Thursday, 3 December 2020
Facebook
Twitter

Työmatka vai etäkokous, televisio vai suoratoisto? Nettipalvelut voivat tuntua ekologisilta, mutta aina se ei ole totta

Yksi kevyt napinpainallus.

Siitä lähti suosikkisarjan jakso tai vaikka koko kausi pyörimään Netflixissä.

Nettipalvelut tuntuvat helpoilta ja ekologisilta. Kun pysyy kotona netin ääressä, se pienentää hiilijalanjälkeä ja hillitsee ilmastonmuutosta. Eikö niin?

Kaistanleveys ratkaisee CO2-päästöt

Datavirran leveys kasvaa kuvanlaadun parantuessa, mikä näkyy suoraan mobiilitukiaseman kuluttamassa energiassa ja CO2-päästöissä. Musiikin suoratoisto ei kuluta juuri mitään, mutta viisi tuntia 4k-videota mobiiliverkon yli merkitseekin jo kilogrammaa hiilidioksidia. Videon resoluution laskeminen ja etenkin päätelaitteen yhdistäminen wlan-tukiasemaan parantavat tilannetta selvästi.

Lähteet: Spotify, Netflix, Elisa, Motiva

Näin voisi kuvitella, mutta aina se ei ole totta.

Mobiililaitteet kuluttavat vain vähän virtaa, mutta omien laitteiden energiankulutus onkin vasta jäävuoren huippu. Suurimmat, kymmen- tai satakertaiset päästöt syntyvät näkymättömissä.

Internetin hiilijalanjälkeä täytyy tarkastella ketjun kaikissa osissa: päätelaitteissa, tiedonsiirrossa ja tiedon varastoinnissa. Se ei ole yksinkertaista, varsinkaan jos samalla huomioi uudenlaiset kuluttamisen tavat.

Päätelaitteiden kulutus on helppo selvittää kulutusmittarilla itsekin. Tavallinen pöytätietokone kuluttaa nettikäytössä 50 wattia ja näyttö toiset 50 wattia, joten energiaa kuuluu tunnissa 100 wattituntia eli 0,1 kilowattituntia (kWh).

Läppärin lataaminen täyteen vei mittauksessamme 0,07 kWh. Akku kestää 10 tuntia aktiivista käyttöä, josta tuntikulutukseksi saadaan seitsemän wattia. Älypuhelimen energiatehokkuus on vielä parempi: tuntikulutus on vain noin kaksi wattia.

4k-tarkkuuden oled-älytelevisio kuluttaa tavallisella tv-kuvalla 70–120 wattia, tosin poikkeuksellisen kirkkaalla kuvalla hetkellisesti jopa 200–300 wattiakin.

Motivan ilmoittama keskimääräinen sähköntuotannon CO2-päästö Suomessa on 141 g/kWh, joten 100 watin laite aiheuttaa tunnissa 14,1 gramman hiilidioksidipäästöt ja vuorokaudessa määrä on siten noin 340 g CO2.

Suoratoistossa kaistanleveys ratkaisee hiilijalanjäljen. Vähiten energiaa kuluttaa musiikin suoratoisto, ja jos sen muuttaa hiilidioksidiksi mobiilidatan keskimääräisellä sähkönkulutuksella ja Suomen keskimääräisellä sähköntuotannon CO2-päästöllä, päästömäärä on tunnissa 1,1 grammaa CO2:ta. Seuraavaksi vähiten tuottaa matalan resoluution sd-video (19,4 g), nettivideo (42,3 g) ja hd-tason video (84,6 g). Eniten kuluttaa 4k-videon suoratoisto mobiiliyhteyden kautta: yhdessä tunnissa syntyy 197,4 gramman CO2-päästö.

Mobiilidatan siirto vaatii tehoa

Päätelaitteiden kulutus on helppo selvittää, mutta kun aletaan tarkastella datan siirtämistä, siirrytään arvioihin.

Erittäin suuren siivun netinkäytön energiasta haukkaa operaattori siirtäessään bittejä palvelun ja käyttäjän välillä.

Valokuituun perustuvat runkoverkot ovat hyvin energiatehokkaita, samoin koteihin tulevat kuituyhteydet. Kodin langaton wlan-reititin ei sekään kuluta kovin paljon.

Valtaosa asiakkaista käyttää kuitenkin mobiilidataa, osa jopa kodin ainoana liittymänä.

