Datacenters gebruiken – zo nodig – veel stikstof. Waarom is dat prima?

Datacenters en een brand

Onze economie wordt steeds afhankelijker van computers en het Internet. Om onze digitale wereld goed te laten functioneren zijn o.a. zogenaamde “datacenters” nodig. Dit zijn grote ruimten waarin heel veel servers staan opgesteld, zeg maar “computers”, die o.a. de verbinding met het Internet en de cloud verzorgen. In die ruimtes is ook personeel aanwezig, voor de bediening van de apparatuur en om eventuele problemen vroegtijdig te ontdekken en een defecte server zo snel mogelijk door een nieuwe te vervangen.

De servers in datacenters doen hun werk dag en nacht, 24/7. Het langdurig uitvallen van servers komt echter regelmatig voor. Waardoor kunnen deze broodnodige apparaten uitvallen? Niet alleen door falen van elektronische onderdelen. De ernstigste oorzaak is brand, want die is – ten eerste – zeer gevaarlijk voor het personeel. Ten tweede kunnen door brand niet alleen de servers maar tevens de gebouwen waarin de servers staan opgesteld zwaar beschadigd worden. Ook de elektrische leidingen kunnen verbranden. Dit soort schade is niet meer in een paar uren te verhelpen.

De datacenters zijn dus genoodzaakt – om zichzelf en hun personeel tegen een brand te beschermen – krachtige voorzorgsmaatregelen te nemen.

Wat is een brand?

Wat gebeurt er eigenlijk bij een brand? Een brandbare stof ontvlamt en gaat een chemische reactie met zuurstof uit de lucht aan (oxidatie), waarbij veel warmte vrijkomt. Deze extra warmte zorgt voor een hogere temperatuur, waardoor de oxidatie nog sneller verloopt, waardoor de brand nog feller wordt, et cetera. Dit wordt dus een zichzelf versnellend proces. Men noemt dit een exponentieel (zelfversnellend) proces. Uiteindelijk wordt de hitte ondraaglijk. In de Engelstalige wereld noemt men dit een “Thermal Runaway Reaction”.
Brand heeft dus zuurstofgas nodig en daarom ook lucht, want onze ademlucht bevat 21 % zuurstof (chemische formule: O₂) https://nl.wikipedia.org/wiki/Lucht (en 78% stikstofgas, chemische formule N₂).

Blusgas

Welke voorzorgen kan een datacenter nu nemen om een rampzalige brand te voorkomen? Eén daarvan is ervoor te zorgen dat in geval van brand het zuurstofgehalte van de lucht in de serverruimte heel snel flink verlaagd kan worden. De brand dooft dan uit of komt nauwelijks echt op gang. Een te laag zuurstofgehalte in de werkruimte is natuurlijk ook ongezond voor het personeel, want mensen kunnen dan bewusteloos raken of stikken door zuurstofgebrek. Daarom moet het personeel bij een brand de ruimte snel verlaten, een halve minuut vóór de blusgassen worden ingespoten, maar een ruimte verlaten die in brand staat geldt sowieso bij iedere brand.

Ik ga er vanuit dat daarom regelmatig ontruimingsoefeningen worden gehouden. Dit zal vast wettelijk geregeld zijn en aan vergunningen verbonden en dat is volkomen terecht.

Meerdere datacenters zetten zelfs reclamefilmpjes op YouTube om hun klanten te laten zien wat ze allemaal aan brandveiligheid doen. Zie de bronnen en de links onderaan.

Er zijn ook testen met het blusgas CO₂ https://www.youtube.com/watch?v=g2Io_FWBV9w

Wat zijn meestal de blusgassen?

Stikstofgas (chemische formule N₂).
Argon (chemische formule Ar).

Vaak is de verhouding stikstof/argon 1:1. Dit mengsel word ook wel Argonite © ^R genoemd.

Deze twee gassen werken als blusgas, omdat ze uit de serverruimte de zuurstof, die voor het onderhouden en uitbreiden van brand nodig is, verdringen. Was er oorspronkelijk wel een normaal gehalte van 21 % zuurstof in de beveiligde ruimte aanwezig, door de enorme hoeveelheden extra stikstofgas en argon in één klap in de serverruimte te spuiten wordt dat gehalte snel verlaagd.

