Gezien de ernst van de klimaatcrisis voelt elke sector zich genoodzaakt zijn mogelijke impact op de planeet te beoordelen en manieren te vinden om zijn ecologische voetafdruk te verkleinen. De digitale wereld, en haar kostbaarste goed, data, mogen daarop geen uitzondering zijn.
Hoewel digitale technologieën vaak worden gezien als cruciale aanjagers om de doelstellingen van het Akkoord van Parijs te halen en de Duurzame Ontwikkelingsdoelen te realiseren, waarschuwen steeds meer studies voor de aanzienlijke klimaat- en milieu-impact van onze digitale activiteiten.
Van koolstofintensieve mijnbouwactiviteiten en productieprocessen tot de toenemende vraag naar elektriciteit door datacenters en productveroudering die leidt tot tonnen e-waste: een alomvattende milieuaudit van digitale technologieën is cruciaal om de impact van de sector op klimaatverandering en biodiversiteitsverlies te begrijpen.
Het doel van dit artikel is om de belangrijkste bronnen te introduceren die bijdragen aan de milieu-impact van digitale technologieën. De analyse bestrijkt alle activiteiten in de levensduur van digitale apparaten, van productie en distributie tot gebruik en afdanking, evenals de infrastructuur die opslag, overdracht en verwerking van data mogelijk maakt, zoals telecommunicatiekabels en datacenters. Op basis van de meest recente studies is het artikel opgezet als een lichte introductie om bewustzijn te creëren over de ecologische voetafdruk van digitale technologieën en data.
De ecologische voetafdruk van digitale technologieën: op zoek naar een holistische aanpak
De eerste stap naar een groene en duurzame digitale wereld is het in kaart brengen van de ecologische voetafdruk van de sector. Hoewel het onderzoek naar dit onderwerp de laatste tijd in een stroomversnelling is geraakt, blijft het auditen van de digitale wereld echter een uiterst complexe opgave.
Beschikbaarheid van data is een van de grootste uitdagingen voor robuuste studies. Het is breed erkend hoe moeilijk het is om opkomende technologieën te reguleren. Beleidsmakers worstelen vaak met de balans tussen het bevorderen van innovatie en het beschermen van de samenleving tegen onverwachte risico’s van nieuwe technologieën. Deze spanning verklaart waarom de digitale wereld sterk ongereguleerd blijft.
Dit gebrek aan regulering is vooral schrijnend als het gaat om de milieu-impact van digitale technologieën. Het ontbreken van een op duurzaamheid gericht regelgevend kader betekent dat bedrijven vaak ontslagen zijn van de plicht om milieunormen te hanteren en om data te publiceren over de milieu-impact van hun activiteiten.
Ondanks recente vooruitgang om de transparantie van bedrijven te verbeteren, zijn er nog steeds aanzienlijke datakloofen blinde vlekken in het bewijs rond milieurelevante digitaliseringsimpact.
Het gebrek aan data vertaalt zich in methodologische beperkingen, die uiteindelijk invloed hebben op de manier waarop onderzoekers de vraag naar de milieu-impact van digitale technologieën hebben aangepakt. Er zijn tal van benaderingen toegepast om de milieu-impact van digitale technologieën te kwantificeren en te beoordelen. Met name kunnen studies verschillen op de volgende punten:
- De hardwarecomponenten buiten digitale apparaten die in de analyse zijn opgenomen. Dit verwijst naar de apparatuur die nodig is om internet te laten werken, zoals datatransmissienetwerken, datacenters en sensortechnologie.
- De milieu-impacten die samen de zogenaamde ecologische voetafdruk vormen. De meeste studies richten zich op energievraag of broeikasgasemissies (oftewel CO2-voetafdruk). Het is echter belangrijk om ook andere niet-energiegerelateerde impacts mee te nemen die optellen bij de digitale ecologische voetafdruk, zoals waterverbruik, landdegradatie en verlies van biodiversiteit.
- De fasen van de levensduur van het digitale apparaat die in de analyse zijn opgenomen. Dit zijn respectievelijk de fasen van productie, distributie, gebruik en end-of-life.
Met de huidige stand van de sector is het moeilijk om een alomvattende beoordeling te maken van de ecologische voetafdruk van digitale technologieën. Ondanks de toenemende belangstelling voor dit vraagstuk in de afgelopen jaren, en de ontwikkeling van nieuwe methodologieën, ontbreekt een holistische aanpak voor het evalueren van negatieve impacts nog steeds.
De ecologische voetafdruk van datatechnologieën uitgelegd
In deze sectie introduceren we de verschillende elementen die bijdragen aan de milieu-impact van data. Op basis van bestaande bronnen behandelen we de ecologische voetafdruk van digitale apparaten in de verschillende levenscyclusfasen, evenals de infrastructuur die nodig is om digitale apparaten goed te laten functioneren.
1. Productie
Digitale apparaten, zoals desktops, laptops, tablets en smartphones, zijn de poorten naar het internet. De snelle digitalisering van de samenleving gaat gepaard met een toename van digitale apparaten. Schattingen suggereren dat er 29,3 miljard netwerkapparaten zullen zijn in 2023, tegenover 18,4 miljard in 2018. Dit komt neer op 3,6 netwerkapparaten per hoofd van de bevolking in 2023. Bovendien voorspelt IDC, in het kielzog van de ontwikkeling van het zogeheten Internet of Things (IoT), dat er 55,7 miljard verbonden IoT-apparaten zullen zijn in 2025.
Bron: Global Digital Overview juli 2022 DataReportal
Een groeiend aantal studies uit zorgen over de ecologische voetafdruk die gepaard gaat met de massale productie van digitale apparaten. Studies schatten dat deze fase domineert in de CO2-voetafdruk, het waterverbruik en de uitputting van hulpbronnen gedurende de volledige levenscyclus van de producten.
