Diante da gravidade da crise climática, todos os setores precisam avaliar seu potencial impacto no planeta e buscar formas de reduzir sua pegada ambiental. O mundo digital, e seu bem mais precioso, os dados, não devem ser exceção.
Embora as tecnologias digitais sejam frequentemente vistas como alavancas essenciais para cumprir os objetivos do Acordo de Paris e avançar os Objetivos de Desenvolvimento Sustentável, um número crescente de estudos alerta para o impacto climático e ambiental significativo de nossas atividades digitais.
Desde atividades de mineração e operações de manufatura intensivas em carbono até o aumento da demanda por eletricidade em data centers e a obsolescência de produtos que resulta em toneladas de lixo eletrônico, uma auditoria ambiental abrangente das tecnologias digitais é essencial para entender o impacto do setor nas mudanças climáticas e na perda de biodiversidade.
O objetivo deste artigo é apresentar as principais fontes que contribuem para o impacto ambiental das tecnologias digitais. A análise abrange todas as atividades envolvidas no ciclo de vida dos dispositivos digitais, da fabricação e distribuição ao uso e descarte, bem como a infraestrutura que possibilita o armazenamento, a transmissão e o processamento de dados, como cabos de telecomunicações e data centers. Com base nos estudos mais recentes, o artigo foi concebido como uma introdução leve para ampliar a consciência sobre a pegada ambiental das tecnologias digitais e dos dados.
a pegada ambiental das tecnologias digitais: a busca por uma abordagem holística
O primeiro passo para avançar rumo a um mundo digital mais verde e sustentável é avaliar a pegada ambiental do setor. No entanto, embora as pesquisas sobre o tema tenham ganhado força recentemente, auditar o mundo digital ainda é uma tarefa extremamente complexa.
A disponibilidade de dados é um dos principais desafios para avançar em estudos robustos. É amplamente reconhecida a dificuldade de regular tecnologias emergentes. Formuladores de políticas muitas vezes têm dificuldade em equilibrar a promoção da inovação e a proteção da sociedade contra riscos inesperados. Essa tensão ajuda a explicar por que o mundo digital permanece altamente desregulado.
Essa falta de regulação é ainda mais aguda quando se trata de enfrentar o impacto ambiental das tecnologias digitais. A ausência de um marco regulatório orientado à sustentabilidade significa que as empresas muitas vezes ficam isentas da obrigação de adotar padrões ambientais e de divulgar dados sobre os impactos ambientais de suas atividades.
Apesar dos avanços recentes para melhorar a transparência corporativa, ainda existem lacunas e pontos cegos significativos nas evidências sobre impactos ambientais relevantes da digitalização.
A falta de dados se traduz em limitações metodológicas, o que, em última instância, afeta a forma como os pesquisadores têm abordado a questão do impacto ambiental das tecnologias digitais. Diversas abordagens têm sido utilizadas para quantificar e avaliar esse impacto. Em particular, os estudos podem diferir nos seguintes aspectos:
- Os componentes de hardware além dos dispositivos digitais incluídos na análise. Isso se refere ao equipamento necessário para o funcionamento da internet, como redes de transmissão de dados, data centers e tecnologia de sensores.
- Os impactos ambientais que compõem a chamada pegada ambiental. A maioria dos estudos foca na demanda de energia ou nas emissões de gases de efeito estufa (ou seja, pegada de carbono). Porém, é importante avaliar outros impactos não energéticos que também entram na conta da pegada digital, como consumo de água, degradação do solo e perda de biodiversidade.
- As fases do ciclo de vida do dispositivo digital incluídas na análise. São elas: fabricação, distribuição, uso e fim de vida.
Com o estado atual da indústria, é difícil fazer uma avaliação abrangente da pegada ambiental das tecnologias digitais. Apesar do interesse crescente pelo tema nos últimos anos e do desenvolvimento de novas metodologias, ainda falta uma abordagem holística para avaliar impactos negativos.
explicando a pegada ambiental das tecnologias de dados
Nesta seção, vamos apresentar os diferentes elementos que contribuem para o impacto ambiental dos dados. Com base em fontes existentes, cobriremos a pegada ambiental dos dispositivos digitais ao longo das diferentes fases do ciclo de vida, bem como a infraestrutura necessária para que esses dispositivos funcionem corretamente.
