L’impatto ambientale delle tecnologie digitali e dei dati

Data la gravità della crisi climatica, ogni settore è chiamato a valutare il proprio potenziale impatto sul pianeta e a trovare modi per ridurre l’impronta ambientale. Il mondo digitale, e la sua risorsa più preziosa, i dati, non fa eccezione.

Sebbene le tecnologie digitali siano spesso considerate fattori cruciali per raggiungere gli obiettivi dell’Accordo di Parigi e realizzare gli Obiettivi di sviluppo sostenibile, un numero crescente di studi ci mette in guardia sul significativo impatto climatico e ambientale delle nostre attività digitali.

Dalle attività estrattive e manifatturiere ad alta intensità di carbonio all’aumento della domanda di elettricità da parte dei data center fino all’obsolescenza dei prodotti che genera tonnellate di rifiuti elettronici, un audit ambientale completo delle tecnologie digitali è fondamentale per comprendere l’impatto del settore sul cambiamento climatico e sulla perdita di biodiversità.

L’obiettivo di questo articolo è presentare le principali fonti che contribuiscono all’impatto ambientale delle tecnologie digitali. L’analisi copre tutte le attività coinvolte nel ciclo di vita dei dispositivi digitali, dalla produzione e distribuzione all’uso e allo smaltimento, così come l’infrastruttura che rende possibile l’archiviazione, la trasmissione e l’elaborazione dei dati, come i cavi per le telecomunicazioni e i data center. Sulla base degli studi più recenti, l’articolo è concepito come un’introduzione leggera per aumentare la consapevolezza sull’impronta ambientale delle tecnologie digitali e dei dati.

L’impronta ambientale delle tecnologie digitali: la ricerca di un approccio olistico

Il primo passo per far avanzare un mondo digitale verde e sostenibile è valutare l’impronta ambientale del settore. Tuttavia, sebbene la ricerca sull’argomento abbia guadagnato slancio di recente, fare un audit del mondo digitale è ancora un compito estremamente complesso.

La disponibilità di dati è una delle principali sfide per portare avanti studi solidi. È ampiamente riconosciuta la difficoltà di regolamentare le tecnologie emergenti. I decisori politici spesso faticano a trovare un equilibrio tra il favorire l’innovazione e il proteggere la società da rischi imprevisti derivanti dalle nuove tecnologie. Questa tensione spiega perché il mondo digitale rimane altamente deregolamentato. 

Questa carenza normativa è particolarmente evidente quando si tratta di affrontare l’impatto ambientale delle tecnologie digitali. L’assenza di un quadro regolatorio orientato alla sostenibilità fa sì che le aziende siano spesso esentate dall’obbligo di adottare standard ambientali e di divulgare dati sugli impatti ambientali delle loro attività. 

Nonostante i recenti progressi per migliorare la trasparenza aziendale, permangono significative lacune e punti ciechi nei dati sulle evidenze degli impatti ambientali della digitalizzazione.

La mancanza di dati si traduce in limitazioni metodologiche, che in ultima analisi influenzano il modo in cui gli studiosi hanno affrontato la questione dell’impatto ambientale delle tecnologie digitali. Sono stati adottati numerosi approcci per quantificare e valutare l’impatto ambientale delle tecnologie digitali. In particolare, gli studi possono differire sui seguenti aspetti:

• Le componenti hardware oltre ai dispositivi digitali incluse nell’analisi. Ciò si riferisce alle attrezzature necessarie per far funzionare Internet, come reti di trasmissione dati, data center e tecnologia dei sensori.
• Gli impatti ambientali che compongono la cosiddetta impronta ambientale. La maggior parte degli studi si concentra sulla domanda di energia o sulle emissioni di gas serra (cioè l’impronta di carbonio). Tuttavia, è importante valutare anche altri impatti non energetici che si sommano all’impronta ambientale del digitale, come il consumo di acqua, il degrado del suolo e la perdita di biodiversità.
• Le fasi del ciclo di vita del dispositivo digitale incluse nell’analisi. Vale a dire produzione, distribuzione, uso o fine vita.

