Voiteluaine takaa kitkattoman käytön, mutta sillä voi olla myös tärkeä jäähdyttävä vaikutus. Tätä ominaisuutta hyödynnämme, kun kehitämme tuotteita uusille liiketoiminta-alueille. Tavoitteena on, että uuden tyyppisillä nesteillä voidaan paitsi hallita sähköajoneuvojen voimansiirtojärjestelmien lämpötilaa myös jäähdyttää suurten datakeskusten laitteistoja. Tässä käytetään uutta prosessia, jossa kokonaiset laitteet upotetaan jäähdytysnesteeseen.
Monen mielessä voiteluaineiden valmistus yhdistyy paksuihin öljyihin, pursuaviin voitelurasvoihin ja voimakkaaseen kemikaalien hajuun. Tämä kuva ei kuitenkaan vastaa todellisuutta, ainakaan meillä FUCHSilla. Olemme jo pitkään huomioineet työssämme ympäröivän maailman kestävyys- ja digitalisaatiovaatimukset ja kehittäneet jatkuvasti uusia innovatiivisia tuotteita. Modernissa laboratorioympäristössä asiantuntijamme kehittävät jäähdytysnesteitä ja voiteluaineita, jotka näyttävät suuntaa koko toimialalle.
Yhtenä painopistealueenamme on sähköinen liikkuminen. Sähköautojen moottorit, voimansiirtoelektroniikka ja korkeajänniteakut kuumenevat erittäin voimakkaasti. Sähkökäyttöinen ajoneuvo voi syttyä palamaan, jos lämmönhallintajärjestelmä ei toimi kunnolla. ”Tehokas jäähdytys on siksi valtavan tärkeää”, kertoo Thomas Kraft, Business Development Manager E-Mobility.
Thomaksen tiimi on käynnistänyt täydellä teholla kehitysvaiheen, jonka tavoitteena on saada sähköautojen monimutkaiset lämpövirrat hallintaan entistä tehokkaammin. Näin rakennamme siltaa vanhan ja uuden tekniikan välille ajoneuvoalalla. Öljy on toiminut perinteisissäkin ajoneuvoissa päätehtävänsä eli voitelun ohella aina myös jäähdyttävänä nesteenä. Voimme käyttää tältä osa-alueelta saatuja kokemuksia myös sähköisen liikkuvuuden ratkaisuissa.
Sähköajoneuvojen kalliit akkukokoonpanot koostuvat valtavasta määrästä pieniä akkukennoja, ja ne ovat erittäin herkkiä. ”Ihannetilanteessa käyttölämpötila voitaisiin pitää välillä 20–40 °C”, Thomas toteaa. Tämä takaisi pisimmän mahdollisen käyttöiän akuille ja parhaan toimintasäteen ajoneuvolle.
Lämpötilan pitäminen ihannevälillä on kuitenkin haastava tehtävä lämmönsäätöjärjestelmille – etenkin sähköauton ollessa kytkettynä pikalatausasemaan. Latauskaapelin teho on 350 kW, ja jatkossa sen odotetaan nousevan vielä suuremmaksi. ”Sähkökäyttöisiä kuorma-autoja varten suunnitellaan jo 1 000 kW:n lataustehoja”, Thomas jatkaa. Näin huiman tehon myötä latausaikoja voidaan lyhentää entisestään, ja jo lähitulevaisuudessa lataus saattaa onnistua 10 minuutissa. Näin lyhyillä latausajoilla lämpöä muodostuu kuitenkin valtavasti, eivätkä tavanomaiset jäähdytysprosessit riitä.
Tiukat laboratoriotestit
Näistä syistä investoimme uuteen sähköajoneuvoille tarkoitettuun uppojäähdytysprosessiin. Tässä lähestymistavassa ei enää käytetä jäähdytysputkia, vaan kokonaiset elektroniset moduulit upotetaan kokonaan erityiseen nesteeseen, jotka kutsutaan lämmönsiirtonesteeksi. Näin lämpö jakautuu tasaisemmin, mikä tehostaa prosessia kohtuullisemmilla kustannuksilla.
Näiden lämmönsiirtonesteiden vaatimukset ovat kuitenkin kovat. Ne eivät saa vahingoittaa materiaalia, ja samalla niiden on suojattava tulipalolta. Uppojäähdytystä käytetään jo joissakin superautoissa. Niissä valmistajat käyttävät fluorattuja jäähdytysnesteitä, joihin liittyy kuitenkin erityisiä vaatimuksia valmistuksen aikana suoritettavan käsittelyn, hävittämisen tai vuototilanteessa tapahtuvien ympäristöpäästöjen osalta. Jos näitä aineita pääsee vuotamaan, seuraukset voivat olla erittäin haitallisia vesistöille.
