Battery used Battery charging

LOW←TECH MAGAZINE

Technologie cyfrowe i ich gigantyczny ślad środowiskowy

Energia wcielona samej pamięci RAM przewyższa ilość energii, jaką zużywa laptop w czasie swojego przeciętnego trzyletniego życia.

Przekład: Michał Kolbusz

image

Praca artystyczna: Krajobraz miejski I & II, autorstwa Grace Grothaus.

Zużycie energii naszych zaawansowanych maszyn i urządzeń jest wielce niedoszacowane.

Kiedy dyskutujemy o zażyciu energii, cała nasza uwaga skupia się na ilości prądu, którą pobiera podczas pracy urządzenie czy maszyna. Uważamy, że 30 watowy laptop jest bardziej wydajny energetycznie niż 300 watowa lodówka. Może wydawać się to logiczne, ale kiedy przyjrzymy się energii jaką potrzeba zużyć na wyprodukowanie urządzenia, takie porównanie przestaje być sensowne. Dotyczy to w szczególności zaawansowanych urządzeń, do których wyprodukowania potrzeba ogromnej ilości surowców i energii. Ile energii, tak naprawdę pochłaniają nasze elektroniczne gadżety?

Zużycie energii przez sprzęt elektroniczny rośnie w zastraszającym tempie, co zostało niedawno (maj 2009 roku, przyp. tłum.) przedstawione w raporcie “Gadżety i Gigawaty” wydanym przez Międzynarodowa Stowarzyszenie Energetyczne (“Gadgets and Gigawatts”, International Energy Association). Według tego raportu, zużycie energii elektrycznej przez komputery, telefony komórkowe, płaskie telewizory, iPody i inne gadżety, podwoi się w roku 2022, następnie potroi w 2030 r. Będzie to oznaczało wzrost światowego zapotrzebowania na elektryczność o 280 Gigawatów. Wydany wcześniej raport The British Energy Saving Trust pt. „Amper kontratakuje”- pdf), dochodzi do podobnych konkluzji.

Jest wiele powodów, dlaczego rośnie zużycie energii związane z korzystaniem ze sprzętu elektronicznego; coraz więcej i więcej ludzi może pozwolić sobie na kupno gadżetów, coraz więcej i więcej pojawia się gadżetów, a już istniejące urządzenie zużywają coraz więcej i więcej energii - bez względu na pojawienie się bardziej wydajnych technologii - o tym paradoksie wydajności energetycznej piszemy dalej.

180 Watowy Laptop

Chociaż to, na co wskazują oba wspomniane wcześniej raporty, powinno dać nam do myślenia, to niestety i jeden i drugi, ogromnie niedoszacowują realnego zużycia energii przez sprzęt elektroniczny. Zacznijmy od tego, że zużycie energii nie jest tożsame ze zużyciem prądu elektrycznego z sieci. W USA sprawność energetyczna sieci energetycznej wynosi średnio około 35%. Jeśli weźmiemy laptopa, który fabrycznie pobiera 60 Wattów mocy z gniazdka, to oznacza to, że naprawdę zużywa trzy razy tyle energii (około 180 Wh, lub 648 kJ).

Jeśli chcemy mieć bardziej realistyczny obraz zużycia energii przez nasz sprzęt elektroniczny to powinniśmy od dzisiaj, mnożyć zużycie prądu pobieranego urządzenie przez 3. Kolejną sprawą, o której łatwo zapomnieć, jest to ile energii zużywa infrastruktura potrzebna do funkcjonowania wielu dzisiejszych technologii: przede wszystkim sieci komórkowej i Internetu (który składa się z farm serwerów, centr baz danych, routerów, przełączników sieciowych, światłowodów, wież nadawczych i wielui innych elementów).

