W kierunku zielonej inteligencji i technologii cyfrowej

Procesy związane z gromadzeniem i przetwarzaniem danych wykorzystujące rozwiązania chmurowe, Internet Rzeczy, sztuczną inteligencję, rozszerzoną i wirtualną rzeczywistość, technologię blockchain - wkraczają w świat. W świat, w którym wymiernych kształtów nabrała też koncepcja zrównoważonego rozwoju.

Nowe regulacje prawne, standardy, dobre praktyki, konkretne działania oraz wymagania interesariuszy i kontrahentów w dziedzinie ESG obligują do zazieleniania zaawansowanych technologii IT/ICT. Na każdym etapie cyklu życia inteligentnych produktów i usług dotykamy zatem zagadnień takich jak m.in. redukcja emisji gazów cieplarnianych, ograniczenie wykorzystania materiałów niebezpiecznych oraz zubożających warstwę ozonową, ograniczenie zużycia metali ziem rzadkich, redukcja zużycia energii elektrycznej, recykling e-odpadów. Skala problemu wynika z powszechności wykorzystania technologii ICT w coraz bardziej inteligentnych przedsiębiorstwach, domach i fabrykach, a dalszy wzrost tego sektora można porównać do lawiny.

Dostawcy infrastruktury sieciowej i operatorzy przewidują, że sieci 5G w latach 2025-2030 mogą być 10 do 20 razy bardziej energooszczędne niż 4G.

5G

Dynamika rozwoju sektora IT/ICT jest między innymi pochodną możliwości zwiększenia prędkości przesyłu danych dzięki standardowi 5G. Podczas gdy standard 4G umożliwiał podłączenie 110 tys. urządzeń na 1 km2, standard 5G pozwala na podłączenie ponad miliona urządzeń. Ponadto sieć 5G zapewni łączność obiektom poruszającym się z prędkością kilkuset kilometrów na godzinę z opóźnieniem transmisji nieprzekraczającym czterech milisekund.

Sieci 4G są około pięć razy bardziej energooszczędne niż 3G i 50 razy bardziej wydajne niż 2G. Jednak ogólny wpływ sieci 5G na zużycie energii i emisję gazów cieplarnianych nie jest jednoznaczny. 5G zużywa obecnie około trzy razy więcej energii elektrycznej niż 4G. Funkcje oszczędzania energii, takie jak tryb uśpienia, mogą zmniejszyć tę różnicę do 25% do 2022 roku. Ponadto zapowiedzi zastosowania chłodzenia cieczą również dają szansę na znaczne zmniejszenie energochłonności.

Dostawcy infrastruktury sieciowej i operatorzy przewidują, że sieci 5G w latach 2025-2030 mogą być 10 do 20 razy bardziej energooszczędne niż 4G. Wyzwaniem wciąż będzie jednak m.in. wzrost natężenia przesyłu strumieniowego wideo, a także wzrost popytu na usługi przesyłowe. Przykładem mogą być sieci komórkowe, które szybko przechodzą ze starszych technologii 2G i 3G na bardziej wydajne 4G i 5G. Oczekuje się, że do 2022 r. sieci 4G i 5G łącznie przejmą 83% ruchu mobilnego.

Chmura

Trudno dziś wyobrazić sobie działanie wielu firm bez korzystania z rozwiązań sieciowych umożliwiających przechowywanie i analizę danych w chmurze. Największy udział w rynku usług chmurowych przypada firmom Amazon (Amazon Web Services), Microsoft, IBM i Google. Szerzej znane są też rozwiązania chińskich firm technologicznych, takich jak Alibaba Cloud i Tencent. Do wyobraźni przemawia liczba użytkowników Google Drive, która w 2018 roku przekroczyła miliard.

