La computadora verde

Eugenio Jacobo Hernández Valdelamar

jack_hv@yahoo.com

México, 2009.

Esta obra esta bajo una licencia de Creative Commons.

Versiones

0.1 Abril 7, 2009.

0.2 Abril 20, 2009.

1 Introducción..............................................................................................................................1

2 Consumo de energía eléctrica en equipos de cómputo............................................................2

3 Cuando el consumo de multiplica por N....................................................................................3

4 Nuevas fuentes de alimentación para equipos de cómputo.....................................................3

4.1 Generadores manuales......................................................................................................4

4.2 Cargadores solares.............................................................................................................4

4.3 Celdas de combustible........................................................................................................5

4.4 Bio-baterías........................................................................................................................5

5 Conclusiones.............................................................................................................................6

6 Referencias adicionales.............................................................................................................7

1 Introducción

A partir de la última década del siglo XX, el contar con una computadora pasó de ser un lujo a una necesidad.

Los precios del hardware bajaron, la oferta de software se amplió, y hasta se gesto el movimiento de software libre, que permite a los usuarios contar con herramientas útiles sin desembolsar un solo centavo.

Si a eso le agregamos la disponibilidad de conectarse a la red mundial, primero mediante modems y actualmente mediante dispositivos con anchos de banda considerables e incluso de manera inalámbrica, entonces pareciera que lo tenemos todo.

Pero ¿cuál es el precio de que nuestras maquinitas funcionen? El principal factor que nos permite disfrutar de este poder de cómputo es la energía eléctrica.

Pero la preocupación por el impacto ambiental que causa su generación es algo que alcanza a la industria de las tecnologías de la información (TI).

En este documento se exponen algunos hechos en relación al consumo de energía por parte de nuestra infraestructura de cómputo y las alternativas que están emergiendo para contribuir a bajar la contribución de carbono de estos aparatos.

2 Consumo de energía eléctrica en equipos de cómputo

¿Hace cuánto que tenemos computadoras? Haciendo memoria, la primera computadora electrónica de propósito general (ENIAC), apareció por ahi de 1946.

Solo para el anecdotario, esta máquina tenía 17,400 tubos de vacío, 7200 diodos de cristal, 1500 relays, 70000 resistencias, 10000 capacitores y el bodoque consumía apenas unos 150 kW por hora.

En el contexto actual, esto es el equivalente al consumo promedio de un hogar clasemediero con televisor, refrigerador, lavadora, plancha, 4 focos y unos que otro aparatejo mas, durante 2 meses.

Si se toma en cuenta el consumo de un sistema completo de alta disponibilidad como el A/N FSQ-7, desarrollado para el proyecto SAGE, el consumo crece considerablemente a unos 3 MegaW (1956).

Habrá que decir que desde entonces las cosas han mejorado.

En la década de los 70s

Actualmente una computadora portátil puede consumir cerca de 20 W en promedio, aunque proyectos como el de la OLPC buscan llegar a un consumo de 2 W o hasta por debajo de 1 W, esto gracias a los nuevos procesadores, el menor uso de dispositivos con motores y a herramientas de software que administran el consumo de energía.

3 Cuando el consumo de multiplica por N

Aunque es interesante la estadística del consumo por computadora, la realidad es que ya no estamos en la época de los pioneros que con mucha habilidad, conseguían el apoyo y presupuesto para fabricar una sola.

De hecho, en cuanto la capacidad de las computadoras fue comprobada durante la Segunda Guerra Mundial, se hizo evidente que al igual que el Ford T, estas máquinas tendrían gran demanda en el mercado, pese a la ingenua declaración del presidente de IBM Thomas Watson que creía que solo habría mercado para 5 computadoras en todo el planeta.

Uno de los primeros proyectos que demando una capacidad de cómputo bestial fue SAGE, pues se planteo la instalación de 23 centros de monitoreo. Por lo tanto, estamos hablando de un consumo de 23 x 3 = 69 MW.

