Como a sustentabilidade do data center é alcançada

Em 2022, o mundo criou 97 zettabytes de dados. Estimativas recentes projetam que chegaremos a 175 zetabytes até 2025. Para colocar esses números em perspectiva, se você imprimisse 175 zetabytes de texto, a quantidade de papel que usaria poderia cobrir o planeta Terra 10 vezes.

A maior parte dessas informações é armazenada em data centers - edifícios dedicados a abrigar servidores de computadores. Esses servidores alimentam o mundo digital, executando tudo, desde sites e plataformas de mídia social até serviços de streaming e aplicativos de computação em nuvem.

Os data centers são a espinha dorsal da Internet e são essenciais para o nosso modo de vida. No entanto, eles não são sustentáveis. Os data centers consomem 3% da eletricidade mundial e produzem 2% dos gases de efeito estufa - mais do que a indústria da aviação.

O data center cresceu exponencialmente desde a sua criação, mas este rápido crescimento está a colocar pressão sobre o nosso planeta e a gerar uma quantidade significativa de resíduos. Com a previsão de que o sector cresça ainda mais, como conciliamos esta expansão com a crise ambiental iminente?

Este artigo explora o que é a sustentabilidade do data center, por que ela é essencial e como podemos alcançá-la.

O que significa sustentabilidade do data center?

A sustentabilidade do data center é a prática de projetar, operar e manter data centers de forma a minimizar seu impacto ambiental.

Simplificando, sustentabilidade significa usar menos e desperdiçar menos para preservar o futuro do nosso planeta e dos seus recursos para a próxima geração.

Como a sustentabilidade do data center é medida?

Ao quantificar a sustentabilidade, podemos identificar áreas para melhoria e implementar mudanças significativas.

Aqui estão as métricas mais comuns para medir a sustentabilidade do data center.

Eficácia no uso de energia (PUE)

A Eficácia no Uso de Energia (PUE) mede a eficiência com que um data center usa energia. É calculado dividindo a energia total consumida pelo data center pela energia consumida pelos equipamentos de TI. Um PUE mais baixo indica maior eficiência.

Por exemplo, um data center com um PUE de 1,2 utiliza 20% da energia total para alimentar equipamentos não relacionados a TI, como sistemas de refrigeração e iluminação. Um PUE de 1,0 seria o ideal, mas há sempre alguma perda de energia, mesmo quando se utilizam equipamentos e práticas mais eficientes.

Pegada de carbono

A pegada de carbono de um data center é a quantidade total de gases de efeito estufa que ele emite. Os data centers não funcionam com combustíveis fósseis, exceto nos raros casos de apagões de eletricidade, em que podem utilizar geradores a diesel. No entanto, se consumirem electricidade de centrais eléctricas a carvão e a gás natural, isso ainda será contabilizado na sua pegada de carbono.

Por exemplo, um data center que consome 100 megawatts-hora de eletricidade anualmente e utiliza energia a carvão teria uma pegada de carbono de cerca de 43 toneladas métricas de CO2.

Utilização de água

Os data centers usam água para resfriar seus servidores no resfriamento evaporativo. O resfriamento evaporativo funciona pulverizando água no ar, o que faz com que a água evapore e absorva calor. Os data centers apresentam flutuações sazonais no uso de água, com menor consumo no inverno e maior demanda no verão. À medida que as temperaturas exteriores aumentam, os sistemas de refrigeração dos centros de dados requerem mais energia e água para regular eficazmente a temperatura do ar interno da instalação.

O monitoramento do uso da água é um processo relativamente simples que envolve o monitoramento da quantidade de água utilizada durante um período. Além disso, a medição da eficiência é feita por meio de uma métrica chamada Eficácia no Uso da Água (WUE). O WUE é calculado dividindo o consumo total de água de um data center pelo consumo total de energia do equipamento de TI. Quanto menor o WUE, mais eficiente será o uso da água pelo data center.

Produção de Resíduos

Os data centers geram uma quantidade significativa de resíduos, incluindo resíduos eletrônicos (e-lixo), resíduos de construção e resíduos de alimentos.

Destes três tipos, o lixo eletrônico é o mais problemático devido ao chumbo, cádmio, mercúrio, arsênico e outros materiais perigosos presentes nos equipamentos fora de uso. À medida que o lixo eletrónico se degrada, estes componentes perigosos infiltram-se no ambiente, representando uma grave ameaça à saúde humana e ao ambiente.