De blusgassen worden onder hoge druk in gascilinders bewaard (foto) en kunnen via leidingen aan een doseersysteem worden gekoppeld. Dan is de installatie klaar voor het inblazen.

Figuur 1. Foto van Creative Commons
https://commons.wikimedia.org/wiki/Main_Page van cilinders met alleen stikstofgas en geen argon. Er is hier (nog) geen koppeling met een doseersysteem aangelegd.

Een uniek nummer voor elke chemische stof: CAS
Stikstofgas (N₂) heeft, zoals vele chemische stoffen, een zogenaamd CAS nummer, een uniek registratienumer dat wereldwijd aanvaard en hetzelfde is. Voor meer achtergrond, die echter niet strikt noodzakelijk is, zie https://nl.wikipedia.org/wiki/CAS-nummer . Het gaat erom dat elke bekende chemische stof een uniek CAS nummer heeft. In 2009 werd het 50miljoenste CAS nummer uitgegeven en er komen er elke dag 4000 chemische stoffen bij.
Het CAS nummer van stikstof (N₂) is 07727-37-9 [1 en 2]. Dit CAS nummer ligt dus onwrikbaar vast.

Is stikstofgas (CAS 07727-37-9 ) gevaarlijk?
Op de site van een leverancier van chemicaliën, Aldrich [1], gaat het ook over stalen cilinders, gevuld met stikstofgas onder druk. Wat zijn de gevaren van N₂? Eerst natuurlijk de hoge druk zelf, bijvoorbeeld 200 bar (200 keer zo hoog als normaal). Als gevaar wordt onder 2.2 van de Sigma Aldrich site dus vermeld: “Bevat gas onder druk. Kan ontploffen bij verwarming”.
Verder wordt vermeld: “Tegen zonlicht beschermen. Op een goed geventileerde plaats bewaren”. Tegen zonlicht beschermen is bedoeld om de temperatuur van de stikstofflessen niet onnodig te laten stijgen, want dan wordt de druk in de cilinders ook hoger. Het ventileren dient ervoor dat als ten gevolge van een onopvallend klein lekje in rubberen pakkingen en/of verbindingen een ruimte langzaam en onopgemerkt volloopt met stikstofgas, dit extra stikstofgas wordt verwijderd. Als er niet wordt geventileerd en de ruimte is onopvallend volgelopen met stikstof, kan het gevaar ontstaan dat iemand, als die in zijn eentje binnenloopt, door zuurstofgebrek bewusteloos raakt en dat niemand dat tijdig opmerkt. Een dergelijke ruimte zal vast beveiligd zijn met een zuurstofmeter die, als het zuurstofgehalte beneden de veilige waarde komt, een alarm afgeeft.
Deze voorzorgsmaatregelen zijn dus alleen bedoeld voor voor stikstofcilinders onder druk. In onze dampkring en in de natuur komt stikstofgas onder hoge druk niet voor. Bovenstaande waarschuwingen gelden dus niet voor het van nature voorkomende stikstof, dat in chemisch en biologisch opzicht ongevaarlijk is.
Dit geldt ook voor argon.

De firma Aldrich [1] vermeldt voor stikstofgas onder “2.3. Andere gevaren”: “Deze substantie/dit mengsel bevat geen componenten die men kan beschouwen als persistent, bioaccumulatief en toxisch (PBT) of als zeer persistent en zeer bioaccumulatief (vPvB) op niveaus van 0,1% of hoger”.

ICO2/BKC [2] zegt: “Niet geclassificeerd als gevaarlijke stof volgens EG-richtlijn 67/548/EG”. Lijkt me logisch.
Er is dus bij een normale atmosferische druk geen enkele reden bezorgd te zijn over de giftigheid en schadelijkheid voor de natuur van stikstof .
Voor argon geldt iets dergelijks.