Twee gebieden verdienen in het bijzonder speciale aandacht: mijnbouwactiviteiten en het productieproces.
Mijnbouw
Digitale apparaten – evenals groene technologieën zoals zonnepanelen, windturbines en elektrische voertuigen – zijn sterk afhankelijk van een aanzienlijk aantal kritieke materialen om te functioneren, waaronder mineralen, metalen en vooral zeldzame aardmetalen. Zo bevatten de meeste smartphones ruwweg 80% van de stabiele elementen in het periodiek systeem, waaronder het merendeel van de 17 zeldzame-aardelementen.
Bron: Visual Capitalist
Er is enorm veel energie nodig om kritieke materialen uit de aarde te winnen. Zodra ertsen bovengronds zijn, moeten ze vaak worden geraffineerd om het gewenste element te zuiveren en te scheiden van de rest van het gesteente. Raffinage is bijzonder uitdagend en hulpbronnenintensief in het geval van zeldzame aardmetalen. Voor de winning van slechts kleine hoeveelheden van deze elementen moeten tonnen gesteente worden verwijderd. Dit proces omvat meerdere chemische behandelingen en zuiveringsmethoden, wat vaak resulteert in aantasting van land en water.
De digitale en groene transities zullen onvermijdelijk een enorme toename boven de huidige niveaus van materiaalwinning vereisen. Deze trend zal waarschijnlijk zware gevolgen voor het milieu hebben, aangezien de winning en raffinage van grondstoffen nu al een belangrijke drijfveer zijn van ecosysteeminstorting, waterstress, biodiversiteitsverlies en koolstofemissies.
Productie
Zodra kritieke mineralen zijn gewonnen en verwerkt, worden ze verscheept naar fabrieken waar de hardwareproductie plaatsvindt.
De productie van digitale apparaten is een energie-intensief proces, aanzienlijk hoger dan de gebruiksfase. Van de verschillende activiteiten vereist vooral de productie van halfgeleiders, ook wel geïntegreerde schakelingen of microchips genoemd, enorme hoeveelheden hulpbronnen.
Ondanks voortdurende inspanningen om de energie-efficiëntie tijdens de productie te verhogen, zijn de energie- en materiaalefficiëntiewinsten niet voldoende om de negatieve milieu-impact te compenseren, gezien de hoge productie- en consumptiecijfers. Versnelling van productinnovatiecycli, gerichte reclame en productveroudering dragen eveneens bij aan de groei van de digitale productie en daarmee aan de toenemende ecologische voetafdruk.
Productie heeft ook een grote invloed op de watervoetafdruk van digitale apparaten. Complexe digitale apparaten zoals laptops en smartphones bestaan uit veel onderdelen die in meerdere stappen worden gemaakt, en elke stap vergt water.
Bovendien creëren productieactiviteiten afvalwater dat wordt geloosd in omliggende waterwegen. Om de aanwezigheid van verontreinigende stoffen te beperken en aan milieunormen te voldoen, moet afvalwater worden verdund met schoon water voordat het de waterweg ingaat. In totaal wordt het water dat nodig is om één smartphone te maken, inclusief mijnbouwactiviteiten, geschat op 3.190 gallon (12.760 liter).
2. Distributie
In tegenstelling tot het eten in je favoriete restaurant is de kans dat je smartphone ‘lokaal geproduceerd’ is, erg klein. Van mijnen in de Democratische Republiek Congo en Chili, via fabrieken in Taiwan en China, tot distributielocaties in de VS en winkels voor consumenten in Westerse landen: de productie en distributie van digitale apparaten leunen op een sterk geglobaliseerde en gefragmenteerde toeleveringsketen.
Door de complexiteit van de digitale supply chain moeten de uiteindelijke producten worden verpakt en lange afstanden afleggen voordat ze in handen van consumenten komen. Of het nu per schip, vliegtuig, spoor of vrachtwagen is: het vervoer van digitale apparaten over de hele wereld gaat gepaard met een ecologische voetafdruk, met name in de vorm van CO2-emissies door de verbranding van fossiele brandstoffen.
Een ander punt van zorg is de milieu-impact van e-commerce. De covid-19-pandemie heeft online shoppen bestendigd, met belangrijke gevolgen voor toeleveringsketens. Er is aanvullend onderzoek nodig om te begrijpen of online verzending, inclusief de levering van digitale technologieën, leidt tot extra CO2-emissies door transport.
3. Gebruik
Kort gezegd: de digitale wereld draait om het verwerken, overdragen en opslaan van data. Naarmate het aantal internetgebruikers toeneemt, stijgt ook het aantal digitale apparaten, onlinediensten en apps. Deze trend vergroot de energievraag en de ecologische voetafdruk van het internet, ondanks de vooruitgang in energie-efficiëntie en het geleidelijke uitfaseren van fossiele energie.
Naast de energie die nodig is om al onze digitale apparaten opgeladen en draaiende te houden, zijn drie andere aspecten belangrijk bij het beoordelen van de ecologische voetafdruk van onze online activiteiten: datacenters, grootschalige machine learning en netwerkinfrastructuur.
Datacenters
De digitalisering van de samenleving zal niet alleen leiden tot een toenemend aantal digitale apparaten, maar ook tot een toename van het wereldwijde dataverkeer. Het totale datavolume zal naar verwachting 175 zettabyte in 2025 bereiken, waarbij cloudcomputingtoepassingen het grootste deel van deze groei aanjagen.
Bron: IDC Datasphere-whitepaper
Ondanks de immateriële bijklank van het woord ‘cloud’, is de werkelijkheid dat de cloud stevig verankerd is in fysieke hardware. Het idee is dat data wereldwijd in gespecialiseerde, gedeelde datacenters kan worden opgeslagen en verwerkt en online toegankelijk is via webinterfaces.
