تقييم الأثر البيئي للهياكل الأساسية للشبكة الصناعية

دور الشبكات الصناعية الموسع في العمليات الحديثة

وقد تطورت الهياكل الأساسية للشبكات الصناعية من أداة تشغيلية للناشطين إلى أساس حاسم للصناعة التحويلية العالمية، واللوجستيات، وإدارة الطاقة، حيث تربط هذه الشبكات الخاصة والمختلطة بين أجهزة التحكم المنطقي القابلة للبرمجة، ووحدات المحطات الطرفية النائية، والمجسات، والمحاضرين، ونظم الرقابة الإشرافية، وحيازة البيانات، وتتيح تبادل البيانات في الوقت الحقيقي، والصيانة المتوقعة، وصنع القرارات المستقلة عبر سلاسل الإمداد بالنفط،

وقد أدى التحول نحو الصناعة 4.0 والشبكة الصناعية للأشياء إلى التعجيل بنشر التكنولوجيات اللاسلكية وغير اللاسلكية، كما أن الحلول المحبة مثل البروفيني، وشبكة الطاقة الكهربائية/البرنامج الدولي للقضاء على جميع أشكال التمييز ضد المرأة، والتواصل مع الأجهزة ذات الطابع المنخفض من أجل التطبيقات الحساسة من حيث الوقت، والخيارات غير المستقرة، بما في ذلك شبكة الإنترنت - 6، وشبكات الطاقة الخاصة 5، وشبكة لوروا - الشبكة، وشبكة المعلومات ذات الصلة بالنظم الإيكولوجية، والمرونة، والمرونة، والمرونة، والمرونة.

وفي حين أن الفوائد التشغيلية والاقتصادية للشبكات الصناعية موثقة توثيقا جيدا، فإن التكاليف البيئية المرتبطة ببناء هذه الهياكل الأساسية والحفاظ عليها أقل تواترا، وتقييم هذه الآثار ليس اختياريا؛ وهو شرط أساسي للنمو الصناعي المسؤول في عصر يشدِّد فيه أنظمة الانبعاثات ويزيد من تدقيق أصحاب المصلحة.

دورة الحياة الأثر البيئي للشبكة

ولفهم البصمة البيئية الكاملة للهياكل الأساسية للشبكات الصناعية، من الضروري تقييم كل مرحلة من مراحل دورة حياة المعدات: استخراج المواد الخام، أو التصنيع، أو النقل، أو التركيب، أو التشغيل، والتخلص من المواد أو إعادة التدوير في نهاية العمر.

استخراج المواد الخام وصنعها

وتتكون أجهزة الشبكة - مفاتيح التبديل، والممرات، والبوابات، ومحطات الأساس، والحيوانات، والكابلات - من المعادن واللدائن، والعناصر الأرضية النادرة، ويستخدم النحاس والذهب والفضة والألومنيوم والليثيوم عادة في لوحات الدوائر والوصلات والبطاريات، ويعد تعدين هذه المواد وتكريرها كثيفة الطاقة، وكثيرا ما يرتبط بتدمير الموائل وتلوث المياه وانبعاثات الكربون.

وتضيف عمليات التصنيع طبقة أخرى من العبء البيئي، إذ إن تسارع التحول الصناعي الوحيد للشبكة الحرارية يتطلب مئات الكيلوات/ساعة من الكهرباء، إلى جانب المواد الكيميائية الخ، والمذيبات، ومياه التبريد، وكثيرا ما تكون العوامل التي تنتج هذه المكونات موجودة في المناطق التي تعتمد فيها الشبكة الكهربائية اعتمادا كبيرا على الفحم أو الغاز الطبيعي، مما يُدرِّب تكلفة كربون عالية على كل جهاز قبل أن تصل إلى زبون.