Praktijkgeval

Een praktijkgeval staat beschreven op [3]. Daar staat te lezen: “32 Blusflessen met ieder een mix van 22.700 liter stikstof en argon worden binnen 15 seconden geleegd in de serverruimte, waardoor het zuurstofniveau in de ruimte tot ± 12% daalt, wat de brand doet uitdoven”.
22700 liter stikstof en argon is gelijk aan 22,7 m³ (1 m³ = 1000 liter). Die 32 blusflessen samen bevatten dus 22,7 maal 32 maakt 726 m³ stikstof/argon-mengel. Dit zijn dus 726 kubussen van 1 bij 1 bij 1 meter. Veel! Alleen aan stikstof komt er dus 726/2 is 363 m³ vrij.

Ik kan alleen maar zeggen dat ik dit een prima aanpak vind. Ik sta er helemaal achter.

De referenties aan het eind tonen nog meer informatie over blusgassen.

Uit deze referenties blijkt dat men bij de datacenters wel goed opgelet heeft tijdens scheikundelessen op de middelbare school of zich de benodigde kennis later heeft eigen gemaakt. Men weet wel – in tegenstelling tot vele politici en journalisten – dat stikstofgas (N₂) op zichzelf onschadelijk is, in tegenstelling tot stikstofverbindingen zoals NO, NO₂ (samen NO_x) en ammoniak (NH₃). Deze gassen hebben onderling sterk verschillende eigenschappen, die ook nog eens sterk afwijken van die van N₂. Die eigenschappen worden bepaald door de chemische structuur van deze moleculen en veel minder door het feit dat het element stikstof erin zit.

Wilt u een oorbeeld van onschadelijke stikstofverbindingen?
Salmiak bijvoorbeeld, (ammoniumchloride – NH₄Cl) vinden we in drop meestal lekker. Het is – bij normale consumptie – ongevaarlijk. Eiwitten – waar we elke dag veel van eten – bevatten ook stikstof. Het afbreekproduct van eiwitten in het koeienlichaam is – u raadt het al – o.a. ammoniak, maar ook ureum en vele andere stoffen.

Maar met hoeveel koeien zijn die 363 kubieke meter (m3) stikstof blusgas hierboven eigenlijk gelijk te stellen? Verkeerde vraag. Ammoniak (NH₃) uit de veeteelt is niet hetzelfde als stikstof (N₂).
En hoe kan het eigenlijk dat we nooit iets horen over het gebruik van enorme hoeveelheden stikstof (en argon) die in datacenters bij hoge druk klaar staan om ingeblazen te worden?
Heel simpel, omdat stikstof (N2) en argon (Ar) helemaal niet schadelijk zijn.

Stikstof is onder normale omstandigheden inert (niet in staat om chemische reacties met andere stoffen aan te gaan) en niet giftig. Het meest voorkomende gas in onze ademlucht is stikstof. Meer dan driekwart (78%) van onze ademlucht bestaat er uit. Overigens zijn er wel planten die N₂ kunnen omzetten in voor hen nuttige en broodnodige stikstofverbindingen.

Argon is zelfs een “edelgas”, waarmee wordt bedoeld dat het nog minder dan stikstof geneigd is om chemische reacties aan te gaan. Argon komt ook in onze lucht voor in een gehalte van bijna 1% https://nl.wikipedia.org/wiki/Lucht

Waar komen de stikstof en argon blusgassen eigenlijk vandaan? Uit koeienmest? Uit de luchtvaart of uit de uitlaat van onze auto’s?
Welnee, ze zitten gewoon in de lucht hier op aarde, de lucht die wij ons hele leven, zorgeloos en zonder erbij na te denken, in- en ook weer uitademen, zonder schade voor ons lichaam. Men kan met geschikte apparatuur stikstof en argon uit de normale lucht afscheiden en in zuivere vorm onder hoge druk (bijvoorbeeld 200 bar) in gascilinders bewaren en verkopen. Die cilinders zagen we in de filmpjes. Andere stikstofleveranciers zijn (o.a.):

https://industrie.airliquide-benelux.com/belgie-nederland

https://valkenpower.com/cilinder-stikstof-20-0ltr.html

https://www.kippersrijssen.nl/gassen/stikstof

https://westfalen.com/nl/nl/gassen/industriele-gassen/stikstof

https://www.linde-gas.nl/shop/nl/nl-ig/stikstof-30-dnv-offshore-p-stikstof-30-dnv-offshore