Naarmate meer diensten en toepassingen overstappen op cloudproviders, worden datacenters in rap tempo de ruggengraat van de digitale wereld. Deze trend heeft zorgen doen rijzen over de snelle groei van het energieverbruik van datacenters.
Verschillende studies suggereren dat, ondanks efficiëntiewinsten in het ontwerp en de werking van datacenters, de energierekening van datacenters waarschijnlijk zal stijgen door de snelle vraag naar clouddiensten vanuit data-intensieve technologieën, zoals videostreaming, cloudgaming, sociale netwerken, autonome auto’s, cryptovaluta, IoT-apparaten, virtuele werelden en systemen voor kunstmatige intelligentie (zie volgende sectie).
Naast de CO2-voetafdruk van datacenters nemen ook de zorgen toe over het water dat nodig is voor koelsystemen om de hitte in datacenters onder controle te houden.
Grootschalige machine learning
De lancering van ChatGPT eind 2022 door OpenAI heeft verstrekkende gevolgen voor vrijwel elke sector. ChatGPT is een zeer geavanceerd AI-systeem dat zeer accurate antwoorden kan genereren in een conversatiestijl.
ChatGPT behoort tot de familie van large language models (LLM’s) die, door enorme hoeveelheden tekstdata te combineren met natural language processing en deep learning-technieken, een breed scala aan op taal gebaseerde taken met hoge nauwkeurigheid kunnen uitvoeren, waaronder tekstgeneratie, machinevertaling en vraagbeantwoording.
Sinds de lancering heeft ChatGPT veel stof doen opwaaien over de vele manieren waarop het onze samenleving zal veranderen. Maar als LLM’s de volgende AI-revolutie zullen domineren, is het cruciaal dat we eerst de operationele energie en milieu-kosten van het gebruik van deze modellen beoordelen. Hoewel er meer onderzoek nodig is, hebben sommige onderzoekers hier al een antwoord op geprobeerd te geven.
Als we kijken naar de CO2-voetafdruk van LLM’s, moeten we onderscheid maken tussen de voetafdruk van het trainen van het model en de voetafdruk van het draaien van inferentie met het model.
Wat het eerste betreft, hebben onderzoekers vastgesteld dat de rekenkundige en milieu-kosten van het trainen van LLM’s evenredig toenemen met de modelgrootte en aanzienlijk stijgen wanneer extra afstemmingsstappen worden toegepast om de nauwkeurigheid te verbeteren.
Zo werd in 2019 geschat dat het trainen van een LLM met 213 miljoen parameters meer dan 626.000 pond CO2-equivalent kan uitstoten, bijna vijf keer de levenslange uitstoot van de gemiddelde Amerikaanse auto, inclusief die van de productie.
De CO2-voetafdruk van ChatGPT – gebaseerd op het GPT-3 (Generative Pre-trained Transformer)-model met 175 miljard parameters – ligt dus waarschijnlijk veel hoger.
Aangezien deze modellen vaak herhaaldelijk worden getraind om resultaten te verbeteren en ze te updaten met nieuwe data, kan de CO2-voetafdruk extreem hoog zijn, ondanks voortdurende verbeteringen in energie-efficiëntie.
Grafiek: MIT Technology Review. Bron: Strubell et al.
Dit is alleen de kost van het trainen van het model. Maar eenmaal getraind hebben deze modellen nog steeds energie nodig om antwoorden te genereren op basis van de informatie die gebruikers aanleveren. De totale hoeveelheid energie en bijbehorende CO2-uitstoot varieert afhankelijk van het aantal verzoeken en de strategie om die af te handelen. In het geval van ChatGPT kan het om miljoenen per dag gaan, aangezien de dienst herhaaldelijk crasht door uitzonderlijk hoge vraag. Voor een eerste analyse van de CO2-voetafdruk van ChatGPT, zie dit artikel.
Uiteindelijk hangen de totale emissies van deze AI-systemen niet alleen af van de hoeveelheid elektriciteit die ze vereisen, maar ook van de manier waarop die elektriciteit wordt opgewekt. Het gebruik van zonne- of windenergie om de systemen te laten draaien zal bijvoorbeeld tot minder uitstoot leiden. Het is echter belangrijk op te merken dat de productie en uitrol van groene technologieën nog steeds milieubelastend zijn.
Kortom, het is van vitaal belang om milieuoverwegingen mee te nemen bij de ontwikkeling van grootschalige machinelearningmodellen en, breder, elk type AI-systeem.
Netwerkinfrastructuur
Netwerkinfrastructuur is de hardware en software die netwerkconnectiviteit mogelijk maakt tussen eindgebruikersapparaten en datacenters. Ondanks dat het de aderen van de digitale wereld zijn en de infrastructuur voor datatransmissie bieden, wordt deze brede reeks componenten – van onderzeese kabels en antennes tot modems en routers – vaak terzijde geschoven bij het analyseren van de ecologische voetafdruk van digitale technologieën.
Hoe het internet oceanen doorkruist. Bron: New York Times
Gezien de belangrijke rol die netwerkinfrastructuur zal spelen bij de uitrol van de nieuwe 5G-mobiele communicatiestandaarden en het IoT, zouden er inspanningen moeten worden geleverd om deze kenniskloof te dichten.
4. End-of-life
Een hardnekkig vraagstuk bij het analyseren van de ecologische voetafdruk van digitale apparaten is het probleem van e-waste. E-waste verwijst naar elektronische producten die ongewenst zijn, niet werken en het einde van hun levensduur naderen of hebben bereikt.
Huidige marktpatronen – gekenmerkt door hogere productie- en consumptiecijfers van digitale apparaten, korte levenscycli door productveroudering en beperkte reparatiemogelijkheden – wakkeren de generatie van e-waste aan.
