Экологизация цифровизации

Цифровизация сопровождает современное развитие человечества и выступает его движущей силой. Она привела к росту объема информации, ее упорядочиванию, повышению скорости принятия решений, упрощению коммуникации на фоне снижения интенсивности деловых поездок, объема ресурсов для традиционной корреспонденции. Кроме того, новые цифровые технологии способны нивелировать многие экологические риски. Так, технологии искусственного интеллекта позволяют обрабатывать большие данные, интегрировать результаты в системы мониторинга окружающей среды, осуществлять моделирование, прогнозирование и раннее оповещение о наступлении критических состояний природной среды.

Однако это не означает, что цифровизация экологически нейтральна и не представляет никакой опасности для окружающей среды. На современном этапе она несет значимые экологические риски, которые преимущественно связаны с материальным, а не виртуальным измерением цифровизации: чрезмерным объемом электронных устройств, находящихся в обращении, коротким периодом жизненного цикла устройств, малыми объемами или невозможностью переработки электронного мусора, высокой энергоемкостью инфраструктуры. При этом непосредственно в секторе обмена данными наблюдается сдержанный рост выбросов СО₂ в атмосферу, а в ряде случаев прослеживается тенденция к достижению углеродной нейтральности.

Для проведения «технического обслуживания двигателя» цифровизации требуется «масло» экологизации, которое сделает его работу безопасной. Экологизация обуславливает выявление негативного воздействия на состояние окружающей среды и подразумевает реализацию мер по нивелированию разрушительных эффектов. Таким образом, экологизация форматирует цифровизацию, снижает риски воздействия на окружающую среду, делает ее устойчивой.

Цифровизация сопровождает современное развитие человечества и выступает его движущей силой. Она привела к росту объема информации, ее упорядочиванию, повышению скорости принятия решений, упрощению коммуникации на фоне снижения интенсивности деловых поездок, объема ресурсов для традиционной корреспонденции. Кроме того, новые цифровые технологии способны нивелировать многие экологические риски. Так, технологии искусственного интеллекта позволяют обрабатывать большие данные, интегрировать результаты в системы мониторинга окружающей среды, осуществлять моделирование, прогнозирование и раннее оповещение о наступлении критических состояний природной среды.

Однако это не означает, что цифровизация экологически нейтральна и не представляет никакой опасности для окружающей среды. Имея материальное (устройства и инфраструктура) и виртуальное (обмен данными и пр.) измерения, она несет в себе источники угроз, которые традиционно связаны с чрезмерным потреблением ресурсов для производства устройств, выбросами в атмосферу СО₂ при выработке электроэнергии для производства устройств и обеспечения их работы, изменением флоры и фауны при строительстве и эксплуатации инфраструктуры, растущим объемом электронного мусора.

Цифровизация как система имеет сложную структуру, которая состоит из электронных устройств, связывающих их сетей, хранящих и передающих информацию, потребляющих энергию и оказывающих воздействие на окружающую среду. Оценки такого воздействия существенно разнятся: от лавинообразного и критического до умеренного. Можно выделить наиболее острые негативные эффекты цифровизации.

Углеродный след цифровизации

Антон Колонин:
В чем сила, Сильный ИИ?

Цифровизация, как и практически любой технологический процесс, на определенном этапе производит выбросы СО₂, что справедливо вызывает критику на фоне международных усилий по декарбонизации. Ее вклад в глобальную эмиссию СО₂ в атмосферу оценивается в 1,4%. Вместе с тем масштабы и скорость цифровизации создают ложное представление о том, что связанные с ней выбросы углекислого газа растут кратно, часто быстрее, чем выбросы в других отраслях. Темпы цифровизации международного сообщества и мировых процессов не должны интерпретироваться как линейные процессы, кратно соотносящиеся с объемами выбросов СО₂. Так, например, за 18 лет — с момента подписания Киотского протокола в 1997 г. до заключения Парижского соглашения в 2015 г. — количество пользователей сети Интернет в мире выросло в 20 раз (с 2% до 40% населения планеты). За этот же период выбросы СО₂ в атмосферу выросли в 1,5 раза (с 24,3 млрд тонн до 35,5 млрд тонн). За последующие 7 лет численность мирового населения достигла 8 млрд человек, а количество интернет-пользователей выросло в 1,7 раза, достигнув 67% мирового населения (5,3 млрд человек). Согласно прогнозу проекта Глобальный углеродный бюджет на 2022 год, глобальные выбросы СО₂ вырастут на 2,1 млрд тонн, достигнув показателя в 37,5 млрд тонн СО₂.

