelijke voorbeelden gegeven van de voordelen van het testen en implementeren van nieuwe benaderingen voor het bouwen en exploiteren van deze locaties.
Een goede buur zijn
Het startpunt van innovatie in een Microsoft-datacenter is gebaseerd op 3,8 miljard jaar aan R&D om moderne designuitdagingen duurzaam op te lossen. Kaitlin Chuzi, Directeur Biomimicry en Geavanceerde ecosystemen, is een belangrijke leider in dat werk.
“Wanneer een gebouw wordt gebouwd, zijn er ecologische kosten, dus we werken eraan om die zaken te verminderen”, zegt Chuzi. “Waar het om gaat, is dat we de locatie holistisch en systemisch ontwerpen met het lokale ecosysteem in gedachten.”
Kaitlin en haar team zijn experts op het gebied van biomimicry, waarbij ze oplossingen van planten, dieren en de elementen die zich in de loop van miljoenen jaren evolutie van nature hebben gemanifesteerd, gebruiken en nabootsen. Het gebruik van biomimicry kan de relatie van datacenters met de planeet en haar ecosystemen opnieuw vormgeven. Het gaat erom afgestemd te zijn op en een positieve bijdrage te leveren aan de bestaande gemeenschappen in actieve locaties.
Sommige locaties hebben bijvoorbeeld traditionele regenwateropvangbekkens omgevormd tot kunstmatige wetlands die helpen bij het filteren en verbeteren van de waterkwaliteit, waardoor habitats worden gecreëerd waar lokale soorten kunnen leven. Anderen onderzoeken het gebruik van speciaal uv-glas dat de kenmerken van uv-enzymen nabootst in spinnenwebben waarvan vogels hebben geleerd ze te detecteren en te vermijden, waardoor het aantal gevallen vermindert waarbij ze tegen gebouwen vliegen.
Vogels zijn geëvolueerd om uv-enzymen in sommige spinnenwebben te kunnen detecteren en vermijden. Kaitlin en haar team onderzoeken de integratie van speciaal uv-glas dat de kenmerken van dat enzym nabootst om het aantal incidenten waarbij vogels tegen ramen vliegen te verminderen.
Van groene muren met opgaande beplanting die de biodiversiteit vergroten tot waterdoorlatende verharding waardoor regenwater in de grond eronder kan stromen, de natuur heeft ons ontzettend veel geleerd om datacenters meer in overeenstemming te brengen met hun omgeving.
Materialen die worden gebruikt om datacenters te bouwen, hebben ook geweldige kansen geboden om duurzaamheidsverplichtingen te bevorderen door middel van innovatie.
“Als we een gezonde, intacte referentiehabitat als maatstaf nemen, heeft dat ecosysteem 100% ecosysteemfunctie. Onze eerste modellen laten zien dat we datacenters kunnen ontwerpen die 75% van die functie behouden.”
Kaitlin Chuzi
Beton, een belangrijk materiaal in datacenters, is verantwoordelijk voor 8% van alle wereldwijde koolstofemissies en is daarmee een van de grootste bijdragers aan broeikasgassen op aarde. Microsoft test een nieuw betonmengsel met gerecycled glas, dat de koolstof in plaatconstructies met ongeveer de helft zal verminderen om zo grotere koolstofreducties te stimuleren. Een andere pilot op laboratoriumschaal, in samenwerking met Prometheus Materials, maakt gebruik van structurele materialen gemaakt van kalksteen en beton op basis van algen met het potentieel om de koolstof in installaties tot bijna nul terug te brengen.
Het innoveren van duurzame oplossingen voor wat er buiten en rond een datacenter gebeurt, is echter maar het halve werk. Wat er binnen gebeurt, is net zo belangrijk. Meer specifiek, hoe we de stroom elke dag, 24/7, op al deze locaties aan houden. Zelfs de kortste stroomuitval zou enorme rimpeleffecten veroorzaken in de hele cloudinfrastructuur.
Het dagelijkse ‘hoe’ van die enorme taak wordt aangepakt door Audrey Lee, Senior directeur Datacenter Energiestrategie. Audrey houdt toezicht op de complexe planning en strategie die komen kijken bij het verkrijgen van stroom voor de datacenters en het bepalen hoe dat gebruik van invloed is op de gemeenschappen die op hetzelfde net zitten.
“Historisch gezien hadden Microsoft-datacenters een kleiner deel van het net nodig. Maar naarmate de vraag is toegenomen, hebben we een groter deel van het net nodig, dus het is belangrijk om onze impact te begrijpen”, zegt Lee.
Voor een beter inzicht in deze toegenomen vraag op het net, nu en in de toekomst, maakt het team van Audrey gebruik van een zogenaamde netmodellering, die het netgebruik voorspelt, zodat het op de juiste manier, duurzaam en zo tijdig mogelijk kan worden gepland.
Hoewel Microsoft geen energiebedrijf is, is het in veel opzichten een infrastructuurbedrijf, en energie is van onschatbare waarde voor elke cloudinfrastructuur. Daarom zijn duurzame energiepraktijken en het hebben van een positieve impact op de gemeenschap belangrijke verantwoordelijkheden van het bedrijf.
