Energipolitikker i den hyperforbundne æra: 5G’s miljøparadoks

En gennemgang af Miguel Coma’s analyse i Wall Street International Magazine Science and Technology den 29. september 2021.

Mobilindustrien har brug for nye markeder (1) og et aktuelt fokus er derfor at reklamere for 5G, den femte generation af trådløs teknologi.

Forbrugerne forventer i dag mobiltelefon- og internetservice overalt, 24/7.

Industrien hævder, at 5G vil skabe bredbånds motorveje til vores stadigt stigende datatrafik med høj hastighed. Industrien hævder samtidig, at 5G vil reducere kulstofemissionerne.

Men er disse påstande sande? Skal vi ikke før vi implementerer 5G evaluere det miljømæssige fodaftryk samt dens bæredygtighed med rettidig omhu?

Det er spørgsmål, som Miguel Coma forsøger at besvare i sin analyse. (*)

Hvad er nødvendigt i en tid med begrænsede ressourcer?
5G giver en meget lav latenstid og har høj pålidelighed. Den er fantastisk til forbedring af produktiviteten og smidigheden i meget store produktionsanlæg. 5G kunne klart forbedre maskine-til-maskine-kommunikationen i raffinaderier, tobaksprocessen samt fabrikker, der samler motorkøretøjer. (2) Ingen af ​​disse industrier kræver dog et stort offentligt 5G-netværk. Private, (a) on-site 5G-netværk vil derimod kunne gøre det – hvilket også ville giver producenterne øget sikkerhed og kontrol.

Selv mobiloperatørerne indrømmer, at 5G ikke vil ændre noget i forbrugernes dagligdag. (3) Kundeundersøgelser (b) og analytikere (4) har vist, at 4G kan levere på alle nuværende og forudsigelige anvendelser områder.

5G vil heller ikke kunne løse “de hvide pletter”, de områder, hvor signalerne er dårlige eller er ikke-eksisterende. (Og i hvert fald bør vi bevare hvide pletter for at beskytte dyreliv, børn og mennesker, hvis helbred forringes ved udsættelse for elektromagnetisk stråling, der transmitteres af mobil infrastruktur, siger Miguel Coma).

Sidst men ikke mindst: Påstanden om, at 5G vil reducere kulstofemissioner, er en myte, (c) der fuldstændig modsiger hidtil usete forudsigelser om energiforbrug sammenlignet med tidligere generationer.

Energien, der skal brødføde den digitale verden
Industrien for digital information-communication-technologies (ICT) udleder allerede tre procent af de globale drivhusgasser (GHG), hvilket gør industriens fodaftryk meget højere end luftfartens to procent af de globale drivhusgasemissioner.

Figur 1 viser estimaterne for den digitale verdens nuværende elforbrug udarbejdet af Huawei-konsulenten Anders S.G. Andrae Ph.D. (5). Fra venstre mod højre viser den forbrug for netværk, brugerenheder og datacentre. Hver bjælke består af to dele: den nederste del viser sektorens indbyggede energi (forbrugt til fremstilling af enheden eller infrastrukturudstyret). Den øverste del viser, hvor meget energi enheder og infrastruktur bruger under drift.

Netværk (blåt) omfatter 4G og nye 5G-netværk: de bruger allerede betydelige mængder energi. Den største del af dagens energiforbrug går til at betjene brugerenheder (grønt). Imidlertid bruger komplekse brugerenheder som smartphones og bærbare computere firs procent af deres levetids energiforbrug, før de tændes for første gang. Grafen viser gennemsnittet af energiforbruget for alle enheder, inklusive mindre komplekse enheder, som tv eller printere. Datacentre (gråt) er overraskende ICT’s mindste energiforbrugere. Alligevel er over 200 terawatt-timer (TWh) elektricitet ikke et lille nys. Det er nok til at drive over tyve millioner husstande i udviklede lande. ICT-industriens nuværende samlede energiforbrug kan drive over 200 millioner husstande i udviklede lande.

Rebound-effekten af ​​5G: Øget effektivitet betyder øget energiforbrug
Industrien hævder, at 5G vil reducere energiforbruget. Men faktisk vil det være et perfekt eksempel på Jevons Paradox, også kaldet “rebound-effekten”: dvs. at øget effektivitet konkret vil øge energiforbruget. På grund af 5G forventer mobilindustrien en eksplosion i mobil datatrafik (samt produktion af nye enheder og infrastruktur) i et omfang, der rækker langt ud over enhver forbedring, som energieffektivitet kan klare. 5G’s forbedringer i energieffektivitet vil derfor ikke kunne reducere det samlede globale energiforbrug. 5G vil øge det globale energiforbrug.

