Zmiany klimatu są faktem i nie można ich ignorować. Analitycy wskazują, że jednym ze sposobów walki z globalnym ociepleniem będzie jak najszybsze wprowadzenie technologii 5G. Tylko dzięki samej zmianie technologii łączności do 2030 roku będzie można zmniejszyć łączną emisję dwutlenku węgla o 0,5 mld ton. 5G i AI przyczynią się również do zmniejszenia śladu węglowego innych branż, które stoją u progu transformacji cyfrowej.
Powszechnie wiadomo, że emisja gazów cieplarnianych pochodzi głównie z pięciu źródeł: produkcji energii, transportu, budynków (niska emisja), rolnictwa i przemysłu. Choć każde z tych źródeł jest inne to w wielu badaniach mówi się, że technologie cyfrowe są czynnikiem mogącym w znaczącym stopniu pomóc w zmniejszeniu globalnego śladu węglowego. Wśród nich szczególne miejsce zajmuje technologia 5G, która może być innowacyjnym narzędziem do łagodzenia zmian klimatycznych i budowania bardziej ekologicznej Europy.
Ekologiczny dzięki cyfryzacji
Technologie cyfrowe takie jak uczenie maszynowe, AI, Internet Rzeczy, których szkieletem będzie nowoczesna sieć 5G, przyczyniają się do redukcji kosztów, wykorzystania danych w czasie rzeczywistym, odkrywania współzależności i racjonalizacji procesów. Ich zastosowanie może przekładać się także na podniesienie energooszczędności, utrzymanie niezależności energetycznej i zmniejszenie emisji dwutlenku węgla.
Inteligentne sieci energetyczne (smart grid): Dzięki prognozom przygotowanym w czasie rzeczywistym przez AI będzie można ograniczyć emisje zanieczyszczeń pochodzących z elektrowni. Inteligentne diagnozowanie problemów i bardziej wydajne dostarczanie energii pozwoli na lepsze zrównoważenie popytu i podaży w świetle rosnącej liczby zmiennych źródeł energii takich jak fotowoltaika czy farmy wiatrowe. Z kolei inteligentne liczniki po stronie odbiorców pozwolą na lepszą kontrolę zużycia energii, co przełoży się na proekologiczne działania gospodarstw domowych. Jak twierdzą eksperci na tym polu możliwe są duże ograniczenia emisji gazów cieplarnianych, ale warunkiem jest jak najszybsze przejście na 5G i przeskoczenie technologii 4. generacji, które dopiero co zaczyna zastępować standard TETRA
Transport: Rozwiązania cyfrowe wpierane przez sieć 5G mogą obejmować planowanie i wyznaczanie tras przewozów towarów w celu ograniczenia liczby przejazdów. Inteligentne systemy parkingowe ograniczą zbędną jazdę w poszukiwaniu wolnego miejsca. Na tym nie koniec, bo w przyszłości pojazdy elektryczne będą mogły ładować akumulatory w czasie, kiedy sieć energetyczna będzie najmniej obciążona, a energia najtańsza.
5G powinno również przyczynić się do intensywnego rozwoju pracy zdalnej, nauki online i telemedycyny, co zmniejszy potrzebę zmiany lokalizacji, a co za tym idzie sprawi, że rzadziej będziemy korzystali ze środków transportu.
Budynki: Zużycie energii w budynkach dzięki AI, IoT i 5G będzie mogło zostać zmniejszone (o około 15 %) dzięki uwzględnieniu wielu czynników, takich jak prognozy pogody i obłożenie budynków. Systemy zarządzania klimatyzacją i centralnym ogrzewaniem są tutaj jednym z najbardziej obiecujących rozwiązań. Jednak by takie wdrożenia przyniosły oczekiwany efekt potrzebny jest efekt skali, oznacza to, że muszą one być realizowane jednocześnie we wszystkich miastach z zastosowaniem tych samych API i elementów systemu.
Przemysł: Zautomatyzowane inteligentne fabryki działające zgodnie z ideą Przemysłu 4.0 dzięki 5G będą mogły zmniejszyć zużycia energii poprzez automatyzację i robotyzację procesów produkcji, przy jednoczesnej poprawie szybkości i efektywności kosztowej.