Fuera de los grandes datacenters, hay que considerar que a fines de 2008, la cifra estimada de computadoras en el mundo era de 1 billón (mil millones).

Por lo tanto, suponiendo que todas estas computadoras fueran conectadas a la vez, el consumo total de energía por hora, con un estimado promedio de 50W/h por computadora, sería de 50,000,000,000 W/h (50 GW/h), lo que al año significaría 18.25 x10^12 W (18.25 TW).

¿Esto es mucho? En una escala comparativa, si el consumo total de energía mundial es de unos 15 TW (15 x 10^12), las computadoras estarían consumiendo el total de la producción mundial de energía e incluso, habría in déficit.

Que bueno que al momento no estemos todos con las máquinas encendidas, pero este sutil cálculo puede darnos una idea de lo que podemos enfrentar ante una crisis energética.

Hay que aceptar el hecho de que la industria de TI, y la economía en su conjunto depende la energía eléctrica, y si no encontramos formas alternas de satisfacer nuestra demanda, el futuro no es nada prometedor.

4 Nuevas fuentes de alimentación para equipos de cómputo

Es un hecho que necesitamos energía eléctrica para nuestros equipos. La principal manera de evitar un colapso en la red de distribución, es no conectarnos; pero entonces ¿de dónde obtenemos nuestra electricidad?

Por fortuna, hay muchos individuos y compañías que se encuentran trabajando en este problema, conscientes de que es tiempo para realizar una transición al uso de energías limpias y renovables.

A continuación se presentan algunas de las alternativas más innovadoras para la generación de energía eléctrica que en un futuro cercano podrán alimentar a nuestras computadoras.

4.1 Generadores manuales

Existe una gran variedad de generadores basados en el principio de transformar la energía mecánica producida por una persona, en energía eléctrica que puede ser consumida de inmediato o almacenada en baterías.

Los mecanismos son muy diversos. Hay adaptaciones de pedales de bicicleta, manivelas y correas que captan la energía mecánica. Toda esta energía se transfiere a un generador que transforma en electricidad el esfuerzo humano.

En verdad que sería cómico, pero con un espíritu deportista, ver las oficinas transformarse en salas de spinning, donde los trabajadores de la información estuvieran pedaleando y traspirando mientras realizan su trabajo, lo que daría un nuevo significado a "ganarse el pan con el sudor de la frente"

La empresa Potenco ha desarrollado un generador (PCG1) capaz de producir entre 15-20 W, con solo jalar una cuerda (algo como un yo-yo invertido).

Este pequeño generador es la nueva opción de alimentación para la OLPC OX-1, la cual tenía anteriormente un generador de manivela integrado al chasis de la computadora. Este dispositivo le va bien a estas computadoras que tienen un consumo aproximado de entre 5-8 W.

4.2 Cargadores solares

La tecnología de celdas solares, en un principio desarrollada por los programas de exploración espacial, son una alternativa que poco a poco se está volviendo accesible para los consumidores.

Algunos de los proveedores de celdas están apostando por nuestros hogares; grandes paneles con celdas instalados en los techos, que provean energía a nuestras casas.

Pero para el usuario de una computadora portátil, puede resultarle incomodo cargar con una celda de 1 metro cuadrado capaz de generar los 60W que su computadora actual requiere para funcionar.

Además la energía que producen las celdas puede que no sea constante, por lo que dependiendo de la orientación, las nubes, la localización geográfica y algún otro factor, es casi seguro que los 60W prometidos lleguen a ser menos.

Un problema adicional es cuando llega la noche, pues sin luz del sol, la celda no produce energía.

La solución que algunos fabricantes proponen son los llamados cargadores solares: celdas fotovoltáicas dedicadas a la recarga de baterías de las computadoras portátiles.

Las alternativas de cargadores incluyen:

+ celdas flexibles que pueden enrollarse para su transportación;

+ celdas incorporadas al maletín o mochila de la computadora;

+ maletines con celdas en el interior.

