科技環境與永續發展

戴匡/NII產業發展協進會研究員

資料中心普及與環境傷害

一篇刊載於《自然》(Nature)科學期刊中的研究指出[1],資通訊產業很快就會占據全球總用電量20%,其中約莫三成的用電需求將來自資料中心,換言之,該產業耗用自然資源的幅度未來只會繼續增加,不會減少。美超微電腦股份有限公司(Super Micro Computer,Supermicro)於2020年發布的《第三年度Supermicro資料中心暨環境報告》(The third annual Supermicro Data Centers & The Environment Report)[2]也點出,隨著資料中心的規模與效能日益增加,耗電量亦屢創新高。目前幾乎所有地區都對投資興建資料中心興致勃勃,各個組織正增加對伺服器、資料庫及其他資料中心基礎設施的投資,其中以亞太區擁有最多資料中心。由此可見,資料中心對環境構成的衝擊已是不得忽視的嚴正議題。

實務上,資料中心衍生的環保議題已受到環保團體的重視,例如,2021年12月、荷蘭小鎮Zeewolde通過Facebook資料中心建設計畫[3]就遭受批評。根據目前預估,該中心每年將消耗13 億 8 千萬度電,且其消耗的能源相當於擁有46萬人口的城市,儘管Facebook母企業Meta一再強調將與利害關係者合作,將新興可再生能源引入電網,並保證中心僅使用再生能源營運,但仍遭國內環保團體無情砲火,他們擔憂荷蘭可能無法達成2030年的減碳目標。

根據資料中心基礎設施研究機構Uptime Institute調查[4],大部分資料中心積極追蹤耗電量,因為電力是資料中心最大的營運成本,然而,由於用水及排碳並不在企業的商業考量中,多數資料中心營運商未衡量其電子垃圾處理計畫對用水量或排碳量之影響,根據相關統計,目前僅有一半的管理人員會追蹤用水量;約莫33%管理人員會監控排碳量或電子垃圾。

資料中心之所以如此不環保,很大原因是約40%能源用於冷卻IT設備[5]。產業專家指出,在寒冷地區建立資料中心有助於減少碳排,然而,將所有資料中心遷移到寒帶國家顯得不切實際,且隨著越來越多國家要求在當地儲存公民資料,遷移資料中心的方案更是天方夜譚,此外,由危險化工製品製成的IT設備冷卻劑也構成另外汙染源。再者,由於能源供應是資料中心的關鍵業務[6],因此各中心皆配備備用電池,而備用電池零件以及廢電池造成的毒害也都會影響環境,部分伺服器中心甚至使用汙染性較高的柴油燃料。

加密貨幣挖礦也加劇全球暖化

除資料中心外,近年吸引大量投資人的加密貨幣浪潮也加劇全球暖化[7]。加密貨幣產業須投入大量運算技術進行驗證(俗稱挖礦),而這需要相當高效且耗能的電腦設備。隨著加密貨幣日益普遍,挖礦行動已從散戶轉變為大型礦場系統,當軟硬體設備愈先進,就愈有機會盡快算出答案、取得價值不斐的加密貨幣。這類系統通常包含數百萬臺高度專業的電腦設備,除成本高昂外,尚須大規模空間與足夠的冷卻能力,防止24小時運轉的設備過熱當機,也因此使加密貨幣體系成為耗電量極高的產業。

在所有加密貨幣中,比特幣更被點名已造成嚴重汙染,根據劍橋大學比特幣電力消耗指數(Bitcoin Electricity Consumption Index)[8],比特幣每年消耗的電力超過馬來西亞或瑞典等國家一年的能源用量。此外,根據一項2018年發表於學術期刊《自然氣候變化》(Nature Climate Change)的研究[9],因比特幣成長導致的碳排放相當可觀,最快將於2033年導致全球升溫攝氏2度。

有論者認為可用再生能源進行挖礦,但根據相關研究[10],目前僅有39%挖礦是運用再生能源,此外,即使在積極利用再生能源的美國,也有大量非環保礦場。例如,賓州一間名為Stronghold的比特幣挖礦公司收購燃煤發電廠Scrubgrass以進行比特幣挖礦,且案例可不止這一樁。目前未見獎勵挖礦產業利用可再生能源的相關措施,因此為降低成本,產業通常選擇便宜好取得的能源來源。

各國也開始正視比特幣造成的環境衝擊,例如,瑞典政府因擔憂無法達成《巴黎協定》(Paris Agreement)設下的環境目標,呼籲歐盟明文禁止加密貨幣挖礦[11],儘管針對加密貨幣產業徵稅,以及宣傳其對環境的影響也可產生些許效果,但由於加密貨幣產業的急速成長,上述方法並無法解決燃眉之急。

如何善用科技保護地球

資料中心與加密貨幣產業必然存續,因此緩解其環境衝擊已是重中之重。《歐洲資料中心能源效率行為準則》(The European Code of Conduct for Data Centre Energy Efficiency)計畫[12]就是一項很好的嘗試,該計畫為歐盟資料中心營運者提供應遵循的一般原則及實際行動,透過這些原則與行動,將可更經濟有效的利用能源。簽署方有義務遵守該準則及相關承諾,成效卓著者將有機會獲得《歐盟資料中心行為準則獎》(EU Data Centres Code of Conduct Awards)。

