初创公司拟用“超临界”二氧化碳为数据中心供电
一家新公司计划提升数据中心所用高污染燃气轮机的效率，方案是：液态二氧化碳。
American Supercritical 于周三正式亮相，宣布获得 800 万美元融资。这家公司想对许多数据中心依赖的低效燃气轮机进行改造，换成能发更多电、又不增加排放的机组（不过这些燃气轮机仍会继续排放碳污染）。在电力需求飙升的当下，这项技术在理论上还能应用于各种能源。
“我们想从燃气轮机入手，但最终会扩展到更广的领域，”联合创始人 Simon Shuham 说。
美国大多数大型燃气电厂采用一种叫“联合循环”的工艺，使用多台热机：先由涡轮机燃烧压缩空气和天然气发电，再用另一台热机利用高温废气产生蒸汽，产出额外电力。但由于种种原因，美国各地的数据中心纷纷选择用简单循环燃气轮机供电，省去了蒸汽环节。
这类燃气轮机的效率远低于联合循环电厂。通常，简单循环燃气轮机只有约 35% 的能量转化为电能，其余都以废气形式散失（联合循环电厂的这一比例接近 60% 到 65%）。废气中还含有温室气体，因此使用简单循环燃气轮机的电厂对环境的危害远大于联合循环电厂。
这类电厂规模大、效率又低，对气候而言堪称灾难。比如，亚马逊正在得克萨斯州建设的一座仅使用简单循环燃气轮机的大型数据中心电厂，获准每年排放超过 3300 万吨温室气体——超过一些小国的全年排放总量。
American Supercritical 的创始人表示，这些小型低效涡轮机与超临界二氧化碳技术搭配起来恰到好处。当二氧化碳在特定温度下被加压时，就会进入超临界状态。在此状态下，它具有液体的密度却表现如气体，这意味着能量可以经由更小的设备更高效地传输。
American Supercritical 希望将这些装置加装在小型燃气涡轮机上，以协助发电。虽然涡轮机本身仍使用燃气，但超临界二氧化碳装置能利用涡轮机产生的高温废气来额外发电。该装置无需利用热量烧水产生蒸汽，而是直接通过加压二氧化碳传递热量来产生更多能源，且不增加任何额外排放。
“我们本质上是在建造微型联合循环电站，”Shuham 说道。
使用超临界二氧化碳还能消除或大幅减少发电过程中的用水量——这一点在数据中心领域备受审视。重要的是，二氧化碳在封闭系统中运行，无需不断补充。联合创始人 Matthew Carlson 研究超临界二氧化碳已超过十年，他将其类比为循环二氧化碳以实现冷却的制冷系统。
该公司计划首先推出 10 兆瓦的装置——以燃气厂的标准而言相对较小。据 American Supercritical 计算，加装超临界二氧化碳装置最多可将涡轮机效率提高 50%，且不会增加任何温室气体排放或用水量。
但即使为全美为数据中心供电的低效燃气涡轮机全部加装超临界二氧化碳装置，也无法将排放降至零。天然气生产和使用，即便使用高效涡轮机，仍会使地球变暖。数据中心本身也是一个庞大的新污染源——而世界此刻正需要缩减其使用。
美国国家实验室对超临界 CO2 发电技术的研究已持续超过 50 年。过去二十年里，研究重心从理论转向实际应用，得益于压气工艺的突破。曾在 GE 担任涡轮工程师二十年的 Doug Hofer 现在是 American Supercritical 的顾问，他指出，一项关键创新是开发出更紧凑、更廉价的热交换器——这类装置能同时为 CO2 加热和冷却。
亚利桑那州立大学工程系教授、Center for Advanced Turbomachinery and Energy Research 实验室主任 Subith Vasu 表示，American Supercritical 并非唯一试图将这项技术推向市场的公司。但各企业仍面临诸多障碍，才能实现商业化成功。
他说：“进军新技术领域，必须具备所有相关组件和供应链。技术挑战也很多，成本一直是大问题。”
Hofer 认为，延迟 partly 是因为大型企业对传统电厂的性能感到满意，不愿投资新技术，而涡轮制造商也不愿资助潜在竞争对手。“这就是创新者的窘境，对吧？”他说，“让这项技术走出去，需要外部力量的推动。”
到 2030 年，全球计划在数据中心投入 7 万亿美元，投资 规模庞大，这打开了一个全新的潜在市场，尤其对于急于在 AI 竞赛中占据优势、尽可能多地向电网输送电力的行业而言如此。
Shuham 说：“客户对电力有极强的付费意愿，但受瓶颈制约。我们的目标是进驻现场，改造现有系统，让他们具备建造更多数据中心的能力——或者淘汰部分燃气轮机。”
今年早些时候，中国宣布全球首个使用超临界 CO2 的地热电站投入运行。Carlson 说，他的职业生涯中曾涉足超临界 CO2 在核能、地热和太阳能领域的应用。他和 Shuham 表示，他们的设备经过改造后也能搭配小型模块化反应堆使用——这项技术得到了特朗普政府的强力支持。（公司称已与一家企业签署初步协议，但未透露对方是谁。）此外，它也可以利用其他热源。 “我们只需要拿到足够热的东西，就能把它转化成电力，”Carlson 说。