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液冷化が進むAIデータセンターで、冷媒の性能・規制・供給安定性をどう見極めるか
AIデータセンターの高密度化が進む中で、液冷は重要な冷却方式として注目されています。
GPUサーバーやAIアクセラレータの消費電力が増え、ラックあたりの発熱密度が高まると、従来の空冷だけでは対応しにくい領域が増えていきます。そのため、コールドプレートを使ったDirect Liquid Cooling、リアドア熱交換器、浸漬冷却、二相冷却など、液体を使って熱を運ぶ方式が検討されるようになっています。
この流れの中で、冷媒は見落とされやすい重要部材です。
液冷というと、コールドプレート、CDU、ポンプ、配管、QD、熱交換器といった機器や部材に目が向きやすくなります。しかし、実際に熱を運ぶのは冷媒です。どの液体を使うかによって、熱性能、安全性、材料適合性、保守性、環境規制、調達リスクは大きく変わります。
特に近年は、PFAS規制と3MのPFAS製造撤退によって、データセンター冷媒の調達環境が変化しています。
3Mは2022年12月、2025年末までにPFAS製造から撤退すると発表しました。対象には、フッ素ポリマー、フッ素系流体、PFAS系添加剤が含まれます。これにより、フッ素系流体を前提にしていた用途では、既存冷媒の継続供給、代替品の選定、評価、認定をどう進めるかが現実的な課題になっています。
PFASそのものについても、各国で規制やリスク管理の動きが強まっています。PFASは難分解性や環境残留性が問題視されており、欧州ではPFASを幅広く対象とする制限提案の評価が進んでいます。日本でも、PFOSやPFOAなどを中心に、環境省がリスク管理に関する情報発信を行っています。
データセンター冷媒の調達では、もはや熱性能だけを見ればよい時代ではありません。冷媒が規制対象になる可能性はあるのか、長期供給は続くのか、既存設備や部材と適合するのか、顧客やサーバーOEMの認定を通せるのか、代替候補は現実的に使えるのかを、初期段階から整理する必要があります。
データセンターの液冷では、冷媒は単なる消耗品ではありません。
冷媒は、GPUやCPUなどの発熱源から受け取った熱を、CDUや熱交換器、施設側の冷却設備へ運ぶ役割を持ちます。冷媒の特性が合わなければ、液冷システム全体の性能や信頼性に影響します。
まず重要なのは、熱を運ぶ能力です。
冷媒の比熱、熱伝導率、粘度、密度、沸点、蒸発潜熱は、冷却性能に関わります。単相液冷であれば、液体の温度上昇によって熱を運ぶため、流量や圧力損失とのバランスが重要になります。二相冷却であれば、液体が蒸発するときの潜熱を使って熱を運ぶため、沸点や蒸発特性が大きな意味を持ちます。
次に重要なのが、電気的特性です。
サーバーや電子部品の近くで使われる冷媒では、漏液時や直接接触時のリスクを考える必要があります。水系冷媒は熱性能に優れる一方、電気伝導性や腐食管理が課題になります。誘電性冷媒は電子部品との接触リスクを抑えやすい一方、材料適合性、環境規制、価格、供給安定性が課題になる場合があります。
さらに、材料適合性も重要です。
冷媒は、金属、樹脂、ゴム、シール材、ホース、Oリング、ポンプ、バルブ、センサー、コールドプレート、配管、タンクと接触します。冷媒が部材を膨潤させる、劣化させる、腐食させる、添加剤を溶出させる、析出物を発生させるといった問題が起きれば、長期運用に影響します。
つまり、冷媒選定では、冷却性能だけでなく、システム全体との相性を見る必要があります。
AIデータセンターでは、機器の投資額が大きく、稼働停止の影響も大きいため、冷媒の選定ミスは単なる部材不良では済みません。サーバー、ラック、CDU、配管、施設設備、保守体制まで含めて、冷媒が安定運用に耐えられるかを確認する必要があります。
PFASは、Per- and Polyfluoroalkyl Substancesの略で、有機フッ素化合物のうち、ペルフルオロアルキル化合物やポリフルオロアルキル化合物を総称する言葉です。日本の環境省も、PFASには1万種類以上の物質があると説明しています。
PFASは、耐熱性、耐薬品性、撥水性、撥油性、電気的安定性などの特徴を持つため、さまざまな産業用途で使われてきました。電子機器、半導体、化学プロセス、消火剤、表面処理、冷媒・洗浄用途など、PFASやフッ素系材料が関わる領域は広く存在します。
一方で、PFASは環境中で分解されにくく、蓄積性や長距離移動性が問題視されています。このため、各国で規制や監視が強まり、企業側にも使用状況の把握、代替品の検討、排出管理、サプライチェーン確認が求められるようになっています。