Energia Wcielona

Jednak najważniejsza jest energia potrzebna do wytworzenia tych wszystkich sprzętów elektronicznych (tak samo infrastruktury sieciowej jak i urządzeń osobistych) – tzw. energia wcielona. Energia zużyta na produkcję urządzenia jest obecnie znacznie wyższa niż energia, którą pobierze urządzenie przez cały okres swojej eksploatacji. Przez większość XX wieku było inaczej - procesy wytwórcze nie były tak energointensywne („energointensywne” oznacza wysokie zużycie energii w stosunku do masy wytworzonych produktów, przyp. tłum.)

Staroświecki samochód zużywa znacznie więcej energii, podczas swojego życia (w postaci benzyny), niż potrzeba jej na jego wyprodukowanie. Tak samo jest w przypadku lodówki czy zwykłej żarówki: ilość zużytej energii do ich produkcji jest znikoma w porównaniu z tym ile zużywają podczas swojej eksploatacji.

image

Zaawansowane technologie cyfrowe odwróciły tę zależność do góry nogami. Garść mikroprocesorów może zawierać w sobie tyle energii wcielonej ile jest w półtoratonowym samochodzie. Ponieważ technologie cyfrowe przyniosły nam mnogość nowych produktów, oraz przeniknęła ona do już prawie każdego istniejącego urządzenie, stajemy dzisiaj w obliczu poważnych konsekwencji. Dzisiejsze samochody, oraz znane od dawna urządzenia analogowe, są obecnie pełne mikroprocesorów (elektryczny czajnik na wodę z WiFi, sterowany przez aplikację w smartfonie już istnieje, przyp. tłum.). Półprzewodniki, które są podstawę energointensywnych mikroprocesorów (w tym kontekście autor podkreśla, że do produkcji procesora potrzeba wyjątkowo dużo energii, jak na jego małą masę, a nie to że sam procesor pobiera duże energii, przyp. tłum.) znalazły swoje miejsce nawet w ekoproduktach, takich jak diody LED czy panele fotowoltaiczne.

Gdzie Się Podziały Dane?

Chociaż łatwo jest pozyskać dane o zużyciu prądu elektrycznego przez urządzenia elektroniczne podczas ich eksploatacji (możecie to nawet zmierzyć sami z użyciem miernika mocy), to znalezienie wiarygodnych, aktualnych danych dotyczących energii zużytej w procesie ich wytwarzania jest niezwykle trudne. W szczególności jeśli dotyczą one szybko rozwijających się technologii. Analiza cyklu życiowego zaawansowanego produktu jest niezwykle złożona i może zając wiele lat (ze względu na mnogość części, materiałów i procesów wytwórczych potrzebnych do ich wytworzenia). W międzyczasie, produkty i procesy wytwórcze ciągle się zmieniają, co skutkuje tym, że analizy stają się nieaktualne już z dniem ich publikacji.

Energia wcielona samej tylko kości RAM przewyższa ilość energii, jaką zużywa laptop w czasie swojego, przeciętnego trzyletniego życia.

Nie istnieją analizy cyklu życiowego nowych technologii (w 2009 roku, przyp. tłum.). Spróbujcie znaleźć analizę, która stara się obliczyć energię wcieloną diody LED, baterii litowo-jonowej czy jakiejkolwiek innej, współczesnej rzeczy napakowanej elektroniką, a jej nie znajdziecie (a jeśli wam się uda, to dajcie mi znać!).

Energia Wcielona Komputera

Najbardziej aktualna analiza cyklu życiowego komputera pochodzi z 2004 roku, a dotyczy urządzenia z 1990 r. Wnioski jakie płyną z tego opracowania są takie, że dla większości wytw arzanych dóbr konsumpcyjnych, stosunek użycia paliw kopalnych do masy wynosi 2 do 1 (potrzeba 2 kg paliw kopalnych, aby wytworzyć 1 kg produktu). W przypadku komputera stosunek ten wynosi 12 do 1 (12 kg paliwa na 1 kg komputera). Przyjmując czas życia komputera na trzy lata oznacza to, że całkowita energia zużyta podczas „życia” komputera, przypada przede wszystkim na jego wytworzenie - 83% lub 7.329 MJ. Energia, którą komputer pobiera z sieci do pracy to 17% z całości. W przypadku telefonów komórkowych wyniki było podobne.

image

W 1990 roku, komputer to była stacjonarna maszyna z monitorem CRT, a dzisiaj jest to przede wszystkim laptop z płaskim monitorem LCD. Może to sugerować, że energia wcielona dzisiejszych urządzeń będzie niższa, z powodu mniejszej ilości wykorzystanych materiałów (plastiku, metalu, szkła). Jednak to nie plastik, metal i szkło są tym, co czyni komputer tak energochłonnym. Są to mikroprocesory, a dzisiejsze maszyny mają ich więcej, nie mniej.

