البناء الذكي: نظرة داخلية على الاستدامة في بناء مراكز البيانات

تستكشف شركة Capacity كيف يعمل السباق لتلبية الطلب الرقمي المتزايد على إعادة تشكيل تصميم مركز البيانات

لقد أدى الطلب المتزايد على الخدمات الرقمية - والتي تشمل كل شيء من الحوسبة السحابية إلى أحمال عمل الذكاء الاصطناعي - إلى طفرة في البناء في صناعة مراكز البيانات، حيث تتسابق الشركات لتوسيع القدرة على تلبية الاحتياجات العالمية التي لا تشبع.

على سبيل المثال، تخطط شركة مايكروسوفت لاستثمار 80 مليار دولار في مراكز البيانات التي تركز على الذكاء الاصطناعي في عام 2025 وحده، مع تخصيص نصف هذا المبلغ لمشاريع في الولايات المتحدة. وعلى نحو مماثل، تطمح شركة سوفت بنك اليابانية إلى ضخ 100 مليار دولار في البنية الأساسية للذكاء الاصطناعي في جميع أنحاء الولايات المتحدة على مدى السنوات الأربع المقبلة.

ويتجلى هذا النمو الهائل في التوقعات التي تشير إلى أن سوق مراكز البيانات قد ترتفع إلى قيمة 483 مليار دولار بحلول عام 2029، وفقًا لتقديرات DLA Piper وTMT Finance.

ومع ذلك، فإن حجم هذا الاستثمار يصاحبه تحديات كبيرة. فمراكز البيانات تستهلك الكثير من الموارد، وتستهلك كميات هائلة من الطاقة وتشغل مساحة مادية كبيرة.

تقدر مؤسسة جاك كيمب، وهي مؤسسة بحثية أمريكية، أن استعلامًا واحدًا باستخدام ChatGPT يتطلب ما يقرب من 10 أضعاف الطاقة التي يتطلبها البحث القياسي في جوجل، مع تصاعد الطلب مما قد يؤدي إلى ارتفاع فواتير الطاقة للمستهلكين والشركات الصغيرة بنسبة تصل إلى 70% خلال السنوات الخمس المقبلة.

تدرس القدرة كيف يتعامل مشغلو مراكز البيانات وشركات البناء مع الضغوط المزدوجة المتمثلة في التوسع السريع لتلبية الطلب مع ضمان بناء مشاريعهم بشكل مستدام.

العيش في عالم مادي

هناك اعتقاد شائع بشكل متزايد بأن تشغيل مراكز البيانات هو السبب الرئيسي لانبعاثات الطاقة في الموقع. ومع ذلك، فإن إنشاء مرافق جديدة قد يكون بنفس القدر من القذارة مثل تشغيلها.

يتم استخراج الفولاذ المستخدم في مراكز البيانات إلى حد كبير من خامات الحديد، ويتم إنشاؤه باستخدام عملية تُعرف باسم فرن الصهر - فرن الأكسجين الأساسي، أو BF-BOF، والتي تستخدم تقليديًا أفران حرق الفحم.

وهناك أيضًا الخرسانة المصنوعة من الأسمنت والتي تستخدم أفرانًا ضخمة تعمل بكميات هائلة من الوقود الأحفوري. وتشير الأرقام الصادرة عن شركة الهندسة المعمارية جينسلر إلى أن الخرسانة قد تمثل ما يصل إلى 80% من انبعاثات الكربون المجسدة في الموقع بالنسبة لمراكز البيانات.

وقال ديل كروفورد، المدير التنفيذي لمعهد أنابيب الصلب، إن عمر مركز البيانات قد يكون قصيرًا، إذ يتراوح من سبع إلى عشر سنوات، وبالتالي يتعين على المطورين أن يكونوا حذرين بشأن المواد التي يستخدمونها للحصول على تقييم دقيق لاستدامة الموقع.

يقول كروفورد: "لا يتم إعادة تدوير سوى 15% من نفايات الخشب، ولكن 98% من الفولاذ الهيكلي يتم إعادة استخدامه أو إعادة تدويره في نهاية عمر المبنى، دون أي تدهور في جودته أو سبائكه. وعلى نحو مماثل، يسهل فصل أنابيب الصلب وهي المادة الأكثر إعادة تدويرًا في العالم، حيث يتم إعادة تدوير 60 إلى 80 مليون طن من خردة الصلب كل عام".