O estado atual da sustentabilidade do data center

Juntamente com o crescimento das cargas de trabalho, houve um aumento notável na eficiência do data center. A proporção média de PUE em todo o mundo é de 1,55 e tem diminuído constantemente há mais de uma década. Entre 2015 e 2021, o consumo de eletricidade do data center aumentou de 10% a 60%. Durante o mesmo período, as cargas de trabalho cresceram 260% e o tráfego da Internet 440%.

Além disso, as operadoras de data centers usaram 50% mais energia renovável em 2023 e foram coletivamente os compradores corporativos mais proeminentes de energia renovável, comprando mais da metade de todas as energias renováveis nos EUA. Muitas operadoras se comprometeram a se tornar neutras em carbono até 2030, com algumas até construindo seus própria infra-estrutura de energia renovável.

Apesar da tendência positiva, o estado atual da sustentabilidade é misto, com desafios significativos pela frente.

Consumo de energia

Nos Estados Unidos, os data centers consomem cerca de 90 bilhões de quilowatts-hora anualmente, cerca de 2% do consumo nacional de energia. Este já vasto número irá provavelmente aumentar nos próximos anos, impulsionado pelo aumento da procura de tecnologias com utilização intensiva de recursos, como a inteligência artificial.

Embora os centros de dados sejam essenciais para o modo de vida moderno, o seu consumo de energia está a colocar pressão sobre a já frágil rede eléctrica. Este facto é especialmente preocupante se considerarmos outros factores que aumentam a procura de energia, como as alterações climáticas, o aumento dos veículos eléctricos e os preços do gás natural.

Consumo de água

Há menos estatísticas confiáveis sobre o uso de água em data centers, já que metade dos operadores de data centers em todo o mundo não coleta dados de uso de água. No entanto, um estudo de 2018 descobriu que os data centers dos EUA usam cerca de 5,13 bilhões de metros cúbicos de água anualmente. O data center médio tem uma WUE de 1,8 L/kWh, o que significa que eles usam 1,8 litros de água para cada quilowatt-hora de eletricidade.

O uso da água nos data centers é especialmente problemático em regiões com escassez de água, pois sobrecarrega os recursos locais e priva as comunidades do acesso à água potável.

Produção de Resíduos

Os humanos geram 50 milhões de toneladas de lixo eletrônico anualmente, mais do que o peso combinado de todos os aviões comerciais já fabricados. Apenas 20% desses resíduos são formalmente reciclados.

Os data centers são um dos principais contribuintes para a produção de lixo eletrônico, mas não estão sozinhos na criação deste problema. Nos EUA, a lei permite que os indivíduos decidam o que fazer com os seus produtos eletrónicos descartados, e a maioria das pessoas deita-os no lixo. Para enfrentar este desafio, devemos implementar políticas que incentivem a reciclagem e eduquem as pessoas sobre o impacto ambiental do lixo eletrónico.

Como a sustentabilidade é alcançada em data centers?

A indústria de data centers tem muitos caminhos para diminuir seu impacto ambiental.

Aqui estão os elementos de um data center sustentável.

Energia renovável

Os data centers podem reduzir significativamente a sua pegada de carbono ao incorporar fontes de energia renováveis, como a solar e a eólica.

A transição para as energias renováveis também é cada vez mais rentável. O preço da energia renovável tem diminuído constantemente ao longo dos anos e é agora mais barato do que os combustíveis fósseis em muitos locais do mundo. A pesquisa sugere que as energias renováveis em breve se tornarão a forma mais barata de energia para quase todas as aplicações. Além disso, o abandono dos combustíveis fósseis até 2050 poderia poupar à economia global biliões de dólares.

Aqui estão os dois métodos principais para implementar energias renováveis:

1. Conexão direta com fontes renováveis. Os data centers podem se conectar diretamente a fontes de energia renováveis, como painéis solares ou turbinas eólicas. A conexão direta pode reduzir a dependência do data center da rede e diminuir sua pegada de carbono.
2. Compra de certificados de energia renovável (RECs). Os RECs são uma forma de apoiar o desenvolvimento de energia renovável sem gerar eletricidade por conta própria. Ao adquirir um REC, você está pagando para que uma determinada quantidade de energia renovável seja gerada e adicionada à rede. Os REC reduzem a intensidade global de carbono da eletricidade, o que beneficia a todos, incluindo os centros de dados.

Além desses dois métodos, os operadores de data centers podem realocar cargas de trabalho entre data centers com base na capacidade da rede de eletricidade renovável. Por exemplo, se um centro de dados numa região estiver a enfrentar uma escassez de energias renováveis, os operadores podem realocar as cargas de trabalho para outra região com energia excedentária.

Eficiência computacional

O aumento da eficiência computacional tem sido um impulsionador crítico da sustentabilidade dos data centers e continuará a desempenhar um papel vital.

