هدررفت عناصر کمیاب زمین؛‌ پیامد پنهان مراکز داده مداری اسپیس‌ایکس

صحبت‌های ایلان ماسک درباره ساخت استارمایند، ابرمنظومه‌ای ماهواره‌ای متشکل از یک میلیون ماهواره برای مراکز داده هوش مصنوعی، شاید عملی یا اقتصادی به‌نظر نیاید، اما ممکن است از جنبه‌ای منحصربه‌فرد باشد.

احتمالاً کمتر طرحی را تاکنون دیده‌ایم که مانند پروژه استارمایند، بخواهد حجم قابل‌توجهی از مواد ارزشمند زمین را به فضا منتقل کند. انسان‌ها در استفاده پایدار از مواد و منابع چندان عملکرد خوبی ندارند، اما معمولاً وقتی از این موضوع حرف می‌زنیم، منظور موادی است که از چرخه بازیافت خارج می‌شوند؛ نه موادی که از کشش گرانشی زمین فرار می‌کنند.

بخش تجاری صنعت فضایی علاقه زیادی به صحبت درباره جذابیت استخراج فلزات گران‌بها از سیارک‌ها و بازگرداندن آن‌ها به زمین دارد. اما تحت چه شرایطی حاضر خواهیم بود این فرایند را برعکس انجام دهیم؟ استارلینک به‌تنهایی جرم اجرام موجود در مدار نزدیک زمین را دو برابر کرده است و مراکز داده مداری پیشنهادی، در مقایسه با آن بسیار بزرگ‌تر خواهد بود؛ ضمن اینکه دست‌کم بخشی از ماهواره‌ها با رانده‌شدن به مدارهایی دورتر از زمین، عملاً دور انداخته خواهند شد.

با توجه به عمر موردانتظار حدود پنج‌ساله پردازنده‌های گرافیکی مراکز داده، هر سال حدود ۲۰۰هزار دستگاه از یک میلیون ماهواره پیشنهادی اسپیس‌ایکس با نام «AI1» از رده خارج خواهند شد. براساس پرونده ۲۹ مه اسپیس‌ایکس نزد کمیسیون ارتباطات فدرال آمریکا (FCC)، حدود ۴۰هزار دستگاه از این ماهواره‌ها قطعاً از مدار خارج خواهند شد و در جو زمین خواهند سوخت.

مواد سازنده ماهواره‌ها عمدتاً در سرتاسر جو پراکنده می‌شوند و عناصر ارزشمند را به آلاینده‌های پراکنده تبدیل می‌کنند که به‌آرامی روی سطح زمین ته‌نشین خواهند شد. یکی از نگرانی‌های مرتبط نیز این است که آلومینیوم حاصل از فرایند سوختن ماهواره‌ها درطول چند دهه، میزان نامعلومی از تخریب لایه اوزون را به دنبال داشته باشد.

در مورد ۱۶۰هزار ماهواره باقی‌مانده نیز ممکن است تمام یا بخشی از آن‌ها به‌جای ورود به جو، به مداری دوردست موسوم به «مدار دفع» منتقل شوند. در هر دو حالت، از دیدگاه «چرخه عمر مواد»، این منابع دیگر در دسترس نخواهند بود.

بدون داشتن مشخصات کامل و دقیق ماهواره‌ها، نمی‌توان مقدار واقعی موادی را که قرار است از زمین خارج شوند به‌درستی محاسبه کرد. بااین‌حال، تمرکز صرف بر پردازنده‌های گرافیکی و چشم‌پوشی از پنل‌های خورشیدی، سامانه‌های خنک‌کننده و دیگر تجهیزات سرورها و شبکه،‌ دست‌کم می‌تواند نقطه شروع مناسبی برای این محاسبه باشد.

ماسک گفته است ماهواره‌ها از نسخه‌ای تغییر‌یافته از رک «انویدیا ورا روبین NVL72» استفاده خواهند کرد؛ رکی که ۷۲ پردازنده گرافیکی در خود جای می‌دهد. برای تخمین مواد به‌کاررفته در این پردازنده‌ها نیز می‌توان به پژوهشی درباره ردپای مواد اولیه مدل‌های زبانی بزرگ (LLM) استناد کرد که در ماه مه منتشر شد. این پژوهش با وجود بررسی پردازنده‌ی نسل قدیمی‌تر A100، ترکیب شیمیایی آن را از نظر ۳۲ عنصر مختلف به‌طور کامل تحلیل کرده است.