In 2019 produceerde de wereld 53,6 miljoen metrische ton e-waste, en slechts 17,4% daarvan werd officieel gedocumenteerd als correct ingezameld en gerecycled.
Wereldwijde e-wasteproductie 2010-2019. Bron: Statista
E-waste bevat kostbare materialen en gevaarlijke stoffen. De meeste afgedankte apparaten eindigen in het restafval, dat later wordt verbrand of illegaal wordt uitgevoerd naar landen in het mondiale Zuiden, voornamelijk Afrika en Azië. Dit heeft al geleid tot ernstige water- en luchtvervuiling, bodemverontreiniging en schadelijke gezondheidseffecten voor arbeiders en de lokale bevolking.
Datagedreven verduurzaming
Data science ontwikkelt zich tot een krachtig wapen in de strijd tegen de klimaatcrisis. Het aantal datagedreven toepassingen groeit snel, variërend van initiatieven om CO2-emissies te monitoren en klimaatkwetsbare regio’s te identificeren tot het verbeteren van milieuduurzaamheid in toeleveringsketens en het implementeren van precisielandbouw om watergebruik en bodemdegradatie te beperken.
Ondanks deze veelbelovende ontwikkelingen zijn extra inspanningen noodzakelijk om de milieu-impact van de sector te verkleinen. Met andere woorden: meer “Data Science for Green” is niet genoeg; we hebben ook meer “Green Data Science” nodig.
Gelukkig nemen steeds meer dataprofessionals in de loop der jaren maatregelen om de ecologische voetafdruk van data science aan te pakken. Zo riepen in 2019 meer dan 1.000 Google-medewerkers het bedrijf publiekelijk op om zijn bijdrage aan klimaatverandering te verminderen.
Hier is een niet-uitputtende lijst met praktijken die dataprofessionals kunnen toepassen om de datasector te vergroenen:
- Voer een strategie voor groene data in. Een effectieve manier om de ecologische voetafdruk van je organisatie te beperken, is het implementeren van een strategie die gericht is op het vergroten van het bewustzijn bij medewerkers over de impact van bepaalde dagelijkse bedrijfsactiviteiten en het bevorderen van verantwoord digitaal gedrag. Voor een illustratief voorbeeld, bekijk de Gids met verantwoorde digitale best practices voor organisaties (in het Frans), opgesteld door de Franse overheid en het Institut du Numérique Responsable.
- Verwijder dark data. Veel bedrijven melden dat meer dan de helft van hun data ‘dark data’ is: data die wordt verzameld door organisaties maar onbekend en ongebruikt blijft. Om onnodige opslag en bijbehorende CO2-uitstoot te voorkomen, kunnen bedrijven protocollen voor het verwijderen van dark data ontwerpen. Een inspirerend initiatief is Digital Cleanup Day, dat eenvoudige richtlijnen biedt voor organisaties en individuen die hun ecologische voetafdruk willen verkleinen.
- Kies duurzame cloudproviders. Je kunt voorrang geven aan clouddiensten die worden aangeboden door datacenters in koolstofvriendelijke regio’s.
- Ondersteun Green AI. Bedenkers van het Allen Institute for AI hebben met Green AI het idee gelanceerd om efficiëntie als evaluatiemetriek, naast nauwkeurigheid, te promoten bij het trainen van machinelearningmodellen.
- Repareer voordat je vervangt. Gezien het hoge aantal emissies dat samenhangt met de productie en distributie van digitale apparaten, kan het verlengen van de gemiddelde levensduur door repareerbaarheid te bevorderen miljoenen tonnen uitstoot en milieuschade besparen.
De aanpak van DataCamp
DataCamp gelooft in het ondersteunen van grassroots- en mondiale groene initiatieven met gratis of sterk gesubsidieerde toegang tot ons toonaangevende leerplatform. Via ons DataCamp Donates-programma hebben we samengewerkt met diverse organisaties met een focus op klimaatverandering om hun teams nieuwe vaardigheden bij te brengen. Via ons platform kunnen we allerlei organisaties en professionals helpen om een positieve impact op het milieu te maken.
Enkele van onze meest opvallende successen zijn met NGO’s zoals CDP en Omenda. Via DataCamp Donates hebben beide gratis toegang gekregen tot datavaardigheidstrainingen die het verschil maken voor hun organisaties.
CDP is een non-profit leverancier van klimaatonderzoek die bedrijven en overheden aanzet om hun milieu-impact te verminderen door hen te stimuleren hun data openbaar te maken en te beheren. Met hulp van DataCamp kan CDP teamleden snel nieuwe vaardigheden bijbrengen, zodat ze marktleidende milieudataproducten en -diensten kunnen blijven leveren aan veel organisaties.
Op vergelijkbare wijze transformeert Omdena de manier waarop sociaal bewuste, datagedreven onderzoeksprojecten worden uitgevoerd. Door gebruik te maken van een mondiale community van aankomende dataprofessionals zorgen Omdena en DataCamp ervoor dat lerenden productieklaar worden door hun gratis de vaardigheden en knowhow te geven om samen te werken aan enkele van de belangrijkste problemen van onze tijd en waardevolle referenties aan hun cv toe te voegen, en dat alles zonder kosten voor hen
We zijn er trots op dat we meer dan negen extra non-profits voor milieuonderzoek tot onze DataCamp Donates-partners mogen rekenen, zoals:
Ze ontvangen kleine beurzen of studiebeurzen om beginnende werknemers en vrijwilligers van hun organisatie datawijs te maken. Zo kunnen ze voortbouwen op het belangrijke werk dat hun organisatie al doet om de negatieve effecten van klimaatverandering te bestuderen in gemeenschappen wereldwijd waar DataCamp-lerenden en -medewerkers wonen, en duurzame oplossingen te ontwikkelen.