Można zauważyć, że dziś lokalnie, choć sporadycznie, działają już podobne rozwiązania (np. systemy informacji o ruchu drogowym, automatyczne wyłączanie światła i analiza danych). Jednak by mogły one przyczynić się do walki z globalnym ociepleniem muszą być masowo wdrażane i skutecznie zintegrowane poprzez infrastrukturę jaką będzie 5G.
Zdaniem Jarosława Tworoga, wiceprezesa Krajowej Izby Gospodarczej Elektroniki i Telekomunikacji, sieci 5G wpłyną korzystnie na planetę także w innych obszarach.
Wartość ekologiczna 5G polega również na tym, że sieci te pozwolą na zmniejszenie zużycia paliw poprzez poprawę efektywności systemów transportu materiałów i ludzi. Spadnie także zużycie środków chemicznych w rolnictwie, zmniejszy się zużycie lekarstw i antybiotyków. Obniży się również zużycie materiałów i surowców na jednego człowieka, a konsumpcja materialna będzie zastępowana wirtualną"
Jarosław Tworóg, wiceprezes Krajowej Izby Gospodarczej Elektroniki i Telekomunikacji
W badaniu z 2015 roku, przeprowadzonym przez brukselskie Global e-Sustainability Initiative (GeSI), stwierdzono, że technologie cyfrowe mogłyby przyczynić się do dziesięciokrotnej redukcji emisji CO2, którą same generują.
Wykorzystywanie technologii cyfrowych do osiągnięcia celów klimatycznych może przynieść tzw. efekt odbicia, sprzeczny z pierwotnymi założeniami całego procesu wprowadzanych zmian (Final Report of the High-Level Panel of the European Decarbonisation Pathways Initiative, 2018). Dlatego rozwiązania Digital Green muszą być kompleksowe, tak by np. lepszy system parkowania nie zachęcał ludzi do częstszego korzystania z samochodów zamiast z transportu publicznego w celu wjazdu do miasta.
Zielone ICT
Bezpośrednie wspieranie różnych branż poprzez oferowanie im technologii cyfrowych, pomagających zmniejszyć emisję CO2 nie będzie wystarczające w walce z globalnym ociepleniem. Wraz z postępującą transformacją cyfrową świat będzie stawał się coraz bardziej połączony. Ten proces zapoczątkuje trend do coraz większego zużycia energii elektrycznej i surowców potrzebnych dla celów cyfrowych.Dlatego przemysł informacyjno-komunikacyjny (ICT) sam musi być energo- i zasobooszczędny oraz musi promować zmniejszenie śladu węglowego.
Według wspomnianego wcześniej raportu Global e-Sustainability Initiative technologie ICT są odpowiedzialne tylko za około 2% światowej emisji gazów cieplarnianych. Jest to poziom odpowiadający emisji generowanej przez cały sektor lotniczy w 2017 roku. Trzeba jednak wziąć pod uwagą, że w 2019 roku według danych paryskiego ośrodka analitycznego The Shift Project ten udział jest już wyższy i wykazuje tendencję wzrostową: 3,7% w 2018 roku.
Na szczęście, już dziś wiodące przedsiębiorstwa z branży ICT przestrzegają norm środowiskowych, takich jak ISO 14040 i 14044, przyjmują praktyki gospodarki obiegowej i zwracają uwagę na efektywność wykorzystania zasobów, trwałość i możliwość recyklingu:
- Centra danych są coraz częściej budowane w miejscach, które drastycznie zmniejszają zapotrzebowanie na chłodzenie (klimatyzację), wykorzystują energooszczędne procesory, a energia elektryczna jest zazwyczaj wytwarzana przez wodór i energię słoneczną.
- Wiele firm, w tym np. Huawei, pracuje nad rozwiązaniami AI mającymi na celu wyłączenie energochłonnych części sieci telekomunikacyjnych, gdy nie są one potrzebne.