100 Lat Produkcji

Energia potrzebna do wyprodukowania mikroprocesora jest nieproporcjonalna do jego rozmiarów. Timothy Gutowski naukowiec z MIT, porównał materiało- i energochłonność konwencjonalnych metod wytwarzania, z tymi używanymi do produkcji półprzewodników i nanomaterialów (technologii, która będzie miała zastosowania w tysiącach produktów m. in. elektronice, panelach fotowoltaicznych i diodach LED).

Technologie Cyfrowe Są Owocem Taniej Energii.

Gutowski obliczył ile energii potrzebują konwencjonalne metody wytwarzania takie jak: obróbka skrawaniem, formowanie wtryskowe i odlewanie. Te techniki, są dzisiaj wciąż powszechnie wykorzystywane, chociaż powstały prawie 100 lat temu. Formowanie wtryskowe jest wykorzystywane do produkcji elementów plastikowych, odlewnictwo to technologia metalurgiczna, a obróbka skrawaniem jest procesem usuwania materiału, który obejmuje cięcie metali (używanych zarówno do tworzenia, jak i wykańczania produktów).

6 Rzędów Wielkości

Chociaż istnieją znaczne różnice między poszczególnymi konfiguracjami, wszystkie te metody produkcji wymagają od 1 do 10 megadżuli energii elektrycznej na kilogram materiału [MJ/kg]. Odpowiada to, od 278 do 2780 Wh energii elektrycznej na kilogram materiału [Wh/kg]. Wytworzenie jednego kilogramowego elementu z tworzywa sztucznego lub metalu wymaga zatem tyle samo energii elektrycznej, co oglądanie telewizji na telewizorze z płaskim ekranem przez 1 do 10 godzin (jeśli założymy, że dana część podlega tylko jednej operacji produkcyjnej).

Zapotrzebowanie na energię procesów wytwarzania półprzewodników i nanomateriałów jest znacznie wyższe: do sześciu rzędów wielkości powyżej wymagań konwencjonalnych procesów produkcyjnych (patrz rysunek poniżej, źródło:, dane uzupełniające). Sprowadza się to do 1 000 – 100 000 [MJ] na kilogram elektroniki, w porównaniu z 1 - 10 [MJ/kg] w przypadku konwencjonalnych technik produkcji.

image

Wyprodukowanie jednego kilograma elektroniki, lub nanomateriałów, wymaga zatem od 280 do 28000 [kWh] energii elektrycznej; wystarczająco dużo, do ciągłego zasilania telewizora z płaskim ekranem przez 41 dni do 114 lat. Dane te nie obejmują energii zużywanej na wentylację pomieszczeń i klimatyzację, które są kluczowa dla produkcji półprzewodników.

Energia Wcielona Mikroczipu

Zużycie energii w procesach produkcji półprzewodników pochodzi z analizy cyklu życia „typowego” 2-gramowego mikroczipu, przeprowadzonej w 2002 r. Niestety dotyczy ona 32 MB pamięci RAM - nawet dzisiaj niezbyt zaawansowanej technologii. Jej wyniki są jednak wymowne: do wyprodukowania 2-gramowego mikroczipu potrzebnych było 1.6 kg paliwa. Oznacza to, że potrzeba 800 kilogramów paliwa do wyprodukowania jednego kilograma mikroczipów (w porównaniu do 12 kilogramów paliwa do wyprodukowania jednego kilograma komputera).