К концу 2022 г. мировой трафик данных достигнет показателя 4,8 зетабайт в год (150 000 гигабайт в секунду), в котором более 80% составит видеоконтент. Согласно некоторым методикам расчета рост интернет-трафика обусловит резкий рост углеродного следа IT-компаний. Однако некоторые техногиганты (например, Google) заявили о достижении углеродной нейтральности еще в 2018 г.

Таким образом, оценка значимости выбросов углекислого газа, связанных с цифровизацией, представляется завышенной. Тенденции изменения численности интернет-пользователей, нагрузки на цифровую среду и объемов выбросов СО₂ в атмосферу при динамическом и сопоставительном анализе только выглядят однонаправленными, но их медианы не совпадают. Вместе с тем необходимо констатировать, что цифровизация создает разнообразные и существенные риски для состояния окружающей среды, которые не следует игнорировать, но для верного реагирования их необходимо понимать правильно.

Объективная тенденция — рост производства и потребления энергии, обусловленные в том числе потребностями цифровизации, развитием доступа к сети Интернет. Потребление электроэнергии условно можно разделить на два сегмента: потребление производителями для производства устройств, а также IT-сектором для обеспечения работы оборудования, устройств и передачи данных. Само по себе потребление электричества не наносит ущерб окружающей среде, но его производство в существенной доле связано с негативным воздействием и выбросами СО₂, если генерация происходит на основе углеводородов.

Возобновляемые источники энергии и энергосберегающие технологии частично компенсируют рост потребления энергии в этом секторе и связанные с ним выбросы СО₂.

Ресурсный след цифровизации

Иван Щедров:
Умные города в Индии

Цифровизация в контексте критического потребления ресурсов для производства устройств ассоциируется преимущественно со смартфонами. Число пользователей только мобильных устройств (смартфонов и телефонов) уже достигло 7,1 млрд человек, а количество активных устройств достигло 14,9 млрд единиц. Согласно Дорожной карте цифрового сотрудничества Международного телекоммуникационного союза, к 2030 г. все население планеты старше 15 лет, каким бы по численности оно ни было к тому моменту, должно быть обеспечено доступом к сети Интернет.

При этом общение людей с помощью смартфонов станет лишь вторым по объему интернет-транзакций. Самый бурный рост взаимодействия в сети будут осуществлять сами электронные устройства в секторе межмашинного взаимодействия (M2M). Ожидается, что к 2023 г. число подключенных к Интернет устройств достигнет 29,3 млрд штук (3,6 подключенных к сети устройств на душу населения), в то время как еще пять лет назад их было 18,4 млрд (2,4 на душу населения).

С 2010 г. мировые продажи самых ресурсоемких электронных устройств (стационарных компьютеров, лэптопов, планшетов, мониторов, телевизоров) поступательно снижаются — к началу 2020-х гг. было достигнуто около 440 млн их продаж. В тоже время количество продаж смартфонов растет — 1,5 млрд единиц в год. Учитывая продолжительный период жизненного цикла стационарных компьютеров и телевизоров (примерно 8 лет), можно было бы говорить о снижении потребления ресурсов, связанных с цифровизацией, если бы рост продаж смартфонов с жизненным циклом 1,5 года и высоким содержанием в них определенных элементов не обусловил еще большее потребление природных ресурсов. Так на долю смартфонов уже сегодня приходится примерно 8,9% мирового производства палладия и 9,4% мирового производства кобальта, а также от 1% до 3% мирового производства золота, серебра, тантала, индия и др. металлов.

Помимо высокого потребления минеральных ресурсов, производство электронных устройств связано с использованием больших объемов воды. Наиболее водоемкие стадии производства — добыча металлов и производство полупроводников. Так, например, для добычи одной тонны руды в зависимости от условий может использоваться от 340 до 6270 литров воды. При производстве одной тонны редкоземельных металлов выделяется до 60 тыс. м³ газов, содержащих плавиковую кислоту, до 1,4 тонн радиоактивных отходов и до 200 тыс. литров кислотосодержащих сточных вод.