Con l’attuale stato del settore, è difficile effettuare una valutazione completa dell’impronta ambientale delle tecnologie digitali. Nonostante il crescente interesse per la questione negli ultimi anni e lo sviluppo di nuove metodologie, manca ancora un approccio olistico alla valutazione degli impatti negativi. 

Spiegare l’impronta ambientale delle tecnologie dei dati 

In questa sezione introdurremo i diversi elementi che contribuiscono all’impatto ambientale dei dati. Attribuendoci a fonti esistenti, tratteremo l’impronta ambientale dei dispositivi digitali nelle diverse fasi del ciclo di vita, nonché l’infrastruttura necessaria affinché i dispositivi digitali funzionino correttamente. 

1. Produzione

I dispositivi digitali, come desktop, laptop, tablet e smartphone, sono le porte d’accesso a Internet. La rapida digitalizzazione della società è coerente con l’aumento dei dispositivi digitali. Le stime suggeriscono che ci saranno 29,3 miliardi di dispositivi in rete entro il 2023, rispetto ai 18,4 miliardi del 2018. Questo equivale a 3,6 dispositivi in rete pro capite entro il 2023. Inoltre, seguendo lo sviluppo della cosiddetta Internet of Things (IoT), IDC prevede che ci saranno 55,7 miliardi di dispositivi IoT connessi entro il 2025.

Fonte: Global Digital Overview luglio 2022 DataReportal

Un numero crescente di studi solleva preoccupazioni riguardo all’impronta ambientale associata alla produzione massiva di dispositivi digitali. Studi stimano che questa fase domini l’impronta di carbonio, il consumo di acqua e il depauperamento delle risorse lungo l’intero ciclo di vita dei prodotti.

In particolare, due aree meritano un’attenzione speciale: le attività estrattive e il processo produttivo.

Estrazione mineraria

I dispositivi digitali – così come le tecnologie verdi, come pannelli solari, turbine eoliche e veicoli elettrici – dipendono in larga misura da un notevole numero di materiali critici per funzionare, inclusi minerali, metalli e, in particolare, le terre rare. Ad esempio, la maggior parte degli smartphone può contenere circa l’80% degli elementi stabili della tavola periodica, inclusa la maggior parte dei 17 elementi delle terre rare.

Fonte: Visual Capitalist

Servono enormi quantità di energia per estrarre i materiali critici dalla terra. Una volta portati in superficie, i minerali grezzi spesso devono essere raffinati per purificare e separare l’elemento desiderato dal resto dell’aggregato. La raffinazione è particolarmente impegnativa e ad alta intensità di risorse nel caso delle terre rare. Per estrarre anche piccolissime quantità di questi elementi è necessario rimuovere molte tonnellate di roccia. Questo processo comporta molteplici trattamenti chimici e metodi di purificazione, che spesso causano degrado del suolo e delle acque.

Le transizioni digitale e verde richiederanno inevitabilmente un massiccio aumento rispetto ai livelli attuali di estrazione di materiali. Questa tendenza è destinata ad avere gravi implicazioni per l’ambiente, poiché l’estrazione e la raffinazione delle materie prime sono già diventate un grande motore del collasso degli ecosistemi, della scarsità idrica, della perdita di biodiversità e delle emissioni di carbonio.

Produzione

Una volta estratti e lavorati i minerali critici, vengono spediti agli stabilimenti di produzione, dove avviene la realizzazione dell’hardware. 

La produzione di dispositivi digitali è un processo ad alta intensità energetica, significativamente superiore alla fase d’uso. Tra le diverse attività, la produzione di semiconduttori, talvolta chiamati circuiti integrati o microchip, richiede enormi quantità di risorse.

Nonostante i continui sforzi per aumentare l’efficienza energetica durante la produzione, i guadagni energetici e materiali non sono sufficienti a compensare gli impatti ambientali negativi, dati gli alti tassi di produzione e consumo. L’accelerazione dei cicli di innovazione dei prodotti, la pubblicità mirata e l’obsolescenza dei prodotti contribuiscono anch’esse alla crescita della produzione digitale e quindi alla sua crescente impronta ambientale.