Jeśli jeden kilogram ropy naftowej ma gęstość energetyczna 45 [MJ/kg], to oznacza to, że do wyprodukowania 2 gramów karty pamięci potrzeba 72 [MJ] energii, lub 20 [kWh]. W takim razie 1 kilogram mikroczipu pamięci, będzie miał energię wcieloną równą 36 [GJ] (3.3 [MWh]) energii elektrycznej, co mieści się w naszych wcześniejszych kalkulacjach – 1 000 – 100 000 [MJ/kg] (280 do 28000 [kWh/kg]).

Ponadto, International Roadmap Technology for Semiconductors 2007 Edition (Międzynarodowa Mapa Drogowa Technologii Półprzewodników, edycja 2007) podaje liczbę - 1.9 kilowatogodzin na centymetr kwadratowy mikroczipu [kWh/cm²]. Tak więc, możemy uznać, że 20 kilowatogodzin na 2 gramy jednego czipu, o powierzchni centymetra kwadratowego, jest rozsądnym szacunkiem.

Ile Mikroczipów Jest w Komputerze?

Elektroniczny gadżet lub komputer, nie kryją w sobie kilogramów półprzewodników - jest ich oczywiście znacznie mniej. Jednak nie potrzebujemy kilograma mikroprocesorów, aby być pewnym, że faza produkcji elektroniki zdominuje fazę użytkowania (w sensie zużycie energii, przyp. tłum.). Wcielona energia samego układu RAM przewyższa zużycie energii przez laptop w okresie jego żywotności, wynoszącym średnio trzy lata.

Dzisiejsze komputery osobiste mają pamięć RAM o pojemności od 0.5 do 2 gigabajtów składających się z 18 do 36 dwuczęściowych mikrochipów (jak te opisane powyżej). Odpowiada to, od 1296 do 2595 [MJ] energii zawartej w samej pamięci komputera, lub od 360 000 do 720 000 [Wh]. Wystarczająco dużo, by zasilać 30-watowego laptopa non-stop przez 500 do 1000 dni.

image

Mikroprocesory („mózgi” wszystkich urządzeń cyfrowych) są bardziej zaawansowane niż układy pamięci, a zatem zawierają co najmniej tyle samo energii wcielonej. Niestety nie opublikowano żadnej analizy cyklu życia mikroprocesora. Jednakże pewne jest, że współczesne komputery zawierają ich coraz więcej.

Jednym z najnowszych trendów w świecie elektroniki jest wprowadzenie „procesorów wielordzeniowych” i „systemów wieloprocesorowych”. Komputery osobiste mogą teraz zawierać 2, 3 lub 4 mikroprocesory. Serwery, konsole do gier i systemy wbudowane mogą mieć ich znacznie więcej (dzisiaj nawet smartfony mogą być wyposażone w ośmiordzeniowe procesory, przyp .tłum.). Każdy z tych „rdzeni” jest w stanie wykonywać swoje zadania niezależnie od innych. Umożliwia to jednoczesne wkonywanie kilku procesów, intensywnie wykorzystujących moc obliczeniową (takich jak skanowanie antywirusowe, przeszukiwanie folderów lub nagrywanie DVD). Z każdym dodatkowym układem (lub powierzchnią układu) rośnie ilość energii wcielonej systemu.

Oszczędności energii uzyskane dzięki technologiom cyfrowym ledwo rekompensują ich rosnący ślad środowiskowy

Kolejnym zjawiskiem, jest wzrost liczby procesorów graficznych (ang. GPU). Jest to specjalistyczny procesor, który odciąża renderowanie grafiki 3D z mikroprocesora. Karta graficzna jest niezbędna we współczesnych grach komputerowych, ale jest również konieczna ze względu na coraz wyższe wymagania graficzne systemów operacyjnych. Procesory graficzne nie tylko zwiększają zużycie energii przez komputer podczas jego używania (GPU mogą zużywać więcej energii niż obecne procesory), ale także oznaczają więcej energii wcielonej komputera. Procesor graficzny wymaga dużej ilości pamięci, a tym samym zwiększa zapotrzebowanie na dodatkowe układy pamięci RAM.