データセンター冷媒にとって重要なのは、PFAS規制が直接的な禁止だけでなく、将来の調達リスクとして効いてくることです。
現時点で使用できる冷媒であっても、将来的に規制対象になる可能性があります。規制対象にならなくても、顧客企業やクラウド事業者が環境方針として使用を避ける可能性があります。供給元が製造を縮小・撤退する可能性もあります。保険、廃棄、輸送、保管、環境報告のコストが増えることも考えられます。
つまり、PFAS規制は「法律で禁止されたら困る」という単純な話ではありません。
調達先が減る。
価格が上がる。
納期が長くなる。
顧客から説明を求められる。
代替品評価が必要になる。
既存システムとの適合確認が必要になる。
長期運用の前提が崩れる。
こうした形で、冷媒調達に影響します。
AIデータセンターや液冷システムは、長期運用を前提に設計されます。そのため、冷媒の選定では、現在使えるかどうかだけでなく、5年後、10年後も使い続けられるかを考える必要があります。
3MのPFAS製造撤退は、冷媒調達にとって大きな転換点です。
3Mは、NovecやFluorinertなど、電子機器冷却、二相冷却、浸漬冷却、洗浄用途などで知られるフッ素系流体を展開してきました。これらの製品群は、データセンター液冷や電子機器冷却の文脈でも参照されることが多く、特に二相冷却や浸漬冷却では重要な存在でした。
3Mは2025年末までにPFAS製造を終了する方針を示しており、その対象にはフッ素系流体も含まれます。これにより、3M製フッ素系流体を前提にしていた事業者や装置ベンダーは、代替冷媒の検討を迫られています。
ここで問題になるのは、単に同等品を探せば済むわけではないことです。
冷媒は、物性値だけで置き換えられるものではありません。沸点、粘度、熱伝導率、比熱、蒸発潜熱、誘電率、絶縁性、材料適合性、毒性、燃焼性、環境影響、規制分類、価格、入手性、廃棄方法まで確認する必要があります。
特に二相冷却では、冷媒の沸点や蒸発挙動がシステム設計に深く関わります。冷媒を変えると、熱交換器、凝縮器、配管、圧力条件、シール、制御、保守方法まで見直しが必要になる場合があります。
浸漬冷却でも同様です。冷媒が変われば、サーバー部品、基板、コネクタ、ケーブル、樹脂部材、ラベル、シール材との適合性を再確認する必要があります。長期浸漬による膨潤、溶出、変色、クラック、接点不良、パーティクル、劣化の可能性を評価しなければなりません。
つまり、3M撤退の影響は、冷媒の供給不足だけではありません。
既存設計の前提が揺らぐことです。
これまで特定の冷媒を前提に成立していた液冷方式、評価データ、顧客説明、認定、保守手順が、代替冷媒への移行によって再確認を迫られる可能性があります。
PFAS規制や3M撤退を受けて、代替冷媒への関心は高まっています。
しかし、代替冷媒を検討する際に、「PFASフリーかどうか」だけで判断するのは危険です。PFASフリーであることは重要な要素ですが、データセンター冷媒として使えるかどうかは別問題です。
まず、冷却性能が必要です。
AIサーバーやGPUラックでは、発熱密度が高く、冷媒に求められる熱輸送能力も大きくなります。性能が不足すれば、流量を増やす必要があり、ポンプ電力や圧力損失が増える可能性があります。二相冷却の場合は、沸点や蒸発特性がシステム設計に合っていなければ、十分な冷却性能を得られません。
次に、安全性が必要です。
冷媒には、燃焼性、毒性、揮発性、漏洩時のリスク、作業者安全、保管条件、輸送規制などがあります。自然系冷媒や炭化水素系の候補があっても、データセンター内で大量に使用する場合には、安全設計や法規制対応が必要になります。
さらに、材料適合性が必要です。
代替冷媒が電子部品、樹脂、ゴム、シール、ホース、ポンプ、センサー、金属部材に与える影響を確認しなければなりません。初期状態では問題がなくても、長期使用、高温、電圧、流動、酸化、添加剤劣化によって問題が出る場合があります。
また、供給安定性も重要です。
代替冷媒候補が見つかっても、量産供給できるのか、グローバルに入手できるのか、価格は安定しているのか、品質規格は明確か、複数供給元があるのかを確認する必要があります。小規模な実証では使えても、大規模データセンターで継続的に使うには供給能力が足りない場合があります。
したがって、代替冷媒の評価では、環境性、熱性能、安全性、材料適合性、調達性、認定可能性を同時に見る必要があります。
PFASフリーであることは入口であり、採用条件の一部にすぎません。
データセンターの液冷といっても、方式によって冷媒に求められる条件は異なります。
