Zůstaň chladný: Termokapaliny pro e-mobilitu a pro datová centra

Doba nabíjení pouhých deset minut? To by se u elektromobilů mohlo brzy stát realitou. To vše umožňuje ponorné chlazení, při kterém jsou technické komponenty plně ponořeny v termokapalinách FUCHS. Proces lze také použít pro řízení tepla v datových centrech.

Maziva zajišťují nejen hladký chod, ale také chlazení. FUCHS využívá této vlastnosti k zajištění budoucnosti svých produktů v nových obchodních oblastech. Cílem jsou nové kapaliny pro řízení teploty systémů pohonu elektrických vozidel a také pro chlazení zařízení ve velkých datových centrech. Společnost zde používá nový proces, při kterém jsou celé moduly ponořeny do chladicích kapalin.

Husté oleje, tekoucí tuky a pronikavý zápach chemikálií ve vzduchu – tak si mnoho lidí představuje výrobce maziv. Tento obrázek však již není přesný, alespoň u FUCHS. Ve skutečnosti společnost již léta reaguje na megatrendy udržitelnosti a digitalizace inovativními produkty. Odborníci pracují v moderních laboratořích a vyvíjejí chladicí kapaliny a maziva, která určují trendy pro celý sektor.

Jedním z klíčových témat je e-mobilita. Motory, výkonová elektronika a vysokonapěťové baterie v elektrických autech jsou velmi horké. Pokud není systém tepelného managementu správně vyvážen, elektrické vozidlo může dokonce vzplanout. „Efektivní chlazení je proto extrémně důležité,“ komentuje Thomas Kraft, Business Development Manager E-Mobility.

Jeho tým zahájil vývojovou ofenzívu, aby ještě efektivněji řídil složité tepelné toky v elektromobilech. Za tímto účelem společnost staví most mezi starým a novým automobilovým světem. Koneckonců, oleje používané v konvenčních vozidlech byly vždy kromě jejich primárního úkolu mazání zodpovědné i za chlazení. Zkušenosti získané v této oblasti lze využít i pro e-mobilitu.

Baterie – výkonné, ale vysoce citlivé

Drahé baterie v elektrických vozidlech se skládají z mnoha menších článků a jsou obzvláště citlivé. „V ideálním případě by měly být vždy udržovány v optimálním rozsahu provozních teplot mezi 20 °C a 40 °C,“ vysvětluje Kraft. To zajišťuje nejdelší možnou životnost a nejlepší dojezd vozidla.

Udržet se v těchto mezích je však pro systémy tepelného managementu složitý úkol – zvláště když je elektromobil připojen k rychlodobíjecí stanici. Kabelem zde proteče až 350 kilowattů a to je jen začátek. "Nabíjecí kapacity 1000 kilowattů jsou již v plánu pro elektrická nákladní vozidla," komentuje Kraft. Tento extrémně vysoký výkon pomáhá dále zkracovat dobu nabíjení – která by brzy mohla být pouhých deset minut. Toto rychlé nabíjení však generuje obrovské množství tepla, takže konvenční chladicí procesy zde mohou snadno dosáhnout svých limitů.

Zkouška ohněm v laboratoři 

FUCHS proto investuje do nového procesu ponorného chlazení pro elektrická vozidla. Tento přístup již nepoužívá žádné vedení chladicí kapaliny. Místo toho jsou kompletní elektronické moduly ponořeny do speciální tekutiny, označované jako termokapalina. To umožňuje rovnoměrnější rozložení teploty, což činí proces efektivnější a cenově dostupnější.

Použité termokapaliny však musí splňovat přísné požadavky. Neměly by napadat materiály, ale také zpomalovat hoření. Ponorné chlazení se také již používá v několika superautech. Výrobci k tomu používají fluorovaná chladiva, která jsou kritická z hlediska manipulace při výrobě, likvidaci a úniku do životního prostředí. Pokud uniknou do atmosféry, mohou mít významný negativní dopad na vodní plochy prostřednictvím srážek.