Datankäyttö Suomessa 2008-2020

Suomi on mobiilidatankäytön ykkösmaa koko maailmassa: 80 prosenttia liittymistä on vailla datakattoa, ja 29 prosenttia internetin liikenteestä tulee mobiililiittymistä.

Lähde: Etla/Finnet

Kiinteähintaisten liittymien takia Suomi johtaa mobiilidatassa koko maailman tilastoja. OECD:n arvion mukaan vuonna 2019 meillä yhtä mobiililaajakaistaliittymää kohden siirrettiin 23,48 gigatavua kuukaudessa, kun OECD:n keskiarvo oli 5,8 Gt/kk.

Liikenne- ja viestintävirasto Traficomin arvio oli 36,3 gigatavua/kk jokaista suomalaista kohti vuonna 2019.

Vanha 3g-verkko kuluttaa samalla datamäärällä sähköä jopa 20-kertaisesti uuteen 5g-tekniikkaan verrattuna. Vaikka 5g on energiatehokasta, se tarvitsee aiempaa enemmän tukiasemia, mikä yhdessä jatkuvasti kasvavan datamäärän kanssa syö osan hyödystä.

Operaattoreista vain Elisa ilmoittaa oman mobiilin datasiirtonsa energiatehokkuuden: 0,2 kWh/Gt vuonna 2019. Hiilidioksidina se on keskimäärin siis 28,2 g CO2/Gt.

Gigatavuja kuitenkin siirretään maailmassa koko ajan valtavasti. Kansainvälinen energiajärjestö IEA arvioi, että vuonna 2019 maailman tietoliikenneverkot kuluttivat energiaa 250 terawattituntia (TWh) eli 250 miljardia kilowattituntia – siis keskimäärin 32 kWh jokaista maailman ihmistä kohti.

Lopulliseen kulutukseen vaikuttaa myös siirrettävä etäisyys. Kansainväliset toimijat hyödyntävät cdn-sisällönjakeluverkkoja, joissa eniten kulutettu data, kuten suosituimmat elokuvat, pyritään siirtämään valmiiksi lähelle kuluttajia. Se vähentää verkon kuormitusta ja jakelun kustannuksia.

KESKUSTEN MÄÄRÄ JA SITEN ENERGIANKULUTUS OVAT ENNEMMINKIN KASVUSSA KUIN VÄHENEMÄSSÄ.

Kun kaikki data on pilvessä, asiakas ei kuitenkaan voi tietää, tuleeko hänen sisältönsä naapurikaupungista vai toiselta puolelta maapalloa.

Omaa ympäristörasitustaan voi yrittää vähentää hillitsemällä mobiilidatan käyttöään: rajaamalla ruutuaikaansa mobiililaitteilla, valitsemalla videoiden suoratoistoon matalamman (ja silti aivan riittävän) resoluution sekä käyttämällä 3g- ja 4g-verkkojen sijaan 5g-verkkoa tai kaikkein mieluiten wlania eli wifi-verkkoa.

Palvelinten tehdassalit

Nettipalveluiden sisältökään ei ilmesty tyhjästä eikä päästöittä. Datasiirron toisessa päässä on videopalvelun, verkkokaupan tai hakukoneen konesali eli palvelinkeskus, jotka ovat varsinaisia datatehtaita – myös sähkönkulutuksensa puolesta.

Facebookilla on iso palvelinkeskus Ruotsin Luulajassa. Google osti Haminan paperitehtaan vanhan kiinteistön vuonna 2009.

Datakeskusten energiankulutus on suurta, mutta niistä on saatavilla lukuarvoja lähinnä vain keskusten ympäristölupien kautta. Tietoa on koottu esimerkiksi Elinkeinoelämän tutkimuslaitos ETLAn raporttiin Informaatiosektorin energian- ja sähkönkäyttö Suomessa (2020).

Googlen Haminan-datakeskuksen vuoden 2010 ympäristöluvassa vuosittaiseksi sähköenergiankäytöksi on ilmoitettu noin 280 GWh.

Suuri osa palvelinten energiasta muuttuu lopulta hukkalämmöksi, ja vuonna 2015 Googlen keskukselle on annettu lupa purkaa mereen 2 200 terajoulen (610 GWh) verran lämpöenergiaa vuodessa.

Googlen palvelinkeskus Haminassa on rakennettu vanhaan paperitehtaaseen.