وعلى صعيد الخرسانة، تستخدم شركات مثل شركة إيكو ماتيريال تكنولوجيز البوزولان، أو بدائل الأسمنت المطحون الناعم، لتقديم خلطات خرسانية تحتوي على نسبة منخفضة للغاية من الكربون. وتأخذ الشركة نفايات مثل الرماد المتطاير من محطات توليد الطاقة التي تعمل بالفحم، وتعالجها باستخدام نظامها ES Efficient Carbon Offloading (ECO)، ثم تستخدمها لصنع أسمنت قوي ومتين يحتوي على نسبة أقل كثيراً من الكربون مقارنة بالأسمنت البورتلاندي التقليدي.

وتستخدم منتجات Eco Material في حوالي نصف مراكز البيانات التي تم بناؤها في الولايات المتحدة، ويتم استخدامها في بناء مشاريع مثل مصنع الرقائق الجديد لشركة TSMC في أريزونا، ومنصات الإطلاق SpaceX في تكساس، ومرافق تصنيع البطاريات وأشباه الموصلات التابعة لشركة Samsung في تايلور، تكساس.

يقول غرانت كواشا، الرئيس التنفيذي لشركة إيكو ماتيريال تكنولوجيز، إن بعض الشركات "تدخلت بكل جدية" في التفاصيل الدقيقة لمحاولة خفض كثافة الانبعاثات من هياكل البناء هذه.

يوضح كواشا أنه في حين كانت بعض شركات البناء "مترددة" بشأن محتويات الخرسانة، فإن المطورين والمستخدمين النهائيين مثل أولئك العاملين في مجال مراكز البيانات هم أشخاص واعون ينظرون باهتمام إلى سلسلة التوريد الخاصة بهم.

ويضيف قائلاً: "تمتلك شركات مثل ميتا مجموعات تعمل على اختبار كل هذه المواد المتقدمة بهذه الوصفات المختلفة لتحديد تصميم المزيج الأمثل لإنشاء مراكز البيانات الخاصة بها".

يمكن لمراكز البيانات الجديدة التي تراعي البيئة أن تطبق منتجات مثل الأسمنت الأخضر من Eco Material، PozzoSlag، لتوفير بديل للأسمنت والخرسانة بنسبة تتراوح بين 50 إلى 60%، مما يؤدي إلى مضاعفة وفورات الانبعاثات بشكل فعال مقارنة باستخدام المواد الأسمنتية التكميلية التقليدية.

يكشف Quasha أن سعر PozzoSlag من Eco Material هو نفس سعر الأسمنت البورتلاندي تقريبًا، ومع ذلك ينتج كمية أقل بكثير من الكربون أثناء البناء.

معالجة انبعاثات النطاق 3 بتصميمات أكثر ذكاءً

أحد مشغلي مراكز البيانات الذين يدركون بشكل نشط انبعاثاتهم من النطاق 3 - تلك التي لا تولدها الشركة نفسها ولكن من خلال سلسلة التوريد - هو Compass Datacenters.

وتقول نانسي نوفاك، مديرة الابتكار في شركة كومباس، إنه من الأهمية بمكان أن تنظر الشركة إلى التأثير البيئي لسلسلة التوريد بأكملها وليس فقط العمليات في الموقع.

ويوضح نوفاك قائلاً: "إن البيئة المبنية، التي تشمل كل ما يتعلق بعالم البناء، تشكل ما بين 45% إلى 50% من إجمالي انبعاثات الغازات المسببة للانحباس الحراري العالمي. ومن بين هذه الانبعاثات، هناك ما بين 12% إلى 15% من هذه الانبعاثات تتعلق بتنفيذ مشروع، بينما يخصص الباقي لصيانة وتشغيل وتحديث المرافق.

"في صناعة مراكز البيانات، يشبه الأمر طلاء سفينة - كل ثلاث سنوات، تقوم بإعادة التوسع والتحديث، وبحلول الوقت الذي تسلّم فيه آخر مساحات البيانات، تكون قد بدأت بالفعل في تجديدها وترقيتها باستخدام التقنيات الجديدة."

وكجزء من جهودها، حاولت نوفاك وفريقها في كومباس بدقة قياس جزء النطاق 3 من منشآتها، وهو النهج الذي أدى إلى تحسين الاستدامة بنسبة 18 إلى 19% من خلال إجراء تغييرات على الممارسات خارج الموقع.