Aqui estão alguns exemplos específicos de como a eficiência da computação melhora a sustentabilidade do data center:

• A virtualização permite que vários sistemas operacionais sejam executados em um único servidor físico, reduzindo o número de servidores necessários e economizando energia e dinheiro. A virtualização cria uma camada virtual sobre um servidor físico, permitindo que muitos sistemas operacionais executem cargas de trabalho independentes. Os servidores virtuais também permitem a alocação dinâmica de recursos, permitindo que os data centers ajustem rapidamente o uso de recursos e evitem o provisionamento excessivo.
• Consolidação envolve combinar várias cargas de trabalho em um único servidor. Assim como a virtualização, a consolidação reduz o número de servidores físicos necessários.

Computação em nuvem

A computação em nuvem é a entrega sob demanda de recursos e aplicativos de TI pela Internet. Em vez de construir e manter seus próprios data centers, as organizações podem acessar recursos de computação de um provedor de nuvem.

Grandes data centers operados profissionalmente são muito mais eficientes e sustentáveis do que pequenos data centers locais por vários motivos:

• Gestão. Os provedores de nuvem têm conhecimento e experiência para gerenciar data centers com eficiência e minimizar o consumo de energia.
• Equipamento. Os provedores de nuvem usam os mais recentes equipamentos e tecnologias com eficiência energética.
• Economia de escala. Os provedores de nuvem podem obter economias de escala impossíveis para pequenos data centers locais.

Resfriamento

Dispositivos eletrônicos geram calor durante a operação. Manter a temperatura ambiente do servidor entre 20 e 22 graus Celsius (68-71 graus Fahrenheit) é essencial para a confiabilidade e o desempenho do servidor. À medida que os componentes do computador se tornam mais rápidos e mais pequenos, o calor que geram intensifica-se e torna-se mais concentrado. O resfriamento e a ventilação são vitais e representam até 40% do consumo total de energia de um data center. O resfriamento inadequado também danifica equipamentos e contribui para o problema do lixo eletrônico.

Tradicionalmente, os data centers usam resfriamento mecânico de ar para circular o ar pelos servidores e outros equipamentos. Os ventiladores manipulam o ar, que absorve o calor e sai do data center. O resfriamento a ar é o padrão porque é barato e fácil de implementar. No entanto, é também o menos eficiente e eficaz, mesmo com os avanços modernos.

Outro método é o resfriamento evaporativo, que utiliza água para resfriar o ar ao redor dos servidores. À medida que a água evapora, ela absorve o calor do ar circundante, fazendo com que o ar esfrie - o mesmo princípio que faz com que sua pele fique mais fria quando você transpira. O resfriamento evaporativo é mais eficiente do que o resfriamento por ar puro, mas tem o custo do uso de um recurso precioso.

Resfriamento Líquido

À medida que os chips se tornam mais potentes, o resfriamento a ar se torna menos eficaz na remoção de calor. Os operadores de data centers agora estão buscando a refrigeração líquida, que utiliza refrigerante para absorver e transferir o calor para longe dos servidores.

Algumas tecnologias inovadoras de refrigeração apresentam grande potencial para tornar os data centers mais eficientes e ecológicos.

• O resfriamento líquido direto no chip faz circular o líquido refrigerante diretamente sobre a CPU e outros componentes do servidor que geram calor para dissipar o calor. O refrigerante flui através de uma placa fria fixada no chip, absorvendo o calor. O refrigerante aquecido flui então através de uma rede de tubulação até um trocador de calor, liberando calor no ambiente. Direct-to-chip é muito mais eficiente que o resfriamento a ar porque o líquido tem uma condutividade térmica maior que o ar.
• O resfriamento por imersão envolve a submersão dos componentes do computador em um refrigerante condutor térmico, mas não eletricamente. Ao mergulhar os servidores em óleo mineral, a necessidade de ventiladores e outras peças móveis é eliminada, permitindo a implantação eficiente de aplicações de alta densidade que seriam difíceis de resfriar usando métodos tradicionais. Além disso, o líquido refrigerante pode ser reciclado, reduzindo ainda mais o impacto ambiental do processo de resfriamento.

Inteligência artificial

A inteligência artificial (IA) e o aprendizado de máquina (ML) estão transformando o data center. Eles podem otimizar o resfriamento, o posicionamento da carga de trabalho e a previsão de falhas, resultando em economias significativas de energia e redução do impacto ambiental.

Resfriamento Automático

Um desenvolvimento de ponta é o resfriamento automático assistido por IA. Os algoritmos de IA podem detectar e responder rapidamente às mudanças de temperatura em um data center, garantindo a temperatura ideal e minimizando o consumo de energia.