Als dit argon en stikstof uiteindelijk, na gebruik als blusgas in datacenters en in andere bedrijfstakken, weer in buitenlucht is terecht gekomen, is er uiteindelijk dus geen verandering ontstaan en geen natuurschade. De kringloop van stikstofgas en argongas is weer rond.

Gevolgen voor de huidige “stikstof”discussie

Er is steeds discussie over “stikstof”. Vooral politici en journalisten praat elkaar alleen maar na, maar doen weinig of geen eigen onderzoek. Stikstof moet in de veeteelt en de industrie, verkeer, scheepvaart en luchtvaart zo min mogelijk vrijkomen vinden regering en journalisten, want: https://www.nporadio1.nl/nieuws/binnenland/cf16dbc3-6a5b-461f-9943-84b2c4f162bb/stikstof-zorgt-voor-verzuring-bodem-en-dat-heeft-grote-gevolgen-calcium

“Stikstof geeft verzuring waardoor jonge meesjes heel breekbare botten krijgen. Ook lossen ongewenste stoffen in de bodem door de verzuurde grond beter op, zoals aluminiumionen en hebben deze verhoogde gehaltes een negatieve invloed op de planten”.
“Stikstof geeft overbemesting waardoor stikstofminnende planten teveel gaan overheersen, zoals brandnetels”.
“Stikstof is slecht voor de biodiversiteit”.

Wij weten inmiddels dat stikstof hier niet verantwoordelijk voor is. Doorgaan met het gebruiken van het woord “stikstof” is dus onjuist en heel verwarrend. De verkeerde maatschappelijke groepen dreigen de schuld te krijgen. En het ergste – voor de Nederlandse belastingbetaler – is, dat het aan “stikstof” bestede geld verkeerd dreigt te worden uitgegeven. Daar zullen we dus over een paar jaar achter gaan komen. Dat kun je nu al voorspellen.

Het unieke CAS nummer voor elke chemische stof

Welke 4 belangrijke stikstofverbindingen hebben we nu in deze discussie?

Tabel 1. * Molecuulformules uitgegeven door de IUPAC, de International Union of Pure and
Applied Chemistry en de unieke CAS-nummers **.

Naam	Molecuul-formule *	CAS nummer **	Gevaarlijkheid
Stikstof	N₂	7727-37-9	In de natuur geen, in de industrie ook niet, afgezien bij hoge druk. Geeft verstikkingsgevaar (te weinig zuurstof in de lucht) in afgesloten ruimtes.
Ammoniak damp	NH₃	7664-41-7 [10]	NH₃-damp vormt in water een basische stof: ammonium-hydroxide ***. Gaat dus verzuring in de natuur tegen. Schadelijk bij hoge concentraties.
Stikstof-monoxide	NO	10102-43-9 [10]	Giftig en zuurvormend (eerst wordt NO₂ en daarna salpeterzuur HNO₃ gevormd)
Stikstof-di-oxide	NO₂	10102-44-0 [12]	Giftig en zuurvormend (salpeterzuur; HNO₃)

*** Ammonia (=NH₄OH) may be used as a base to adjust pH [10].

We zien duidelijk dat stikstof (N₂), de stikstofoxiden NO en NO₂ en het basische ammoniak (NH₃) totaal verschillende eigenschappen hebben en daarom – terecht – elk een verschillend CAS nummer toebedeeld kregen.

