عندما لا تستطيع الشبكة مواكبتها: كيف تتعامل مختبرات جنوب أفريقيا مع انقطاع التيار الكهربائي

مع حدوث انقطاع التيار الكهربائي المقرر في ظل حرارة ماخاندا بعد الظهر، أثار ذلك لحظة أزمة داخل معهد جنوب إفريقيا للتنوع البيولوجي المائي التابع لمؤسسة الأبحاث الوطنية (NRF-SAIAB). داخل آلاف الجرار الزجاجية على كيلومترات من الرفوف المتنقلة، هناك أكثر من مليون عينة معرضة للخطر. معظم مجموعة المعهد من الأسماك والبرمائيات ورأسيات الأرجل، التي تضم سلالات تشكلت خلال 400 مليون سنة من التطور، تطفو في 70% من الإيثانول عند درجات حرارة حوالي 18 درجة مئوية. إذا ارتفعت درجات الحرارة حتى بضع درجات فوق هذا الحد، تصبح المادة الحافظة خطرًا شديدًا للحريق. ونظرًا لأن درجات الحرارة في الصيف في المنطقة يمكن أن تتجاوز 30 درجة مئوية، فإن التبريد النشط ضروري لمنع تحول الأرشيف إلى خزان وقود عملاق.

انطفأت الأضواء، وأغرقت الغرف في الظلام. لمدة دقيقة، يتوقف نظام تكييف الهواء الأساسي عن العمل، قبل أن تعود المولدات الاحتياطية ببطء إلى الحياة. المجموعة، وهي الأكبر من نوعها في أفريقيا وموطن لعينات نادرة من أسماك السيلكانث، وهي مجموعة من الأسماك التي كان يعتقد في السابق أنها انقرضت، تقع على حافة السكين بين الحفظ والتدمير.

وصلت حالات انقطاع التيار الكهربائي المخطط لها، والمعروفة باسم فصل الأحمال، إلى ذروتها في جنوب إفريقيا في عام 2023، مع حدوث انقطاعات في التيار الكهربائي تسعة مرات كل عشرة أيام. وبينما تستمر شركة المرافق الحكومية، إسكوم، في النضال من أجل تلبية الطلب من خلال محطات توليد الطاقة القديمة التي تعمل بالفحم، يتم تقنين الكهرباء للموزعين المحليين من خلال جدول زمني متناوب لمنع انهيار الشبكة. وفي ماخاندا، تتعرض الشبكة لمزيد من زعزعة الاستقرار بسبب السرقة المتكررة للأسلاك البلدية، مما يجبر المؤسسات مثل NRF-SAIAB على التكيف مع الخسائر المجدولة وغير المجدولة.

وحتى فترات انقطاع التيار الكهربائي القصيرة تشكل تهديدًا عميقًا للمؤسسات. يقول مدير المجموعات نكوسيناثي مازونجولا: “قد يكون للتبريد غير الكافي والأعطال الكهربائية عواقب كارثية”. حريق مدمر 2018 التي دمرت أكثر من 90٪ من أرشيفات المتحف الوطني البرازيلي في ريو دي جانيرو بعد ماس كهربائي في وحدة تكييف الهواء. فالبنية التحتية التي تعتبر موثوقة يمكن أن تفشل بسرعة دون وجود ضمانات كافية؛ وكان من الممكن أن يواجه NRF-SAIAB كارثة مماثلة إذا تعطل أي من مولداته الاحتياطية.

لسنوات، اضطر الموظفون إلى مجالسة المنشأة في جميع الأوقات. يتذكر ويسلي فيليب، مدير أنظمة تكنولوجيا المعلومات بالمعهد: “كانت الفرق تأتي إلى الموقع بعد ساعات العمل وفي عطلات نهاية الأسبوع”. ويقول إنهم سيضمنون بقاء أجهزة تكييف الهواء والأنظمة الأخرى عاملة وتساعد على توفير راحة البال. بدأت هذه الثغرة الأمنية تتغير في أغسطس 2024، عندما قدمت المؤسسة الوطنية للبحوث ووزارة العلوم والابتكار استثمارًا بقيمة 7 ملايين راند (حوالي 420 ألف دولار أمريكي) لإنشاء نظام طاقة احتياطية للطاقة الشمسية والبطاريات في الموقع. يوضح فيليب أن النظام قادر على توفير احتياجات المعهد الكاملة من الطاقة لمدة أربع ساعات، أو ما يصل إلى سبع ساعات من التبريد الحرج بدون مولدات، وقد حول استقلال الشبكة إلى ميزة أساسية بدلاً من خطة طوارئ.

يعد هذا الجهد المبذول لحفظ المجموعات الفردية جزءًا من اتجاه أوسع نحو بناء مرونة المختبرات في جميع أنحاء جنوب إفريقيا، وله أهمية متزايدة للمرافق في جميع أنحاء العالم التي تواجه بنية تحتية غير مستقرة. فمن السياسات الجامعية الجديدة إلى الحلول المتخصصة، يتولى الباحثون في جنوب أفريقيا الريادة في إيجاد سبل للحفاظ على تقدم العلوم حتى في ظل انقطاع التيار الكهربائي.