Siksi FUCHS pyrkii kehittämään suotuisamman vaihtoehdon. ”Käytämme perinteisiä öljyjä, jotka koostuvat hiilivetyketjuista ja jotka voidaan hävittää ympäristöä säästävällä tavalla”, kertoo Thomas. Asiantuntijamme tutkivat turvallisessa laboratorioympäristössä ominaisuuksia, joita näillä lämmönsiirtonesteillä on oltava. Työ on erittäin monimutkaista. Lyhytketjuisten hiilivetyjen viskositeetti on alhainen, minkä ansiosta ne voidaan pumpata kevyesti jäähdytysjärjestelmän läpi, mutta toisaalta ne ovat helpommin syttyviä.
Tuotekehittäjien onkin löydettävä paras mahdollinen tasapaino näiden kahden ominaisuuden välillä. Uusia tuotteita testataan todellisissa olosuhteissa, ja testeissä selvitetään, miten akkukokoonpanot reagoivat mahdolliseen tulipaloon erilaisten nesteiden kiertäessä niiden ympärillä. ”Täydellisen toimivuuden lisäksi myös tuotteidemme turvallisuus on meille aina ensisijaisen tärkeää”, Thomas korostaa. ”Toki kustannustenkin on pysyttävä kohtuullisina.”
Kehitystyö ei rajoitu pelkästään sähköajoneuvoihin. Uppojäähdytystä voidaan käyttää yhtä tehokkaasti myös muilla osa-alueilla. Yksi tällainen sovellusala ovat datakeskukset, joita nousee nyt kasvavalla tahdilla ympäri maailman.
Valtavia tietomääriä kulkee jatkuvasti verkkosolmujen kautta tai tallentuu pilveen. Tähän tarvitaan valtavasti suoritintehoa, ja samalla muodostuu myös lämpöä, joka puolestaan lisää energiankulutusta. Borderstep Institute for Innovation and Sustainability -laitoksen tuoreen tutkimuksen mukaan palvelimien ja datakeskusten energiantarve kasvoi Saksassa 7 prosenttia 16 miljardiin kilowattituntiin yksistään vuonna 2020 ja kasvu jatkuu.
Tähän asti tehokkaat puhaltimet ovat jäähdyttäneet datakeskusten yhä tehokkaampia palvelimia ja reitittimiä ilmalla. Pian tämä ei kuitenkaan enää riitä, ja siksi alalla yritetään löytää lämmönhallintaan muita vaihtoehtoja. ”Uppojäähdytys voi olla tärkeä osa ratkaisua”, kommentoi David Baier, Head of Global Product Management Industrial Oils.
Tiivistä yhteistyötä
David on tätä varten tiiviisti yhteydessä datakeskusten käyttöoperaattoreihin sekä näiden toimittajiin ja laitevalmistajiin. Käytettävien jäähdytysnesteiden ja teknisten komponenttien on oltava yhteensopivia keskenään. ”Nesteet eivät saa olla missään tilanteessa sähkö johtavia”, David toteaa. Ne eivät saa vaurioittaa elektroniikkaa, ja niiden on jakauduttava järjestelmään tehokkaasti. Vain näiden ehtojen täyttyessä kokonaiset palvelimet voidaan upottaa öljyyn.
Puolassa FUCHS on datatekniikan uppojäähdytyksen pioneeri. Yhdessä erään uraauurtavan asiakkaan ja FUCHSin saksalaisten asiantuntijoiden kanssa puolalaiset ovat jo kehittäneet jäähdytysnesteen kryptolouhinnassa eli virtuaalivaluutan, kuten bitcoinin, louhinnassa käytettäviä laitteita varten. Monimutkainen louhintaprosessi kuluttaa valtavasti energiaa. ”Uppojäähdytyksellä voimme vähentää energiankulutusta merkittävästi”, toteaa Puolan FUCHSin Product Manager Bogdan Mista. Pilottiprojektissa tehtiin myös muutamia odottamattomia havaintoja. Kyseiselle asiakkaalle oli erittäin tärkeää, että lämmönsiirtonesteiden haju on neutraali, mikä ei ole lainkaan yhtä tärkeää muilla toimialoilla.
Data- ja palvelinkeskusten uppojäähdytys on vielä lapsenkengissään. Kehitystyö kuitenkin jatkuu. Muodostuva lämpö voidaan tulevaisuudessa käyttää rakennusten tai veden lämmitykseen. On selvää, että oikean jäähdytysnestetyypin valinta on tässä yhteydessä ratkaisevan tärkeää. Asiantuntijamme ovat jo alkaneet työstää ideaa.
E-mobility
Sähköautojen kehitys asettaa uusia haasteita ajoneuvoteollisuudelle.
Mikrobiologia
Mikrobiologia – valttikortti epäpuhtauksien torjuntaan.