Bij DataCamp vinden we het belangrijk om ons bewust te zijn van de milieu-impact van data en technologie, en we werken actief samen met organisaties die zich inzetten voor milieudoelen. Non-profitorganisaties worden uitgenodigd om zich aan te melden voor DataCamp Donates of een demo te plannen met ons Sales-team om alle manieren te ontdekken waarop DataCamp hun eco-bewuste missie kan ondersteunen.
Conclusie
Op dit moment is het moeilijk te veronderstellen dat digitalisering op zichzelf tot milieuwinst zal leiden. Sterker nog, het tegenovergestelde zou kunnen gebeuren. Zoals het “Digital Reset”-rapport recentelijk benadrukte, verergert het digitaliseringsproces milieu- en sociale crises in plaats van ze op te lossen.
Digitalisering transformeert razendsnel hoe we samenleven en wordt wereldwijd door overheden gezien als een belangrijke motor voor economische groei en zelfs duurzaamheidstransformatie.
De reguleringsstappen om deze expansieve agenda te bevorderen, pakken echter onvoldoende de vraag aan hoe de digitale economie bijdraagt aan de milieuproblemen waarmee we worden geconfronteerd. De digitale transformatie moet zo worden gestuurd dat de negatieve milieu-impact wordt beperkt.
Gezien de ernst van de klimaatcrisis voelt elke sector zich genoodzaakt zijn mogelijke impact op de planeet te beoordelen en manieren te vinden om zijn ecologische voetafdruk te verkleinen. De digitale wereld, en haar kostbaarste goed, data, mogen daarop geen uitzondering zijn.
Hoewel digitale technologieën vaak worden gezien als cruciale aanjagers om de doelstellingen van het Akkoord van Parijs te halen en de Duurzame Ontwikkelingsdoelen te realiseren, waarschuwen steeds meer studies voor de aanzienlijke klimaat- en milieu-impact van onze digitale activiteiten.
Van koolstofintensieve mijnbouwactiviteiten en productieprocessen tot de toenemende vraag naar elektriciteit door datacenters en productveroudering die leidt tot tonnen e-waste: een alomvattende milieuaudit van digitale technologieën is cruciaal om de impact van de sector op klimaatverandering en biodiversiteitsverlies te begrijpen.
Het doel van dit artikel is om de belangrijkste bronnen te introduceren die bijdragen aan de milieu-impact van digitale technologieën. De analyse bestrijkt alle activiteiten in de levensduur van digitale apparaten, van productie en distributie tot gebruik en afdanking, evenals de infrastructuur die opslag, overdracht en verwerking van data mogelijk maakt, zoals telecommunicatiekabels en datacenters. Op basis van de meest recente studies is het artikel opgezet als een lichte introductie om bewustzijn te creëren over de ecologische voetafdruk van digitale technologieën en data.
De ecologische voetafdruk van digitale technologieën: op zoek naar een holistische aanpak
De eerste stap naar een groene en duurzame digitale wereld is het in kaart brengen van de ecologische voetafdruk van de sector. Hoewel het onderzoek naar dit onderwerp de laatste tijd in een stroomversnelling is geraakt, blijft het auditen van de digitale wereld echter een uiterst complexe opgave.
Beschikbaarheid van data is een van de grootste uitdagingen voor robuuste studies. Het is breed erkend hoe moeilijk het is om opkomende technologieën te reguleren. Beleidsmakers worstelen vaak met de balans tussen het bevorderen van innovatie en het beschermen van de samenleving tegen onverwachte risico’s van nieuwe technologieën. Deze spanning verklaart waarom de digitale wereld sterk ongereguleerd blijft.
Dit gebrek aan regulering is vooral schrijnend als het gaat om de milieu-impact van digitale technologieën. Het ontbreken van een op duurzaamheid gericht regelgevend kader betekent dat bedrijven vaak ontslagen zijn van de plicht om milieunormen te hanteren en om data te publiceren over de milieu-impact van hun activiteiten.
Ondanks recente vooruitgang om de transparantie van bedrijven te verbeteren, zijn er nog steeds aanzienlijke datakloofen blinde vlekken in het bewijs rond milieurelevante digitaliseringsimpact.
Het gebrek aan data vertaalt zich in methodologische beperkingen, die uiteindelijk invloed hebben op de manier waarop onderzoekers de vraag naar de milieu-impact van digitale technologieën hebben aangepakt. Er zijn tal van benaderingen toegepast om de milieu-impact van digitale technologieën te kwantificeren en te beoordelen. Met name kunnen studies verschillen op de volgende punten:
Met de huidige stand van de sector is het moeilijk om een alomvattende beoordeling te maken van de ecologische voetafdruk van digitale technologieën. Ondanks de toenemende belangstelling voor dit vraagstuk in de afgelopen jaren, en de ontwikkeling van nieuwe methodologieën, ontbreekt een holistische aanpak voor het evalueren van negatieve impacts nog steeds.
De ecologische voetafdruk van datatechnologieën uitgelegd
In deze sectie introduceren we de verschillende elementen die bijdragen aan de milieu-impact van data. Op basis van bestaande bronnen behandelen we de ecologische voetafdruk van digitale apparaten in de verschillende levenscyclusfasen, evenals de infrastructuur die nodig is om digitale apparaten goed te laten functioneren.
1. Productie
Digitale apparaten, zoals desktops, laptops, tablets en smartphones, zijn de poorten naar het internet. De snelle digitalisering van de samenleving gaat gepaard met een toename van digitale apparaten. Schattingen suggereren dat er 29,3 miljard netwerkapparaten zullen zijn in 2023, tegenover 18,4 miljard in 2018. Dit komt neer op 3,6 netwerkapparaten per hoofd van de bevolking in 2023. Bovendien voorspelt IDC, in het kielzog van de ontwikkeling van het zogeheten Internet of Things (IoT), dat er 55,7 miljard verbonden IoT-apparaten zullen zijn in 2025.