FUCHS proto pracuje na alternativách. „Používáme tradiční oleje, které se skládají z uhlovodíkových řetězců a lze je ekologicky zlikvidovat,“ komentuje Kraft. Odborníci ze skupiny FUCHS pracují v zabezpečených laboratořích a zkoumají vlastnosti, které musí tyto termokapaliny splňovat. Jedná se o vysoce komplexní práci. Například uhlovodíky s krátkým řetězcem mají nižší viskozitu a lze je efektivněji čerpat chladicím systémem. Jsou však hořlavější.

Vývojáři proto musí mezi těmito vlastnostmi najít tu nejlepší možnou rovnováhu. Za tímto účelem testují nové produkty v reálných podmínkách a zkoumají, jak baterie reagují v případě požáru, když kolem nich cirkulují různé tekutiny. "Kromě dokonalého fungování je bezpečnost produktu naší nejvyšší prioritou," zdůrazňuje Kraft, i když náklady samozřejmě musí být také přiměřené.

Víc než jen horký vzduch

Vývojové práce se neomezují pouze na e-mobilitu. Ve skutečnosti lze ponorné chlazení stejně efektivně využít i v jiných oblastech. Jedna taková aplikace je v datových centrech – po celém světě jich neustále přibývá.

Obrovské množství dat proudí nepřetržitě mezi uzly sítě nebo je uloženo v cloudu. To vyžaduje nejen výpočetní výkon, ale také generuje teplo, což zase zvyšuje spotřebu energie. Podle nedávného průzkumu, který provedl Borderstep Institute for Innovation and Sustainability, vzrostly požadavky na napájení serverů a datových center v Německu jen v roce 2020 o sedm procent na 16 miliard kilowatthodin. Trendem je, že tento růst dále pokračuje.

Až dosud se k chlazení stále výkonnějších serverů a routerů v datových centrech používal proudící vzduch produkovaný silnými ventilátory. To ale brzy přestane stačit. Průmysl proto hledá nové možnosti tepelného hospodářství. „Ponorné chlazení může být důležitou součástí řešení,“ komentuje David Baier, vedoucí oddělení Global Product Management Industrial Oils. 

Úzce propojené 

Hovoří proto s provozovateli datových center, ale i jejich dodavateli a výrobci hardwaru. Koneckonců, použité chladicí kapaliny a technické komponenty musí být vzájemně kompatibilní. "Kapaliny nesmí být za žádných okolností vodivé," komentuje Baier. Neměly by poškodit elektroniku a musí být schopny účinné distribuce. Pouze až budou tyto předpoklady splněny, mohou být celé servery ponořeny do oleje.

Polská pobočka FUCHS je průkopníkem v ponorném chlazení pro datové technologie. Společně s průkopnickým zákazníkem a odborníky z německé sesterské společnosti FUCHS již společnost vyvinula chladicí kapalinu pro krypto-dolovací zařízení, tedy pro vytváření virtuální měny, jako jsou bitcoiny. Tento složitý proces spotřebovává obrovské množství elektřiny. „Ponorné chlazení nám umožňuje výrazně snížit spotřebu energie,“ komentuje Bogdan Miśta, produktový manažer společnosti FUCHS v Polsku. Pilotní projekt přinesl také některá neočekávaná zjištění. Zákazník například kladl velký důraz na zajištění neutrálního zápachu termokapalin, což je v jiných odvětvích typicky až druhotný požadavek.

Ponorné chlazení pro datová centra a serverové farmy je stále v plenkách. Vývojové práce ale pokračují. V budoucnu by se generované teplo mohlo potenciálně využívat také k vytápění místností nebo k ohřevu vody. Výběr té správné chladicí kapaliny je zde jednoznačně zásadní. Odborníci ze společnosti FUCHS již tuto myšlenku převzali.