مراکز داده؛ وصله ناجور محیط زیست

به‌گزارش خبرگزاری تسنیم، هم‌زمان با افزایش تعداد مراکز داده برای پاسخگویی به تقاضای هوش مصنوعی، این مراکز فشار سنگینی بر شبکه‌های برق وارد می‌کنند، منابع آب را به‌سرعت مصرف می‌کنند و سیمای زمین و کیفیت هوای پیرامون خود را تغییر می‌دهند.

هر پرسشی که برای مدل‌های هوش مصنوعی ارسال می‌شود، پاسخی فوری به همراه دارد که گویی از ناکجاآباد پدیدار شده است؛ اما ارائه این پاسخ‌ها به زیرساخت‌های فیزیکی نیاز دارد که مقادیر قابل‌توجهی انرژی، آب و زمین مصرف می‌کنند.

در گوشه‌ای از جهان، شاید در ویرجینیا، سائوپائولو یا هنگ‌کنگ، انباری عظیم مملو از کابل‌های فیبر نوری و ردیف‌های بی‌پایان سرورها با صدای مداوم خود توان پردازشی لازم برای پاسخگویی به بیش از 2.5 میلیارد پرسشی را تأمین می‌کند که روزانه تنها در پلتفرم «چت‌جی‌پی‌تی» (ChatGPT) مطرح می‌شود.

این درحالی است که مدل‌های هوش مصنوعی در کنار خدمات ذخیره‌سازی ابری، پخش آنلاین (استریمینگ)، میزبانی وب و شبکه‌های اجتماعی، همگی ردپای فیزیکی ملموسی بر جای می‌گذارند.

به گفته پژوهشگران «دانشگاه سازمان ملل متحد»، اگر مراکز داده را یک کشور در نظر بگیریم، میزان مصرف برق آن‌ها این کشور را به یازدهمین مصرف‌کننده بزرگ برق در جهان تبدیل می‌کند. به این ترتیب از انرژی و آب گرفته تا زمین، مراکز داده هزینه‌های زیست‌محیطی قابل‌توجهی دارند که ابعاد مختلف آن را می‌توان بررسی کرد.

اشتهای سیری‌ناپذیر برای انرژی

به هرحال چه بخواهیم و چه نخواهیم باگسترش صفرویک‌های مجازی در زندگی روزانه ما مراکز داده به یکی از سریع‌ترین مصرف‌کنندگان برق در جهان تبدیل شده‌اند. این تأسیسات که مملو از سرورها، مسیریاب‌ها (روترها) و دستگاه‌های متصل به اینترنت هستند، به‌صورت شبانه‌روزی فعال‌اند و سیستم‌های خنک‌کننده آن‌ها نیز بی‌وقفه کار می‌کنند تا از داغ شدن بیش از حد تجهیزات جلوگیری شود.

به عنوان مثال در فرانکفورت آلمان، شبکه برق چنان اشباع شده که تا سال 2030 ظرفیت جدیدی برای اتصال وجود نخواهد داشت. در این شهر، مراکز داده حدود 41 درصد از کل برق مصرفی را به خود اختصاص داده‌اند؛ رقمی که در دوبلین به دو برابر این مقدار می‌رسد.

بر اساس گزارش «آژانس بین‌المللی انرژی»، مصرف برق مراکز داده با سرعت زیادی در حال افزایش است؛ به‌طوری‌که پیش‌بینی می‌شود این میزان تا سال 2030 دو برابر شود و به حدود 945 تراوات‌ساعت برسد. این رقم تقریباً معادل کل مصرف سالانه برق ژاپن است.

تأثیر رونق هوش مصنوعی بر مقابله با تغییرات اقلیمی

به گفته کارشناسان این روند روبه‌رشد ایجاد مراکز دیتاسنتر‌های گسترده در گوشه و کنار جهان قطعاً اشتهای سیری‌ناپذیری از انرژی را طلب می‌کند و تأمین این حجم عظیم از انرژی به منابعی نیاز دارد که وابستگی بیشتر به سوخت‌های فسیلی را به دنبال دارند.