النقل والتركيب

وتعني سلاسل الإمداد العالمية أن المواد الخام والمنتجات الجاهزة تسافر آلاف الأميال بواسطة سفينة الحاويات والشاحنات والطائرات، وكل وسيلة نقل تسهم في انبعاثات غازات الدفيئة، وبعد الوصول، تُستخدم أنشطة التركيب - مثل إدارة القناة، وسحب الكابلات، ومعدات المركب - استهلاك طاقة إضافية وتوليد نفايات من العبوات والمواد المؤقتة.

استهلاك الطاقة التشغيلية

وبعد نشر الهياكل الأساسية للشبكات الصناعية تعمل على مدار الساعة، وتصطدم الأجهزة عندما لا تجهز حركة المرور، ولكن العديد من النظم القديمة لا تنفذ سمات متقدمة لإنقاذ الطاقة، وقد يستهلك مفتاح كهرباء صناعي نموذجي يتراوح بين 10 و 50 واط، بينما يمكن لمحطة قاعدية خاصة من طراز 5G أن تسحب عدة مئات من الخندق، كما أن مراكز البيانات التي تستضيف خواديم للمراقبة الصناعية، وتاريخيا، ومنابر تحليلية تضاعف الطلب على الطاقة.

وتقدر الوكالة الدولية للطاقة ] أن مراكز البيانات وشبكات نقل البيانات تمثل ما يقرب من 1 إلى 1.5 في المائة من استخدام الكهرباء على الصعيد العالمي، وعلى الرغم من أن المكاسب الناتجة عن زيادة الكفاءة ساعدت على إطفاء المنحنى، فإن النمو الهائل في الأجهزة الصناعية المترابطة يهدد بعكس هذا الاتجاه.

نهاية الحياة والنفايات الإلكترونية

وقد صممت معدات الشبكة الصناعية تاريخياً لفترة طويلة، مع دورات الدعم التي تستغرق عشر سنوات أو أكثر، غير أن سرعة التغير التكنولوجي - ولا سيما الانتقال إلى 5 جي، وواي فاي 7، والربط الشبكي الذي يراعي الوقت - تقصر دورات الاستبدال، كما أن المعدات القديمة التي لم تعد مدعومة ببطاقات أمنية أو تحديثات قابلية التشغيل البيني قد توقفت عن العمل، مما يسهم في تزايد تدفق النفايات الإلكترونية (المفاتيحات الإلكترونية).

وتفيد Global E-waste Monitor] بأن أكثر من 53 مليون طن متري من النفايات الإلكترونية قد تولد عالمياً في عام 2019، مع جمع 17 في المائة فقط وإعادة تدويرها على النحو المناسب. وكثيراً ما تحتوي معدات الشبكة الصناعية على الرصاص والزئبق والكادميوم وثبطات اللهب المبرومة التي يمكن أن تتدفق إلى برامج التربة والمياه الجوفية المفقودة إذا ما تم التخلص منها في مدافن.

استهلاك الطاقة في أعماق المحيط

واستخدام الطاقة هو أكثر الآثار البيئية فعالية وأكثرها قابلية للقياس في الشبكات الصناعية العاملة، ففهم الحالات التي تستهلك فيها الطاقة يساعد المنظمات على إعطاء الأولوية لجهود التخفيض.

أجهزة الشبكة وميزانيات الطاقة

ويستهلك كل مفاتيح التبديل، ومحرك الوصل اللاسلكي، والبوابات الطاقة، وفي عمليات النشر الصناعية الكبيرة التي تضم آلاف الأجهزة، يكون حجمها التراكمي كبيرا، وتبسط القوة على شبكة Ethernet (PoE) من خلال حمل الطاقة على نفس الكابل الذي تستخدمه البيانات، ولكنها تزيد من استخدام الطاقة على مفاتيح التبديل، ويمكن أن يتطلب تحويلا يتراوح بين 400 و 800 واط في اليوم تحت الحمولة الكاملة.