Nanomateriały

Dlaczego mikrochipy są tak energointensywne w produkcji? Stanie się to jasne, kiedy przyjrzymy się z bliska tym urządzeniom - najlepiej pod mikroskopem. Mikrochip jest mały, ale ilość elementów z których się składa jest ogromna. Mikroprocesor wielkości paznokcia może teraz zawierać do dwóch miliardów tranzystorów - każdy tranzystor ma szerokość mniejszą niż 0.00007 milimetra. Powiększmy ten układ, a stanie się on strukturą tak złożoną jak rozległa metropolia.

image

Ilość materiału zawartego w produkcie może być mała, ale aby uzyskać tak złożony system jak obwód elektroniczny, należy włożyć wiele pracy w jego wytworzenie (co oznacza wiele energii zużytej przez maszyny). Zapotrzebowanie na energię elektryczną maszyn wytwarzających półprzewodniki jest zbliżone do tych używanych w starszych procesach (jak formowanie wtryskowe), jednak różnią się one wydajnością: na wtryskarce można wytworzyć do 100 kg produktów na godzinę, ale w procesie produkcji półprzewodników dostaniemy najwyżej gramy, jak nie miligramy, na godzinę.

Kolejnym powodem, dla którego technologia cyfrowa jest tak energointensywna w produkcji, jest potrzeba zastosowania wysoce skutecznych filtrów powietrza i systemów cyrkulacji powietrza (czego nie uwzględniają powyższe szacunki). Kiedy budujesz nieskończenie małe struktury, jedna drobinka pyłu zniszczy twój obwód. Z tego samego powodu, produkcja mikrochipów wymaga najczystszej klasy krzemu (krzem klasy elektronicznej, skrót z ang. EGS, uzyskiwany w energochłonnym procesie chemicznego osadzania z fazy gazowej, skrót z ang. CVD).

Produkcja Nanorurek Jest Tak Energointensywna Jak Produkcja Mikrochipów.

Co 18 miesięcy ilość tranzystorów w mikroprocesorze podwaja się (prawo Moore’a). Z jednej strony oznacza to, że potrzeba mniej krzemu aby uzyskać tę samą moc obliczeniową czy wielkość pamięci. Z drugiej strony, gdy tranzystory stają się coraz mniejsze, potrzeba jeszcze skuteczniejszej filtracji powietrza i jeszcze czystszego krzemu. Ponieważ struktura staje się coraz bardziej złożona, jej produkcja wymaga coraz więcej etapów wytwarzania.

image

Nanotechnologia operuje w jeszcze mniejszej skali niż mikroelektronika, ale ich zapotrzebowanie na energię jest porównywalne. Produkcja nanowłókien węglowych, dzielących wiele procesów produkcyjnych z półprzewodnikami, wymaga od 760 do 3000 [MJ] energii elektrycznej na kilogram materiału, podczas gdy produkcja nanorurek węglowych i nanorurek jedno-ściennych (z ang. SWNT, czyli single wall nanotubes) wymaga 20 000 do 50 000 [MJ] na kilogram. Produkcja nanorurek jest zatem tak energochłonna jak produkcja mikroprocesorów (36 000 [MJ/kg]). Przemysł nanomateriałów chciałby widzieć swoje produkty w prawie każdej dziedzinie współczesnej gospodarki, jednak zastosowanie ich na wielką skalę, będzie raczej niemożliwe z powodu ogromnego zapotrzebowania na energię.

Recykling Nie Jest Rozwiązaniem

Zachęcanie do recyklingu elektroniki jest postrzegane jako sposób na obniżenie energii wcielonej nowych urządzeń. Niestety, w przypadku mikroelektroniki i nanomateriałów to nie działa. Ma to jedynie sens w produktach wytworzonych konwencjonalnymi metodami, ponieważ wymagania energetyczne procesu produkcyjnego (1–10 [MJ/kg]) są niewielkie w porównaniu z energią wymaganą do wytworzenia samych materiałów.