مطالعه‌ای در سال 2024 نشان داد که بیش از نیمی از مراکز داده در ایالات متحده با سوخت‌های فسیلی تغذیه می‌شوند و در مجموع بیش از 105 میلیون تن دی‌اکسید کربن (CO2) منتشر می‌کنند. برای جبران این میزان انتشار، بیش از 31 هزار توربین بادی باید به‌مدت یک سال به‌طور مداوم کار کنند.

این توسعه همچنین به تداوم فعالیت نیروگاه‌های زغال‌سنگی قدیمی منجر شده است. شرکت‌های خدمات انرژی در ایالات متحده برای پاسخگویی به تقاضای فزاینده، بازنشستگی 15 نیروگاه زغال‌سنگی را در سراسر کشور به تعویق انداخته‌اند. این نیروگاه‌ها تنها در سال 2023 در مجموع نزدیک به 65 میلیون تن گاز گلخانه‌ای منتشر کردند.

شرکت‌های خدمات انرژی همچنین در حال احداث نیروگاه‌های جدید گاز طبیعی هستند و تاکنون ساخت بیش از 100 گیگاوات ظرفیت جدید در سراسر کشور را اعلام کرده‌اند. بهره‌برداری از این ظرفیت، به انتشار کربنی بیش از میزان حاصل از سوزاندن 111 میلیون پوند، معادل 50.4 میلیون کیلوگرم، زغال‌سنگ منجر می‌شود.

این درحالی است که البته مراکز داده می‌توانند از انرژی‌های تجدیدپذیر نیز استفاده کنند. تجهیز این مراکز به منابع انرژی تجدیدپذیر در محل می‌تواند فشار بر شبکه برق محلی را کاهش دهد. همچنین امکان فروش انرژی مازاد به شبکه وجود دارد که به پایداری بیشتر آن کمک می‌کند.

با این حال، اختصاص برق سبز یا انرژی پاک به مراکز داده به این معناست که سهم کمتری از این انرژی برای برقی‌سازی بخش حمل‌ونقل یا کربن‌زدایی از سایر صنایع با آلایندگی بالا باقی می‌ماند.

تقاضای پنهان برای آب

بسیاری از مراکز داده برای خنک ماندن، میلیون‌ها گالن آب مصرف می‌کنند. سرورها به‌طور مداوم گرما تولید می‌کنند و آب یکی از مؤثرترین ابزارها برای جذب و دفع این گرما از طریق تبخیر است.

یک مرکز داده بزرگ به‌تنهایی ممکن است روزانه تا 5 میلیون گالن آب مصرف کند؛ مقداری که تقریباً با مصرف آب شهری با جمعیتی بین 10 تا 50 هزار نفر برابری می‌کند. حدود 80 درصد آبی که برای خنک‌سازی برداشت می‌شود، تبخیر می‌شود و باقی‌مانده آن به پساب تبدیل می‌شود. این پساب می‌تواند سیستم‌های تصفیه محلی را که برای مدیریت چنین حجمی طراحی نشده‌اند، با مشکلات جدی مواجه کند.

در شمال ویرجینیا، حدود 300 مرکز داده در منطقه‌ای از این ایالت آمریکا متمرکز شده‌اند که تأمین‌کننده حدود یک‌سوم ترافیک آنلاین جهان است. مجموع این تأسیسات در سال 2023 نزدیک به 2 میلیارد گالن آب مصرف کردند. این منطقه به‌عنوان «پایتخت مراکز داده جهان» شناخته می‌شود.

روش‌های کارآمدتری نیز برای خنک‌سازی مراکز داده وجود دارد. یکی از این روش‌ها، «خنک‌سازی غوطه‌وری» (immersion cooling) است که در آن تجهیزات درون یک سیال خنک‌کننده قرار می‌گیرند. روش دیگر، استفاده از سیستم‌های خنک‌کننده «حلقه بسته» (closed-loop) است که با بازچرخانی آب می‌توانند مصرف آب شیرین را تا 70 درصد کاهش دهند.

مراکز داده شهرها را گرم‌تر می‌کنند

خنک‌سازی یک مرکز داده به معنای از بین بردن گرما نیست، بلکه صرفاً انتقال آن به فضای بیرون است. این فرایند می‌تواند پدیده «جزیره گرمایی شهری» را تشدید کند؛ پدیده‌ای که در آن دمای هوا در شهرها از مناطق روستایی اطراف بیشتر است.