التبريد والمراقبة البيئية

وكثيرا ما تُقام معدات الربط الشبكي الصناعي في خزانات أو في ضواحي أو غرف خواديم مخصصة تتطلب التبريد النشط للحفاظ على درجات حرارة التشغيل الآمنة، كما أن الفول ووحدات تكييف الهواء ومبادلات الحرارة تضيف رؤوسا زائدة، وفي بيئات قاسية - مثل مطاحن الفولاذ أو حقول النفط الخارجية - التدفئة والتهوية وتكييف الهواء قد تستمر لمنع حدوث التكث والترس.

رأس فوقي للهياكل الأساسية اللاسلكية

فالتكنولوجيات اللاسلكية، مع تخفيض مواد التموين، تحمل أعباء الطاقة الخاصة بها، وتحتاج شبكات الاتصال الخاصة و5G إلى وحدات للشبكة الأساسية، والرؤوس اللاسلكية عن بعد، والحيوانات التي تتردد فترات متكررة للحفاظ على التغطية والقدرة، وتضاعف الخلايا الصغيرة ونظم الهوائي الموزعة عدد الأجهزة العاملة، ويمكن أن تكون الطاقة المبثقة عن بعضها أعلى من البدائل اللاسلكية على المسافات القصيرة، ولا سيما عندما تكون عمليات نشر الكثافة ضرورية بالنسبة لطابقة.

نقل البيانات والتوقيت

فالشبكات الصناعية ليست معزولة؛ فهي تربط نظم تكنولوجيا المعلومات في المؤسسة، والمنابر السحابية، والشركاء الخارجيين، ويستهلك نقل البيانات في مرحلة الانتقال الطويلة الطاقة في كل محل - مفاتيح التجميع، ومسارات الوصل الرئيسية، ومكررات الألياف الضوئية.

Environmental Waste and Circular Economy Principles

إن إدارة مرحلة نهاية الحياة من الهياكل الأساسية للشبكات تشكل تحديا وفرصة على حد سواء، إذ تنتقل من نموذج " التخلص من المؤثرات " إلى نهج الاقتصاد الدائري، يمكن للمنظمات الصناعية أن تقلل من الضرر البيئي وتسترد المواد القيمة.

التصميم من أجل طول العمر والارتقاء

ومن أكثر الاستراتيجيات فعالية تصميم معدات يمكن إصلاحها وتحسينها وإعادة استخدامها، وتسمح مفاتيح التبديلات في شكل فوضويات نموذجية باستبدال إمدادات الطاقة الميدانية، وخطوط المروحيات، وبطاقات الخط، وتفصل شبكات محددة البرمجيات، وأجهزة التحكم عن المعدات، مما يتيح رفع مستوى الأداء دون تبادل الأجهزة المادية، ويقلل اختيار المعدات مع التوافق الرجعي، ويقلل الدعم المقدم من الصنع.

برامج إعادة التدوير والأخذ والتعبئة المسؤولة

(ب) قيام بائعين رئيسيين في مجال الشبكات الصناعية، بمن فيهم سيمنز، وشركة روكويل للتدفئة، وشركة موكسا، بتقديم خدمات الاسترجاع وإعادة التدوير للمعدات النهائية، وينبغي للمنظمات أن تضع عقوداً مع أجهزة إعادة تدوير مصدقة تعمل بالنفايات الإلكترونية وتتقيد بمعايير من قبيل R2 (إعادة التدوير المسؤولة) أو الأجهزة الإلكترونية، وتضمن هذه البرامج معالجة المواد الخطرة بأمان، واسترجاع المعادن واللدائن والدوائر

خفض المواد وتعيين المواد

إن خفض التعبئة هو تغيير منخفض الأثر، وشديد الأثر، حيث إن القضاء على إدخال الرغاوي، وخفض الاستخدام البلاستيكي، والتبديل إلى قطع الورق المعاد تدويرها، يزيل النفايات من البداية، وفي مرحلة تصميم المنتجات، يختار المكونات ذات السمية المنخفضة، ويستخدم تصميمات فوضوية موحدة تقلل من عدد الأجزاء المميزة التي تُفكك وتُدويرها.