بااین‌حال، اگر بسیار محافظه‌کارانه فرض کنیم هر ماهواره AI1 صرفاً از ۷۲ پردازنده گرافیکی A100 بدون هیچ‌گونه پوشش یا تجهیزات اضافی تشکیل شده باشد، می‌توانیم مقدار موادی را که هر سال به فضا صادر می‌شوند، یا آن‌قدر کامل در جو تبخیر می‌شوند که عملاً تفاوتی با خروج از چرخه منابع ندارد، تخمین بزنیم. این مقدار شامل هزار تن مس، ۱۷۰ کیلوگرم طلا، تقریباً دو تن نقره، بیش از ۲۰ تن بیسموت و تیتانیوم، بیش از دو تن پالادیم و ۷۶ کیلوگرم تالیوم خواهد بود.

مقدار برخی از این عناصر، در مقایسه با میزان استخراج سالانه آن‌ها در جهان، آن‌قدر ناچیز است که در محاسبات گرد می‌شود. اما این مقادیر برای پالادیم و تالیوم تقریباً معادل یک درصد از کل تولید سالانه جهان هستند؛ مقداری که برای رهاسازی در فضا بسیار چشمگیر محسوب می‌شود.

راه دیگر برای درک ابعاد مسئله، محاسبه اندازه سیارکی است که باید استخراج شود تا بتوان همان مقدار از این عناصر ازدست‌رفته را دوباره به دست آورد. طبق پژوهشی در سال ۲۰۲۳، تنها چند عنصر در سیارک‌ها غلظتی بالاتر از سنگ‌های معدنی زمین دارند که فلزات گروه پلاتین از جمله آن‌ها هستند.

با استفاده از ترکیب شیمیایی و چگالی متوسط چند نوع سیارک، از جمله کندریت‌های کربن‌دار رایج از گروه CM و سیارک‌های کمیاب‌تر نوع M غنی از آهن، می‌توان دریافت که بخشی از عناصر ازدست‌رفته را می‌توان از اجرامی با اندازه نسبتاً کوچک استخراج کرد. برای مثال، مقدار پلاتین موجود در ماهواره‌ها معادل محتوای یک سیارک با قطر ۱۶ تا ۴۳ متر است. همچنین ۱۸۰ کیلوگرم کبالت را می‌توان از سیارکی با قطر حدود سه تا ۶ متر استخراج کرد.

اما برای استخراج مقدار معادل مس، به سیارکی با قطر ۱۴۰ تا ۱۹۰ متر نیاز است. برای به‌دست‌آوردن مقدار مشابهی از نقره و باریم، سیارکی در محدوده ۲۲۵ تا ۳۰۰ متر لازم خواهد بود و برای قلع نیز به سیارکی با قطر حدود ۵۳۰ متر نیاز داریم. تازه تمام این فرایند باید هر سال تکرار شود تا بتوان مواد ازدست‌رفته از منظومه ماهواره‌ای استارمایند را جبران کرد.

البته بیشتر عناصر مورد بحث ارزش اقتصادی آن‌قدر بالایی ندارند که هدف مناسبی برای استخراج از سیارک‌ها باشند. بااین‌حال، این ایده مطرح شده است که شاید روزی بتوان موادی مانند آلومینیوم و تیتانیوم را در فضا استخراج کرد و برای استفاده در خود فضا به کار گرفت.

اسپیس‌ایکس نیز در پرونده‌ای که نزد کمیسیون بورس و اوراق بهادار آمریکا (SEC) ثبت کرده، ایده‌ای مشابه را مطرح کرده است: «ما قصد داریم قابلیت‌های تولید مبتنی بر ماه را ایجاد کنیم؛ از جمله کارخانه‌هایی برای تولید ماهواره‌های پردازش هوش مصنوعی. انتظار داریم از مواد خام ماه برای ساخت بخش عمده جرم ماهواره‌ها استفاده کنیم و تراشه‌ها و دیگر عناصر کم‌جرم‌تر را از زمین به آنجا منتقل کنیم.»

اگر قرار باشد سرورهای هوش مصنوعی را روی زمین بسازیم، در مراکز داده معمولی مستقر کنیم و پس از پایان عمر مفیدشان، تجهیزات الکترونیکی‌شان را به‌طور مسئولانه بازیافت کنیم، دیگر لازم نبود با بسیاری از این پرسش‌ها دست‌وپنجه نرم کنیم. حتی می‌توانستیم تجهیزاتی را که هنوز عمر مفیدی داشتند، به بازار دست‌دوم بسپاریم.

بدین ترتیب، علاوه بر هزینه قراردادن یک وسیله در مدار، هزینه‌ای هم برای بازنگرداندن آن به زمین وجود دارد.