Bron: Global Digital Overview juli 2022 DataReportal
Een groeiend aantal studies uit zorgen over de ecologische voetafdruk die gepaard gaat met de massale productie van digitale apparaten. Studies schatten dat deze fase domineert in de CO2-voetafdruk, het waterverbruik en de uitputting van hulpbronnen gedurende de volledige levenscyclus van de producten.
Twee gebieden verdienen in het bijzonder speciale aandacht: mijnbouwactiviteiten en het productieproces.
Mijnbouw
Digitale apparaten – evenals groene technologieën zoals zonnepanelen, windturbines en elektrische voertuigen – zijn sterk afhankelijk van een aanzienlijk aantal kritieke materialen om te functioneren, waaronder mineralen, metalen en vooral zeldzame aardmetalen. Zo bevatten de meeste smartphones ruwweg 80% van de stabiele elementen in het periodiek systeem, waaronder het merendeel van de 17 zeldzame-aardelementen.
Bron: Visual Capitalist
Er is enorm veel energie nodig om kritieke materialen uit de aarde te winnen. Zodra ertsen bovengronds zijn, moeten ze vaak worden geraffineerd om het gewenste element te zuiveren en te scheiden van de rest van het gesteente. Raffinage is bijzonder uitdagend en hulpbronnenintensief in het geval van zeldzame aardmetalen. Voor de winning van slechts kleine hoeveelheden van deze elementen moeten tonnen gesteente worden verwijderd. Dit proces omvat meerdere chemische behandelingen en zuiveringsmethoden, wat vaak resulteert in aantasting van land en water.
De digitale en groene transities zullen onvermijdelijk een enorme toename boven de huidige niveaus van materiaalwinning vereisen. Deze trend zal waarschijnlijk zware gevolgen voor het milieu hebben, aangezien de winning en raffinage van grondstoffen nu al een belangrijke drijfveer zijn van ecosysteeminstorting, waterstress, biodiversiteitsverlies en koolstofemissies.
Productie
Zodra kritieke mineralen zijn gewonnen en verwerkt, worden ze verscheept naar fabrieken waar de hardwareproductie plaatsvindt.
De productie van digitale apparaten is een energie-intensief proces, aanzienlijk hoger dan de gebruiksfase. Van de verschillende activiteiten vereist vooral de productie van halfgeleiders, ook wel geïntegreerde schakelingen of microchips genoemd, enorme hoeveelheden hulpbronnen.
Ondanks voortdurende inspanningen om de energie-efficiëntie tijdens de productie te verhogen, zijn de energie- en materiaalefficiëntiewinsten niet voldoende om de negatieve milieu-impact te compenseren, gezien de hoge productie- en consumptiecijfers. Versnelling van productinnovatiecycli, gerichte reclame en productveroudering dragen eveneens bij aan de groei van de digitale productie en daarmee aan de toenemende ecologische voetafdruk.
Productie heeft ook een grote invloed op de watervoetafdruk van digitale apparaten. Complexe digitale apparaten zoals laptops en smartphones bestaan uit veel onderdelen die in meerdere stappen worden gemaakt, en elke stap vergt water.
Bovendien creëren productieactiviteiten afvalwater dat wordt geloosd in omliggende waterwegen. Om de aanwezigheid van verontreinigende stoffen te beperken en aan milieunormen te voldoen, moet afvalwater worden verdund met schoon water voordat het de waterweg ingaat. In totaal wordt het water dat nodig is om één smartphone te maken, inclusief mijnbouwactiviteiten, geschat op 3.190 gallon (12.760 liter).
2. Distributie
In tegenstelling tot het eten in je favoriete restaurant is de kans dat je smartphone ‘lokaal geproduceerd’ is, erg klein. Van mijnen in de Democratische Republiek Congo en Chili, via fabrieken in Taiwan en China, tot distributielocaties in de VS en winkels voor consumenten in Westerse landen: de productie en distributie van digitale apparaten leunen op een sterk geglobaliseerde en gefragmenteerde toeleveringsketen.
Door de complexiteit van de digitale supply chain moeten de uiteindelijke producten worden verpakt en lange afstanden afleggen voordat ze in handen van consumenten komen. Of het nu per schip, vliegtuig, spoor of vrachtwagen is: het vervoer van digitale apparaten over de hele wereld gaat gepaard met een ecologische voetafdruk, met name in de vorm van CO2-emissies door de verbranding van fossiele brandstoffen.
Een ander punt van zorg is de milieu-impact van e-commerce. De covid-19-pandemie heeft online shoppen bestendigd, met belangrijke gevolgen voor toeleveringsketens. Er is aanvullend onderzoek nodig om te begrijpen of online verzending, inclusief de levering van digitale technologieën, leidt tot extra CO2-emissies door transport.
3. Gebruik
Kort gezegd: de digitale wereld draait om het verwerken, overdragen en opslaan van data. Naarmate het aantal internetgebruikers toeneemt, stijgt ook het aantal digitale apparaten, onlinediensten en apps. Deze trend vergroot de energievraag en de ecologische voetafdruk van het internet, ondanks de vooruitgang in energie-efficiëntie en het geleidelijke uitfaseren van fossiele energie.
Naast de energie die nodig is om al onze digitale apparaten opgeladen en draaiende te houden, zijn drie andere aspecten belangrijk bij het beoordelen van de ecologische voetafdruk van onze online activiteiten: datacenters, grootschalige machine learning en netwerkinfrastructuur.
Datacenters
De digitalisering van de samenleving zal niet alleen leiden tot een toenemend aantal digitale apparaten, maar ook tot een toename van het wereldwijde dataverkeer. Het totale datavolume zal naar verwachting 175 zettabyte in 2025 bereiken, waarbij cloudcomputingtoepassingen het grootste deel van deze groei aanjagen.