استراتيجيات الحد من الأثر البيئي

ويمكن للمنظمات أن تنفذ مجموعة من الاستراتيجيات للتخفيف من الآثار البيئية للهياكل الأساسية للشبكات الصناعية دون المساس بالأداء أو الموثوقية.

Energy-Efficient hardware Selection

عند شراء معدات الشبكة، تقييم الأجهزة التي تمتثل لمعايير كفاءة الطاقة مثل IEEEE 802.3az (Energy-Efficient Ethernet)، التي تقلل استهلاك الطاقة خلال فترات النشاط المنخفض للبيانات، والبحث عن مفاتيح تدعم التوسع في الطاقة إلى التفاعلية وطرق النوم القابلة للبرمجة، وتستخدم بعض التحولات الصناعية الحديثة ] إدارة الطاقة الإضافية

Intelligent Power Management and Scheduling

ولا يحتاج كل جهاز إلى الطاقة في جميع الأوقات، وبالنسبة للمستشعرات والمحاضرات غير الحرجة، فإن خفض الطاقة المقرر خلال التحولات العقيمة أو توقف الإنتاج يمكن أن يحقق وفورات كبيرة، ويمكن أن تؤدي برامج إدارة الشبكات إلى إنفاذ سياسات الطاقة، ووقف الموانئ غير المستخدمة، وتشريد أجهزة اللاسلكي اللاسلكية عندما لا تكون هناك حاجة إلى التغطية، كما أن الجمع بين هذه الضوابط ورصد الطاقة في الوقت الحقيقي يوفر الوضوح لأنماط الاستهلاك ويساعد على تحديد النفايات.

Renewable Energy Integration

ويمكن أن يعوض مباشرة توليد الطاقة المتجددة في الموقع - مثل الألواح الشمسية على أسطح المستودعات أو التربينات الريحية بالقرب من المنشآت النائية - الكهرباء التي تستهلكها معدات الشبكة، ويتيح تجهيز الطاقة المتجددة باستخدام نظم تخزين الطاقة بالبطارية الحفاظ على الوقت الإضافي مع الحد من الاعتماد على الطاقة الكهربائية للوقود الأحفوري، كما أن اتفاقات شراء الطاقة المتجددة خارج الموقع خيار آخر قابل للتطبيق بالنسبة للمنظمات التي تسعى إلى إزالة آثار أقدامها التشغيلية.

الهيكلة الشبكية

وتخفض وظائف الشبكة الموحدة وخفض عدد الأجهزة كل من التكاليف الرأسمالية والتشغيلية مع تقلص الأثر البيئي، وتتيح تكنولوجيات التأشيرات، مثل إضفاء الطابع الافتراضي على وظائف الشبكة، خدمات متعددة للشبكة لتشغيل حاسوب خدمة واحدة بدلا من الأجهزة المخصصة، وتخفض أحجام الشبكة العائمة عدد المحركات والمفاتيح الوسيطة، وتخفض استهلاك الطاقة، والتساهل في نفس الوقت.

ممارسات مركز البيانات الأخضر لدوائر الخدمات الصناعية

وينبغي أن تتبع خواديم المراقبة الصناعية ومراكز بيانات الحواف الممارسات الخضراء القائمة في مجال تكنولوجيا المعلومات، ويمكن أن يؤدي تنفيذ الاحتواء المثير/البارد، ورفع درجات حرارة الخادم إلى النطاقات الموصى بها في إطار برنامج الموارد البشرية/المتوسط، واستخدام إمدادات الطاقة العالية الكفاءة غير القابلة للانفصام إلى الحد من الرؤوس العامة، كما أن التبريد السائلي والتبريد المجاني يبرزان كخيارات فعالة لنشر أطراف عالية الكثافة.

دور المعايير والتصديقات

وتوفر معايير الصناعة إطارا لقياس وتحسين الأداء البيئي، وهناك العديد من الشهادات والمبادئ التوجيهية ذات الصلة بالهياكل الأساسية للشبكات الصناعية.