Негативное воздействие инфраструктуры цифровизации

Инфраструктуру цифровизации условно можно представить следующими секторами: наземная, подводная, космическая. Эти секторы демонстрируют энергопотребление, оценки которого разнятся, и загрязнение окружающей среды в ходе эксплуатации оборудования, а также после ее завершения.

Ежегодное потребление электроэнергии мировой IT-индустрией значительно и составляет 2 трлн киловатт-часов.

Елена Зиновьева:
Международно-политическое измерение цифрового разрыва

Самые энергоемкие элементы наземной инфраструктуры — дата-центры (центры обработки информации/ЦОД) и коммуникационные сети. До 10% из общего объема электричества, потребляемого IT-индустрией, приходится на 8370 крупнейших дата-центров, расположенных в разных странах мира, объединяющих приблизительно 56 млн серверов (майнинг выведен за рамки анализа, хотя и представляет собой элемент цифровизации). Только на долю ЦОДов и сетей передачи данных приходится до 1,5% глобального потребления электричества. ЦОДы используют электричество для обеспечения работы серверов и внутренних сетей, а также для охлаждения оборудования. Часто энергозатраты на охлаждение превышают энергозатраты на хранение, обработку и передачу данных.

Все возрастающий объем электроэнергии, потребляемой ЦОДами, генерируется из возобновляемых источников энергии, что отслеживается с помощью сертификации дата-центров. Сертификацию такого рода проводят такие IT-гиганты, как Google, Microsoft, Meta, Amazon и ограниченное число др.

Строительство и поддержание ЦОДов также являются ресурсоемкими. Дата-центры состоят из основной и вспомогательной инфраструктуры. Первая состоит из серверов и сетей, а вторая — из зданий, систем контроля и охлаждения. Основная система требует обновления примерно раз в 8–10 лет, вспомогательная инфраструктура прослужит дольше. Наиболее ресурсоемкая в части металлов, пластика, стекла и пр. — именно основная часть инфраструктуры ЦОД, которая требует более частого обновления.

ЦОДы во всем мире потребляют значительные объемы воды — около 980 млн м³ воды в год или до 2,7 млн м³ в день. Дата-центр среднего размера, состоящий из нескольких тысяч серверов, потребляет для охлаждения примерно 16 тыс. м³ в день. На локальном уровне в условиях дефицита воды они могут вступать в конкуренцию за ресурс с традиционными потребителями, как это происходит в штате Орегон (США), где дата-центры Apple и Meta конкурируют за воду с фермерами.

Еще один крайне ресурсоемкий инфраструктурный элемент цифровизации — сети передачи данных. Внедряемое поколение сетей 5G увеличит скорость, но в силу технических характеристик потребует больше оборудования для передачи и удержания сигнала, чем сети предыдущего поколения. Эксплуатация новых сетей потребует использования нового поколения устройств с увеличенной емкостью батарей, способных эффективно работать со скоростными характеристиками сетей 5G. Ожидается, что к 2023 г. более 1,4 млрд мобильных устройств будут совместимы с сетями 5G и создавать более 12% мирового трафика мобильных устройств.

Особого внимания заслуживает подводная инфраструктура, обеспечивающая цифровизацию — коммуникационные кабели. Общей протяженностью 1,2 млн км они пролегают по дну океанов и соединяют континентальные интернет-сети. Негативные эффекты для окружающей среды в данном случае будут связаны с высоким потреблением электроэнергии для работы инфраструктуры и выбросами в атмосферу при производстве кабелей галогенированных летучих органических соединений, опасных для озонового слоя планеты. Согласно применяемой модели эксплуатации кабелей, негативное воздействие на озоновый слой будет значительно снижено за счет полной переработки кабелей после выведения из строя и продлением сроков их эксплуатации с 13 до 25 лет.

