Wesley Spindler, Laura Fisher, Luna Hahn-Petersen

مع توسع البنية التحتية الرقمية، أصبحت مراكز البيانات العمود الفقري للاتصال الحديث، مدعمة كل شيء من الخدمات السحابية إلى الذكاء الاصطناعي. إلا أن هذا النمو يحمل تكلفة بيئية خفية تتجاوز استهلاكه للطاقة: وهي الارتفاع السريع في استهلاك المياه.

يتطلب التبريد وحده كميات هائلة من المياه، ومن المتوقع أن تزيد أعباء عمل الذكاء الاصطناعي من هذا الطلب.

تشير التقديرات الحديثة إلى أن تسريع اعتماد الذكاء الاصطناعي وحده يمكن أن يؤدي إلى سحب إضافي للمياه يتراوح بين 4.2 و 6.6 مليار متر مكعب بحلول عام 2027، بما في ذلك التبريد في الموقع وتوليد الكهرباء خارج الموقع. يعادل هذا التوقع أربعة إلى ستة أضعاف سحب المياه السنوي في الدنمارك، مما يؤكد الحاجة إلى اتخاذ إجراءات عاجلة.

تكمن الفرصة في استراتيجيات إدارة المياه الدائرية، والتي يمكن أن تحقق وفورات في استهلاك المياه تصل إلى 75%. يمكن أن تتراوح الحلول من تحسين استخدام المياه، مثل حلول التبريد السائل المتقدمة وذات الدائرة المغلقة في مراكز البيانات وتجديد المياه، مما يوفر إمكانية معالجة تحديات ندرة المياه وكفاءة الطاقة.

ومع ذلك، غالبًا ما يتأخر التنفيذ عندما تفتقر دراسات الجدوى التجارية، ويكون الرصد غير كافٍ، ولأن دمج التقنيات الجديدة في البنى التحتية القائمة معقد. يتطلب التغلب على هذه العقبات التعاون.

من خلال الشراكة مع مزودي التكنولوجيا والشركات الناشئة والمجتمعات المحلية، يمكن توسيع نطاق حلول إدارة المياه الدائرية، مما يمكّن مراكز البيانات من العمل بشكل أكثر استدامة مع الحفاظ على موارد المياه العذبة.

تحسين استخدام المياه والتبريد السائل المتقدم

يركز تحسين استخدام المياه على تقليل الاستهلاك الفعلي للمياه في مراكز البيانات من خلال أنظمة إدارة المياه الذكية التي تراقب وتعدل استخدام المياه باستمرار، إلى جانب طرق التبريد المبتكرة والأقل استهلاكًا للمياه.

تُبنى أنظمة إدارة المياه الذكية على أجهزة استشعار تعمل في الوقت الفعلي وتتتبع وتعدل الاستهلاك وفقًا لطلب التبريد. يتيح هذا النهج الاستباقي النمذجة التنبؤية والفهم الدقيق لاحتياجات المياه، مما يحقق تقليلًا في استهلاك المياه يصل إلى 25% من خلال تحسين الخوارزميات التي تتنبأ وتعدل التبريد المعتمد على الماء.

مع وجود هذه الأنظمة، تكون مراكز البيانات في وضع جيد لتطبيق حلول التبريد السائل المتقدمة وذات الدائرة المغلقة، مثل التبريد بالغمر السائل والتبريد المباشر للرقائق.

يتضمن التبريد بالغمر السائل غمر المكونات الإلكترونية، مثل الخوادم أو وحدات المعالجة المركزية “CPUs”، في سائل غير موصل يمتص حرارتها بكفاءة وينقلها إلى مبادل حراري.

مقارنة بالطرق التقليدية، يمكن لهذا أن يقلل من استهلاك المياه بنسبة تصل إلى 91%، واستهلاك الطاقة بنسبة 50%، واشغال المساحة بنسبة 85% عند مقارنته بطرق التبريد الهوائي التقليدية.

أحد أحدث الابتكارات هو التبريد المباشر للرقائق “direct-to-chip cooling”، والذي يستهدف المعالجات من المصدر. فمن خلال تدوير سائل تبريد عازل للكهرباء عبر اللوحة الباردة للمعالج، فإنه يمتص الحرارة مباشرة، مما يحافظ على درجة حرارة المعالج المثلى، وبالتالي يقلل من ارتفاع درجة الحرارة المفرط والاستهلاك الزائد للمياه في عملية التبريد.

يمكن لهذا الابتكار أن يقلل من استهلاك المياه بنسبة 20-90% في المناطق التي تعاني من ندرة المياه ويقلل من احتياجات الطاقة للمنشأة بنسبة 18%، اعتمادًا على التكنولوجيا والمناخ. تختلف إمكانات توفير المياه حسب تصميم النظام، حيث توفر حلول التبريد على مستوى الخادم فوائد أكبر من المناهج على مستوى المنشأة.

مع قيام Microsoft بالفعل بنشر التبريد السائل ذي الدائرة المغلقة، واستثمار شركة Carrier في تكنولوجيا التبريد المباشر للرقائق، وإطلاق Ecolab مؤخرًا لحل مراقبة التبريد للتبريد المباشر للرقائق، يتسارع الزخم وراء حلول التبريد السائل المتقدمة بشكل واضح.

تجديد المياه

بالإضافة إلى جدرانها الأربعة، يمكن لمراكز البيانات أن تلعب دورًا رئيسيًا في تجديد المياه في المناطق التي تعمل فيها. فبينما يقلل تحسين استخدام المياه من الاستهلاك، يركز التجديد على استعادة مصادر المياه من خلال تعزيز توفر المياه وجودتها، مما يضمن حصول المجتمعات المحلية على مياه نظيفة.