La produzione influisce in modo rilevante anche sull’impronta idrica dei dispositivi digitali. Dispositivi complessi come laptop e smartphone sono composti da molti componenti creati in più fasi, e ogni fase richiede acqua. 

Inoltre, le attività di produzione generano acque reflue che vengono scaricate nei corsi d’acqua circostanti. Per limitare la presenza di inquinanti e rispettare gli standard ambientali, le acque reflue devono essere diluite con acqua pulita prima di entrare nel corso d’acqua.  In totale, l’acqua necessaria per realizzare un singolo smartphone, incluse le attività estrattive, è stimata in 3.190 galloni (12.760 litri).

2. Distribuzione 

A differenza del cibo del tuo ristorante preferito, le probabilità che il tuo smartphone sia “a km 0” sono molto basse. Dalle miniere nella Repubblica Democratica del Congo e in Cile e dagli stabilimenti produttivi di Taiwan e Cina fino ai centri di distribuzione negli Stati Uniti e ai negozi dei paesi occidentali, la produzione e la distribuzione dei dispositivi digitali si basano su una catena di fornitura altamente globalizzata e frammentata.

La complessità della catena di fornitura digitale significa che i prodotti finali devono essere imballati e percorrere lunghe distanze prima di arrivare nelle mani dei consumatori. Che si tratti di navi, aerei, ferrovie o camion, il trasporto dei dispositivi digitali in tutto il mondo comporta un’impronta ambientale, principalmente sotto forma di emissioni di carbonio derivanti dalla combustione di combustibili fossili. 

Un’altra questione preoccupante è l’impatto ambientale dell’e-commerce. La pandemia di covid-19 ha consolidato lo shopping online, con importanti implicazioni per le catene di approvvigionamento. Sono necessarie ulteriori ricerche per capire se le spedizioni online, inclusa la consegna di tecnologie digitali, comportino ulteriori emissioni di carbonio dovute al trasporto.  

3. Utilizzo 

In poche parole: il mondo digitale riguarda l’elaborazione, il trasferimento e l’archiviazione dei dati. All’aumentare del numero di utenti Internet, cresce anche il numero di dispositivi digitali, servizi online e applicazioni. Questa tendenza aggrava la domanda di energia e l’impronta ambientale di Internet, nonostante i progressi in termini di efficienza energetica e la progressiva eliminazione dell’energia da fonti fossili. 

Oltre all’energia necessaria per tenere tutti i nostri dispositivi digitali carichi e funzionanti, altri tre aspetti sono importanti quando si valuta l’impronta ambientale della nostra attività online: data center, machine learning su larga scala e infrastruttura di rete.

Data center

La digitalizzazione della società porterà non solo a un aumento del numero di dispositivi digitali, ma anche a una crescita del traffico dati mondiale. Il volume totale di dati dovrebbe raggiungere 175 zettabyte entro il 2025, con le applicazioni di cloud computing a trainare la maggior parte di questa crescita.

Fonte: IDC Datasphere whitepaper 

Nonostante il sapore immateriale che ha la parola “cloud”, la realtà è che il cloud poggia fortemente su hardware fisico. L’idea è che i dati possano essere archiviati ed elaborati in data center specializzati e condivisi in tutto il mondo, e accessibili online tramite interfacce web. 

Man mano che sempre più servizi e applicazioni si rivolgono ai provider cloud, i data center stanno rapidamente diventando la spina dorsale del mondo digitale. Questa tendenza ha sollevato preoccupazioni riguardo alla rapida crescita dell’uso di energia da parte dei data center. 

Diversi studi suggeriscono che, nonostante i guadagni di efficienza nella progettazione e nelle operazioni dei data center, la bolletta energetica dei data center probabilmente aumenterà a causa della rapida domanda di servizi cloud da parte di tecnologie ad alta intensità di dati, come lo streaming video, il cloud gaming, i social network, le auto autonome, le criptovalute, i dispositivi IoT, le realtà virtuali e i sistemi di intelligenza artificiale (vedi sezione successiva).