Figur 2. Grafen viser Andraes prognose for alle netværks elforbrug for det kommende årti. Mobilnetværk ville blive den største energisluger og bruge mere energi end både kablet og Wi-Fi-netværk.

Mobiloperatørernes sammenslutning (GSMA) forudsiger allerede, at “5G-tidsalderens netværk vil være meget mere effektive på en per-bit basis. De er dog indstillet til at bære mange flere bits over flere cellesteder drevet af energikrævende Massive MIMO-antenner, så operatører fra 5G-tidsalderen kan stå over for op til 2-3 gange højere energiomkostninger i forhold til 4G”. (6)

2030: en lys fremtid?

Figur 3. Sammenlignet med 2020 viser Andraes 2030-forudsigelser et stort skift i energiforbruget. Netværk ville blive den største forbruger af elektricitet. Brugerenheder ville blive den mindste, mens datacentre vil blive nr. 2 men med en stor stigning i energiforbruget.

Netværkforbruget vil give en seksdobling af det samlede energiforbrug.
Øget datatrafik fører til øget energiforbrug. Som reference viser den lille boks Storbritanniens årlige elforbrug.
Udover elektricitetsforbruget til 5G og datacentre, vil udvinding og raffinering af malme samt fremstilling af opløsningsmidler og kredsløbskort til milliarder af energieffektive enheder og infrastrukturdele forbruge masser af indbygget energi. Alligevel er den energi der indgår i produktionen af enhederne næsten usynlig på den nederste del af 2030-søjlerne sammenlignet med 5G-tidsalderens elforbrug!

De skyldige
Hvad forbruger al denne elektricitet? Videoer og virtual reality spiser som voksende teenagere. Cirkeldiagrammet viser, hvad videostreaming bruger på eksisterende 4G-netværk (7).

Figur 4. Datacentre (grå) bruger betydelige mængder energi. Hvis vi går med uret, viser den lille lyseblå stribe det internationale kablede internet. Det er ret ubetydeligt i forhold til datacentre. Den mørkeblå sektion, 4G-netværket, står for tærtens største del. Denne energi bliver spist, når videodata når mobilmasten nærmest dig, når de elektromagnetiske bølger transporterer dataene gennem luften (trådløst) til din mobiltelefon. En smartphones 4G-forbindelse bruger også meget energi bare for at modtage data. Endelig viser det grønne område den energi, som din mobiltelefon bruger til at behandle en videos data.

Hvis vi sammenligner energiforbruget for fem minutters virtual reality (VR) med fem minutters video, forbruger VR 11 gange mere energi, når du bruger det samme mobilnetværk. I dag er 66 % af data på mobilnetværk allerede dedikeret til videotrafik. Prognosen forudsiger, at dette vil stige til 77 % i 2026.

5G fra vugge til grav
Lad os se på, hvad 5G vil forbruge fra vugge til grav – forbruget fra dens fremstilling og til dens endeligt. Lad os starte med fremstillingen af ​​smartphones. Det er meget svært at beregne, hvor meget energi og udvinding, der kræves for at fremstille milliarder af smartphones, der indlejrer nye 5G-forbundne chips.

Så er der Internet of Things. 5G-industrien har som mål at forbinde milliarder af enheder, som også skal fremstilles: din smartphone kan modtage beskeder (fra din chip i køleskabet, der er fyldt med chippet appelsinjuice) om, hvad du skal købe hos købmanden. Mobilnetværkene får brug for millioner af nye antenner og tunge batterier som reservestrøm. Datacentre skal udvides. Driften af 5G-netværk vil være blandt de største energiforbrugere i ligningen. Ud fra Anders Andraes forudsigelser om 2030 energiforbruget, så kan vi regne ud, hvor mange kraftværk der skal bruges for at drive et mobilnetværk. Mens 2-reaktoranlægget kan forsyne to til otte millioner vesteuropæiske husstande i dag, vil 5G-tidsalderens mobilnetværk rundt om i verden kræve 38 sådanne atomanlæg. (8) Energiforbruget på disse 5G-netværk kommer oveni det eksisterende mobilnetværks energiforbrug.

Hvis du ikke kan lide atomreaktorer, kan vi bruge 18.000 260 meter høje vindmøller (9), hver næsten på størrelse med Eiffeltårnet. (Selvfølgelig leverer industrielle vindmøller kun intermitterende strøm, så vi har også brug for backup-elektricitet fra naturgas, kul, vandkraft eller atomkraft; og fremstillingen af disse møller vil kræve masser af neodym; og driften af disse turbiner vil kræve olie til gearakslen).