Conclusies

De datacenters hebben de juiste voorzorgsmaatregelen tegen brand genomen, door razendsnel blusgas in een ruimte te pompen als daarin een brand is ontstaan.
Blusgassen om brand in datacenters te voorkomen, zoals mengsels van stikstof en argon, zijn – afgezien van het gevaar van verdringing van de 21% zuurstof uit de lucht, waardoor kans ontstaat op verstikking van mensen door zuurstofgebrek – volledig onschadelijk voor de gezondheid van mens en natuur.
“Stikstof” is dus niet verantwoordelijk voor de 3 hierboven genoemde nadelige effecten die in overheidspublicaties worden genoemd. Stikstof veroorzaakt:
geen verzuring van de natuur,
geen ongewenste oplosverschijnselen van aluminium en andere stoffen in de bodem en
geen afname van de biodiversiteit.
Welke stoffen kunnen dan wel effecten veroorzaken? Stikstofverbindingen, moleculen, zoals chemische verbindingen van stikstof met waterstof (ammoniak – NH₃ uit de veeteelt) en van stikstof met zuurstof, stikstof-oxiden (zoals NO en NO₂, samen NO_x genoemd), uit industrie, autoverkeer, luchtvaart en scheepvaart (en blijkbaar ook in de mijn- en tunnelbouw [12, 13]).
We moeten het dus afleren het versluierende containerbegrip “stikstof” te gebruiken. We dienen daarentegen te leren de namen ammoniak en stikstof-oxiden te gebruiken, precies zoals alle middelbare scholieren met scheikunde in hun vakkenpakket ooit geleerd hebben. Als die dat kunnen leren, kunnen politici en journalisten dat toch ook?
Omdat NO en NO₂ verzurende stoffen zijn en ammoniak het tegenovergestelde van verzurend is, namelijk basisch (ofwel alkalisch), gaat ammoniak uit de veeteelt verzuring zelfs tegen. Men mag ammoniak en stikstof-oxiden dus niet onderling verwisselen. Men mag geen “stikstofruimte” van de boeren afnemen en die voor woningbouw gebruiken, want dan valt de ontzurende werking van ammoniakdamp weg en neemt de verzuring van de natuur door NO_x toe.
De termen “stikstofgevoelige natuur” of “stikstofgevoelige planten” zijn helemaal misleidend. Alle planten groeien in lucht met 80% stikstof. Zowel flora als fauna als de mens hebben zich in de loop van de evolutie aangepast aan 80% stikstof in lucht. “Ja maar”, zult u zeggen “het gaat om de bodem waar de planten in groeien”. Inderdaad, maar in de bodem zit geen stikstof, maar bijvoorbeeld ammonium-ionen (NH₄⁺) en nitraat-ionen (NO₃^–) (samen kunstmest).
Dat is heel wat anders. Laten we dus niet meer over “stikstof” praten, maar alleen over ammoniak (NH₃) en stikstofoxiden (NO_x).

Opmerkelijk is dat de EU volgens de SER publicaties [12, 13] voor alle lidstaten nog steeds lage gehaltes aan NO (en NO₂, zie [13]) toelaat in ondergrondse mijnbouw en de tunnelbouw, tot 21 augustus 2023.

Wat moeten we trouwens denken van wat de toenmalige Staatssecretaris van Sociale Zaken en Werkgelegenheid,T. van Ark, op 23-7-2018 bovenaan op de laatste pagina van document [14] schreef, namelijk: “Bij 2 stoffen, stikstofmonoxide en stikstofdioxide, gaat het om een substantiële verhoging van de wettelijke grenswaarde”. Dit geldt dus voor de mijn- en tunnelbouw in de overgangsperiode van 21/8/2018 tot 21/8/2023. Verderop staat: “Voor stikstofmonoxide en stikstofdioxide had Nederland al lagere grenswaarden dan de IOELV die wordt voorgeschreven”.
Gaat het om bedrijven dan spreekt de overheid terecht over stikstofmonoxide en stikstofdioxide. Gaat het om de boeren, dan bezigt de overheid het verwarrende begrip “stikstof”.

Einde document.

Links

Datacenters gebruiken – zo nodig – veel stikstof. Waarom is dat prima?

Published by Ir. Frans Scholten

Leave a Reply Cancel reply

Share this:

Like this:

Published by Ir. Frans Scholten

Leave a Reply Cancel reply