I tutaj również coraz większa liczba firm i użytkowników indywidualnych, korzystając z przestrzeni dyskowej i mocy obliczeniowej, aplikacji, oprogramowania, rozwiązań komunikacyjnych oraz infrastruktury, przyczynia się do globalnego ocieplenia. Można powiedzieć, że z punktu widzenia śladu węglowego lepiej przechowywać dane w chmurze niż na infrastrukturze lokalnej. Jednak chmura i dane dostępne w Internecie to tylko niewielka część całkowitego śladu węglowego. Centra danych wykorzystywane do publicznego Internetu zużyły około 110 TWh energii elektrycznej w 2015 r., co stanowiło około 0,5% światowego zużycia energii elektrycznej. Jeśli te centra byłyby krajem, zużycie energii można byłoby porównać z Holandią.

Liczby mówią same za siebie i skłaniają do podejmowania skutecznych działań. Problem jest systemowy, ale każdy, choćby mały sukces jest na wagę złota. Warto wspomnieć np. o rozwiązaniu jakim jest mgła obliczeniowa (fog computing), która stanowi warstwę pośredniczącą pomiędzy urządzeniami IoT a chmurą. Odciążenie chmury odbywa się również dzięki rozwiązaniu przetwarzania brzegowego (edge computing). Przeprowadzanie analizy danych w miejscu ich powstawania poza środowiskiem chmurowym, pozwala skrócić czas potrzebny na realizację procesów. Przekłada się to na zwiększenie efektywności przetwarzania danych, a tym samym potencjalnie na zwiększenie efektywności energetycznej.

Warto wspomnieć np. o rozwiązaniu jakim jest mgła obliczeniowa (fog computing), która stanowi warstwę pośredniczącą pomiędzy urządzeniami IoT a chmurą. Odciążenie chmury odbywa się również dzięki rozwiązaniu przetwarzania brzegowego (edge computing).

Urządzenia IoT są wszędzie, od smart zegarków po asystentów głosowych, kształtują one sposób, w jaki pracujemy, rozmawiamy i współpracujemy ze sobą.

Internet Rzeczy

Wraz z rozwojem standardu połączeń mobilnych 5G naszą wyobraźnię rozpala Internet Rzeczy (Internet of Things, IoT). Urządzenia IoT są wszędzie, od smart zegarków po asystentów głosowych, kształtują one sposób, w jaki pracujemy, rozmawiamy i współpracujemy ze sobą.

Rozwój IoT jest pochodną m.in. zwiększania przepustowości sieci, a także postępu w dziedzinie miniaturyzacji. Małe inteligentne sensory otaczają nas w smart domach monitorując parametry otoczenia fizycznego (np. temperaturę, wilgotność, ruch, zalanie, dym, emisję tlenku węgla, otwarcie drzwi, jakość powietrza, oświetlenie, deszcz, wiatr, zużycie energii elektrycznej), następnie analizując dane i przekazując informacje do odbiornika.

Inteligentne czujniki to niezwykłe możliwości dla przemysłu w ramach Przemysłowego Internetu Rzeczy (Industrial Internet of Things, IIoT), mogą one bowiem monitorować w czasie rzeczywistym pracę maszyn (tym samym zapobiegać awariom), są elementem automatyzacji transportu i dostaw, optymalizacji ruchu urządzeń i pojazdów w halach produkcyjnych, stanów magazynowych.

Idąc dalej, inteligentna gospodarka wodna, inteligentna produkcja, inteligentne zdrowie, inteligentne życie… Z rozmachem wchodzimy w Internet Zachowań (Internet of Behaviour IoB). Dane behawioralne są gromadzone przez portale społecznościowe, sklepy internetowe czy technologie ubieralne (wearables), takie jak smartwatch, inteligentne okulary, inteligentna bransoletka. Na wyciągnięcie ręki jest zatem wiedza na temat rzeczywistych, a nie deklarowanych, postaw, potrzeb i oczekiwań konsumentów.

Nie można pominąć również faktu, że IoT może być pomocny w doskonaleniu technologii produkcyjnych i energetycznych tak, by generowały one mniejszy wpływ na środowisko.

