谈谈数字碳排放对碳中和的影响

每个搜索查询、每首流媒体歌曲或视频、每封电子邮件，每天在世界各地发生数十亿次——所有这些导致世界各地对电力的需求不断增加，同时导致二氧化碳排放量增加。 我们对数字工具的日益依赖对环境的影响越来越难以忽视。

数字工具和服务是我们生活中不可或缺的一部分。 很难想象没有智能手机、应用程序、维基百科、网上银行、GPS 导航以及几乎随时随地可用的大量音乐和电影的生活。 所有这一切丰富了我们的生活，但数字化不仅在日常生活中变得不可或缺，而且在农业和工业、向可再生能源的过渡以及我们城市的未来影响中发挥着越来越重要的作用。 同时，数字化为应对气候变化和保护环境提供了新的解决方案。

然而，正因为我们无法看到或触摸到我们在全球范围内发送和接收的数据，它实际上背负着相当沉重的负担：它的能源消耗在不断增长，我们使用的智能设备往往对环境有害。 它们是在极端条件下生产的，在其短暂的使用寿命结束时最终成为有毒电子垃圾。 这就提出了一个非常重要的问题：数字化能否帮助我们走向更绿色的世界，或者我们对数字工具的日益依赖是否会加速气候变化和地球的毁灭？

现在，这个问题仍然悬而未决。 让我们仔细看看我们数字碳足迹的主要原因，以及谁和什么正在努力减轻其对气候的影响。

一、全球数字碳排放量有多大

世界上超过一半的人口现在上网。 根据 Digital Agency 的一份报告，2019 年有超过 40 亿人使用互联网，其中每天有超过 100 万人首次上网。 随着云计算、流媒体服务和无现金支付系统等在线活动的兴起，对在线和数字服务的需求不断增长。

转变项目研究了近 170 项关于数字技术对环境影响的国际研究。 据专家称，2013 年至 2018 年间，数字技术在全球二氧化碳排放量中所占的份额从 2.5% 上升到 3.7%。 这意味着我们今天使用的数字技术实际上比整个航空业造成更多的二氧化碳排放和对全球变暖的贡献！ 据估计，航空业约占排放量的 2.5%。 由于数字技术的能源消耗难以量化，这些数字可能因研究而略有不同：由于可用数据太少，技术进步和消费习惯的改变导致它们迅速变化，因为它们高度依赖于特定条件（例如，使用的电源类型）。 Borderstep Institute 的研究“通过数字技术保护气候”对各种研究进行了比较，得出的结论是，数字终端设备和基础设施的生产、运营和处置产生的温室气体排放量占全球排放量的 1.8% 至 3.2%（截至 2020 年）。

尽管很难计算出确切的数字，但很明显，我们的数字世界有巨大的能源需求，特别是如果你包括数字设备的使用和生产。

2. 哪些数字活动消耗的能源最多

高级研究员 Jens Gröger 估计每个搜索查询会排放大约 1.45 克二氧化碳。 如果我们每天使用搜索引擎执行大约 50 次搜索查询，那么每年将产生 26 公斤的二氧化碳。 听起来不是很多？ 但谷歌 2017 年的环境报告称，2016 年的碳排放量为 290 万吨二氧化碳，其用电量为 6.2 太瓦时 (TWh)。

在线搜索不是问题的核心：互联网巨大功耗的最大原因之一实际上是音乐和视频流。 根据 The Shift Project 的研究，通过网络传输的所有数据中有 80% 都是动态图像形式。 在线视频 - 无需下载即可在不同平台上观看 - 占全球数据传输的近 60%。 传输这些图像需要大量数据。 分辨率越高，发送和接收的数据越多。

根据 The Shift Project，在线流媒体视频平均每年消耗超过 3 亿吨二氧化碳（基于 2018 年的测量结果）。 这相当于整个西班牙每年的排放量。 播放一部 10 小时的高清电影需要的比特和字节比维基百科（英文互联网百科全书）中所有文章的总和还多。

Broadstep 创新与可持续发展研究所的 Ralph Hinterman 强调，虽然视频流是造成大量温室气体排放的原因，但没有人确切知道这个数字到底有多高。 确切数字很难确定，因为结果在很大程度上取决于设备选择、网络连接类型和分辨率。