Een manier waarop een positieve impact kan worden geleverd, is door het net te stabiliseren en bij te dragen aan het net.
Lee legde uit dat naarmate het elektriciteitsverbruik toeneemt, de vraag en het aanbod van stroom op het net niet altijd op elkaar afgestemd zijn. Microsoft heeft noodvoeding op batterijen als back-up in het geval van een stroomstoring, waardoor er terug beschikbaarheid op het net komt door tijdelijk voor een deel van de elektriciteitsvraag van de datacenters op die batterijen over te schakelen, ter ondersteuning van de stabilisatie van het net.
Het cultiveren van alternatieve energiebronnen voor die back-upsystemen, evenals de serverkoelsystemen in datacenters, is een andere geweldige kans voor innovatie gebleken.
Innoveren met de natuur
Biomimicry
Bij biomimicry draait alles om leren van de oudste leraar uit de geschiedenis: de natuur. Er schuilen tijdloze oplossingen verborgen in het volle zicht, die kunnen worden geïntegreerd en nagebootst om hedendaagse problemen op te lossen. Zo versterken we de ecologische functie van datacenters zelf.
Groene waterstof
Groene waterstof wordt gemaakt door middel van een proces dat elektrolyse wordt genoemd. Hierbij wordt waterstof gesplitst uit watermoleculen zonder schadelijke bijproducten. De inspanningen van Microsoft om dit type waterstofenergie op te schalen voor de datacentervloot zullen een primeur zijn voor de energiesector wereldwijd.
Stabilisatie van het net
Naarmate het elektriciteitsverbruik toeneemt, zijn vraag en aanbod niet altijd op elkaar afgestemd. Het helpen van het net om dat evenwicht te behouden, vormt de kern van netstabilisatie. Datacenters hebben een noodvoeding die altijd draait in geval van een stroomstoring. Het is mogelijk om met een deel van onze eigen elektriciteitsvraag op die energiebronnen over te schakelen wanneer er een grotere vraag op het net is, wat vervolgens de netstabilisatie ondersteunt.
Sonia Maleky, Directeur Waterstoftechnologie
Een toekomst gevoed door innovatie
“Brandstofceltechnologie is op kleinere schaal gecommercialiseerd, maar Microsoft is de eerste die multi-megawatt-opwekking op schaal laat zien voor datacenters. Dit vervangt de dieselaangedreven back-upgeneratoren die continue werking ondersteunen in het geval van stroomuitval en andere serviceonderbrekingen”, zegt Sonia Maleky, Directeur Waterstoftechnologie bij Microsoft.
Groene waterstof heeft het potentieel om de perfecte duurzame energiebron te zijn in verschillende sectoren, waaronder datacenters, commerciële gebouwen en ziekenhuizen. PEM brandstofcellen combineren waterstof en zuurstof in een chemische reactie die elektriciteit, warmte en water genereert. Er is geen verbranding, geen fijnstof en geen koolstofemissies.
Sonia’s team werkt aan energie-innovaties die het potentieel hebben om de energiesector zoals we die nu kennen te veranderen. Het aantonen van de toepassing van groene waterstof op industriële schaal zal intern meer duurzaamheid opleveren en een sterke use case zijn voor andere bedrijven met vergelijkbare doelen en verplichtingen om hetzelfde te doen.
“We hebben een robuuste groene waterstofeconomie nodig, inclusief groene waterstofvoorziening, waterstofbrandstofcellen en waterstofopslag voor een succesvolle implementatie van waterstofbrandstofgeneratoren als haalbare back-upstroomopties om te evolueren naar emissievrije oplossingen.”
Sonia Maleky
Een andere innovatie in ontwikkeling die net zo spannend is als de waterstofbrandstofcel, is de koudeplaattechnologie. Door deze technologie toe te passen, waarbij warm water dat uit koelsystemen wordt gehaald, weer als koud water wordt gerecycled, zijn de systemen van Microsoft al 90% efficiënter dan traditionele systemen. Uiteindelijk zal dit een volledig gesloten lussysteem zijn dat nooit water van externe bronnen nodig heeft.
Naast het recyclen van water voor koelsystemen, kan het Circular Centers-programma als eerste in zijn soort hardware uit datacenters hergebruiken en herbestemmen, en ligt het op schema om tegen 2025 90% gerecyclede servers te gebruiken.
Uit deze gezamenlijke inspanningen om oplossingen te innoveren, blijkt duidelijk dat een toekomst waarin datacenters niet alleen een netto neutrale impact hebben op het milieu, maar ook een positieve impact hebben, binnen handbereik is. Naarmate het gebruik van cloud computing over de hele wereld blijft groeien, zullen de datacenters van Microsoft er zijn om op de meest duurzame manieren aan die behoefte te voldoen.
Fotocredits: Matt Howard, Dave Hoefler, Ivan Bandura, Yogesh Gosavi, Josh Withers