1. fabricação
Dispositivos digitais, como desktops, laptops, tablets e smartphones, são as portas de entrada para a internet. A rápida digitalização da sociedade acompanha o crescimento no número de dispositivos digitais. Estimativas sugerem que haverá 29,3 bilhões de dispositivos conectados em 2023, ante 18,4 bilhões em 2018. Isso equivale a 3,6 dispositivos conectados per capita em 2023. Além disso, com o avanço da chamada Internet das Coisas (IoT), a IDC prevê 55,7 bilhões de dispositivos IoT conectados até 2025.
Fonte: Global Digital Overview julho de 2022 - DataReportal
Um número crescente de estudos levanta preocupações sobre a pegada ambiental associada à fabricação em massa de dispositivos digitais. Pesquisas estimam que essa fase domina a pegada de carbono, o consumo de água e o esgotamento de recursos ao longo de todo o ciclo de vida dos produtos.
Em particular, duas áreas merecem atenção especial: as atividades de mineração e o processo de produção.
mineração
Dispositivos digitais – assim como tecnologias verdes, como painéis solares, turbinas eólicas e veículos elétricos – dependem fortemente de um grande número de materiais críticos para funcionar, incluindo minerais, metais e, especialmente, terras raras. Por exemplo, a maioria dos smartphones pode conter cerca de 80% dos elementos estáveis da tabela periódica, incluindo a maior parte dos 17 elementos de terras raras.
Fonte: Visual Capitalist
É necessário um volume enorme de energia para extrair materiais críticos da terra. Uma vez que os minérios chegam à superfície, geralmente precisam ser refinados para purificar e separar o elemento desejado do restante do agregado. O refino é particularmente desafiador e intensivo em recursos no caso das terras raras. Para minerar pequenas quantidades desses elementos é preciso remover muitas toneladas de rocha. Esse processo envolve vários tratamentos químicos e métodos de purificação, que muitas vezes resultam em degradação do solo e da água.
As transições digital e verde inevitavelmente exigirão um aumento maciço na extração de materiais em relação aos níveis atuais. Essa tendência provavelmente terá implicações severas para o meio ambiente, já que a mineração e o refino de matérias-primas já são grandes vetores de colapso de ecossistemas, estresse hídrico, perda de biodiversidade e emissões de carbono.
produção
Depois que os minerais críticos são extraídos e processados, eles são enviados para instalações de manufatura, onde ocorre a produção do hardware.
A fabricação de dispositivos digitais demanda muita energia, significativamente mais do que a fase de uso. Entre as diferentes atividades, a produção de semicondutores, às vezes chamados de circuitos integrados ou microchips, requer vastos recursos.
Apesar dos esforços contínuos para aumentar a eficiência energética durante a fabricação, os ganhos de energia e materiais não são suficientes para compensar os impactos ambientais negativos, dado o alto ritmo de produção e consumo. Aceleração dos ciclos de inovação de produtos, publicidade segmentada e obsolescência programada também contribuem para o crescimento da fabricação digital e, consequentemente, para sua pegada ambiental crescente.
A fabricação também tem grande influência na pegada hídrica dos dispositivos digitais. Dispositivos complexos como laptops e smartphones são compostos por muitas peças criadas em múltiplas etapas, e cada etapa exige água.
Além disso, as atividades de manufatura geram efluentes que são liberados em corpos d’água próximos. Para limitar a presença de poluentes e cumprir padrões ambientais, o efluente precisa ser diluído com água limpa antes de ser lançado. No total, a água necessária para fabricar um único smartphone, incluindo as atividades de mineração, é estimada em 3.190 galões (12.760 litros).
2. distribuição
Ao contrário da comida do seu restaurante favorito, as chances de o seu smartphone ser “produzido localmente” são muito baixas. De minas na República Democrática do Congo e no Chile e fábricas em Taiwan e na China a centros de distribuição nos EUA e lojas de varejo em países ocidentais, a produção e a distribuição de dispositivos digitais dependem de uma cadeia de suprimentos altamente globalizada e fragmentada.
A complexidade da cadeia de suprimentos digital significa que os produtos finais precisam ser embalados e percorrer longas distâncias até chegarem às mãos dos consumidores. Seja por navios, aviões, trens ou caminhões, o transporte de dispositivos digitais pelo mundo tem uma pegada ambiental, principalmente na forma de emissões de carbono pela queima de combustíveis fósseis.