Na przykład, wyprodukowanie 1 kg plastiku z ropy naftowej wymaga od 62 do 108 [MJ] energii, podczas gdy typowa mieszanka pierwotnego i odzyskanego aluminium potrzebuje 219 [MJ] na kilogram nowego metalu. Aby dokonać uczciwego porównania, należy pomnożyć zapotrzebowanie na energię w procesie produkcyjnym przez trzy (1 [MJ] energii elektrycznej wymaga 3 [MJ] energii pierwotnej), ale nawet wtedy konwencjonalne procesy produkcyjne wydają się dość skromne (od 3 do 30 [MJ/kg]) w porównaniu z wydobyciem surowców i obróbką wstępną - około 100 [MJ/kg] (patrz tabela).

Recykling nie jest rozwiązaniem, jeśli całe zużycie energii jest skoncentrowane w samym procesie produkcyjnym.

W przypadku produkcji półprzewodników ten stosunek jest odwrotny. Podczas gdy do wytworzenia 1 kilograma krzemu (i tak już dość wysokiego w porównaniu z wieloma innymi materiałami) potrzeba 230 do 235 [MJ] energii, to chemiczne osadzanie z fazy gazowej (ważny krok w procesie produkcji półprzewodników) wymaga około 1000 [MJ] energii elektrycznej na kilogram, a zatem 3000 [MJ] energii pierwotnej (ponieważ przeciętna sieć energetyczna ma sprawność około 35%, przyp. tłum.).

To dziesięć razy więcej niż wynosi zużycie energii podczas wydobywania surowców i obróbki wstępnej (obróbka wstępna oznacza odzyskiwanie minerałów z rudy, aż do uzyskania surowego materiału, przyp. tłum.). W przypadku konwencjonalnych technik wytwarzania, użycie surowców pochodzących z recyklingu jest skutecznym sposobem na zmniejszenie całkowitego zużycia energii podczas produkcji. Nie tyczy się to półprzewodników. Recykling nie jest rozwiązaniem, jeśli całe zużycie energii jest skoncentrowane w samym procesie wytwórczym.

image

Nie oznacza to, że produkcja mikroczipów nie wymaga żadnych surowców. W rzeczywistości wytwarzanie mikroprocesorów i nanomateriałów wymaga również większych nakładów materiałowych niż wytwarzanie konwencjonalnych produktów (o kilka rzędów wielkości więcej). Dotyczy to procesów pomocniczych, które nie są bezpośrednio wbudowywane w produkty.

Na przykład, energia wcielona zawarta w strumieniu gazów czyszczących w procesie CVD (nieuwzględniona na powyższych rysunkach) jest o 4 rzędy wielkości większa, niż energia wcielona produktu. Ponadto, gazy te należy poddać obróbce w celu zmniejszenia ich reaktywności i zapobieżeniu powstaniu zanieczyszczeń. Gutowski pisze, „Jeśli zostanie to zrobione przy użyciu spalania w metanie w miejscu użytkowania, energia wcielona samego metanu może przekroczyć ilość zużytego prądu”.

Korzyści Z Technologii Cyfrowej

Mikrochipy mogą mieć pozytywny wpływ na środowisko, jeśli dzięki nim wzrośnie sprawność działania konkretnych technologii i procesów. Te efekty zostały opisane w raporcie inicjatywy Grupy Klimatycznej, zainicjowanej przez 50 największych światowych firm. Ich raport „Smart 2020 – Enebling The Low Carbon Economy in the Information Age” („Smart 2020 – Umożliwienie Gospodarki Niskoemisyjnej w Erze Informacji”) potwierdza wyniki innych badań dotyczących zużycia energii elektrycznej przez sprzęt elektroniczny, ale także wylicza korzyści środowiskowe wynikające z upowszechniania się elektroniki.