Bron: IDC Datasphere-whitepaper
Ondanks de immateriële bijklank van het woord ‘cloud’, is de werkelijkheid dat de cloud stevig verankerd is in fysieke hardware. Het idee is dat data wereldwijd in gespecialiseerde, gedeelde datacenters kan worden opgeslagen en verwerkt en online toegankelijk is via webinterfaces.
Naarmate meer diensten en toepassingen overstappen op cloudproviders, worden datacenters in rap tempo de ruggengraat van de digitale wereld. Deze trend heeft zorgen doen rijzen over de snelle groei van het energieverbruik van datacenters.
Verschillende studies suggereren dat, ondanks efficiëntiewinsten in het ontwerp en de werking van datacenters, de energierekening van datacenters waarschijnlijk zal stijgen door de snelle vraag naar clouddiensten vanuit data-intensieve technologieën, zoals videostreaming, cloudgaming, sociale netwerken, autonome auto’s, cryptovaluta, IoT-apparaten, virtuele werelden en systemen voor kunstmatige intelligentie (zie volgende sectie).
Naast de CO2-voetafdruk van datacenters nemen ook de zorgen toe over het water dat nodig is voor koelsystemen om de hitte in datacenters onder controle te houden.
Grootschalige machine learning
De lancering van ChatGPT eind 2022 door OpenAI heeft verstrekkende gevolgen voor vrijwel elke sector. ChatGPT is een zeer geavanceerd AI-systeem dat zeer accurate antwoorden kan genereren in een conversatiestijl.
ChatGPT behoort tot de familie van large language models (LLM’s) die, door enorme hoeveelheden tekstdata te combineren met natural language processing en deep learning-technieken, een breed scala aan op taal gebaseerde taken met hoge nauwkeurigheid kunnen uitvoeren, waaronder tekstgeneratie, machinevertaling en vraagbeantwoording.
Sinds de lancering heeft ChatGPT veel stof doen opwaaien over de vele manieren waarop het onze samenleving zal veranderen. Maar als LLM’s de volgende AI-revolutie zullen domineren, is het cruciaal dat we eerst de operationele energie en milieu-kosten van het gebruik van deze modellen beoordelen. Hoewel er meer onderzoek nodig is, hebben sommige onderzoekers hier al een antwoord op geprobeerd te geven.
Als we kijken naar de CO2-voetafdruk van LLM’s, moeten we onderscheid maken tussen de voetafdruk van het trainen van het model en de voetafdruk van het draaien van inferentie met het model.
Wat het eerste betreft, hebben onderzoekers vastgesteld dat de rekenkundige en milieu-kosten van het trainen van LLM’s evenredig toenemen met de modelgrootte en aanzienlijk stijgen wanneer extra afstemmingsstappen worden toegepast om de nauwkeurigheid te verbeteren.
Zo werd in 2019 geschat dat het trainen van een LLM met 213 miljoen parameters meer dan 626.000 pond CO2-equivalent kan uitstoten, bijna vijf keer de levenslange uitstoot van de gemiddelde Amerikaanse auto, inclusief die van de productie.
De CO2-voetafdruk van ChatGPT – gebaseerd op het GPT-3 (Generative Pre-trained Transformer)-model met 175 miljard parameters – ligt dus waarschijnlijk veel hoger.
Aangezien deze modellen vaak herhaaldelijk worden getraind om resultaten te verbeteren en ze te updaten met nieuwe data, kan de CO2-voetafdruk extreem hoog zijn, ondanks voortdurende verbeteringen in energie-efficiëntie.
Grafiek: MIT Technology Review. Bron: Strubell et al.
Dit is alleen de kost van het trainen van het model. Maar eenmaal getraind hebben deze modellen nog steeds energie nodig om antwoorden te genereren op basis van de informatie die gebruikers aanleveren. De totale hoeveelheid energie en bijbehorende CO2-uitstoot varieert afhankelijk van het aantal verzoeken en de strategie om die af te handelen. In het geval van ChatGPT kan het om miljoenen per dag gaan, aangezien de dienst herhaaldelijk crasht door uitzonderlijk hoge vraag. Voor een eerste analyse van de CO2-voetafdruk van ChatGPT, zie dit artikel.
Uiteindelijk hangen de totale emissies van deze AI-systemen niet alleen af van de hoeveelheid elektriciteit die ze vereisen, maar ook van de manier waarop die elektriciteit wordt opgewekt. Het gebruik van zonne- of windenergie om de systemen te laten draaien zal bijvoorbeeld tot minder uitstoot leiden. Het is echter belangrijk op te merken dat de productie en uitrol van groene technologieën nog steeds milieubelastend zijn.
Kortom, het is van vitaal belang om milieuoverwegingen mee te nemen bij de ontwikkeling van grootschalige machinelearningmodellen en, breder, elk type AI-systeem.
Netwerkinfrastructuur
Netwerkinfrastructuur is de hardware en software die netwerkconnectiviteit mogelijk maakt tussen eindgebruikersapparaten en datacenters. Ondanks dat het de aderen van de digitale wereld zijn en de infrastructuur voor datatransmissie bieden, wordt deze brede reeks componenten – van onderzeese kabels en antennes tot modems en routers – vaak terzijde geschoven bij het analyseren van de ecologische voetafdruk van digitale technologieën.
Hoe het internet oceanen doorkruist. Bron: New York Times
Gezien de belangrijke rol die netwerkinfrastructuur zal spelen bij de uitrol van de nieuwe 5G-mobiele communicatiestandaarden en het IoT, zouden er inspanningen moeten worden geleverd om deze kenniskloof te dichten.