Игорь Макаров:
Российская экономика будет зеленой. Игорь Макаров о «зеленом переходе» в России

Космическая инфраструктура формируется группировкой спутников на орбите Земли, общая численность которых в 2022 г. достигла 6 800 единиц, до 5 000 из которых обеспечивают коммуникацию. Самая большая объединенная спутниковая группа, обеспечивающая высокоскоростную интернет-связь, сформированная всего за 4 года, принадлежит компании SpaceX и состоит из 3 271 спутников. В 2019 г. компания получила разрешение от Федеральной комиссии США по коммуникациям на запуск 12 тыс. спутников связи и подала заявку на запуск еще 30 тыс. В декабре 2022 г. Комиссия выдала разрешение на запуск 7 500 спутников, отложив решение по оставшейся части. Каждый из спутников SpaceX первой волны имел жизненный технологический цикл до 5 лет и весил около 260 кг, спутники второй волны будут более технологичными, их масса будет достигать 1150 кг. Таким образом, поддержание только этого вида инфраструктуры цифровизации с такими характеристиками означает формирование одной компанией до 2030 г. более 10 тыс. тонн космического мусора в дополнение к уже находящимся на орбите более 10 тыс. тонн космических объектов.

Негативные эффекты, связанные с потреблением энергии для производства спутников связи, как и ресурсов для их создания, учитывая их численность, относительно невелики. Доставка спутников на орбиту вызывает озабоченность по причине использования токсичного топлива для двигателей ракет, однако общее ограниченное количество запусков (включая неуспешные) с 1957 г., достигшее примерно 9 тыс., позволяет считать это воздействие несущественным. Большую озабоченность вызывает невозможность переработки спутников связи после их вывода из строя. Во избежание формирования на орбите большого объема космического мусора спутники сводят с орбиты, и они сгорают в атмосфере. При сгорании в атмосферу попадает оксид алюминия, угрожающий озоновому слою и усиливающий парниковый эффект.

Мусорный след цифровизации

Ожидается, что в 2022 г. количество используемых мобильных устройств достигнет 16 млрд единиц, в том числе 4,5 млрд смартфонов и 1,5 млрд планшетов, каждый из которых к 2025 г. с большой долей вероятности, а к 2030 г. точно станет электронным мусором. Несмотря на то, что в этих устройствах содержится огромный объем дорогих компонентов, только до 20% из них будет профессионально переработано. Оставшиеся 80% или будут неэффективно разобраны непрофессиональным образом в странах Азии или Африки, или просто окажутся на свалке. Большие объемы такого электронного мусора несут угрозу окружающей среде содержанием токсичных элементов: ртути, кадмия, свинца, а также бромированными огнестойкими добавками, загрязняющими почву, воду и воздушную среду.

Сокращение биоразнообразия и нарушение среды обитания

Проведено ограниченное количество исследований о связи цифровизации и сокращения биоразнообразия. Методики применяемые для оценки корреляции сильно разнятся. При этом исследователи сходятся в том, что биоразнообразие и среда обитания подвержены прямому негативному воздействию преимущественно при добыче ископаемых ресурсов для производства электронных устройств и воздействию электронного мусора, и косвенному посредством выбросов СО₂ в атмосферу.

Евгения Дрожащих, Денис Никифоров:
Космомусорный предлог

Однако прямой связи, при которой именно цифровизация стала бы очевидной причиной сокращения биоразнообразия, не установлено.

Дискуссионным видится вопрос о воздействии на подводную среду обитания интернет-кабелей, обеспечивающих проводную связь между континентами. Ряд исследований указывает на неизбежное электромагнитное, звуковое, температурное воздействие на среду, которое может дезориентировать млекопитающих и рыб, например, при миграции.

***

Цифровизация на современном этапе несет значимые экологические риски, которые преимущественно связаны с материальным, а не виртуальным измерением цифровизации: чрезмерным объемом электронных устройств, находящихся в обращении, коротким периодом жизненного цикла устройств, малыми объемами или невозможностью переработки электронного мусора, высокой энергоемкостью инфраструктуры. При этом непосредственно в секторе обмена данными наблюдается сдержанный рост выбросов СО₂ в атмосферу, а в ряде случаев прослеживается тенденция к достижению углеродной нейтральности.

Для проведения «технического обслуживания двигателя» цифровизации требуется «масло» экологизации, которое сделает его работу безопасной. Экологизация обуславливает выявление негативного воздействия на состояние окружающей среды и подразумевает реализацию мер по нивелированию разрушительных эффектов. Таким образом, экологизация форматирует цифровизацию, снижает риски воздействия на окружающую среду, делает ее устойчивой.