Według raportu „Smart 2020”, emisje z technologii informacyjno-komunikacyjnych (w tym zużycie energii przez centra danych, których nie uwzględnia raport IEA) wzrosną z 0.5 giga ton ekwiwalentu CO2 [Gt/eCO2] w 2002 r. do 1.4 [Gt/eCO2] w 2020 r., przy założeniu, że sektor będzie nadal osiągał „imponujące postępy w zakresie efektywności energetycznej, które osiągnął wcześniej”. Jednak podnosząc efektywność energetyczną w innych sektorach gospodarki, technologie informacyjno-komunikacyjne mogłyby przynieść pięciokrotnie większe oszczędności emisji dwutlenku: 7.8 [Gt/eCO2] w 2020 r.

Rozwiązanie problemu błyskawicznie szybkiego starzenia się sprzętu elektronicznego byłoby najpotężniejszym krokiem do zmniejszenia śladu ekologicznego technologii cyfrowej.

Korzyści jakie można osiągnąć to m. in. powstanie inteligentnych sieci energetycznych (2.03 [Gt/eCO2]), inteligentnych budynków (1.86 [Gt/eCO2]), inteligentnych systemów silnikowych (0.97 [Gt/eCO2]), dematerializacja i przechodzenie na aktywność wirtualną (poprzez zastąpienie fizycznych produktów i działań o wysokiej emisji dwutlenku węgla, takich jak książki i spotkania, wirtualnymi ekwiwalentami o niskiej emisji węgla, takimi jak handel elektroniczny, administracja elektroniczna, wideokonferencje, 0.5 [Gt/eCO2]), i inteligentna logistyka (0.225 [Gt/eCO2]). Jednym z pierwszych zadań technologii informatyczno-komunikacyjnych, będzie monitorowanie zużycia energii i emisji w całej gospodarce w czasie rzeczywistym i dostarczanie danych niezbędnych do optymalizacji wydajności energetycznej.

Raport podsumowuje, „Skala redukcji emisji, którą można by zapewnić dzięki inteligentnej integracji technologii informacyjno-komunikacyjnych w nowe sposoby życia, pracy, nauki i podróżowania, sprawia, że sektor ten odgrywa kluczową rolę w walce ze zmianami klimatu, pomimo wzrostu własnego śladu ekologicznego”.

image

Jeśli nawet założymy, że wszystkie te oszczędności się urzeczywistnią (raport przyznaje, że nie będzie to łatwe zadanie), to nie rozwiąże to problemu ogromnej ilości energii potrzebnej do wyprodukowania całego tego sprzętu. Jeśli założymy, że udział procesu wytwarzania wynosi 80% w całkowitym zużyciu energii przez technologie informacyjno-komunikacyjne (bazując na wyliczeniu z jedynej dostępnej analizy cyklu życia komputera), to 1.4 [Gt/eCO2] w 2020 r. w rzeczywistości wyniesie 7.0 [Gt/eCO2] (prawie tyle, co 7.8 [Gt/eCO2]). To praktycznie tyle samo, ile oszczędności ma przynieść rozpowszechnienie technologii cyfrowych. Żadna korzyść dla środowiska nie będzie miała miejsca, a jej rosnący ślad ekologiczny pochłonie wszystkie oszczędności energii.

Technologia Cyfrowa Jest Produktem Taniej Energii.

Badania Timothey’go Gutowskiego pokazują, że historyczny trend zmierza w kierunku coraz bardziej energointensywnych procesów. Jednocześnie zasoby dostępnej energii maleją.

Gutowski pisze, że:

Zjawisko to [proliferacja technologii cyfrowych] było możliwe dzięki stabilnym i spadającym cenom materiałów i energii w tym okresie. Pozornie ekstrawaganckie wykorzystanie materiałów i zasobów energetycznych przez wiele nowszych procesów produkcyjnych jest niepokojące i należy się z nim zmierzyć. Konieczne są również, działania na rzecz zwiększenia trwałości produktów wytwarzanych w ten sposób.”