使用手机上网最耗电，因为建筑物、植被和天气会削弱电磁波。 这意味着需要更高的传输功率。 但即使使用旧铜线比特币消耗了能源产生了什么，信号也必须被放大，尤其是在长距离传输时。 通过光传输信号的光纤电缆无疑是最有效的传输技术形式。 由全球平均电力组合提供动力，Netflix 上 30 分钟的节目将释放 28-57 克二氧化碳。 Ralph Hinterman 和他的研究团队计算出，播放一小时的全高清视频需要大约 220 到 370 瓦时的电量，这取决于视频是在平板电脑上播放还是在电视上播放。 这加起来大约 100 到 175 克二氧化碳，大约相当于驾驶一辆小型汽车行驶一公里。

云计算是另一种耗电能源。 数据不再存储在计算机或智能手机上，而是存储在可以位于世界任何地方的服务器上，这意味着可以随时随地访问数据。 通过 Gmail 发送电子邮件和将照片备份到云端是此类服务的两个示例。

大多数加密货币也消耗大量能量。 一个例子是比特币，它可能是最著名的数字货币。 根据比特币能源消耗指数（2018），单笔比特币交易消耗约 819 千瓦时。 同样的能量可以让一台 150 瓦的冰箱运行 8 个月。 在 2018 年的一项研究中，慕尼黑工业大学确定整个比特币系统每年产生约 2200 万吨二氧化碳，与汉堡、维也纳或拉斯维加斯等城市的排放量相同。

区块链也是能源密集型的。 区块链和分布式账本技术也产生了巨大的能源需求。 在最近的一期 RESET 特刊中，着眼于区块链如何对现实世界产生积极影响，深入探讨了区块链和可持续性是否可以真正结合在一起的问题。

我们的数字能源消耗不仅取决于我们做什么，还取决于我们如何做； 我们使用的软件也有很大的影响。 例如，一个效率较低的文字处理器在处理同一文档时需要四倍于效率较高的处理器的能量。 与此同时，软件更新通常会导致电脑或智能手机变慢或停止工作，迫使消费者购买新硬件。

未来，数字化对电力需求的增长肯定也会受到智能技术发展的推动，例如我们在家庭、物联网、工业和日益数字化的城市中越来越多地使用的技术。

3、高能耗数据中心

在线执行的任何操作，无论多么小，都会以数据包的形式通过数据中心及其服务器。 因此，通过查看数据中心的能源使用情况，我们可以了解能源密集型数字化的程度。 不可能准确地说出全球所有数据中心当前的能源需求有多高。 目前的估计范围为每年 200 至 5000 亿千瓦时，估计占世界电力的 3%。 对未来的预测也大相径庭——2030 年的预测范围从 2000 亿到 3 万亿千瓦时不等。

究竟是什么在使用这种能量？ 首先，我们需要大量的能量来处理我们通过设备不断发送和接收的大量数据流。 处理这些数据时，会产生热量作为废物。 为防止服务器过热，需要额外的能源来通风和冷却服务器。 平均而言，机械冷却约占数据中心总能耗的 25%。 那么产生的所有热量呢？ 通常它被释放到大气中，在那里被简单地浪费了。

减少数据中心的能源消耗是使数字化更具可持续性的重要一步。 主要有以下三种方法：

1. 找到最有效的数据中心冷却方式

一个听起来简单且流行的解决方案是将数据中心定位在较凉爽的国家并向其中吹入外部空气。 这就解释了为什么在北极附近有多个数据中心。 加热的管道水是冷却高性能热计算机的另一种方法，浸入式冷却也是如此。 一些公司甚至正在考虑使用人工智能来调整他们的冷却系统以适应天气和其他波动，以减少他们的能源费用。

2、回收余热

数据中心全年都会产生热量。 理想情况下，这种热量应不断提取并在其他地方重复使用。 但找到合适的客户来回收热量是一项挑战。 许多较新的数据中心利用数据中心本身的废热。 然而，为了更好地利用废热的潜力，需要更全面的方法。 由于气候凉爽，瑞典被认为是建立数据中心的理想地点之一，同时它也是余热再利用的先驱。 该国严重依赖区域供热（热量通过管道从集中位置分配到住宅和商业建筑），这使得将数据中心的废热输送到网络以供热连接的公寓相对容易。