- Urządzenia są budowane z nieszkodliwych i pochodzących z recyklingu materiałów
- Do integracji systemów wykorzystywać się będzie technologię 5G, która jest znacznie bardziej oszczędna niż 4G
4G nie poradzi sobie z zalewem danych
W 2009 roku przez sieci telefonii komórkowej przesłano 91 petabajtów (9,1x1016 bajtów) danych miesięcznie. Szacuje się, że dziesięć lat później ta wartość wzrosła do 30 eksabajtów (30x1019 bajtów), co odpowiada przesłaniu 15 miliardów filmów HD i oznacza ponad 330-krotny wzrost ruchu danych. Według analityków w przyszłości krzywa wzrostu nieznacznie wyhamuje. Zakładając, że transmisja danych będzie rosła tylko o 30% rok do roku, to za 5 lat przez sieci komórkowe będzie przesyłane 130 eksabajtów miesięcznie!
Wzrost ilości danych przesyłanych przez sieci komórkowe odzwierciedla coraz większe obciążenie aplikacjami działającymi na urządzeniach mobilnych i rosnącą penetrację smartfonów na wielu rozwijających się rynkach. Oznacza to również, że przy obecnym stanie technologii operatorzy będą potrzebowali coraz większej ilości energii elektrycznej do zasilania sieci, co spowoduje zwiększenie emisji CO2. Będzie to szczególnie widoczne w krajach takich jak Polska, gdzie produkcja energii jest w dużym stopniu uzależniona od paliw kopalnych.
Do tej pory problemy wynikające z obsługi rosnącej ilości danych udawało się rozwiązywać poprzez ciągłe doskonalenie sprzętu sieciowego 4G, modernizację oprogramowania oraz wprowadzenie inteligentnej optymalizacji zasilania sieci. Jednak stały wzrost ruchu komórkowego w obecnych sieciach LTE w dłuższej perspektywie szybko doprowadziłby do zagęszczenia sieci i zwiększenia liczby stacji bazowych. Według niektórych szacunków do 2025 roku oznaczałoby to wzrost o 160% i spowodowałby znaczne zwiększenie zużycia energii oraz emisji CO2.
5G jest zielone z natury
Naprzeciw tym wszystkim wyzwaniom wychodzi leżąca u podstaw procesu transformacji cyfrowej technologia 5G. Huawei, który jest liderem rozwoju technologii łączności piątej generacji, przewiduje, że dla tego samego obszaru geograficznego ogólny pobór mocy dla sieci 5G pozostawać będzie na tym samym poziomie co 4G, oferując równocześnie co najmniej 10 razy większą przepustowość.
Sieci 5G przyczynią się do ograniczenia (a następnie zmniejszenia) emisji dwutlenku węgla przez operatorów na kilka sposobów. Jednak największy wkład będzie pochodził z takich rozwiązań jak 5G New Radio, Masive MIMO i mmWave. Wydatek energetyczny, czyli średnia ilość energii potrzebna do przesyłania danych w miejscu, w którym znajduje się komórka 5G, wynosi obecnie 8-15% tego, co w komórce 4G. Oznacza to, że średnio ok. 90% energii wydatkowanej na przesłanie jednego bita danych będzie mogło być zaoszczędzane. Dzięki zastosowaniu w przyszłości do transmisji fal milimetrowych (mmWave) ta wartość może nawet spaść do 1-2% wydatku energetycznego notowanego w makro komórkach 4G.
„Tak znaczącą redukcję wydatku energetycznego udało się osiągnąć dzięki innowacjom w zakresie badań i rozwoju technologii 5G. – mówi Aleksander Jakubczak z Huawei Polska – Składa się na to wiele różnorodnych działań. Po pierwsze Huawei stosuje zintegrowane układy elektroniczne, co sprawia, że nasze urządzenia mają mniejszą liczbę komponentów na pokładzie i zmniejszają zużycie energii przez moduł. Innowacje w zakresie oprogramowania, wykorzystanie sztucznej inteligencji, pozwala zmniejszyć zużycie energii potrzebnej do pracy bezprzewodowych urządzeń sieciowych o 10% do 15%, bez wpływu na wydajność sieci. Do tego dochodzą nowatorskie rozwiązania w zakresie chłodzenia wykorzystywanych do transmisji 5G urządzeń, takie jak biomimetyczne rozpraszanie ciepła. Również sam projekt naszych stacji bazowych 5G nie wymaga żadnej klimatyzacji, co jest kolejnym punktem gdzie następuje redukcja zapotrzebowania na energię elektryczną. Finalnie nasze stacje bazowe zużywają o 20% mniej prądu niż inne rozwiązania dostępne na rynku.”