ويحدد المعيار إيزو ١٠٠٤١ متطلبات نظام الإدارة البيئية الذي يساعد المنظمات على الحد من أثرها البيئي بصورة منهجية، ويركز المعيار إيزو ١٠٠٥ على إدارة الطاقة، ويقدم منهجية لتحسين أداء الطاقة بصورة مستمرة، ويحدد توجيه الاتحاد الأوروبي المتعلق بالمنتجات ذات الصلة بالطاقة متطلبات التصميم الايكولوجي للمعدات التي تباع في أوروبا، بما في ذلك أجهزة الشبكة.

وتنطبق القيادة في مجال الطاقة والتصميم البيئي وغيرها من شهادات البناء الخضراء على المرافق التي تأوي الهياكل الأساسية للتواصل الصناعي، وتشجع هذه الشهادات على كفاءة نظم HVAC والإضاءة وتوزيع الطاقة، مما يفيد بصورة غير مباشرة المعدات التي تدعمها.

دراسات الحالة والأمثلة على الصناعة

وتبرهن عدة منظمات بالفعل على أن إقامة شبكات صناعية واعية للبيئة عملية ومفيدة على حد سواء.

واستبدلت شركة صناعية أوروبية كبيرة للسيارات البنية التحتية القديمة للسيارات الميدانية بشبكة متجانسة للشبكة الكهربائية الصناعية باستخدام مفاتيح تحويل الطاقة - الشبكة الحرارية بكفاءة، وقلصت من العدد الإجمالي لدوائر الشبكة بنسبة 30 في المائة وقطع استهلاك الطاقة لكل خط بنسبة 18 في المائة تقريباً، وترجمت الوفورات إلى تخفيض يزيد على 200 طن متري من انبعاثات ثاني أكسيد الكربون سنوياً في المرفق.

وفي قطاع النفط والغاز، انتقلت شبكة رصد الأنابيب عن بعد من أبراج الاتصالات التي تعمل بالطاقة الديزل إلى نظم البطاريات الشمسية، إلى جانب بوابات منخفضة الطاقة لرواوانز، وأزالت هذه الشبكة انبعاثات نقل الوقود وخفضت زيارات الصيانة بنسبة 70 في المائة، وكلها تحسنت توافر البيانات لكشف التسرب ورصد التدفق.

وتم توحيد مشغل عالمي للسوقيات في مفاتيح متغيرة قابلة للتحسين عبر مراكز التوزيع التابعة له، وباعتماد منصة واحدة للمعدات تدعم مجموعات متعددة من المراسم وخيارات لطائرات التحكم، مددت الشركة دورة تجديد معداتها من خمس إلى ثماني سنوات، مما خفض النفايات الإلكترونية بنسبة 35 في المائة، وخفض التكلفة الإجمالية للملكية.

التوقعات المستقبلية والاتجاهات الناشئة

إن مسار الربط الصناعي يشير إلى زيادة التواصل، مما يجسد الحاجة إلى الإدارة البيئية، وهناك اتجاهات ناشئة عديدة تبعث على الأمل في فصل النمو عن الضرر البيئي.

وتخفض شبكات الاتصال الحساسة من حيث الوقت والتحسينات الجارية في تكنولوجيا عملية السيليكون الطاقة لكل ميناء منفذ الشبكة الصناعية، وتشتمل شراشف الجيل القادم على زيادة في حجم الطاقة وازدياد دينامي للفولط الذي لم يعثر عليه من قبل إلا في المعدات التي تستخدمها الشركات.

وتتطور شبكات الـ 5G الخاصة لدعم أساليب نقل شرائح الشبكة وطرق نقلها ذات كفاءة في استخدام الطاقة. ويشمل الإصدار 18 من برنامج GPP وما بعده سمات مثل إشارات الاستيقاظ، وولايات العسر الموسَّعة التي تحد من استهلاك الطاقة على مستوى شبكة الوصول اللاسلكي، وعندما تقترن هذه التكنولوجيات بتشكيلات هوائيات فعالة تابعة للمنظمة البحرية الدولية، يمكن أن تحقق نفس المنهاب مع انخفاض الطاقة المشعّة.