پژوهشگران در فینیکسِ آریزونا دریافتند که یک مرکز داده بزرگ می‌تواند به‌اندازه ده‌ها یا حتی صدها هزار خانوار گرمای زائد تولید کند. این میزان گرما می‌تواند دمای سطح زمین در مناطق مجاور را تا 9 درجه سانتی‌گراد، معادل 16 درجه فارنهایت، و دمای هوا را تا 2 درجه سانتی‌گراد افزایش دهد. تأثیرات این پدیده تا فاصله نیم‌کیلومتری نیز قابل‌احساس است.

از آنجا که دمای شهرها در حال حاضر بین 0.5 تا 4 درجه سانتی‌گراد بیشتر از محیط پیرامون آن‌هاست، افزایش بیشتر دما می‌تواند خطر تنش گرمایی را برای ساکنان مناطق مجاور بالا ببرد. این وضعیت همچنین تقاضا برای استفاده از تهویه مطبوع را افزایش می‌دهد که خود به انرژی بیشتری نیاز دارد.

با این حال، تمام این گرما هدر نمی‌رود. شمار فزاینده‌ای از مراکز داده، گرمای تولیدشده را جذب می‌کنند و از طریق لوله‌کشی به خانه‌ها و کسب‌وکارهای اطراف انتقال می‌دهند. این فرایند که «شبکه‌های انرژی حرارتی» نامیده می‌شود، می‌تواند تقاضای برق مراکز داده را تا 30 درصد کاهش دهد.

زغال‌سنگ، گاز و گازوئیل؛ عوامل آلودگی هوا

به این ترتیب و با استناد به داده‌های موجود به اعتقاد کارشناسان محیط زیست تأمین انرژی و فعالیت مراکز داده از دو طریق به آلودگی هوا منجر می‌شود.

نخست، نیروگاه‌های زغال‌سنگی و گازی ذرات معلق سمی منتشر می‌کنند که می‌تواند موجب بیماری‌های تنفسی، بیماری‌های قلبی، آسم و سایر مشکلات سلامتی در جوامع ساکن نزدیکی این نیروگاه‌ها شود.

دوم، ژنراتورهای دیزلی یا گازوئیل‌سوز مستقر در محل مراکز داده که هنگام قطع برق شبکه سراسری به‌عنوان منبع انرژی پشتیبان به کار می‌روند، آلاینده‌های زیان‌بار هوا را منتشر می‌کنند. میزان انتشار اکسیدهای نیتروژن از این ژنراتورها 200 تا 600 برابر بیشتر از نیروگاه‌های گاز طبیعی است.

بر اساس یک برآورد، اگر ژنراتورهای پشتیبان تمام مراکز داده در ایالت ویرجینیا تنها با 10 درصد ظرفیت مجاز خود کار کنند، می‌توانند سالانه موجب بروز 14 هزار مورد علائم آسم، بیش از 12 مورد مرگ‌ومیر و تا 300 میلیون دلار هزینه برای سلامت عمومی شوند.

مراکز داده بخش‌های وسیعی از زمین را اشغال می‌کنند

ساخت مراکز داده به زمین‌های وسیعی نیاز دارد. تغییر کاربری اراضی طبیعی و کشاورزی به مناطق صنعتی می‌تواند تنوع زیستی را تهدید کند و موجب اختلال در اکوسیستم‌های محلی شود.

برای نمونه، در شهر «هترس‌هایم» (Hattersheim) آلمان، قطعه زمینی به مساحت 18 ایکر، معادل 7 هکتار، که به کشاورزی و حفاظت از آب‌های زیرزمینی اختصاص داشت، در سال 2024 تغییر کاربری یافت تا زمینه احداث مجتمعی شامل پنج ساختمان مرکز داده فراهم شود. این زمین به‌عنوان فضای سبز محلی با شکوفه‌های گل کلزا شناخته می‌شد.

آسیب‌های ناشی از این طرح‌ها اغلب فراتر از محدوده خود مراکز داده است. خطوط لوله گاز و نیروگاه‌هایی که برای تأمین انرژی این تأسیسات ساخته می‌شوند نیز به زمین‌های جداگانه‌ای نیاز دارند. این زیرساخت‌ها می‌توانند موجب تکه‌تکه شدن زیستگاه‌ها و فرسایش خاک در طول مسیر خود شوند.