Aleksander Jakubczak, Huawei Polska
Dzięki 5G Polska może zmniejszyć ślad węglowy o 23,5 mln ton
Z raportu przygotowanego przez niezależną firmę konsultingowo-badawczą STL Partners wynika, że jak najszybsze wprowadzenie 5G do 2030 roku mogłoby zmniejszyć globalną, łączną emisję dwutlenku węgla o ponad 0,5 mld ton. W przypadku Polski redukcja może wynieść 23,5 mln ton.
Badania przeprowadzone przez STL Partners bazują na obszernych analizach wpływu 5G na przemysł i wykorzystują informacje pozyskane od przedstawicieli branży telekomunikacyjnej, producentów oraz organów regulacyjnych działających w krajach rozwijających się i rozwiniętych. Wnioski płynące z raportu pokazują, że przyspieszając rozwój sieci 5G, władze państw i operatorzy mogą wyznaczyć (i osiągnąć) bardziej rygorystyczne cele emisyjne: w zakresie całkowitej emisji, efektywności energetycznej sieci i w zakresie efektywności emisji CO2 przez sieci komórkowe. Badacze wykazali również, że usprawnienia samych sieci 4G nie przyniosłyby takich samych rezultatów.
Przeprowadzone analizy wzięły pod uwagę cztery scenariusze wdrażania 5G w każdym z badanych państw. Pierwszy zakładał, że 5G w ogóle nie zostanie wdrożone, a kolejne, że wprowadzanie nowej technologii zostanie przeprowadzone szybko (rozpoczęcie 2019-2021, 90% sieci działających w 5G do 2030 roku), w średnim tempie (rozpoczęcie 2019-2022, 85% działających w 5G do 2030 roku) oraz wolno (rozpoczęcie pomiędzy 2021 a 2024 rokiem, 60-80% działających w 5G do 2030 roku).
Szybkie (a nie powolne) wdrażanie sieci 5G pozwoliłoby zmniejszyć skumulowany ślad węglowy (2020-2030) sieci komórkowych na świecie o ponad 0,5 mld ton CO2, czyli o tyle ile przez rok emituje cała żegluga morska albo całe światowe lotnictwo.
Według STL Partners pojedynczy operator, którego roczny ruch danych przekraczać będzie w 2030 roku 10 ektabajtów, będzie mógł ograniczyć emisje CO2 w latach 2020-2030 łącznie o 7 milionów ton. To mniej więcej tyle ile wynosi roczna emisja z zużycia energii elektrycznej przez ponad 800 000 domów w USA.
Na zakończenie warto dodać, że około połowę redukcji emisji dwutlenku węgla można przypisać efektom niezwiązanym z 5G. Zasadniczo są to usprawnienia, które mają nastąpić w ramach technologii 4G, takie jak ulepszenia sieci rdzeniowej (wirtualizacja, optymalizacja funkcji, poprawa wydajność sprzętu) oraz „odwęglenie” sieci elektroenergetycznych poprzez przejście na bardziej przyjazne dla środowiska źródła energii. Drugą połowę łącznych „oszczędności” w zakresie emisji CO2 stanowią technologie 5G. Największy wpływ wykazują tutaj technologie dostępu radiowego mmWave, które będą skokiem wydajności w porównaniu z niższymi częstotliwościami widma.
Link do całego raportu wraz zaleceniami dla producentów, operatorów i rządów państw znajduje się poniżej
Artykuł powstał na bazie raportów: Choose a Smarter Future. A Contribution To Europe’s Next Digital Policy (Huawei, 2019) oraz Curtailing Carbon Emissions – Can 5g Help? (STL Partners, październik 2019)