"نحن نتعمق في كل شركائنا في سلسلة التوريد وننظر في ممارساتهم حتى نتمكن من تتبع بصمتنا الكربونية، ثم نقارنها بمعايير الصناعة حتى نتمكن من القول تجريبياً، هذا هو المكان الذي نحن فيه، وهنا حيث يمكننا التحسين، وهذا هو السبب في أنه أفضل بكثير من القيام بذلك بالطريقة التقليدية."

وبالإضافة إلى الجهود المستدامة التي تبذلها شركة Compass، يؤكد نوفاك على أهمية التصنيع خارج الموقع ونهج التصنيع المسبق القائم على المكونات.

من خلال الاستفادة من سلسلة التوريد الخاصة بها، يمكن لشركة Compass إنشاء تصميمات مركز بيانات معيارية قابلة للتخصيص بدرجة كبيرة ومصممة خصيصًا للتصنيع، وبالتالي تحسين الأداء البيئي الشامل مقارنة بالتصميمات التقليدية.

يوضح نوفاك: "عندما تنظر إلى تصميماتنا، نجد أن لدينا ساحة المعدات بأكملها، من جدران الهواء، بما في ذلك جدران الهواء الهجينة التي تتكون من الماء والهواء، بالإضافة إلى مولداتنا ومراكز الطاقة وبنيتنا بالكامل، إلى جانب غرف التجميع، لنقل الأشياء إلى بيئة خارج الموقع".

لكن الاستدامة لا تقتصر على التركيز على المعدات فحسب، حيث يؤكد نوفاك على اتباع نهج شامل في التصميمات. ويساعد الجمع بين فريق متنوع في دفع التصميمات إلى أبعد من ذلك.

يقول نوفاك: "يمنحنا هذا النهج الشامل قوة عاملة أكثر تنوعًا، وقوة عاملة أكثر أمانًا، وقوة عاملة أعلى جودة". "وبسبب إمكانية التكرار في المساحات الميكانيكية والكهربائية والسباكة الرئيسية في مركز البيانات، فإنك تحصل على خفض في التكاليف من وفورات الحجم. هذه هي أكبر استراتيجية لدى Compass، وقد حققت نجاحًا كبيرًا مع سلسلة التوريد المرتبطة بشكل وثيق".

الحفاظ على البرودة: دور أنظمة الهواء

تعتمد بعض مواقع مراكز البيانات على التبريد الهوائي بدلاً من السائل لتقليل كميات الحرارة الهائلة الناتجة عن تشغيل الخوادم باستمرار.

ووفقاً لوكالة دليل Vertiv لأنظمة تبريد مراكز البياناتتتراوح درجة حرارة التشغيل المثالية لهذه المرافق عادةً بين 70 و75 درجة فهرنهايت (21 و24 درجة مئوية).

يقول توني أباتي، نائب الرئيس والمدير التقني في شركة AtmosAir Solutions، إنه من أجل إبقاء درجات الحرارة تحت السيطرة، يتعين على المشغلين استخدام تقنيات التدفئة والتهوية وتكييف الهواء (HVAC) الفعالة والمستدامة.

"قال أباتي لـCapacity: "يجب على مراكز البيانات جلب كميات كبيرة من الهواء الخارجي لتبريد المباني ومنع "الحرارة القاتلة"، والتي يمكن أن تلحق الضرر بالمكونات وتؤدي إلى الفشل. يجب تصفية هذا الهواء الخارجي لإزالة الأوساخ وحبوب اللقاح وملوثات الاحتراق - الجسيمات التي يمكن أن تتراكم على مرشحات المعدات ومبددات الحرارة، مما يقلل من كفاءة التبريد ويزيد من درجات حرارة التشغيل."

وتسلط شركة Abate الضوء على أحد الحلول وهو التأين ثنائي القطب (BPI)، وهي تقنية جديدة نسبيًا لتنقية الهواء يمكن أن تساعد في إطالة عمر معدات مركز البيانات.

يوضح أباتي: "تعمل هذه الأنظمة على تحييد الشحنات الساكنة، التي يمكن أن تلحق الضرر بالمعدات الإلكترونية الحساسة، وتقلل من كمية الهواء الخارجي المطلوبة. وهذا يقلل من استخدام الطاقة وانبعاثات الغازات المسببة للانحباس الحراري العالمي، مما يجعل مراكز البيانات أكثر ملاءمة للبيئة".