Disse tal tager ikke højde for fremstillingen eller brugen af datacentre eller vores individuelle enheder. De tager ikke højde for det e-affald, der genereres af 5G-infrastrukturen. Hvert år smider vi allerede smartphones (og de ædle metaller, lithium-ion-batterier og sjældne jordarter i dem) væk, der samlet har en vægt svarende til 47 Eiffeltårne. (10)

5G-tidsalderens drivhusgasser
Hvad angår 5G’s drivhusgasemissioner (baseret på det nuværende energimix og mængden af ​​drivhusgasser, der udledes ved produktion af elektricitet), ville mobilnetværket alene generere yderligere 540 megaton CO2. (11) Kablede og Wi-Fi-netværk vil udlede omtrent samme mængde. Datacentre genererer endnu flere drivhusgasser. Samlet set vil ICT inden for 10 år tilføre et årligt drivhusgasforbrug på i alt 1600 megatons. (Luftfartsindustrien udledte 900 Mt i 2018.) Hvis vi er heldige og kan opfylde de strenge 2030-målsætninger (12) for reduktion af CO2-emissioner, når vi producerer elektricitet, ville vi stadig udlede 840 megatons.

Det er en ganske betydelig mængde drivhusgasser.

Hvem skal betale regningen?
Lad os blive ved det simple: Hvem skal betale for de nye kraftværker, der skal forsyne 5G-tidsalderens netværk og datacentre? Hvem skal betale energiregningerne? Vil forbrugere, der er udmærket tilfredse med 4G, betale for 5G’s energiregning? Det ville være meget naivt at forvente, at infrastrukturproducenterne eller -operatørerne vil absorbere 5G’s enorme energiomkostninger og ikke opkræve slutbrugerne.

Jeg forstår heller ikke, hvorfor industrien vil have offentlige 5G-netværk. De private netværk ville nemlig give sikkerhed.

Som afslutning

• Hvordan kan vi tillade en storstilet 5G-udrulning, når så mange nationer har forpligtet sig til at reducere drivhusgasemissionerne dramatisk?
• Hvordan kan EU’s og USA’s politikker ignorere rebound-effekten ved implementeringen af 5G?
• Hvorfor vil vore politikere blindt understøtte teleindustriens dagsorden og fuldstændig ignorere, at 5G’s implementering øger energi- og ressourceforbruget?