Na świecie jest zainstalowanych ok. 36 mld urządzeń IoT. Przewiduje się, że do 2025 roku ich liczba zwiększy się ponad dwukrotnie. Jesteśmy na drodze rozwoju inteligentnych miast (smart cities) z inteligentnymi budynkami, mieszkaniami i inteligentnym transportem. Jak ta inteligencja wpływa na środowisko? Odpowiedź znów nie jest jednoznaczna, gdyż z jednej strony wymaga uwzględnienia wzrostu zapotrzebowania na energię elektryczną, a z drugiej poszukuje się i wdraża rozwiązania, które zwiększają efektywność energetyczną. W ocenie tego wpływu może pomóc wykonanie bilansu wpływu na środowisko w cyklu życia danego rozwiązania.

Nie można pominąć również faktu, że IoT może być pomocny w doskonaleniu technologii produkcyjnych i energetycznych tak, by generowały one mniejszy wpływ na środowisko. Przykładem może być grupa technologii Digital Power Plant for Steam, które mogą zmniejszyć emisje gazów cieplarnianych poprzez poprawę wydajności elektrowni węglowych. Jeśli wyposażymy elektrownię w 10 000 czujników, które dostarczają dane w czasie rzeczywistym, mogą one być analizowane przez operatorów w celu podejmowania decyzji dotyczących optymalizacji pracy elektrowni. GE twierdzi, że system pomoże uniknąć 0,58 gigaton emisji gazów cieplarnianych rocznie, co odpowiada wyeliminowaniu około 120 milionów samochodów, dodaniu 550 milionów mil kwadratowych lasu i zastąpieniu 20 miliardów żarówek odpowiednikami LED.

Podsumowując, aby cyfryzacja mogła przynieść oczekiwane efekty, sama musi stać się bardziej ekologiczna i w coraz większym stopniu powinna bazować na odnawialnych źródłach energii, by stale redukować swój ślad środowiskowy, a w przyszłości osiągnąć neutralność klimatyczną.

Druga część artykułu pojawi się w kolejnym odcinku newslettera ESG Info.

Autorzy korzystali z następujących źródeł.

Śledziewska K., Włoch R., Gospodarka cyfrowa. Jak nowe technologie zmieniają świat, Wydawnictwa Uniwersytetu Warszawskiego, Warszawa 2020, str. 41
IEA (2021), Data Centres and Data Transmission Networks, IEA, Paris https://www.iea.org/reports/data-centres-and-data-transmission-networks
Mauro Cordella, Felice Alfieri, Javier Sanfelix, Reducing the carbon footprint of ICT products through material efficiency strategies. A life cycle analysis of smartphones, Journal of Industrial Ecology 2021;25:448–464
Ercisson, A quick guide to your digital carbon footprint. Deconstructing Information and Communication Technology’s carbon emissions, Stockholm, Sweden, February 2020 https://www.ericsson.com/en/reports-and-papers/industrylab/reports/a-quick-guide-to-your-digital-carbon-footprint
IoB, czyli internet zachowań – jednym z technologicznych trendów przyszłości, 5.11.2020 https://przemyslprzyszlosci.gov.pl/iob-czyli-internet-zachowan-jednym-z-technologicznych-trendow-przyszlosci/
Simoc Chandler, How The Internet Of Things Will Help Fight Climate Change, Forbes, 5.11.2019 https://www.forbes.com/sites/simonchandler/2019/11/05/how-the-internet-of-things-will-help-fight-climate-change/?sh=499e68f958a3
https://infuture.institute/mapa-trendow/
Nauka w Polsce, 9.11.2019 https://naukawpolsce.pl/aktualnosci/news%2C79288%2Crozwijanie-sztucznej-inteligencji-zostawia-spory-slad-weglowy.html
Dhar, P. The carbon impact of artificial intelligence. Nat Mach Intell 2, 423–425 (2020). https://doi.org/10.1038/s42256-020-0219-9