Amazon、Apple、Microsoft及Facebook等科技巨頭對環境承諾也發揮領頭羊的作用,它們承諾在不久的將來完全使用可再生能源[13]。工程顧問公司RED Engineering Design執行長Ian Whitfield建議,組織以「節能設計」的方式建設資料中心,同時採用最新建築技術並建立採購相關素材的整體供應鏈。透過在一開始即建立永續且高效的措施,並利用最新技術,企業可確保資料中心營運、維護、維修及翻新的品質;轉而使用更加環保的素材;同時透過更聰明且乾淨的方式使用能源及水資源。此外,部分企業還開始探索運用風力、水力或太陽能等可再生能源為資料中心供電,並透過技術優化及提升效能。最後,部分資料中心也已透過部署人工智慧(Artificial Intelligence,AI)[14]降低耗能,AI可分析資料輸出、濕度、溫度及其他重要統計資料,找到能提高效率、降低成本及總能源消耗的方式。

加密貨幣產業也開始透過改變運算技術減少能源消耗,以緩解對環境造成的危害[15]。例如,加密貨幣平臺以太坊(Ethereum)打算改變過往讓用戶花錢買挖礦機或繳交鉅額電費的模式,未來客戶可直接花錢購買加密貨幣。以太坊創辦人Vitalik Buterin表示,此機制有顯著節能效果,可減少的耗能是過往的100倍。然而,除改善挖礦機制外,尚須透過國際合作對加密貨幣挖礦進行監管並制定相關指標[16]

結語

無論是資料中心或是加密貨幣挖礦,其對環境造成的汙染已班班可考,各國政府及相關產業已開始正視,並推出應對政策及措施,未來應持續關注國際間的相關進展。

[1] Nicola Jones(2018). How to stop data centers from gobbling up the world’s electricity, Nature, vol. 561, No. 7722.檢自:https://www.nature.com/articles/d41586-018-06610-y (Jan. 17 , 2022)

[2] Supermicro (2020). The third annual Supermicro Data Centers & The Environment Report. 檢自:https://www.supermicro.com/zh_tw/white-paper/datacenter-report (Jan. 17 , 2022)

[3] Nichola Daunton (2022). Could a new Facebook data centre throw the Netherland’s off its climate path? euronews.green.

檢自:https://www.euronews.com/green/2022/01/06/could-a-new-facebook-data-centre-throw-the-netherland-s-off-its-climate-path (Jan. 17 , 2022)

[4] Rich Miller (2021). Uptime: Most Data Centers Still Not Tracking Environmental Impact. Data Center Frontier. 檢自:https://datacenterfrontier.com/uptime-most-data-centers-still-not-tracking-environmental-impact/ (Jan. 20, 2022)

[5] Charlotte Trueman (2022). Why data centres are the new frontier in the fight against climate change. Computerworld. 檢自:https://www.computerworld.com/article/3431148/why-data-centres-are-the-new-frontier-in-the-fight-against-climate-change.html (Jan. 20, 2022)

[6] 能源成本占資料中心營運開銷的70%至80%。

[7] Yahoo新聞(2021)。加密貨幣竟然加速全球暖化?比特幣「挖礦」年用電量竟超出阿根廷、荷蘭。檢自:https://reurl.cc/KpQQZq (Jan. 21, 2022)

[8] 研究資料參考劍橋大學官方網站:https://ccaf.io/cbeci/index

[9] Patrick J.Kiger (2021). Cryptocurrency Has a Huge Negative Impact on Climate Change. Howstuffworks. 檢自:https://science.howstuffworks.com/environmental/conservation/issues/cryptocurrency-climate-change-news.htm (Jan. 21, 2022)

[10] Emma Newbery (2021). 4 Facts That Prove Bitcoin Is Still Disastrous for the Environment. the ascent. 檢自:https://www.fool.com/the-ascent/cryptocurrency/articles/4-facts-that-prove-bitcoin-is-still-disastrous-for-the-environment/ (Jan. 21, 2022)

[11] Owen Hughes (2021). Cryptocurrency: Should Bitcoin mining be curbed in Europe? Swedish authorities say yes. ZD Net. 檢自:https://www.zdnet.com/article/cryptocurrency-should-bitcoin-mining-be-curbed-in-europe-swedish-authorities-say-yes/ (Jan. 21, 2022)

[12] 參考ICT footprint eu官方網站介紹:https://ictfootprint.eu/en/eu-code-conduct-data-centre-energy-efficiency-0

[13] 同註5。

[14] Chris Gamble, Jim Gao (2018). Safety-first AI for autonomous data centre cooling and industrial control. DeepMind. 檢自:https://deepmind.com/blog/article/safety-first-ai-autonomous-data-centre-cooling-and-industrial-control (Jan. 21, 2022)

[15] 同註7。

[16] André François McKenzie (2018). How can we reduce Bitcoin pollution? Yale Environment Review. 檢自:https://environment-review.yale.edu/how-can-we-reduce-bitcoin-pollution-0 (Jan. 21, 2022)

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