Outra questão preocupante é o impacto ambiental do e-commerce. A pandemia de covid-19 consolidou as compras online, com implicações relevantes para as cadeias de suprimentos. São necessárias mais pesquisas para entender se o comércio eletrônico, incluindo a entrega de tecnologias digitais, leva a emissões adicionais de carbono no transporte.
3. uso
Em poucas palavras: o mundo digital é sobre processar, transferir e armazenar dados. À medida que o número de usuários de internet cresce, também aumenta o número de dispositivos, serviços online e aplicativos. Essa tendência intensifica a demanda por energia e a pegada ambiental da internet, apesar dos avanços em eficiência energética e da transição gradual para fontes limpas.
Além da energia necessária para manter nossos dispositivos carregados e funcionando, três outros aspectos são importantes ao avaliar a pegada ambiental da nossa atividade online: data centers, machine learning em larga escala e infraestrutura de rede.
data centers
A digitalização da sociedade levará não apenas a um aumento no número de dispositivos digitais, mas também ao crescimento do tráfego de dados no mundo. O volume total de dados deve atingir 175 zettabytes até 2025, com aplicações de computação em nuvem impulsionando a maior parte desse crescimento.
Fonte: IDC Datasphere whitepaper
Apesar do caráter “imaterial” que a palavra “nuvem” sugere, a verdade é que a nuvem é fortemente ancorada em hardware físico. A ideia é que os dados possam ser armazenados e processados em data centers especializados e compartilhados ao redor do mundo, acessados online por interfaces web.
À medida que mais serviços e aplicativos migram para provedores de nuvem, os data centers estão se tornando rapidamente a espinha dorsal do mundo digital. Essa tendência levantou preocupações sobre o rápido crescimento do consumo de energia desses centros.
Diversos estudos sugerem que, apesar dos ganhos de eficiência no design e na operação de data centers, a conta de energia tende a aumentar em razão da demanda acelerada por serviços de nuvem de tecnologias intensivas em dados, como streaming de vídeo, cloud gaming, redes sociais, carros autônomos, criptomoedas, dispositivos IoT, realidades virtuais e sistemas de inteligência artificial (veja a próxima seção).
Além da pegada de carbono, crescem as preocupações com a água necessária para sistemas de resfriamento manterem o calor sob controle dentro dos data centers.
machine learning em larga escala
O lançamento do ChatGPT no fim de 2022 pela OpenAI está gerando impactos profundos em praticamente todos os setores. O ChatGPT é um sistema de IA altamente avançado capaz de produzir respostas muito precisas em formato conversacional.
O ChatGPT pertence à família dos grandes modelos de linguagem (LLM) que, combinando quantidades massivas de textos, processamento de linguagem natural e técnicas de deep learning, conseguem executar com alta precisão diversas tarefas baseadas em linguagem, como geração de texto, tradução automática e resposta a perguntas.
Desde seu lançamento, o ChatGPT tem gerado muito buzz sobre as múltiplas formas como vai mudar a sociedade. Porém, se os LLMs devem dominar a próxima revolução da IA, é fundamental avaliar antes a energia operacional necessária e os custos ambientais do uso desses modelos. Ainda que sejam necessários mais estudos, alguns pesquisadores já tentaram responder a essa questão.
Se olharmos apenas para a pegada de carbono dos LLMs, precisamos distinguir a pegada do treinamento do modelo e a pegada da inferência (uso) do modelo.
No primeiro caso, pesquisadores descobriram que os custos computacionais e ambientais do treinamento crescem proporcionalmente ao tamanho do modelo e aumentam consideravelmente quando se adotam etapas adicionais de ajuste para melhorar a precisão.
Por exemplo, em 2019 estimou-se que treinar um LLM com 213 milhões de parâmetros pode emitir mais de 626.000 libras de CO₂ equivalente, quase cinco vezes as emissões ao longo da vida de um carro médio americano, incluindo as associadas à fabricação.
A pegada de carbono do ChatGPT – baseado no modelo GPT-3 (Generative Pre-trained Transformer), com 175 bilhões de parâmetros – tende, portanto, a ser muito maior.
Considerando que esses modelos costumam ser treinados de forma recorrente para melhorar resultados e atualizar-se com novos dados, a pegada pode ser extremamente alta, apesar dos avanços contínuos em eficiência energética.
