Large data centres in cities risk suburban heating

لطالما عُرفت المدن بقدرتها على حبس الحرارة، مما يخلق جيوباً من الدفء تكون أكثر سخونة بشكل ملحوظ من الريف المحيط بها. يحدث هذا لأن الخرسانة والأسفلت يمتصان طاقة الشمس ويطلقانها ببطء، بينما يعني نقص التربة والنباتات انخفاض عمليات التبريد بالتبخر. والآن، تضاف طبقة جديدة من الحرارة إلى هذا المزيج الحضري، وهي طبقة تأتي من الخوادم الضخمة التي تشغل ثورة الذكاء الاصطناعي. هذه المرافق، المعروفة باسم مراكز البيانات، تستهلك كميات هائلة من الكهرباء لإبقاء حواسيبها قيد التشغيل وتبريدها. وبينما يعد استهلاك الطاقة الذي تستخدمه أمراً ضرورياً للحياة الحديثة، فإن الحرارة الناتجة كمنتج ثانوي لاستخدام تلك الطاقة يتم إطلاقها مباشرة في الغلاف الجوافي، ليل نهار. ومع تحول هذه المرافق من غرف خوادم صغيرة إلى مجمعات ضخمة بقدرة جيجاوات، يتساءل العلماء سؤالاً حاسماً: هل نحن نحول مدننا عن غير قصد إلى أماكن أكثر سخونة، خاصة خلال موجات الحر الخطيرة؟

وضع فريق من الباحثين بقيادة أندرو بيتمان من جامعة نيو ساوث ويلز هدفاً للإجابة على هذا السؤال من خلال النظر في مدينة سيدني، أستراليا. فقد ركزوا على التوسع السريع لمراكز البيانات في المدينة، والذي يشمل العشرات من المواقع القائمة، والعديد منها قيد الإنشاء، وعدة مشاريع ضخمة في مراحل التخطيط. ولفهم التأثير، استخدم الفريق نموذجاً حاسوبياً متطوراً للغلاف الجوي يحاكي أنماط الطقس بمقياس دقيق جداً، حيث يركز على مربعات بمساحة كيلومتر واحد عبر المدينة. أجروا عمليات محاكاة لعشر حالات منفصلة من موجات الحر، مقارنين الطقس كما هو الآن مع سيناريو يتم فيه تشغيل جميع مراكز البيانات الحالية، وتلك التي تحت الإنشاء، والمخطط لها بكامل طاقتها. وقد سمح لهم ذلك بعزل التأثير المحدد للحرارة المهدرة من هذه المرافق على درجة حرارة الهواء المحلية.

وكشفت النتائج عن تأثير احترار واضح وكبير، لا سيما في الجزء الغربي من المدينة حيث توجد أكبر مراكز البيانات. فعندما تعمل جميع هذه المرافق معاً، ترتفع درجة حرارة الهواء المتوسطة خلال موجة الحر بين 0.5 و1.0 درجة مئوية عبر مساحة واسعة. وفي الجوار المباشر لأكبر المواقع، يكون الاحترار أكثر شدة، حيث ترتفع درجات الحرارة المتوسطة بأكثر من 1.5 درجة. وأظهر النموذج أن هذه الحرارة الإضافية تؤثر على كل من الجزء الأكثر سخونة من اليوم والجزء الأكثر برودة من الليل، لكن التأثير على درجات حرارة الليل كان لافتاً للنظر بشكل خاص. فبالقرب من أكبر مركز بيانات، يمكن أن ترتفع درجة الحرارة الدنيا -وهي أدنى نقطة يصل إليها الهواء قبل شروق الشمس- بما يصل إلى 3.5 درجة مئوية. وهذا يعني أنه في ليلة صيفية حارة، قد لا يبرد الهواء بقدر ما يفعل في الحالات العادية، مما يترك البيئة والأشخاص الذين يعيشون بالقرب منها دون قدر من الراحة.