Muidenkin suurten palvelinkeskusten kulutukset ovat samaa kokoluokkaa. Telian Helsingissä sijaitsevan 200 000 serverin palvelinkeskuksen teho olisi ympäristöluvan mukaan 24 megawattia eli 210 GWh vuodessa, jos se pyörisi koko ajan täydellä kapasiteetilla.

Pelkästään näille kahdelle datakeskukselle ilmoitettu energiankulutus, Googlen 280 GWh ja Telian täyden tehon 210 GWh, vastaa 0,73 prosenttia Suomen kaikesta sähköntuotannosta, joka Tilastokeskuksen mukaan vuonna 2018 oli 67 532 GWh.

Yhteensä isoja datakeskuksia on Suomessa ehkä noin 50 – muut toki Googlen ja Telian jättikeskuksia pienempiä.

Tuotantotapa ratkaisee

Suomen informaatiosektorin kulutus kokonaissähköntuotannosta on 2010-luvulla vaihdellut yhden prosentin kummallakin puolen. Muissa Euroopan maissa se on noin 0,5–3 prosenttia. Lukuisten suurten datakeskusten maa Irlanti on omassa luokassaan yli kuuden prosentin sähkönkulutuksella.

PUE-luku kertoo tehokkuudesta

Konesalien energiatehokkuutta mitataan ns. PUE-lukuna (Power Usage Effectiveness), joka saadaan jakamalla datakeskuksen kokonaiskulutus pelkkien palvelinten kulutuksella. Mitä vähemmän ilmastointia ja muuta oheiskulutusta tarvitaan, sitä lähempänä suhdeluku on ykköstä.

Moderneissa konesaleissa saavutettu luku 1,1 kertoo, että jäähdytys- ym. energiaa tarvitaan vain 10 prosenttia palvelinten kuluttaman energian lisäksi. Vielä muutama vuosi sitten PUE-luku oli lähellä kahta ja aiemmin sitäkin korkeampi.

Päästöissä paljon riippuu siitä, millä tavalla sähköenergia tuotetaan. Vaikka Suomen tuotannon keskimääräiseksi päästöksi ilmoitetaan 141 g CO2/kWh, esimerkiksi Irlannissa se on 291 g CO2/kWh. IEA:n mukaan maailman sähköntuotannon keskimääräinen hiilijalanjälki on 475 g CO2/kWh (2019).

IEA arvioi koko maailman datakeskusten vuonna 2019 kuluttaneen 198 terawattituntia eli noin prosentin koko maailman sähköntuotannosta. Lähes kaksinkertaisia arvioitakin on esitetty. EU arvioi vuonna 2018, että yksistään Euroopan palvelinkeskukset kuluttavat 97 TWh vuodessa.

Kylmissä maissa palvelinten hukkalämpöä voidaan sentään hyödyntää kaukolämpönä.

Google kertoo omien datatehtaidensa olevan hiilineutraaleja, sillä esimerkiksi Haminan-keskuksen sähköstä 97 prosenttia ilmoitetaan saatavan tuulienergiasta. Muissa Googlen keskuksissa energiankulutusta kompensoidaan muun muassa istuttamalla puita. Google kehuu myös palvelinsaliensa energiatehokkuutta.

Datakeskusten kokonaisuus on kuitenkin se, mikä ratkaisee. Keskusten määrä ja siten energiankulutus ovat ennemminkin kasvussa kuin vähenemässä, ja kaikkien datakeskusten kulutusta tuskin katetaan vihreällä sähköllä. Vuonna 2030 sähkönkulutus voi olla jo moninkertainen nykyisiin määriin verrattuna.

Internetliikenteen kasvu 2006–2020

Maailman internetliikenne kasvaa kiihtyvällä vauhdilla. Kuluttajien osuus ip-liikenteestä on jatkuvassa kasvussa, ja viime vuosina se on ollut noin 83 prosenttia.

Lähde: Etla/Cisco

Maailmanlaajuisen lentoliikenteen CO2-päästöjen arvioitiin vuonna 2019 olleen 915 miljoonaa tonnia eli noin kaksi prosenttia koko maailman CO2-päästöistä, ja palvelinkeskusten sähkönkulutuksen hiilijalanjälki on samassa suuruusluokassa, etenkin jos mukaan lasketaan tiedonsiirron vaikutuksia.