Gráfico: MIT Technology Review. Fonte: Strubell et al.
Esse é apenas o custo de treinar o modelo. Mas, uma vez treinados, eles ainda precisam de energia para gerar respostas com base nas informações fornecidas pelos usuários. O total de energia e as emissões associadas variam conforme o número de solicitações e a estratégia adotada para atendê-las. No caso do ChatGPT, podem ser milhões por dia, já que ele chega a sair do ar repetidamente devido à demanda excepcionalmente alta. Para uma análise preliminar da pegada de carbono do ChatGPT, confira este artigo.
Em última análise, as emissões totais desses sistemas de IA dependerão não só da quantidade de eletricidade necessária, mas também de como essa eletricidade é gerada. Por exemplo, usar energia solar ou eólica para operar os sistemas resulta em emissões menores. No entanto, é importante lembrar que a fabricação e a implantação de tecnologias verdes ainda têm custos ambientais.
Em suma, é vital incluir considerações ambientais no desenvolvimento de modelos de machine learning em grande escala e, mais amplamente, de qualquer sistema de IA.
infraestrutura de rede
Infraestrutura de rede é o conjunto de hardware e software que possibilita a conectividade entre os dispositivos dos usuários e os data centers. Apesar de ser as “veias” do mundo digital, fornecendo a estrutura para a transmissão de dados, essa grande variedade de componentes – de cabos submarinos e antenas a modems e roteadores – muitas vezes é deixada de lado ao analisar a pegada ambiental das tecnologias digitais.
Como a internet cruza os oceanos. Fonte: New York Times
Dado o papel importante que a infraestrutura de rede terá na implantação dos novos padrões de comunicações móveis 5G e da IoT, é preciso dedicar esforços para fechar essa lacuna de conhecimento.
4. fim de vida
Uma questão persistente ao analisar a pegada ambiental dos dispositivos digitais é o problema do lixo eletrônico (e-waste). Lixo eletrônico refere-se a produtos eletrônicos indesejados, com defeito ou que estão próximos ou já chegaram ao fim de sua vida útil.
Padrões atuais de mercado – caracterizados por maiores taxas de produção e consumo de dispositivos, ciclos de vida curtos devido à obsolescência e poucas opções de reparo – estão alimentando a geração de e-waste.
Em 2019, o mundo gerou 53,6 milhões de toneladas métricas de lixo eletrônico, e apenas 17,4% disso foi oficialmente documentado como devidamente coletado e reciclado.
Geração global de e-waste 2010-2019. Fonte: Statista
O e-waste contém materiais valiosos e substâncias perigosas. A maior parte dos dispositivos descartados acaba no lixo comum, que depois é incinerado ou exportado ilegalmente para países do Sul Global, principalmente na África e na Ásia. Isso já provocou poluição severa da água e do ar, contaminação do solo e impactos à saúde de trabalhadores e populações locais.
tornando a ciência de dados mais verde
A ciência de dados está emergindo como uma arma poderosa para enfrentar a crise climática. O número de aplicações baseadas em dados cresce rapidamente, abrangendo desde iniciativas para monitorar emissões de carbono e identificar regiões vulneráveis ao clima até melhorias em sustentabilidade ambiental em cadeias de suprimentos e a implementação de agricultura de precisão para limitar o uso de água e a degradação do solo.
Apesar desses avanços promissores, esforços adicionais são essenciais para reduzir o impacto ambiental do setor. Em outras palavras, só “Data Science for Green” não basta; também precisamos de mais “Green Data Science”.
Felizmente, ao longo dos anos, cada vez mais profissionais de dados estão agindo para enfrentar a pegada ambiental da ciência de dados. Em 2019, por exemplo, mais de 1.000 funcionários do Google pediram publicamente que a empresa reduzisse suas contribuições para as mudanças climáticas.
Aqui vai uma lista parcial de práticas que profissionais de dados podem adotar para tornar a indústria mais verde:
- Adotar uma estratégia para avançar dados verdes. Uma forma eficaz de limitar a pegada ambiental da sua organização é implementar uma estratégia voltada a conscientizar colaboradores sobre os impactos de certas atividades do dia a dia e promover práticas digitais responsáveis. Para um exemplo ilustrativo, confira o Guia de boas práticas digitais responsáveis para organizações (em francês), elaborado pelo governo francês e pelo Institut du Numérique Responsable.
