Le batterie termiche a base di zeolite possono sostituire i tradizionali compressori, riducendo potenzialmente il consumo di elettricità per il raffreddamento dei data center fino all'86%.
Come rendere il raffreddamento dei data center meno energivoro
L’uso sempre più massiccio dell’intelligenza artificiale sta rendendo l’infrastruttura IT una delle voci preponderanti della domanda energetica globale. Una fame in costante crescita che non dipende solo dalla richiesta dei server. Fino al 50% dell’energia consumata può infatti essere destinata al raffreddamento dei data center. Come ridurre al minimo questa quota? Per un gruppo di ricercatori della New York University Tandon School of Engineering la risposta potrebbe trovarsi nella zeolite, un minerale naturale e di sintesi oggi largamente impiegato nell’industria petrolchimica, nell’edilizia, nell’agricoltura e persino nella cosmesi.
A partire da questo minerale, gli scienziati della NYU Tandon hanno progettato un sistema di stoccaggio termico da impiegare in un circuito di raffreddamento aperto, immaginando e valutando anche una serie di configurazioni di implementazione, unitamente ai requisiti geografici e di coordinamento per l’adozione su larga scala. Per comprendere il progetto, tuttavia, è necessario fare qualche passo indietro.
Cosa sono le zeoliti?
La zeolite, nota anche come la “pietra che bolle”, è un alluminosilicato caratterizzato da una struttura cristallina altamente porosa, le cui cavità possono essere riempite d’acqua.
Come osservato dal primo mineralogista che le diede il nome, questo minerale può trattenere acqua come una sorta di spugna e rilasciarla in seguito a riscaldamento ad alte temperature. Materiale mediamente economico, oggi le zeoliti sono usate per realizzare efficienti setacci molecolari nel campo petrolchimico, per ottimizzare la desalinizzazione delle acque di mare, per combattere l’aridità dei terreni e persino per creare detergenti per lavatrici e lavastoviglie adatti ad acque particolarmente dure. E come spiega il professore associato Pavel Kots, coautore dello studio pubblicato su ChemRxiv, anche per creare utili batterie termiche.
“Spugne” termiche a base di zeolite
Nel dettaglio il team ha modellato un dispositivo di stoccaggio termico a base di zeoliti come nuovo strumento di raffreddamento per i data center al posto dei più tradizionali chiller. Il sistema opererebbe attraverso due fasi disaccoppiate temporalmente e spazialmente:
- la fase di carica o di desorbimento, in cui la zeolite è esposta al calore;
- la fase di scarica o adsorbimento, in cui la zeolite è esposta al vapore acqueo.
L’idea è quella di sfruttare calore di scarto a bassa o media temperatura (<200 °C) proveniente da impianti industriali per scaldare la zeolite ed “essiccarla”. La batteria termica carica in questa fase verrebbe quindi trasportata fino al centro dati per invertire il processo. In un impianto industriale, come ad esempio un impianto chimico o una raffineria, il calore di scarto viene utilizzato per “caricare” la batteria termica essiccando la zeolite. L’acqua evaporata viene condensata e recuperata. La zeolite carica viene quindi trasportata, tramite camion o ferrovia, a un centro dati.
Qui il calore disperso dai server o assorbito in fluidi refrigeranti verrebbe impiegato per far evaporare l’acqua. Il vapore acqueo a sua volta sarebbe assorbito dalla zeolite essiccata, senza il bisogno di un compressore elettrico. Il calore di adsorbimento che ne deriva verrebbe espulso a una temperatura più alta, rendendo le torri di raffreddamento molto più efficienti rispetto a un ciclo a compressione standard. E il ciclo potrebbe ricominciare.
Quali vantaggi nel raffreddamento dei data center?
Utilizzando una modellazione termodinamica dettagliata, il team della NYU ha confrontato il sistema da loro proposto con una configurazione convenzionale (chiller cooling). Il risultato? In un’ampia gamma di condizioni operative, il team ha stimato che l’approccio proposto può ridurre fino all’86% il consumo totale di energia elettrica per il raffreddamento del data center. In termini di efficienza energetica, ciò si traduce in un miglioramento del 12% nell’utilizzo dell’energia (PUE).
Ben inteso: nel computo finale deve anche essere considerata l’energia spesa per trasportare la zeolite avanti e indietro. L’analisi geospaziale realizzata dal team sulle attuali collocazioni dei data center e degli impianti industriali mostra che i due si trovano solitamente abbastanza “vicini” (distanza media di 57 km). Di conseguenza, anche considerando i requisiti energetici per il trasporto, ad esempio tramite un camion elettrico, il risparmio di elettricità a livello di sistema potrebbe essere in molti scenari fino al 45%.
Attenzione all’impronta idrica
Più complessa appare invece la questione sotto il profilo idrico. Il sistema combinato consumerebbe complessivamente un quantitativo d’acqua maggiore, circa il 15-25% in più. I ricercatori tuttavia sottolineano che l’acqua rilasciata durante il processo di caricamento della zeolite può essere riutilizzata in loco, chiudendo parzialmente il ciclo. E che l’analisi non ha considerato le variazioni nell’utilizzo indiretto dell’acqua, ovvero quelle associate alla produzione di energia elettrica per l’impianto, che potrebbero compensare parzialmente o totalmente gli aumenti dell’utilizzo diretto dell’acqua, a seconda della composizione dell’approvvigionamento elettrico.
Leggi la ricerca Zeolite based thermal energy storage to leverage industrial waste heat for data center cooling in versione integrale, pubblicata su ChemRxiv (2026).
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