Direct Liquid Coolingでは、GPUやCPUに接触するコールドプレート内に冷媒を流し、熱を回収します。この方式では、水系冷媒やグリコール系冷媒が使われることが多く、腐食管理、導電性、漏液リスク、圧力損失、流路詰まり、材料適合性が重要になります。IT機器内部に液体が近づくため、漏液検知や保守手順も含めた評価が必要です。
リアドア熱交換器では、ラック背面で熱気を液体に移すため、サーバー内部に液体を入れずに高密度化へ対応しやすい場合があります。この場合も、施設側の冷却水、腐食、配管、結露、保守性、熱交換器の性能が論点になります。
単相浸漬冷却では、サーバーや基板を誘電性液体に浸し、液体の温度上昇によって熱を運びます。この場合、冷媒は電子部品と直接接触するため、材料適合性が非常に重要になります。ケーブル、コネクタ、基板材料、はんだ、樹脂、ラベル、シール材への影響を確認しなければなりません。
二相浸漬冷却や二相コールドプレートでは、冷媒の沸騰・凝縮を利用して熱を運びます。この場合、沸点、蒸気圧、蒸発潜熱、凝縮特性、密閉性、補充管理、漏洩時の環境影響が重要になります。3MのNovec系流体が参照されてきた領域でもあり、3M撤退の影響を受けやすい領域です。
つまり、冷媒調達では、まず採用する液冷方式を明確にする必要があります。
同じ「冷媒代替」といっても、DLC向けの水系冷媒代替なのか、浸漬冷却向けの誘電性液体なのか、二相冷却向けの低沸点流体なのかで、探すべき候補も評価項目も変わります。
方式を整理しないまま冷媒候補だけを比較すると、評価がずれます。
冷媒を変更する場合、重要になるのが認定前の評価です。
データセンター冷媒は、カタログスペックだけで採用されるものではありません。冷媒がサーバー、ラック、CDU、配管、バルブ、シール、センサー、保守手順に与える影響を確認し、顧客やシステムベンダーが安心して使える状態にする必要があります。
認定前に確認すべき項目は、大きく分けると、物性、安全性、材料適合性、運用性、供給性です。
物性では、比熱、熱伝導率、粘度、密度、沸点、蒸気圧、絶縁性、誘電率、熱安定性を確認します。これらは冷却性能、流量設計、ポンプ選定、熱交換器設計に関わります。
安全性では、燃焼性、毒性、引火点、漏洩時の対応、作業者安全、保管条件、輸送規制を確認します。データセンターでは大量の冷媒を使う可能性があるため、少量試験で問題がなくても、大規模運用時の安全性を別途考える必要があります。
材料適合性では、金属、樹脂、ゴム、シール、ホース、基板、ケーブル、コネクタ、ラベル、接着剤との相性を確認します。短期の浸漬試験だけでなく、温度、時間、流動、電圧、酸化、添加剤劣化を考慮した評価が必要になる場合があります。
運用性では、補充、交換、ろ過、劣化管理、漏液検知、廃棄、洗浄、作業手順を確認します。冷媒は導入時だけでなく、運用期間中に管理し続けるものです。
供給性では、メーカーの継続供給方針、生産能力、品質規格、ロット安定性、複数拠点供給、価格、納期、法規制リスクを確認します。
冷媒調達で重要なのは、これらを早い段階で整理し、代替候補を比較できる状態にすることです。
候補品を集めるだけでは、採用判断には進めません。どの方式で、どの用途に、どの評価項目で、どの基準を満たせば次に進むのかを決めておく必要があります。
冷媒の変更は、単に液体を入れ替えるだけではありません。
冷媒が変わると、関連する部材、設備、保守、認定、サプライチェーン全体に影響します。特にAIデータセンターの液冷では、GPUサーバーOEM、ODM、冷却ベンダー、CDUメーカー、部材メーカー、データセンター運用者、クラウド事業者が関わるため、冷媒変更の影響範囲は広くなります。
たとえば、冷媒の粘度が変わると、ポンプや流量設計に影響します。材料適合性が変わると、ホース、Oリング、シール材、バルブ、QDの選定が変わります。沸点が変わると、二相冷却の熱交換器や凝縮器の設計が変わります。安全分類が変わると、保管や作業手順、消防・安全対応が変わります。
また、冷媒が変わると、顧客への説明も変わります。
なぜその冷媒を選ぶのか。
PFAS規制にどう対応しているのか。
長期供給は可能なのか。
既存設備との適合性は確認されているのか。
廃棄や補充のルールはどうなるのか。
将来の規制変更にどう備えるのか。
これらを説明できなければ、大規模導入や顧客案件では採用が進みにくくなります。
そのため、冷媒調達では、単体の製品比較ではなく、サプライチェーンと認定構造を把握する必要があります。
誰が仕様を決めるのか。
誰が認定するのか。
誰が購買権限を持つのか。