Produkcja półprzewodników i nanomateriałów mogłaby stać się bardziej wydajna (i tak zapewne będzie), dzięki obniżeniu zapotrzebowania na energię środków produkcji lub poprzez zwiększenie wydajności procesu wytwarzania (w sensie ilości materiału produkowanego na godzinę). Na przykład „Międzynarodowa Mapa Drogowa Technologii Półprzewodników” (Iternational Technology Roadmap for Semiconductors, w skrócie ITRS), inicjatywa największych producentów układów scalonych na świecie, ma na celu zmniejszenie zużycia energii na centymetr kwadratowy mikroczipu z 1.9 [kWh] dzisiaj do 1.6 [kWh] w 2012 r., a następnie do 1.35 [kWh] w 2015, 1.20 [kWh w 2018 r. i 1.10 [kWh] w 2022 r.

image

Jednak jak wynika z analizy tych liczb, poprawa wydajności ma swoje granice. Z czasem zyski będą mniejsze, a sama poprawa wydajności nigdy nie zasypie przepaści pomiędzy konwencjonalnymi technikach produkcji, a technikami zaawansowanymi. Energointensywne metody produkcji są nieodłącznym elementem znanej nam technologii cyfrowej.

Raport ITRS ostrzega, że:

„Ograniczenia dostępnych źródeł energii mogą potencjalnie ograniczyć zdolność przemysłu do rozbudowy istniejących obiektów lub budowy nowych”

Gutowski pisze:

„Należy zauważyć, że istnieje również potrzeba całkowitego przeanalizowania każdego z tych procesów i zbadania możliwości użycia procesów alternatywnych i prawdopodobnie zrezygnowania z metody osadzania z fazy gazowej”.

Starzenie Się Technologii

Opisanemu powyżej obrazowi śladu ekologicznego technologii cyfrowej daleko do kompletności. Raport ITRS koncentruje się wyłącznie na zużyciu energii i nie bierze pod uwagę toksyczności procesów produkcyjnych i zużycia zasobów wodnych, które są o kilka rzędów wielkości wyższe, zarówno w przypadku półprzewodników, jak i nanomateriałów (w porównaniu do wytwarzania produktów nieelektronicznych, przyp. tłum.). Podam przykład, który może zobrazować ten problem: większość wody używanej do produkcji półprzewodników to woda ultra czysta (ang. Ultra Pure Water, w skrócie UPW), której produkcja wymaga użycia dużych ilości chemikaliów. W przypadku wielu z tych problemów branża przyznaje, że nie ma skutecznych rozwiązań (patrz ten sam raport ITRS, pdf). Nie można również pominąć problemów dotyczących zagospodarowania odpadów, które nagminnie, w formie elektrośmieci, trafiają do krajów tzw. “trzeciego świata”, gdzie przetwarzane w prymitywne sposób stają się ogromnym zagrożeniem dla zdrowia i środowiskowa. Wydobycie rzadkich surowców potrzebnych do produkcji współczesnej elektroniki może wiązać się z ryzykiem konfliktu zbrojnego (patrz. wydobycie koltranu i wojna domowa w Demokratycznej Republice Kongo, przyp. tłum.).

Powiedzmy na koniec o tym, że wysoka energochłonność technologii cyfrowej wynika nie tylko z energochłonnych procesów produkcyjnych. Równie ważny jest niezwykle krótki czas życia większości elektronicznych gadżetów. Jeśli produkty cyfrowe byłyby długowieczne (lub przynajmniej działały przez dekadę), to ich wysoka energia wcielona nie byłaby takim problemem. Niestety większość komputerów i innych urządzeń elektronicznych jest wymieniana już po zaledwie kilku latach użytkowania, pomimo tego że są w pełni sprawne. Rozwiązanie problemu błyskawicznie szybkiego starzenia się sprzętu elektronicznego byłoby najpotężniejszym krokiem do zmniejszenia śladu ekologicznego technologii cyfrowej.

@ Kris De Decker (red. Vincent Grosjean).

Prace artystyczne autorstwa Grace Grothaus (prace są na sprzedaż).

Więcej informacji na temat metod produkcji.

459.93KB