تشمل الاستراتيجيات الرئيسية معالجة مياه الصرف الصحي وإعادة استخدامها، ويفضل أن يكون ذلك ضمن نفس مستجمع المياه الذي تم السحب منه، للري والعمليات الصناعية، وإعادة تغذية خزانات المياه الجوفية، والحفاظ على المياه من خلال ممارسات الري الفعالة، من بين العديد من الاستراتيجيات الأخرى.

تعد مقاطعة أورانج، كاليفورنيا، مثالاً رائدًا لمجتمع يعيد تدوير مياه الصرف الصحي لإنتاج 130 مليون جالون من مياه الشرب يوميًا، وهو ما يكفي لحوالي مليون نسمة. كما يعمل كبار مزودي الخدمات السحابية على تطوير مبادرات إيجابية للمياه، مثل Microsoft وAWS “خدمات أمازون ويب” اللتين تستثمران في تجديد المياه في المناطق التي تعاني من ندرة المياه.

تتبنى مراكز البيانات بشكل متزايد استراتيجيات معالجة مياه الصرف الصحي وإعادة استخدامها لتقليل اعتمادها على موارد المياه العذبة، مما يؤدي إلى انخفاض استهلاك المياه بنسبة تصل إلى 50%. وتعد”Indra Water” و”Kilimo” مثالين لمبتكرين بارزين يساعدان الصناعات على تحقيق تجديد المياه.

معالجة المياه بواسطة Indra Water

تستخدم شركة Indra Water، ومقرها الهند، تكنولوجيا حاصلة على براءة اختراع لمعالجة مياه الصرف الصناعي، والتي تتضمن تمرير الكهرباء عبر الملوثات لتفكيك روابطها الكيميائية.

تعد هذه التكنولوجيا أكثر فعالية بكثير من المعالجة الكيميائية التقليدية، ويمكنها تحقيق استعادة تصل إلى 95% من مياه الصرف الصحي وتقليل البصمة الكربونية الصافية بنسبة 74% مع عدم استخدام أي مواد كيميائية في المعالجة الأولية لمياه الصرف الصحي.

نجحت Indra Water في معالجة أكثر من 4 مليارات لتر من مياه الصرف الصحي، وهي في طريقها لمعالجة ما يقرب من 100 مليون لتر يوميًا في المستقبل.

ري Kilimo الفعال

من خلال الشراكة مع المنظمات المحلية، يمكن لمراكز البيانات فهم تحديات المياه بشكل أفضل وتصميم حلول تعاونية. أحد الأمثلة على ذلك هو Kilimo، وهي شركة ناشئة رائدة في مجال التكنولوجيا الزراعية تقدم للمزارعين أدوات لإدارة المياه مدعومة بالذكاء الاصطناعي، مما يمكّن مشغلي مراكز البيانات من التعامل بفعالية مع أصحاب المصلحة الزراعيين.

باستخدام الذكاء الاصطناعي، تحلل Kilimo البيانات في الوقت الفعلي حول الطقس والتربة واحتياجات المحاصيل، وتحسن أنظمة الري وتضمن للمزارعين استخدام الحجم الضروري فقط من المياه. تعمل تقنية الري الدقيق هذه على الحفاظ على المياه، وتخفيف الضغط على مصادر المياه المحلية، ودعم استعادة النظام البيئي وتحسين صحة التربة.

من خلال الشراكة مع الشركات، توسع Kilimo نطاق وصول تقنيتها إلى المزارعين، مما يعالج ندرة المياه على مستوى مستجمعات المياه مع تعزيز الروابط المجتمعية.

مع استفادة أكثر من 2000 مزارع والحفاظ على 30 مليون متر مكعب من المياه عبر سبع دول، تُظهر Kilimo قوة حلول تجديد المياه في معالجة ندرة المياه وتعزيز الزراعة الموفرة للمياه.

التعاون من أجل دائرية المياه

بينما يواصل مشغلو مراكز البيانات إحراز تقدم كبير في ممارسات إدارة المياه الدائرية، فإن اتباع نهج أكثر طموحًا أمر ضروري لتلبية الطلب المتزايد على الخدمات الرقمية والتحديات المائية التي تجلبها هذه الخدمات.

هناك حاجة إلى التحول من التغييرات التدريجية إلى استراتيجيات مياه شاملة ودائرية ومدفوعة بالبيانات ومدمجة في تصميم البنية التحتية الرقمية، ليس فقط للامتثال ولكن كضرورة استراتيجية لضمان نظام بيئي رقمي مستدام.

سيكون التعاون عبر سلسلة القيمة بأكملها رافعة أساسية. يجب على مشغلي النطاق الفائق “Hyperscale operators” ومقدمي التكنولوجيا والشركات الناشئة والمجتمعات المحلية تجاوز المشاريع التجريبية المعزولة والعمل معًا في أنظمة بيئية للابتكار حيث يمكن للبنية التحتية والمعرفة والاستثمار المشترك تسريع التبني وتحقيق تأثير جماعي أكبر.

من خلال تشكيل شراكات فعالة، يمكن لأصحاب المصلحة توسيع نطاق استراتيجيات إدارة المياه الدائرية الواعدة لمراكز البيانات، مثل التبريد السائل المتقدم وحلول الدائرة المغلقة، وتعزيز كل من تحسين المياه وتجديدها اللذين يتطلبان عملًا مشتركًا عبر النظام البيئي.

إعداد: وحدة الترجمات بمركز سمت للدراسات
المصدر: World Economic Forum