Oltre all’impronta di carbonio dei data center, crescono anche le preoccupazioni per l’acqua richiesta dai sistemi di raffreddamento per tenere sotto controllo il calore all’interno dei data center.

Machine learning su larga scala

Il rilascio di ChatGPT alla fine del 2022 da parte di OpenAI sta avendo implicazioni di vasta portata per quasi ogni settore. ChatGPT è un sistema di IA altamente avanzato che può produrre risposte molto accurate in modo conversazionale. 

ChatGPT appartiene alla famiglia dei large language model (LLM) che, combinando enormi quantità di dati testuali, elaborazione del linguaggio naturale e tecniche di deep learning, possono svolgere con alta accuratezza una vasta gamma di compiti basati sul linguaggio, tra cui generazione di testo, traduzione automatica e risposta a domande.

Dalla sua pubblicazione, ChatGPT ha generato molto fermento sui molteplici modi in cui cambierà la nostra società. Tuttavia, se si ritiene che gli LLM domineranno la prossima rivoluzione dell’IA, è fondamentale valutare innanzitutto l’energia operativa richiesta e i costi ambientali dell’uso di questi modelli. Sebbene siano necessarie ulteriori ricerche, alcuni studiosi hanno già provato a rispondere a questa domanda.

Se ci limitiamo all’impronta di carbonio degli LLM, dobbiamo distinguere l’impronta di carbonio derivante dall’addestramento del modello e quella derivante dall’esecuzione dell’inferenza con il modello. 

Per quanto riguarda il primo elemento, i ricercatori hanno rilevato che i costi computazionali e ambientali dell’addestramento degli LLM crescono proporzionalmente alla dimensione del modello e aumentano considerevolmente quando si adottano ulteriori passaggi di tuning per migliorare l’accuratezza del modello. 

Ad esempio, nel 2019 è stato stimato che addestrare un LLM con 213 milioni di parametri può emettere oltre 626.000 libbre di anidride carbonica equivalente, quasi cinque volte le emissioni sull’intero ciclo di vita dell’auto media americana, incluse quelle associate alla produzione. 

L’impronta di carbonio di ChatGPT – basato sul modello GPT-3 (Generative Pre-trained Transformer), composto da 175 miliardi di parametri – è quindi probabilmente molto più elevata. 

Considerando che questi modelli vengono spesso riaddestrati ricorsivamente per migliorare i risultati e aggiornarli con nuovi dati, l’impronta di carbonio può essere estremamente alta, nonostante i continui miglioramenti in termini di efficienza energetica.

Grafico: MIT Technology Review. Fonte: Strubell et al. 

Questo è solo il costo di addestramento del modello. Ma una volta che questi modelli sono addestrati, richiedono comunque energia per generare risposte in base alle informazioni fornite dagli utenti. La quantità totale di energia e le emissioni di carbonio associate varieranno a seconda del numero di richieste e della strategia adottata per gestirle. Nel caso di ChatGPT, possono essere milioni al giorno, dato che va spesso in crash a causa di richieste eccezionalmente elevate. Per un’analisi preliminare dell’impronta di carbonio di ChatGPT, dai un’occhiata a questo articolo.

In definitiva, le emissioni totali di questi sistemi di IA dipenderanno non solo dalla quantità di elettricità richiesta, ma anche dal modo in cui tale elettricità è prodotta. Ad esempio, utilizzare energia solare o eolica per far funzionare i sistemi comporterà meno emissioni. Tuttavia, è importante notare che la produzione e la diffusione delle tecnologie verdi sono ancora onerose per l’ambiente. 

In sintesi, è fondamentale includere considerazioni ambientali nello sviluppo di modelli di machine learning su larga scala e, più in generale, di qualsiasi sistema di IA.

Infrastruttura di rete

L’infrastruttura di rete è l’hardware e il software che abilita la connettività tra i dispositivi degli utenti finali e i data center. Pur essendo le vene del mondo digitale, fornendo l’infrastruttura per la trasmissione dei dati, questa ampia gamma di componenti – dai cavi sottomarini e antenne a modem e router – è spesso messa da parte quando si analizza l’impronta ambientale delle tecnologie digitali. 