En todos los casos, el tamaño y características de las celdas generan en promedio unos 14W, lo que requiere unas 14 horas para lograr una carga completa de una batería.

Estos estimados pueden mejorar, si se mejora la eficiencia de las celdas solares, que actualmente anda por ahí del 20-30%.

4.3 Celdas de combustible

Las celdas de combustible usan hidrógeno y oxígeno para crear electricidad mediante un proceso electroquímico.

La gran ventaja de esta tecnología es que produce energía en el instante, y de forma constante.

Su eficiencia se estima en un 80%, es decir, que el 80% de la energía contenida en el hidrógeno puede transformarse en electricidad.

Sin embargo, su duración aún no es muy buena, a consecuencia de que las tecnologías desarrolladas al momento operan en temperaturas elevadas, lo que ocasiona un gran desgaste en sus materiales.

El costo también es aún un gran problema.

4.4 Bio-baterías

¿Recuerdan las granjas de hormigas? Eran unos juguetes maravillosos que permitían ver, día a día, como una colonia de hormigas hacía su hormiguero. Era una prueba viva del trabajo duro y en equipo.

Ahora imaginen tener un contenedor con algo vivo que genera energía para nuestra computadora.

¿Descabellado? Por supuesto que no; hay muchos organismos en la naturaleza que producen energía. De hecho nuestros combustibles fósiles provienen de procesos biológicos que duraron miles de años.

Pero en este caso, queremos que nuestra pequeña colonia produzca electricidad para nuestros equipos, aunque como todo ente biológico, necesitará un lugar para vivir y alimento.

La pregunta es ¿cómo hacer esto?

Un caso prometedor es el de Sony, que está desarrollando una batería que produce electricidad a partir de azúcar, usando enzimas que oxidan el azúcar y producen energía a temperatura ambiente, con una eficiencia cercana al 20%.

5 Conclusiones

Para que las computadoras aparecieran, fue el trabajo de matemáticos y físicos los que hicieron posible su creación. Y en especial fue el dominio de la energía eléctrica la que permitió la creación de estos ingenios.

Es el crecimiento exponencial de las tecnologías de información, lo que ahora obliga a la industria a replantear el diseño de las computadoras en una época donde se ha hecho patente que la generación de energía tiene un impacto ecológico.

También los consumidores están cambiando sus criterios de adquisición de equipo, y exigen no solo equipos más potentes y más baratos, sino también equipos limpios y ambientalmente amigables.

Los principales factores que contribuirán a que contemos con computadoras verdes son:

1. Mejoras en la tecnología de semiconductores. Los nuevos microprocesadores consumen menos energía y son más pequeños.

2. Mejora en la tecnología de baterías. Varías nuevas fuentes de alimentación eléctrica están orientadas a generar energía que pueda almacenarse en baterías. Si las baterías son más eficientes, podrán almacenar más energía y tendrán una vida útil mayor.

3. Nuevos dispositivos de almacenamiento de datos y despliegue. El contar con dispositivos con menos partes mecánicas implica un menor consumo de energía. De igual forma los monitores tienden a consumir menos energía gracias a tecnologías como el plasma.

4. Disponibilidad de nuevas fuentes de alimentación eléctrica.

5. Mejoras en el software de administración de energía de los dispositivos.

6. Uso de materiales reciclables para el chasis de los equipos.

Así como los focos ahorradores están encontrando su lugar en el mercado y la conciencia del público, las computadoras y demás equipo electrónico deberán ajustarse a estas nuevas demandas.

Es un hecho que el consumidor final pagará por ello, pero por primera vez en la historia, el precio vale la pena, y es una inversión para conservar nuestro planeta.

6 Referencias adicionales

http://www.instructables.com/id/Bicyle- Power-for-Your-Television,-Laptop,-or- Cell-/

Recursos de celdas de combustible

http://www.cleanenergyresourceteams.org/technology/fuel-cells

Clean energy guide - Greenpeace

http://www.cleanenergyguide.org.nz/ceg/energy-saving-tips.asp