4. End-of-life
Een hardnekkig vraagstuk bij het analyseren van de ecologische voetafdruk van digitale apparaten is het probleem van e-waste. E-waste verwijst naar elektronische producten die ongewenst zijn, niet werken en het einde van hun levensduur naderen of hebben bereikt.
Huidige marktpatronen – gekenmerkt door hogere productie- en consumptiecijfers van digitale apparaten, korte levenscycli door productveroudering en beperkte reparatiemogelijkheden – wakkeren de generatie van e-waste aan.
In 2019 produceerde de wereld 53,6 miljoen metrische ton e-waste, en slechts 17,4% daarvan werd officieel gedocumenteerd als correct ingezameld en gerecycled.
Wereldwijde e-wasteproductie 2010-2019. Bron: Statista
E-waste bevat kostbare materialen en gevaarlijke stoffen. De meeste afgedankte apparaten eindigen in het restafval, dat later wordt verbrand of illegaal wordt uitgevoerd naar landen in het mondiale Zuiden, voornamelijk Afrika en Azië. Dit heeft al geleid tot ernstige water- en luchtvervuiling, bodemverontreiniging en schadelijke gezondheidseffecten voor arbeiders en de lokale bevolking.
Datagedreven verduurzaming
Data science ontwikkelt zich tot een krachtig wapen in de strijd tegen de klimaatcrisis. Het aantal datagedreven toepassingen groeit snel, variërend van initiatieven om CO2-emissies te monitoren en klimaatkwetsbare regio’s te identificeren tot het verbeteren van milieuduurzaamheid in toeleveringsketens en het implementeren van precisielandbouw om watergebruik en bodemdegradatie te beperken.
Ondanks deze veelbelovende ontwikkelingen zijn extra inspanningen noodzakelijk om de milieu-impact van de sector te verkleinen. Met andere woorden: meer “Data Science for Green” is niet genoeg; we hebben ook meer “Green Data Science” nodig.
Gelukkig nemen steeds meer dataprofessionals in de loop der jaren maatregelen om de ecologische voetafdruk van data science aan te pakken. Zo riepen in 2019 meer dan 1.000 Google-medewerkers het bedrijf publiekelijk op om zijn bijdrage aan klimaatverandering te verminderen.
Hier is een niet-uitputtende lijst met praktijken die dataprofessionals kunnen toepassen om de datasector te vergroenen:
De aanpak van DataCamp
DataCamp gelooft in het ondersteunen van grassroots- en mondiale groene initiatieven met gratis of sterk gesubsidieerde toegang tot ons toonaangevende leerplatform. Via ons DataCamp Donates-programma hebben we samengewerkt met diverse organisaties met een focus op klimaatverandering om hun teams nieuwe vaardigheden bij te brengen. Via ons platform kunnen we allerlei organisaties en professionals helpen om een positieve impact op het milieu te maken.
Enkele van onze meest opvallende successen zijn met NGO’s zoals CDP en Omenda. Via DataCamp Donates hebben beide gratis toegang gekregen tot datavaardigheidstrainingen die het verschil maken voor hun organisaties.
CDP is een non-profit leverancier van klimaatonderzoek die bedrijven en overheden aanzet om hun milieu-impact te verminderen door hen te stimuleren hun data openbaar te maken en te beheren. Met hulp van DataCamp kan CDP teamleden snel nieuwe vaardigheden bijbrengen, zodat ze marktleidende milieudataproducten en -diensten kunnen blijven leveren aan veel organisaties.
Op vergelijkbare wijze transformeert Omdena de manier waarop sociaal bewuste, datagedreven onderzoeksprojecten worden uitgevoerd. Door gebruik te maken van een mondiale community van aankomende dataprofessionals zorgen Omdena en DataCamp ervoor dat lerenden productieklaar worden door hun gratis de vaardigheden en knowhow te geven om samen te werken aan enkele van de belangrijkste problemen van onze tijd en waardevolle referenties aan hun cv toe te voegen, en dat alles zonder kosten voor hen
We zijn er trots op dat we meer dan negen extra non-profits voor milieuonderzoek tot onze DataCamp Donates-partners mogen rekenen, zoals:
Ze ontvangen kleine beurzen of studiebeurzen om beginnende werknemers en vrijwilligers van hun organisatie datawijs te maken. Zo kunnen ze voortbouwen op het belangrijke werk dat hun organisatie al doet om de negatieve effecten van klimaatverandering te bestuderen in gemeenschappen wereldwijd waar DataCamp-lerenden en -medewerkers wonen, en duurzame oplossingen te ontwikkelen.
Bij DataCamp vinden we het belangrijk om ons bewust te zijn van de milieu-impact van data en technologie, en we werken actief samen met organisaties die zich inzetten voor milieudoelen. Non-profitorganisaties worden uitgenodigd om zich aan te melden voor DataCamp Donates of een demo te plannen met ons Sales-team om alle manieren te ontdekken waarop DataCamp hun eco-bewuste missie kan ondersteunen.
Conclusie
Op dit moment is het moeilijk te veronderstellen dat digitalisering op zichzelf tot milieuwinst zal leiden. Sterker nog, het tegenovergestelde zou kunnen gebeuren. Zoals het “Digital Reset”-rapport recentelijk benadrukte, verergert het digitaliseringsproces milieu- en sociale crises in plaats van ze op te lossen.
Digitalisering transformeert razendsnel hoe we samenleven en wordt wereldwijd door overheden gezien als een belangrijke motor voor economische groei en zelfs duurzaamheidstransformatie.
De reguleringsstappen om deze expansieve agenda te bevorderen, pakken echter onvoldoende de vraag aan hoe de digitale economie bijdraagt aan de milieuproblemen waarmee we worden geconfronteerd. De digitale transformatie moet zo worden gestuurd dat de negatieve milieu-impact wordt beperkt.