Come Internet attraversa gli oceani. Fonte: New York Times

Dato il ruolo importante che l’infrastruttura di rete svolgerà nella diffusione dei nuovi standard di comunicazione mobile 5G e dell’IoT, occorre uno sforzo per colmare questa lacuna di conoscenza.

4. Fine vita 

Un problema persistente quando si analizza l’impronta ambientale dei dispositivi digitali è quello dei rifiuti elettronici. Per rifiuti elettronici (e-waste) si intendono i prodotti elettronici indesiderati, non funzionanti e prossimi o arrivati alla fine della loro vita utile. 

Gli attuali modelli di mercato – caratterizzati da tassi più elevati di produzione e consumo di dispositivi digitali, cicli di vita brevi per l’obsolescenza dei prodotti e poche opzioni di riparazione – alimentano la generazione di rifiuti elettronici. 

Nel 2019, il mondo ha generato 53,6 milioni di tonnellate metriche di rifiuti elettronici, e solo il 17,4% di questi è stato ufficialmente documentato come correttamente raccolto e riciclato.

Produzione globale di rifiuti elettronici 2010-2019. Fonte: Statista

I rifiuti elettronici contengono materiali preziosi e sostanze pericolose. La maggior parte dei dispositivi rottamati finisce nei rifiuti indifferenziati, che vengono poi inceneriti o esportati illegalmente nei paesi del Sud globale, soprattutto in Africa e Asia. Ciò ha già portato a un grave inquinamento dell’acqua e dell’aria, alla contaminazione del suolo e a effetti negativi sulla salute dei lavoratori e delle popolazioni locali. 

Rendere più verde la data science

La data science sta emergendo come un’arma potente per affrontare la crisi climatica. Il numero di applicazioni basate sui dati cresce rapidamente, spaziando da iniziative per monitorare le emissioni di carbonio e identificare le regioni vulnerabili al clima a progetti per migliorare la sostenibilità ambientale nelle catene di approvvigionamento e implementare l’agricoltura di precisione per limitare l’uso dell’acqua e il degrado del suolo.

Nonostante questi sviluppi promettenti, sono imprescindibili ulteriori sforzi per ridurre l’impatto ambientale del settore. In altre parole, più “Data Science for Green” non basta; serve anche più “Green Data Science”. 

Fortunatamente, negli anni, sempre più professionisti dei dati stanno agendo per affrontare l’impronta ambientale della data science. Ad esempio, nel 2019, oltre 1.000 dipendenti Google hanno chiesto pubblicamente all’azienda di ridurre il proprio contributo al cambiamento climatico. 

Ecco un elenco non esaustivo di pratiche che i professionisti dei dati possono adottare per rendere più verde il settore della data science: 

• Adotta una strategia per promuovere dati green. Un modo efficace per limitare l’impronta ambientale della tua organizzazione è implementare una strategia volta a sensibilizzare i dipendenti sugli impatti di alcune attività quotidiane e a promuovere pratiche digitali responsabili. Per un esempio illustrativo, consulta la Guida alle buone pratiche digitali responsabili per le organizzazioni (in francese), elaborata dal governo francese e dall’Institut du Numérique Responsable.
• Rimuovi i dark data. Molte aziende riportano che oltre la metà dei propri dati sono dark data, cioè dati raccolti dalle organizzazioni che sono sconosciuti e inutilizzati. Per evitare archiviazioni inutili e le relative emissioni di carbonio, le aziende potrebbero progettare protocolli di eliminazione dei dark data. Un’iniziativa ispirante è il Digital Cleanup Day, che fornisce linee guida semplici per organizzazioni e individui impegnati a ridurre la propria impronta ecologica. 
• Scegli provider cloud sostenibili. Puoi dare priorità ai servizi cloud offerti da data center situati in regioni a bassa intensità di carbonio.
• Sostieni la Green AI. Concepite dai ricercatori dell’Allen Institute for AI, all’idea di Green AI è associata la promozione dell’efficienza come metrica di valutazione, accanto all’accuratezza, durante l’addestramento dei modelli di machine learning.
• Ripara prima di sostituire. Dato l’alto numero di emissioni legate alla produzione e distribuzione dei dispositivi digitali, estenderne la vita media promuovendo la riparabilità potrebbe evitare milioni di tonnellate di emissioni e danni ambientali.