不仅可以将多余的热量输送到本地和区域供热网络，还可以输送到永久需要热量的地方，例如游泳池、洗衣房或温室。 九个欧洲国家将在未来四年内联手在欧洲各地提供余热。

3.用绿色电力为他们供电

如果数据中心要以环保的方式运行，甚至有朝一日实现碳中和，它们就必须使用清洁的可再生能源。 虽然大多数国家的能源结构中可再生能源的份额仍然很小，但一些公司已经开始更加关注自己的能源——风能或太阳能。 如果我们要真正减少数据中心的碳足迹，我们需要限制其能源消耗并鼓励采取能效措施的政策和法规。 目前，数据中心运营商几乎没有动力去做正确的事情。

4. 智能设备的生态和社会影响

虽然硅谷已经在研究微芯片植入物，一旦植入皮下，就会自动将我们带入数字世界，但目前我们仍然依赖智能手机、平板电脑、电脑和其他智能设备。 我们对电子产品的痴迷导致了世界垃圾问题增长最快的部分。 据联合国统计，全球每年产生约5000万吨电子垃圾，而且这一趋势还在上升。

对人类和环境的后果是致命的。 我们生产的电子垃圾中有一半以上以低廉的价格运往南半球国家。 在那里提取珍贵的原材料，通常是在污染当地环境的不人道和不健康的工作条件下进行的。 同时，我们智能设备中使用的大部分矿物原材料来自不仅无视劳工权利，而且无视环境标准的国家。 这同样适用于整个制造过程。

然而，越来越多的公司和项目正在使用可持续材料、智能回收方法和有意识地使用原材料，以摆脱纯粹的线性经济，使用循环制造方法，节约资源并确保公平的工作条件。

5、数字平台垄断

2007年，50%的互联网流量来自1000多个网站，而到了2014年，这个数字只有35个。在全球访问量最大的500个网站中，维基百科实际上是唯一一个没有商业运作的网站。 因此比特币消耗了能源产生了什么，全球十大公司中有六家已经牢牢扎根于数字经济也就不足为奇了：苹果、Alphabet、微软、亚马逊、Facebook 和腾讯。 只有少数跨国公司拥有惊人的社会和经济实力。

从社会生态的角度来看，这种对少数大平台的垄断和日益增长的依赖令人担忧。 此外，最近的研究表明，具有按需文化和个性化在线广告的数字平台正在加速更多消费，甚至通过包装垃圾和包裹递送增加资源消耗。

个性化广告和在线服务的兴起，人们通过在线数据跟踪和收集获取个人信息是这种发展的另一个消极方面：我们的私人生活越来越多地被商业公司的经济利益所侵犯。 数字化只有在不仅考虑生态因素，而且有助于改善社会和经济正义的情况下，才能真正实现可持续发展。

6. 数字化对环境和社会是福还是祸？

很难就数字化目前对我们周围的世界产生积极影响还是消极影响给出非黑即白的答案。 数字技术可以帮助实现可持续发展，例如，允许人们在线共享资源，实现创新、资源高效的生产过程（如 3D 打印），以及通过开放智能、分散的能源网络加速向可再生能源的过渡。 数字平台和应用程序还可以帮助促进更绿色的消费和生活方式的选择，例如，通过分享可持续行为的技巧或简化环保共享交通工具的使用。 传感器和卫星可以帮助突出和定位环境破坏，并允许快速、有针对性的行动。

然而，正如本文所指出的，数字化是能源密集型和资源密集型的。 它伴随着巨大的碳足迹，我们可能看不到，但我们不应该忽视。 只有学会在适当的时候适度地使用数字工具和服务，我们才能实现真正可持续的数字化。 我们还需要关注整个生命周期的可持续性问题，继续优化我们的能源使用和来源，并更多地寻求取代我们数字世界中的大玩家。 对于可持续的数字未来同样重要的是，越来越多的制造商生产尊重社会和环境的道德技术，越来越多的消费者通过做出正确的选择来支持他们。

当涉及到我们日益数字化的生活对环境的影响时，我们需要制造商、消费者和数字服务提供商做出正确的决定，而对此的激励最终将来自国际层面制定和遵守的政策和法规。 如果不采取果断的政治行动，数字革命注定会增加我们对资源和能源的消耗，加速我们对地球和气候的破坏。 确保数字化服务于可持续发展，确保数字化本身以可持续的方式实施和应用，是一项紧迫的政治和社会任务。