صرف النقود

يمكن أن يؤدي فصل الأحمال إلى خنق أبحاث الحمض النووي بشكل خاص، حيث يعد تشغيل جهاز التسلسل دون انقطاع أمرًا بالغ الأهمية. تقول أليدا دي فلامينغ، الباحثة في جامعة إلينوي في أوربانا شامبين، التي أكملت الكثير من أعمال الدكتوراه بالتعاون مع جامعة بريتوريا في جنوب أفريقيا: “في كثير من الأحيان، تؤدي انقطاعات الكهرباء إلى إيقاف رد فعلك في منتصف الطريق”. “لديك فرصة واحدة، خمس أو ست ساعات مضت. يمكن أن يؤثر ذلك بشكل كبير على كمية البحث التي يمكنك القيام بها.”

إن الخسائر المالية باهظة بنفس القدر بالنسبة لشركاء NRF-SAIAB، بما في ذلك برنامج DIPLOMICS (المنصة الموزعة في OMICS)، وهو برنامج البنية التحتية البحثية ومقره في كيب تاون. يوضح منسق البروتيوميات ليام بيل أن إمدادات الطاقة غير المنتظمة تؤدي إلى تدهور المعدات نتيجة لأشهر من الأضرار التراكمية. يؤدي انقطاع التيار الكهربائي المفاجئ إلى إجهاد المحركات الهشة لمضخات التفريغ، ويمكن أن تؤدي طفرات الترميم إلى احتراق لوحات الدوائر. بالنسبة للمجمدات الأساسية التي تصل درجة حرارتها إلى -80 درجة مئوية، يمكن أن تؤدي عملية إعادة التشغيل اليدوية الفاشلة إلى تدمير سنوات من العمل نتيجة ذوبان الجليد للعينات الفريدة من نوعها. يقول بيل، مستشهدًا بتكاليف التجديد البالغة 500 ألف راند: “لقد فقدنا بعض الإلكترونيات الكبيرة ومضخات التفريغ”.

المصداقية هي ضحية أخرى. ويتذكر بيل أنه شرح للمتعاونين الأمريكيين أن خفقان الاتصال بالإنترنت أدى إلى مقتل عمليات نقل بسيطة للبيانات، مما أدى إلى تعطيل المشاريع لعدة أيام. يقول بيل: “كان شرح عملية فصل الأحمال أمرًا محرجًا”. “إن وجود هذه “الأهداف الخاصة” يجعلنا نبدو غير أكفاء ويتسبب في الإضرار بسمعتنا، ربما ليس فقط لمنشأة واحدة، ولكن لأفريقيا ككل.”

ولمعالجة نقاط الضعف هذه، قام NRF-SAIAB بتثبيت أنظمة طاقة احتياطية مخصصة للمبنيين الرئيسيين. تعمل رفوف البطاريات عالية الجهد الآن على توفير الطاقة على الفور تقريبًا، وتدعم البنوك الحيوية التي تصل درجة حرارتها إلى 80 درجة مئوية تحت الصفر، ومنصة أبحاث الجينوم المائي، والتي يستخدمها العلماء لتسلسل الحمض النووي للحياة البحرية في أفريقيا على مدى عدة أيام.

بالإضافة إلى توفير وقود الديزل للمولدات، قدمت البطاريات تحسينات أخرى. إن معدات علم الجينوم في المعهد حساسة للغاية لدرجة أن اهتزازات المحرك القريبة يمكن أن تعيق التحليل عالي الدقة. يوفر النظام الجديد تيارًا صامتًا وثابتًا دون ارتعاش ميكانيكي أو تأخير في بدء التشغيل. يقول فيليب: “مولداتنا عالية الصوت للغاية”. “إن جعلهم يعملون بشكل أقل بكثير قد خلق بيئة عمل أكثر هدوءًا وراحة.”

ولزيادة حماية الأرشيف، قامت NRF-SAIAB بتركيب خزانين للمياه سعة 200 ألف لتر على الأرض المجاورة. ويقول مازونجولا: “إن الإمدادات المتقطعة في ماخاندا تشكل خطراً كبيراً”. يضمن هذا الاحتياطي بقاء نظام الرش فعالاً حتى عندما تجف الأنابيب البلدية.

أصبح هذا الحكم الذاتي معيارًا أكاديميًا في جميع أنحاء جنوب إفريقيا. تقوم جامعة North-West، ومقرها في Potchefstroom، بتخصيص 30% من الطاقة الشمسية لجميع المباني الجديدة عبر فروعها الثلاثة في مقاطعتي North West وGauteng. وعلى نحو مماثل، تعكف جامعة كيب تاون على تطوير نظام بطاريات بقدرة أربعة ميجاوات/ساعة لحرمها المخصص للعلوم الصحية لحماية مختبرات السلامة البيولوجية ومشرحة البحث والتدريس في الموقع. ومن المتوقع أن يبدأ العمل في وقت لاحق من هذا العام، ويمثل المشروع استثمارًا كبيرًا في القدرة على الصمود؛ تتراوح تكلفة تخزين البطارية على هذا النطاق عادةً بين مليون دولار أمريكي و3 ملايين دولار أمريكي. ومن خلال الشحن من الشبكة خلال فترات انخفاض الطلب والتفريغ خلال فترات الذروة، سيعمل النظام على تقليل التكاليف مع ضمان الاستمرارية السلسة للمرافق الحيوية. ويقول مانفريد براون، مدير الاستدامة البيئية في جامعة كيب تاون: “لن يشهد الحرم الجامعي أي انقطاع على الإطلاق”. “في العادة، يكون هناك تأخير لمدة عشر ثوانٍ لبدء تشغيل المولد. لكن نظام البطارية يلغي ذلك تمامًا.”