- Eliminar dados obscuros (dark data). Muitas empresas relatam que mais da metade de seus dados são dark data, isto é, dados coletados pela organização que são desconhecidos e não utilizados. Para evitar armazenamento desnecessário e emissões associadas, as empresas podem criar protocolos de exclusão de dark data. Uma iniciativa inspiradora é o Digital Cleanup Day, que fornece orientações simples para organizações e indivíduos comprometidos em reduzir sua pegada ecológica.
- Escolher provedores de nuvem sustentáveis. Você pode priorizar serviços de nuvem oferecidos por data centers localizados em regiões com matriz energética mais limpa.
- Apoiar Green AI. Concebida por pesquisadores do Allen Institute for AI, a ideia de Green AI promove a eficiência como métrica de avaliação, ao lado da acurácia, no treinamento de modelos de machine learning.
- Consertar antes de substituir. Dado o alto volume de emissões ligado à fabricação e à distribuição de dispositivos digitais, estender sua vida útil média promovendo a reparabilidade pode evitar milhões de toneladas de emissões e danos ambientais.
a abordagem da DataCamp
A DataCamp acredita em apoiar iniciativas verdes locais e globais com acesso gratuito ou altamente subsidiado à nossa plataforma de educação de classe mundial. Por meio do programa DataCamp Donates, trabalhamos com diversas organizações com missão focada em mudanças climáticas para capacitar seus times. Pela nossa plataforma, podemos apoiar todo tipo de organização e profissional a gerar impacto positivo no meio ambiente.
Alguns dos nossos maiores cases são com ONGs como CDP e Omdena. Por meio do DataCamp Donates, ambas tiveram acesso gratuito a formação em habilidades de dados transformadora para suas organizações.
A CDP é uma organização sem fins lucrativos de pesquisa climática que estimula empresas e governos a reduzir seu impacto ambiental, motivando-os a divulgar e gerenciar seus dados. Com a ajuda da DataCamp, a CDP consegue capacitar rapidamente seus colaboradores, permitindo que continuem oferecendo produtos e serviços de dados ambientais líderes de mercado a muitas organizações.
Da mesma forma, a Omdena está transformando a forma como projetos de pesquisa socialmente conscientes e orientados por dados são conduzidos. Aproveitando uma comunidade global de profissionais de dados em formação, Omdena e DataCamp deixam os alunos prontos para produção ao oferecer gratuitamente as habilidades e o know-how para colaborar em alguns dos problemas mais importantes do nosso tempo e ainda conquistar créditos sólidos para adicionar ao currículo, tudo a custo zero para eles.
Temos orgulho de contar com mais de nove outras organizações sem fins lucrativos de pesquisa ambiental como parceiras do DataCamp Donates, como:
- 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)
Essas organizações estão recebendo pequenas bolsas ou scholarships para ajudar funcionários iniciantes e voluntários a se tornarem letrados em dados. Isso permitirá que aprimorem o trabalho importante que já realizam ao estudar os efeitos negativos das mudanças climáticas nas comunidades ao redor do mundo onde alunos e colaboradores da DataCamp vivem e desenvolvem soluções sustentáveis.
Na DataCamp, acreditamos que é importante estar atento ao impacto ambiental de dados e tecnologia, e trabalhamos ativamente com organizações comprometidas com causas ambientais. Organizações sem fins lucrativos são bem-vindas para se inscrever no DataCamp Donates ou agendar uma demonstração com nosso time de Vendas para conhecer todas as maneiras pelas quais a DataCamp pode apoiar suas missões eco-conscientes.
conclusão
No cenário atual, é difícil presumir que a digitalização trará, por si só, benefícios ambientais. Na verdade, pode estar acontecendo o oposto. Como destacou recentemente o relatório “Digital Reset”, o processo de digitalização está agravando crises ambientais e sociais, em vez de solucioná-las.
A digitalização está transformando rapidamente a forma como vivemos e é vista por governos no mundo todo como um motor-chave do crescimento econômico e até da transformação rumo à sustentabilidade.
No entanto, os movimentos regulatórios para avançar essa agenda expansionista não estão enfrentando a questão de como a economia digital contribui para os problemas ambientais que encaramos. A transformação digital precisa ser direcionada de forma a mitigar seus impactos ambientais negativos.