どの部材とセットで評価されるのか。
どの段階で顧客承認が必要になるのか。
この構造を整理することで、冷媒代替の現実性が見えやすくなります。
PFAS規制と3M撤退は、リスクである一方で、日本企業にとって機会にもなり得ます。
これまで、特定の海外メーカーのフッ素系流体に依存していた領域では、代替品探索のニーズが生まれています。特にデータセンター液冷、電子機器冷却、半導体関連装置、特殊洗浄、熱マネジメント用途では、環境規制に対応しながら性能を満たす冷媒や周辺材料の探索が重要になります。
日本には、化学メーカー、材料メーカー、フッ素化学に関わる企業、冷却部材メーカー、設備メーカー、半導体関連企業があります。PFAS規制への対応や代替材料の開発では、こうした企業の技術や供給網が評価される可能性があります。
ただし、機会があることと、すぐに採用されることは別です。
データセンター冷媒では、熱性能、安全性、材料適合性、環境性、供給能力、価格、認定対応が必要になります。特にグローバルに展開するクラウド事業者やサーバーOEMに採用されるには、品質保証、長期供給、国際規制対応、技術資料、評価データ、顧客サポートが求められます。
そのため、日本企業が入り込むには、単に「代替冷媒があります」と売り込むのではなく、対象用途と評価項目を絞り、既存冷媒との比較、部材適合性、規制対応、供給体制を整理したうえで提案する必要があります。
Asset Marsにとっても、この領域は調査と部品手配をつなげやすいテーマです。
PFAS規制の動向を調べる。
3M製品に依存していた用途を整理する。
代替冷媒候補を探す。
日本企業・海外企業の供給元を比較する。
材料適合性や評価項目を整理する。
サンプル手配や初期面談につなげる。
このような流れは、調査・アドバイザリーと部品手配の両方に接続できます。
PFAS規制と3M撤退を受けて、冷媒調達を見直す場合、最初から代替品リストを作るだけでは不十分です。
まず整理すべきなのは、現在どの冷媒を、どの方式で、どの部材と組み合わせて、どの用途で使っているかです。冷媒がDLCに使われているのか、浸漬冷却に使われているのか、二相冷却に使われているのかによって、代替品に求める条件は変わります。
次に、現行冷媒のリスクを整理します。
PFAS該当性、規制対象可能性、供給元の継続方針、価格動向、在庫状況、顧客方針、廃棄・環境対応、代替品の有無を確認します。3M製品を使っている場合は、供給終了の影響がどの時期に出るのか、既存在庫や契約条件がどうなっているのかも重要です。
そのうえで、代替候補の評価軸を決めます。
熱性能、安全性、材料適合性、環境性、供給安定性、コスト、認定可能性、既存システムへの影響を比較できる形にします。候補品が複数あっても、評価軸がなければ判断できません。
最後に、評価と認定の進め方を設計します。
机上比較、サンプル取得、材料適合性試験、小規模冷却試験、長期安定性試験、部材メーカー・冷却ベンダーとの確認、顧客説明資料の作成というように、段階を分けて進める必要があります。
冷媒調達では、早めに動くほど選択肢が広がります。
規制や供給停止が迫ってから代替品を探すと、評価期間が足りない、候補品が不足する、価格が上がる、顧客への説明が後手になる可能性があります。PFAS規制と3M撤退は、冷媒調達を先送りできないテーマに変えています。
株式会社Asset Marsでは、AIデータセンター、液冷部材、冷媒、PFAS代替、半導体周辺部材に関する調査・アドバイザリーおよび供給元探索を支援しています。
PFAS規制と3M撤退により、データセンター冷媒の調達では、単なる製品比較だけでなく、規制対応、供給安定性、材料適合性、液冷方式との相性、認定前評価、サプライチェーン構造を整理する必要があります。
当社では、DLC、浸漬冷却、二相冷却などの方式ごとに、冷媒に求められる条件を整理し、代替冷媒候補、供給元候補、評価項目、調達上の論点をまとめます。また、必要に応じて、日本国内外の冷媒メーカー、材料メーカー、液冷部材メーカー、関連サプライヤーの初期調査や、サンプル手配に向けた情報整理を支援します。
当社の支援は、特定冷媒の採用、規制適合、認定取得、長期供給、冷却性能を保証するものではありません。あくまで、初期段階において「どの冷媒がリスクになり得るか」「どの代替候補を確認すべきか」「どの評価項目が必要か」「どの供給元や関係者に相談すべきか」を整理するための支援です。
AIデータセンターの液冷化、PFAS代替冷媒、3M製品からの切り替え、冷媒サプライチェーン調査、液冷部材の調達可能性について検討されている場合は、まずは情報交換からご相談ください。