يعتمد حجم المشكلة بشكل كبير على كيفية تبريد مراكز البيانات ومدى حجمها. وجد الباحثون أن المرافق الأصغر لها تأثير ضئيل، لكن الجيل الجديد من مراكز البيانات الضخمة، والتي يُخطط لبعضها أن تتجاوز 1000 ميجاوات، يغير المناخ المحلي. كما أن طريقة التبريد مهمة أيضاً؛ فالعديد من مراكز البيانات تستخدم الماء لامتصاص الحرارة، والذي يتحول إلى بخار ويحمل الطاقة بعيداً. وبينما يمنع هذا الإطلاق المباشر للهواء الساخن، لاحظ الباحثون أنه في مدينة مثل سيدني، التي تواجه نقصاً في المياه، فإن الاعتماد على هذه الطريقة يعد أمراً محفوفاً بالمخاطر. فإذا تم حظر التبريد بالماء واضطررنا لإطلاق كل الحرارة مباشرة في الهواء كحرارة محسوسة، فإن المنطقة المتأثرة بالاحترار ستتوسع بشكل كبير، لتصل إلى شمال سيدني وتعرّض المزيد من الناس لدرجات حرارة أعلى.

إن التكلفة البشرية لهذا الاحترار قابلة للقياس. فبناءً على بيانات السكان الحالية، قدر الباحثون أنه في السيناريو الأكثر تطرفاً لديهم، حيث تُبنى جميع مراكز البيانات الكبيرة المخطط لها، قد يتعرض ما يقرب من 255,000 شخص في سيدني لموجات حر تكون أشد حرارة بمقدار 0.3 درجة مئوية على الأقل عما ستكون عليه لولا ذلك. وأكثر من 78,000 من هؤلاء الأشخاص قد يواجهون موجات حر أشد حرارة بمقدار 0.5 درجة على الأقل. إن الأمر لا يتعلق فقط بالراحة؛ فدرجات الحرارة المرتفعة خلال موجات الحر مرتبطة بزيادة الوفيات، والخسائر الاقتصادية، والمخاطر الصحية. وتسلط الدراسة الضوء على أن الحرارة الناتجة عن هذه المرافق هي إضافة إلى تأثير الجزيرة الحرارية الحضرية القائم واتجاه الاحتباس الحراري العالمي، مما يخلق خطراً تراكمياً على سكان المدن.

ويقترح الباحثون أن الحل قد يكمن في مكان بناء هذه المرافق. فوضع مراكز البيانات الكبيرة خارج حدود المدينة يمكن أن يمنعها من تكثيف الحرارة داخل المناطق الحضرية. ويمكن لهذا النهج أيضاً أن يقدم فوائد للمدن الإقليمية، حيث إن ربط هذه المرافق البعيدة بالمدن عبر شبكات عالية السرعة من شأنه تحسين الاتصال الرقمي لتلك المجتمعات. وإذا كان لزاماً بقاء مراكز البيانات داخل المدن، فإن الدراسة تنصح بعدم تجميعها معاً في مناطق تقنية، لأن الحرارة المشتركة من مواقع متعددة تخلق تأثيراً محلياً أقوى بكلاً من الحرارة الناتجة عن المرافق الأصغر والمتفرقة. علاوة على ذلك، فإن الاعتماد على مولدات الديزل أو الغاز الاحتياطية، والتي ستطلق مزيداً من الحرارة والتلوث أثناء انقطاع التيار الكهربائي، يمثل طبقة أخرى من المخاطر التي يجب على المخططين مراعاتها.

في نهاية المطاف، يأتي هذا العمل ليضع عاملاً لم يُعطَ حقّه من الاهتمام سابقاً في النقاش حول التخطيط الحضري والمرونة المناخية. وبينما يدفع استهلاك الطاقة في مراكز البيانات هذه عجلة الاكتشافات العلمية والطبية، فإن الحرارة الفيزيائية التي تطلقها تعيد تشكيل البيئة المحلية. وتشير الدراسة إلى أنه مع نمو الطلب على الذكاء الاصطناعي، يزدل الحاجة أيضاً إلى إدارة البصمة الحرارية للبنية التحتية التي تدعمه. ومن خلال فهم هذه الديناميكيات، يمكن لمخططي المدن وصناع السياسات اتخاذ قرارات أكثر استنارة بشأن مكان وضع هذه المرافق الضرورية، لضمان ألا يأتي السعي وراء التقدم التكنولوجي على حساب جعل المدن شديدة الحرارة بشكل خطير.