Kilder:
*) Miguel Coma er ingeniør i telekommunikation samt informationsteknologiarkitekt. Efter over to årtiers professionel aktivitet i forskellige brancher begyndte han at skrive, holde foredrag og rådgive om vores digitale miljøaftryk. Han tror på menneskers potentiale til at bruge teknologi klogt samt skabe bæredygtige fremskridt.
Artiklen blev oprindelig publiceret den 29. september 2021 i Wall Street International Magazine: https://wsimag.com/science-and-technology/67085-energy-policies-in-the-hyperconnected-era
a) https://assets.new.siemens.com/siemens/assets/api/uuid:ebfabd16-3356-49a1-bc1e-1675f8855190/is-5g-already-robust-enough-for-the-industry.pdf
b) ”Alligevel skriver Huaweis Green 5G-papir trygt, at når det kombineres med andre teknologier (kunstig intelligens, cloud, virtualisering, tingenes internet), kan 5G hjælpe forskellige brancher med at øge deres energieffektivitet. Ved at kombinere “5G” med et eller flere buzzwords i én sætning skabes et røgslør og skjuler en simpel virkelighed: 5G er en trådløs forbindelsesteknologi. Brug af en 5G-forbindelse beviser ikke, at 5G er den bedste eller eneste mulige forbindelse tilgængelig. Faktisk kunne vi realisere mange miljømæssige fordele ved at bruge mindre energihungrende teknologier. Uden bevis antager Huaweis rapport fejlagtigt, at Internet of Things (IoT) teknologier (såsom autonome køretøjer, elbiler, trafikoptimering, smarte byer og smart grids) kræver 5G. Faktisk har uafhængige analytikere for alvor udfordret fordelen ved 5G for IoT. (se William Webb, 5G-myten, tredje udgave, 2019; Matt Hatton, William Webb, The Internet of Things Myth, 2020). Huaweis påstande om, at 5G muliggør disse teknologier og energieffektivitet, er helt forkerte.” https://www.bcg.com/publications/2015/telecommunications-customer-insight-uncovering-real-mobile-data-usage-drivers-customer-satisfaction
c) https://wsimag.com/science-and-technology/64080-green-5g-or-red-alert
1) Timothy Schoechle, Re-Inventing Wires: The Future of Fastlines and Networks, 2018. https://electromagnetichealth.org/electromagnetic-health-blog/wires-long-press-release/
2) Matt Hatton & William Webb, The Internet of Things Myth, 2020.
3) Det Franske senat den 10. juni 2020: ”Udbredelse af 5G og digital udvikling af Frankrig – Høring af Martin Bouygues, formand og administrerende direktør for Bouygues-koncernen”. Mr. Olivier Roussat, bestyrelsesformand og adm. direktør for Bouygues Telecom citeres for flg.: “…for kunderne, vil det faktum at 5 vises i stedet for 4, få kunden til at bedømme det mere effektivt pr. refleks. Til gengæld vil det ikke ændre noget i forbrugerens dagligdag frem til 2023. Hastigheden vil faktisk ikke rigtigt kunne mærkes. (…) Det er en operatørinteresse, som absolut ikke opfattes af slutforbrugeren.”
https://www.senat.fr/compte-rendu-commissions/20200608/devdur.html
4) William Webb, The 5G Myth, 3. udgave, 2019. Se mere her:
https://www.cambridgeindependent.co.uk/business/is-5g-really-worth-developing-9103815/
5) Kilde til alle grafer: Anders Andrae, Projecting the chiaroscuro of the electricity use of communication and computing fra 2018 til 2030, 2019 (Ifølge forfatteren, en enormt optimistisk prognose). https://www.researchgate.net/publication/331047520_Projecting_the_chiaroscuro_of_the_electricity_use_of_communication_and_computing_from_2018_to_2030
6) GSMA, 5G-æraens omkostningsudvikling for mobilnetværk, 2019.
https://www.gsma.com/futurenetworks/wiki/5g-era-mobile-network-cost-evolution/
7) Yan M. et al., Modeling the Total Energy Consumption of Mobile Network Services and Applications, 2019, fig. 5.(b) (Videoafspilning) – ved hjælp af 4G makroceller. https://www.researchgate.net/publication/330201584_Modeling_the_Total_Energy_Consumption_of_Mobile_Network_Services_and_Applications
8) Vores verden I data kan energiforbruget pr. indbygger for udviklede vestlige lande variere årligt fra 4 til 16 MWh. Det 2-reaktor atomkraftværk producerer en årlig 2 × 1750 MW × 8760 h = omkring 30 millioner MWh, der kan drive 2 til 8 millioner mennesker. Andrea forudser en 2020-2030 stigning i elforbrug på mobilnetværk på 1300-136 TWh = 1164 TWh årligt eller en kontinuerlig effekt på 1164 / 8,76 GW = 133 GW. For kun at drive 5G-mobilnetværk har vi derfor brug for omkring 133 ÷ 3,5 = 38 kernekraftværker.
https://ourworldindata.org/grapher/per-capita-electricity-consumption
9) Den største havvindmølle (Haliade-X) producerer 12 megawatt (MW) strøm, når der er hård vind. 12 MW er 0,012 GW. For at kompensere for manglen på vind skal vi anvende en kapacitetsfaktor (en meget generøs 0,63 for denne mølle). For kun at drive 5G-mobilnetværk har vi derfor brug for omkring 133 ÷ (0,63 × 0,012) = 17593 Haliade-X-turbiner.
10) United Nations University og ITU, The Global e-Waste monitor 2017. Smartphones vil generere 473.000 tons e-affald i 2020 (47 Eiffeltårne ​​på 10.100 tons hver).
https://collections.unu.edu/eserv/UNU:6341/Global-E-waste_Monitor_2017__electronic_single_pages_.pdf
11) Andrea forudser en 2020-2030 stigning i elforbruget på mobilnet på 1300-136 TWh = 1164 TWh årligt. Ifølge IEA.org var kulstofintensiteten for elproduktion i 2019 463 gCO2/kWh. Dette fører til en årlig 1.164 PWh × 463 MtCO2/PWh = 539 MtCO2.
12) Ifølge IEA.org er det globale 2030-mål om at reducere kulstofemissioner, mens der produceres elektricitet, 240 gCO2/kWh.
https://web.archive.org/web/20210311164142/https:/www.iea.org/reports/tracking-power-2020

Se mere her:
https://nejtil5g.dk/dokumenter/klima-og-miljo-konsekvenser/

Please follow and like us: