Peran Biomasa dan Cooling Tower pada Green Hyperscale Data Center

Menjalankan operasi data besar membutuhkan listrik yang stabil dan tidak terputus serta pendinginan yang andal. Pembangkit listrik tenaga surya saja murah tetapi tidak stabil. Sifat intermittensi pembangkit listrik tenaga surya (sama seperti pembangkit listrik tenaga angin) akan menjadi hambatan sebagai sumber energi utama data center. Banyak energi dapat dihasilkan pada siang hari dan digunakan, tetapi energi yang tidak digunakan akan hilang begitu saja. Penyimpanan memungkinkan energi untuk digunakan kemudian, yakni misalnya untuk memenuhi kebutuhan selama periode permintaan tinggi, bukan hanya saat matahari bersinar. Hal inilah sehingga pembangkit listrik tenaga surya skala besar harus dipadukan dengan penyimpanan baterai. Energi bersih sekarang terkait erat dengan keandalan, waktu, dan perencanaan operasional, bukan hanya target emisi. Tetapi baterai kapasitas besar tersebut biayanya sangat mahal. 

 

Penggunaan bahan bakar biomasa untuk produksi listrik sebagai sumber energi data center akan menjadi kombinasi yang ideal dengan pembangkit listrik tenaga surya (panel surya) tersebut. Bahan bakar biomasa sebagai bahan bakar padat seperti batubara maka teknologi pembakaran untuk menghasilkan listrik juga sama. Bedanya bahan bakar biomasa adalah sumber energi terbarukan atau carbon neutral fuel, sedangkan batubara adalah bahan bakar fosil atau carbon positive fuel, Selain fasilitas pembangkit listrik biomasa, pembangkit listrik dari biogas juga bisa digunakan untuk mengatasi masalah intermittent pembangkit listrik tenaga surya (panel surya).  Hal ini karena fasilitas biomassa dan biogas menyediakan pembangkitan yang konsisten sepanjang tahun, menawarkan operator sistem kapasitas yang berharga dan dapat diatur yang dapat ditingkatkan atau diturunkan sesuai kebutuhan. 

Pendinginan yang handal bisa dilakukan dengan menggunakan cooling tower. Cooling tower adalah perangkat penukar panas secara evaporative cooling yang umum digunakan diberbagai industri pengolahan (kilang minyak, petrokimia, pulp and paper, tekstil dsb), maupun pembangkit listrik (batubara, gas, geothermal maupun biomasa). Faktor kunci berupa kualitas air sangat penting bagi operasional cooling tower tersebut, untuk lebih detail tentang berbagai masalah air pada cooling tower baca disini. Dengan cooling tower tersebut maka kebutuhan air untuk operasional data center bisa efisien karena air disirkulasi secara terus-menerus, bukan sekali pakai (once through system). Apalagi dengan water treatment technology menggunakan teknologi AOP (advanced oxidation process) untuk cooling tower water conditioner, maka selain hemat biaya juga ramah lingkungan karena tidak menghasilkan polusi sekunder dari aplikasinya.  

Optimasi Kinerja Cooling Tower dengan Peningkatan Kualitas Air dengan Teknologi AOP Ramah Lingkungan

Cooling tower (menara pendingin) adalah perangkat penting dan vital bagi operasional berbagai industri pengolahan secara luas. Proses pendinginan tersebut bagi suatu industri pengolahan, industri kimia, industri migas (kilang minyak dan petrokimia), industri biofuel dan biorefinery, pembangkit listrik (berbahan bakar fossil fuel maupun biomasa), geothermal  hingga data center skala besar (hyperscale) sangat penting. Dengan kondisi proses yang tercapai maka industri tersebut bisa menghasilkan produk yang ekonomis / efisien dan stabil. 

Media pendingin di industri atau pabrik tersebut berupa air, dan air tersebut didinginkan dalam cooling tower. Dan udara dari atmosfer digunakan untuk mendinginkan air hangat dari proses di industri atau pabrik melalui alat cooling tower ini. Hal ini sehingga terjadi kontak langsung antara udara dari atmosfer dengan air hangat untuk didinginkan tersebut. Hal inilah yang menjadi salah satu sumber pengotor bagi air cooling tower tersebut. Sejumlah air tambahan (make-up water) juga perlu ditambahkan untuk mengganti air yang hilang seperti blow down, kebocoran dan sebagainya. 

Dengan operasional 24 jam secara terus menerus hampir setahun penuh dengan volume air pendingin yang disirkulasikan juga besar hingga ribuan ton/jam , tentu bukan hal sederhana untuk bisa menjaga kualitas air tetap baik dan stabil. Apabila kualitas air tidak bisa dijaga maka akan muncul sejumlah masalah serius. Sejumlah masalah bagi operasional cooling tower tersebut seperti korosi, kerak, terbentuk lapisan karena green algae, bahan-bahan organik dan sejumah mikro organisme akan menurunkan performa cooling tower tersebut. Apabila hal itu terjadi maka pertukaran panas akan tergangggu dan kebutuhan energi untuk operasional cooling tower akan meningkat. Ketika proses pendinginan tidak berjalan sebagaimana mestinya hal tersebut juga akan berpengaruh pada kualitas produk dan keawetan peralatan produksi, bahkan ekstrimnya jika cooling tower tidak berfungsi maka industri atau pabrik tersebut akan berhenti beroperasi (shut down). 

Pada kondisi cooling tower yang rusak atau efisiensi rendah seperti karena terjadinya kerak sehingga terjadi efek pembuangan panas yang rendah dan banyak kehilangan energi. Lalu terjadinya karat menyebabkan pipa rapuh dan bocor sehingga umur pakai pipa singkat saja. Lalu munculnya green algae, lumut dan lumpur dari akumulasi bahan organik hal-hal tersebut akan menganggu aliran air bahkan penyumbatan pada pipa dan kran-kran.  Pengganggu lainnya yakni adanya bakteri dan khususnya legionella (bakteri patogen yang menyebabkan legionellosis) yang menyebabkan berbagai masalah kesehatan.  

Air dingin sebagai output / produk dari cooling tower akan digunakan sebagai media pendingin dalam industri atau pabrik seperti kondensor maupun alat penukar panas lainnya.  Lapisan pengotor (fouling) yang terbentuk oleh kerak pada permukaan alat penukar panas (heat exchanger) pada akhirnya mengurangi koefisien perpindahan panas secara keseluruhan. Secara umum, sekitar 15% energi hilang setiap tahunnya karena penurunan efisiensi perpindahan panas yang disebabkan oleh pengotoran (fouling). Oleh karena itu, perlu dilakukan penggantian pipa secara berkala setiap 3 hingga 5 tahun sekali, dan itu bukan biaya yang murah. Bahkan jika masalah pengotor (fouling) ini tidak dikendalikan maka kehilangan panas (heat loss) dapat mencapai hingga 70% setelah lima tahun beroperasi.

Apabila terjadi masalah maka perbaikan perlu dilakukan dan sering kali perbaikan cooling towetr tersebut berbiaya mahal. Sejumlah perbaikan / reparasi pada cooling tower tersebut meliputi perbaikan struktur, penggantian komponen mekanik, drift eliminators, distribusi air dan tipe fill. Selain masalah desain dari pembuat alat cooling tower tersebut masalah kualitas air sangat berpengaruh pada performa hingga umur pakai peralatan tersebut. Hal ini sehingga salah satu solusinya yakni upaya untuk menjaga kualitas air tersebut harus dimaksimalkan. 

Teknologi AOP (advanced oxidation process) telah menjadi perhatian negara-negara maju untuk memaksimalkan kualitas air termasuk air sebagai media pendingin yang diproses dalam cooling tower. Teknologi AOP memberikan sterilisasi lengkap tanpa meninggalkan residu beracun dan menunjukkan daya oksidasi yang jauh lebih kuat daripada oksidan konvensional seperti klorin, klorin dioksida, dan kalium permanganat. Teknologi AOP yang dirancang khusus untuk kecepatan dan intensitas reaksi akan sangat efektif untuk tujuan tersebut.  

Dibandingkan treatment dengan bahan kimia, walaupun treatment secara kimia masih umum digunakan, tetapi terdapat pembatasan karena pencemaran lingkungan dan produksi formaldehida, serta karena para pekerja terkena bahaya yang serius. Seiring dengan semakin ketatnya pembatasan terhadap pencemaran lingkungan oleh pemerintah masing-masing, penggunaan bahan kimia akan semakin dibatasi. Beberapa negara maju mulai mengendalikan penambahan bahan kimia. Pemerintah Singapura melarang penambahan bahan kimia ke cooling tower sejak tahun 2008.

Jika tertarik mengetahui teknologi AOP dan aplikasinya untuk cooling tower water conditioner tersebut, silahkan kontak : eko.sbs@gmail.com

 

Sumber Energi untuk Data Center Antara Pertumbuhan dan Keberlanjutan serta Peran Bioenergi

Pusat data adalah fasilitas fisik yang menampung sistem komputer dan infrastruktur terkait, seperti server dan penyimpanan, yang digunakan untuk menyimpan dan memproses data. Mereka ini membentuk fondasi kekuatan komputasi suatu negara, dan menjadi sebuah ketergantungan inti dalam membangun Kecerdasan Buatan (AI) berskala besar.Dan khusus pusat data AI ini lebih boros energi. Menurut Badan Energi Internasional (IEA), pusat data AI tipikal saat ini menggunakan energi sebanyak 100.000 rumah tangga, sementara pusat-pusat AI besar saat ini mengonsumsi sekitar 20 kali lipat jumlah tersebut ( 2 juta rumah tangga).

Daya komputasi yang dibutuhkan untuk mendukung pertumbuhan AI juga meningkat dua kali lipat kira-kira setiap 100 hari. Sebagai contoh Malaysia bahwa tidak mengherankan jika konsumsi energi pusat data di Malaysia diproyeksikan melonjak hingga lebih dari 5.000 MW pada tahun 2035, yaitu 40 persen dari kapasitas daya Semenanjung Malaysia saat ini, atau 11,1 persen dari kapasitas daya Malaysia yang diproyeksikan pada tahun 2035. Sedangkan di Indonesia. Sedangkan proyeksi konsumsi listrik data center di Indonesia melonjak signifikan, diprediksi mencapai 5.200 MW pada 2034 dan bahkan bisa mencapai 12.000 MW pada 2033.  Dan kapasitas saat ini tahun 2025 baru sekitar 274 MW dan dengan prediksi pertumbuhan 16,8% per tahun bisa mencapai target >2.000 MW di 2029. 

Setidaknya ada 2 pendorong utama pertumbuhan industri pusat data ini. Pertama, faktor sisi permintaan meliputi pertumbuhan cloud dan AI, bersama dengan meningkatnya permintaan global akan kapasitas penyimpanan dan pemrosesan data dalam tugas sehari-hari seperti jejaring sosial, e-commerce, dan penyimpanan data. Kedua, faktor sisi penawaran meliputi ketersediaan sumber daya seperti listrik dan air, konektivitas serat optik dan ketersediaan lahan. 

Pada perkembangan pertumbuhan industri pusat data, dengan tinggi atau borosnya konsumsi energi untuk pusat data telah berkontribusi pada kenaikan harga listrik bagi penduduk dan usaha kecil. Setiap negara harus mengambil pelajaran dari studi kasus ini saat berupaya mencapai keseimbangan antara pertumbuhan dan keberlanjutan. Sebagai contoh yakni di Georgia, AS, pasar pusat data dengan pertumbuhan tercepat di AS, Georgia Power melaporkan bahwa 80 persen dari proyeksi peningkatan permintaan energi sebesar 8.200 MW pada tahun 2030 terkait dengan rencana pusat data yang akan dibuka di negara bagian tersebut. Untuk mengatasi peningkatan permintaan listrik, tarif listrik dasar telah dinaikkan dan pembangunan pembangkit listril tenaga nuklir (PLTN) baru.

Georgia merupakan pasar yang menarik untuk pusat data, mengingat harga listrik yang relatif rendah, dengan tarif listrik industri sekitar 42 persen di bawah rata-rata nasional AS. Keringanan pajak yang besar juga dijanjikan, dengan setidaknya US$163 juta dihapuskan dalam pengumpulan pajak negara bagian dan pajak penjualan lokal setiap tahun sejak tahun 2022. Tetapi sejak tahun 2023, rata-rata pelanggan perumahan Georgia Power membayar US$43 lebih banyak per bulan menyusul kenaikan tarif dasar listrik. Untuk menanggapi tantangan ini, Rancangan Undang-Undang Senat diajukan untuk melindungi pelanggan perumahan dan komersial dari tagihan listrik yang lebih tinggi karena investasi besar-besaran perusahaan listrik untuk memenuhi kebutuhan energi kecerdasan buatan. 

Upaya untuk  mengatasi peningkatan permintaan energi bagi pusat data sekaligus mengurangi dampak lingkungannya perlu dilakukan. Pendekatan yang biasa dilakukan adalah  optimalisasi Efektivitas Penggunaan Daya (Power Use Effectiveness / PUE) dan metrik terkait, serta peralihan ke energi terbarukan.  Penggunaan energi terbarukan untuk pusat data masih belum banyak dilakukan ataupun kalau sudah dilakukan maka kapasitasnya masih kecil yakni kurang dari 5%. Jenis energi terbarukan juga masih memprioritaskan matahari, dan angin yang bersifat intermittent. 

Para pelaku industri juga menyatakan bahwa sifat intermiten energi surya (setidaknya tanpa sistem penyimpanan baterai yang dikembangkan dengan baik) tidak menjadikannya sumber energi yang ideal untuk pusat data, mengingat kebutuhan untuk menjaga agar pusat data tetap beroperasi 24 jam sehari, 7 hari seminggu. Dengan kapasitas pembangkitan surya yang terbatas, pusat data sering mengandalkan generator diesel cadangan. Meskipun diesel terbarukan (biodiesel dan green diesel) merupakan pilihan yang tersedia, saat ini belum ada peraturan yang mendorong transisi ini. 

Biomasa sebagai sumber energi atau bioenergi bagi pusat data tersebut masih sangat minim. Biomasa tersebut bisa digunakan langsung pada pembangkit listrik biomasa(PLTBm) dimana tipe CFB sangat umum digunakan ataupun dengan cara cofiring pada pembangkit listrik (PLTU) batubara. Selain itu juga bisa memanfaatkan biomasa sebagai sumber energi dan juga produksi biochar yakni dengan teknologi pirolisis, seperti perusahaan di AS ini. Syngas dari pirolisis tersebut sebagai sumber energi yang bersifat carbon neutral dan biochar sebagai produk utama untuk carbon sequestration / CCS sehingga operasionalnya carbon negative.