بالإضافة إلى ذلك، تعمل تقنية BPI على تحسين جودة الهواء الداخلي من خلال الحفاظ على الهواء داخل المرافق نقيًا. ويضيف أباتي: "تساعد أنابيب BPI في ضمان تشغيل المرافق بكامل طاقتها، وحماية المعدات الإلكترونية مع تقليل استخدام طاقة التدفئة والتهوية وتكييف الهواء، والتي يمكن أن تؤدي بخلاف ذلك إلى زيادة انبعاثات الغازات المسببة للانحباس الحراري العالمي".

الاستدامة في العمل: الدروس المستفادة من LuxConnect

ومن بين المشغلين الأوروبيين الذين يضعون الاستدامة في مقدمة مرافقهم شركة LuxConnect، وهي شركة مراكز بيانات مقرها لوكسمبورج.

لدى المشغل هيكل غير تقليدي مقارنة بمعظم مشغلي مراكز البيانات الآخرين، حيث تم إنشاؤه من قبل حكومة لوكسمبورج - ولكن في حين أنه مملوك للدولة، فهو شركة خاصة تديرها.

وقال بول كونسبروك، الرئيس التنفيذي لشركة LuxConnect، إن هذا النموذج الهجين مكّن الشركة من إعطاء الأولوية لمشاريع الاستدامة دون نفس ضغوط الربح قصيرة الأجل التي يواجهها المشغلون من القطاع الخاص.

منذ البداية، استخدمت LuxConnect الطاقة المتجددة حصريًا لتشغيل منشآتها، وحصلت على الكهرباء بشكل أساسي من دول الشمال الأوروبي مثل فنلندا والنرويج، بما في ذلك الطاقة الكهرومائية وطاقة الرياح، كجزء من سياستها "المنخفضة أو المعدومة البصمة".

ولكن بدلاً من التركيز فقط على التحول إلى مصادر الطاقة المتجددة كوسيلة لجعل مواقع مراكز البيانات أكثر خضرة، يقول كونسبروك إن حتى شيء بسيط مثل خفض درجة حرارة غرف الخوادم بدرجة أو اثنتين يمكن أن "يقلل بشكل كبير" من استهلاك الطاقة.

كما عمل الفريق في LuxConnect على إيجاد طرق إبداعية لتقليل الحرارة المهدرة، وتحويل المنتج الثانوي إلى مورد قيم.

على سبيل المثال، أقامت الشركة شراكة مع مشاريع التنمية المحلية لإعادة استخدام الحرارة المهدرة في المشاريع القريبة، مثل تدفئة دور المسنين والشقق التي ستقام قريباً. كما يستخدم المشغل محطة توليد الطاقة المشتركة القريبة Kiowatt لتحويل نفايات الخشب من الأثاث إلى كهرباء.

يوضح كونسبروك: "يحرق المصنع نفايات الخشب، وبالتالي فإن الحرارة التي يتم إطلاقها عادة في الغلاف الجوي يتم حقنها بدلاً من ذلك في شبكة الطاقة في منطقة الأعمال القريبة، ويتم استخدام جزء من الحرارة التي تولدها التوربينات لتجفيف الخشب الطازج لإنتاج حبيبات الخشب، ثم يتم تحويل 65٪ من الحرارة المتبقية إلى مياه باردة، والتي يتم نقلها بعد ذلك عبر شبكة تحت الأرض مرة أخرى إلى مركز البيانات".

إنها عملية معقدة، ولكن الرئيس التنفيذي لشركة LuxConnect يقول إنها عملية فخورة، نظرًا لأنها تقلل إجمالي انبعاثات ثاني أكسيد الكربون في لوكسمبورج بما يقدر بنحو 2 ألف طن متري سنويًا، فضلاً عن توفير بعض المال للمشغل.

ويقول كونسبروك إن الجهود المبذولة في LuxConnect تثبت أن استدامة مراكز البيانات وربحيتها ليست متعارضة، مع حرص الشركة على أن تكون قدوة.

ويقول: "إذا كنت تريد إقناع الجهات الفاعلة الأخرى في السوق بأن تكون مستدامة قدر الإمكان، فيجب أن تبدأ بنفسك. وسنواصل القيام بذلك أيضًا لإظهار للآخرين أنه من الممكن بالفعل تحقيق الربح من ناحية ولكن أيضًا الالتزام القوي بالاستدامة من ناحية أخرى".