ويبرز تقرير وفورات الطاقة الذي يصدر عن شركة " إيريكسون " (FLT:1]) كيف يمكن لوسائط النوم التي يقودها جهاز " AI " وأجهزة الأشعة الذكية أن تقلل من استخدام الطاقة في محطة الأساس بنسبة تصل إلى 30 إلى 40 في المائة في عمليات النشر الحي، وبما أن هذه التقنيات ناضجة وتصبح معيارية في معدات الصف الصناعي، فإن البصمة التي تستخدمها الشبكات الصناعية اللاسلكية في الطاقة ستتقلص.

كما أن التكنولوجيا الرقمية التوأم تؤدي دوراً، إذ يمكن للمهندسين، من خلال نموذج استهلاك الطاقة في الشبكة وتوليد الحرارة في بيئة افتراضية، أن يُحدّدوا إلى أقصى حد ممكن من وضع الأجهزة، ومتطلبات التبريد، وأنماط الاستخدام قبل الالتزام بالنشر المادي، وهذا النهج " قبل أن تبني " يقلل من كل من النفايات المادية والمخاطر التشغيلية.

الخطوات العملية للمنظمات

ويمكن للمنظمات التي ترغب في تقييم الآثار البيئية للهياكل الأساسية لشبكاتها الصناعية والحد منها أن تبدأ بمجموعة من الإجراءات المركزة.

1. (ب) إجراء مراجعة حسابات للطاقة.
2. Inventory equipment by age and condition.] nbsp; Identify equipment that is close to end-of-life or operating inefficiently.استبدال الأجهزة القديمة بمكافئات الطاقة حيثما تكون التكلفة مبررة.
3. Review recycling agreements.] nbsp; Ensure that IT asset disposition partners (ITAD) are certified and that contracts stipulate responsible recycling and data destruction.
4. Set sustainability requirements in RFPs.] nbsp;Include environmental criteria in procurement specifications, such as minimum PSU efficiency ratings, compliance with ErP directives, and availability of manufacturer take-back programs.
5. ]Adopt a lifecycle cost model.] BAR
6. Train operations personnel.] nbsp; Educate engineers and technicalnicians on best practices for power management, e-waste segregation, and equipment handling to prevent unnecessary damage and unprecedented replacement.
7. Report progress transparently.] nbsp; Publicly disclose energy and waste metrics in sustainability reports and align with frameworks such as the Global Reporting Initiative (GRI) or the Task Force on Climate-related Financial Disclosures (TCFD).

خاتمة

ولا غنى عن الهياكل الأساسية للشبكات الصناعية في مجال الإنتاج الحديث، واللوجستيات، ونظم الطاقة، وتأثيرها البيئي - الذي يشمل استخراج المواد الخام، والصناعة التحويلية، واستهلاك الطاقة، والنفايات في نهاية العمر - حقيقي ومتزايد، غير أن الأدوات والتكنولوجيات والاستراتيجيات الرامية إلى معالجة هذه الآثار هي ذات طابع حقيقي ومثبت على قدم المساواة، ومن خلال اختيار معدات فعالة من حيث الطاقة، وتصميمها للتعميم، وإدماج مصادر الطاقة المتجددة، وتطبيق إدارة الطاقة الذكية، يمكن للمنظمات أن تخفض بدرجة كبيرة من البصم بالشبكات التشغيلية.

إن تقييم الأثر البيئي ليس عملية لمرة واحدة، بل يتطلب قياساً مستمراً، ووضع معايير، وتكييفاً مع تطور التكنولوجيا، مع تشديد التوقعات التنظيمية، وستتوافر للمنظمات التي تعطي الأولوية لهذا العمل اليوم موقعاً أفضل للوفاء بالأهداف الصافية الصفرية، وتلبية احتياجات العملاء والمستثمرين، وبناء هياكل أساسية مرنة تخدم كلاً من الأعمال التجارية والكوكب.