Posicionamento otimizado da carga de trabalho

Os algoritmos de IA também podem otimizar o posicionamento da carga de trabalho. Ao colocar automaticamente as cargas de trabalho nos servidores mais apropriados com base nos seus requisitos e na disponibilidade de recursos, a IA pode garantir que as cargas de trabalho sejam executadas de forma eficiente, reduzindo a carga geral e o consumo de energia.

Previsão e prevenção de falhas

IA e ML podem prever e prevenir falhas de hardware em data centers. Ao analisar dados de sensores, registros e outras fontes, os algoritmos de IA identificam padrões e tendências que indicam uma falha iminente. Este sistema de alerta permite que os operadores de data centers evitem a destruição antecipada de hardware.

Otimização Energética

Os algoritmos de IA e ML podem otimizar o uso de energia em data centers monitorando o consumo de energia e os dados da carga de trabalho. A IA encontra maneiras de reduzir o uso de energia, por exemplo, desligando servidores ociosos ou alterando a temperatura do data center.

Localização e Fornecimento de Energia

Condições climáticas favoráveis, como baixas temperaturas ambientes, reduzem naturalmente a necessidade de refrigeração e ventilação, o que se traduz num menor consumo de água e numa redução das emissões de gases com efeito de estufa.

Os data centers em climas quentes também trabalham mais para manter os servidores resfriados, aumentando o desgaste do equipamento, encurtando sua vida útil e levando a falhas mais frequentes. Por outro lado, a construção de data centers em climas mais frios prolonga a vida útil dos equipamentos e reduz o lixo eletrônico.

Além das considerações climáticas, a composição das centrais eléctricas locais influencia grandemente a pegada ambiental de um data center. Aqueles que dependem de redes eléctricas movidas a combustíveis fósseis terão uma pegada de carbono muito maior do que aqueles que dependem de energias renováveis.

Gestão de lixo eletrônico

Os data centers podem minimizar o lixo eletrônico adotando uma estratégia de ciclo de vida sustentável.

Esta abordagem inclui:

• Prolongar a vida útil do equipamento através de manutenção regular e cuidados proativos.
• Monitorar a eficiência do resfriamento para reduzir o risco de descarte prematuro de equipamentos de qualidade.
• Implementação de termostatos inteligentes para equilibrar a manutenção da temperatura com a eficiência energética.
• Reaproveitar hardware antigo em backups em vez de deixá-los deteriorar e descartá-los.
• Projetar novos equipamentos tendo em mente a reutilização futura.
• Reutilizando e reciclando tanto quanto possível.
• Estabelecer parcerias com empresas de gestão de resíduos que aplicam uma política de “zero resíduos para aterro” e evitam o transporte marítimo para o estrangeiro, o que gera elevados níveis de emissões de carbono e muitas vezes leva ao dumping.

Benefícios da abordagem de sustentabilidade

Os consumidores estão cada vez mais favorecendo marcas comprometidas com a sustentabilidade ambiental. Quatro em cada cinco pessoas afirmam que têm maior probabilidade de fazer negócios com uma empresa que se concentra na sustentabilidade.

Além disso, 71% dos funcionários e candidatos a emprego consideram as empresas ambientalmente sustentáveis mais atraentes. Mais de dois terços têm maior probabilidade de se candidatar e aceitar cargos em organizações que priorizam a responsabilidade ambiental e social.

Finalmente, à medida que o preço dos recursos e da electricidade aumenta, faz sentido, do ponto de vista económico, tornar-se ecológico. Por exemplo, a eletricidade constitui até 70% das despesas operacionais globais de um data center. Desperdiçar menos reduz custos e melhora a lucratividade.

Data centers sustentáveis: um farol de esperança para um futuro mais verde

O avanço tecnológico e a preservação dos preciosos recursos do nosso planeta não precisam de estar em conflito e os centros de dados sustentáveis são o guia para alcançar uma relação mais harmoniosa entre estas duas aspirações.

Até agora, fizemos progressos significativos no estabelecimento das bases para data centers sustentáveis. Esta base inclui maior acessibilidade à energia renovável acessível e avanços revolucionários em energia, refrigeração e eficiência computacional.

Embora este seja um desenvolvimento positivo, temos mais trabalho pela frente. As alterações climáticas são uma ameaça existencial e a próxima década será crucial nos nossos esforços para reduzir o seu impacto. Os data centers sustentáveis e isentos de carbono desempenharão um papel vital neste esforço e são um marco crítico na nossa jornada em direção à responsabilidade ambiental.