L’approccio di DataCamp

DataCamp crede nel supportare iniziative verdi, dal basso e globali, offrendo accesso gratuito o altamente agevolato alla nostra piattaforma educativa di livello mondiale. Attraverso il programma DataCamp Donates, abbiamo collaborato con una serie di organizzazioni con missioni incentrate sul cambiamento climatico per potenziare le competenze dei loro team. Attraverso la nostra piattaforma, possiamo supportare ogni tipo di organizzazione e professionista nel creare un impatto positivo sull’ambiente.  

Alcuni dei nostri successi più significativi riguardano ONG come CDP e Omenda. Grazie a DataCamp Donates, entrambe hanno avuto accesso gratuito a competenze sui dati che stanno trasformando le loro organizzazioni. 

CDP è un’organizzazione non profit di ricerca sul clima che spinge aziende e governi a ridurre il proprio impatto ambientale motivandoli a divulgare e gestire i loro dati. Con l’aiuto di DataCamp, CDP è in grado di far crescere rapidamente le competenze dei membri del team, consentendo loro di continuare a offrire prodotti e servizi di dati ambientali leader di mercato a molte organizzazioni.

Analogamente, Omdena sta trasformando il modo in cui vengono condotti i progetti di ricerca data-driven a impatto sociale. Sfruttando una community globale di aspiranti professionisti dei dati, Omdena e DataCamp rendono gli studenti pronti per la produzione fornendo loro gratuitamente le competenze e il know-how per collaborare su alcune delle questioni più importanti del nostro tempo e ottenere crediti solidi da aggiungere ai loro CV, il tutto a costo zero per loro

Siamo orgogliosi di contare oltre nove ulteriori organizzazioni non profit di ricerca ambientale come partner di DataCamp Donates, tra cui:

• Global Biodiversity Information Facility (GBIF)
• Green City Force
• SOIL Haiti
• Thames Estuary Partnership
• Zimbabwe Flying Labs
• WeAct for Environmental Justice
• The Rivers Trust
• Pacific Rim Conservation
• Council on Energy, Environment and Water (CEEW)

Ricevono piccoli grant o borse di studio per aiutare i dipendenti junior e i volontari delle loro organizzazioni a diventare alfabetizzati ai dati. Questo permetterà loro di migliorare l’importante lavoro che le loro organizzazioni già svolgono per studiare gli effetti negativi del cambiamento climatico nelle comunità di tutto il mondo in cui gli studenti e i dipendenti di DataCamp vivono e sviluppare soluzioni sostenibili.

In DataCamp, crediamo sia importante essere consapevoli e attenti all’impatto ambientale di dati e tecnologia e lavoriamo attivamente con organizzazioni impegnate in cause ambientali. Le organizzazioni non profit sono invitate a candidarsi a DataCamp Donates o a programmare una demo con il nostro team Sales per scoprire tutti i modi in cui DataCamp può supportare le loro missioni eco-consapevoli.

Conclusione

Nello stato attuale, è difficile presumere che la digitalizzazione porterà di per sé benefici ambientali. Anzi, potrebbe accadere il contrario. Come ha recentemente evidenziato il rapporto “Digital Reset”, il processo di digitalizzazione sta esacerbando le crisi ambientali e sociali invece di risolverle.

La digitalizzazione sta trasformando rapidamente il nostro modo di vivere insieme ed è considerata dai governi di tutto il mondo un fattore chiave per la crescita economica e persino per la trasformazione verso la sostenibilità.

Tuttavia, le mosse regolatorie per far avanzare questa agenda espansionistica non affrontano la questione di come l’economia digitale stia contribuendo ai problemi ambientali che stiamo affrontando. La trasformazione digitale deve essere guidata in modo da mitigare i suoi impatti ambientali negativi.