Moni välttelee lentämistä ympäristösyistä mutta jää sen sijaan kotiin katsomaan maratonina HBO- tai Netflix-sarjoja, pahimmillaan mobiiliyhteyden kautta. Asetelmassa voi nähdä ristiriitaisuutta.

Valinnat vaikuttavat

Kun ketjun eri osat huomioidaan, nettipalvelun oletettu vihreys alkaakin haalistua. Perusväri saattaa kuitenkin yhä säilyä, jos tarkastelemme, millaisia toimintoja verkkotalous on korvannut – esimerkiksi oman auton käyttöä.

Olemme laskeneet muutamia malliesimerkkejä. Vertailun helpottamiseksi muunsimme sähkönkulutuksen CO2-päästöiksi käyttäen Suomen operaattorien ja energiatuotannon keskiarvoja.

Pilvestä tulevat datastriimit voivat olla peräisin mistä tahansa maailmasta, jolloin todelliset päästöt ovat korkeammat. Kyse on siten vain arvioista. Laskelmissa ei myöskään ole huomioitu laitteiden elinkaarikustannuksia, vaikka niiden osuus etenkin mobiilitekniikassa on merkittävä.

Kaikkein vaikeinta on arvioida digitalisaation vaikutusta käyttäytymis- ja kulutustottumuksiin. Muutokset saattavat nollata päästövähennysten hyödyt tai jopa lisätä ympäristökuormitusta.

Energiankulutus on lopulta vain yksi osa isossa kokonaisuudessa. Tärkeintä ei lopulta ole se, mitä käytämme vaan se, miten käytämme.

Kumpi on parempi, perinteinen vai digitaalinen?

Internetin myötä työnteon ja kuluttamisen tavat ovat muuttuneet perustavanlaatuisesti. Mutta kumpi on parempi, perinteiset vai uudet tavat? Yhtä vastausta ei ole, ja moni asia riippuu omista valinnoista, kuten oheisista esimerkeistä ilmenee.


Esimerkki 1: Työmatka vai etäkokous?

Esimerkiksi Microsoftin Teams-ohjelmaa käyttävät palaverit ovat yleisiä ammateissa, joissa voidaan tehdä etätöitä. Onko se ympäristöystävällisempää kuin perinteinen työtapa?

Perinteinen: Vuonna 2015 työmatkan pituus yhteen suuntaan oli keskimäärin 14 kilometriä. Keskimääräisellä autolla päästöjä syntyy 4 351 g CO2, pääkaupunkiseudun bussiliikenteessä matkustamalla 1 744 g (HSL 2016).

Digitaalinen: Etäpalavereissa tietotekniikka vihertää kirkkaana. Datasiirto on yleensä Suomen sisäistä ja bittivirta noin megabitti sekunnissa (1 Mb/s). Pöytäkoneella tunnin palaverin päästöiksi tulee mobiilidatalla 34 grammaa eli 0,15 kWh (pc) + 0,09 kWh (mobiilidatasiirto) = 0,24 kWh á 141 g CO2. Koko 7,5 tunnin työpäivä Teamsissä tuottaisi siten 255 g CO2. Läppärin tai älypuhelimen liittäminen kodin lähiverkkoon pudottaa lukemaa vielä selvästi pienemmäksi.

Johtopäätös: Teams-palaveri tuottaa murto-osan ajomatkan päästöistä. Tilannetta mutkistaa se, että harvaa työtä voi tehdä etänä ainakaan kokonaan.


Esimerkki 2: Televisio vai suoratoistoa?

Musiikin ja videon suoratoisto on lähes syrjäyttänyt levyjen ostamisen ja vähentänyt myös tv-kanavien katselua.

Perinteinen: Kaksi tuntia tv:n katselua 55-tuumaisella oled-taulutelevisiolla (85 W) kuluttaa 0,17 kWh sähköä eli 24 g CO2. Television jakeluverkon (antenni tai kaapeli) osuutta ei ole laskettu, mutta se on melko pieni. Elokuvan toisto blu-ray-soittimelta lisää sähkönkulutusta noin 20 prosenttia.

Digitaalinen: Älypuhelimella kahden tunnin suoratoisto mobiililiittymästä (Netflix, Yle Areena, Youtube) tuottaa noin 25 gramman päästöt eli saman verran kuin ison television katselu. Jos mobiilistriimin kuva siirretään vielä lisäksi televisioon, päästöt tuplaantuvat 50 grammaan.

Suoratoiston päästöt riippuvat kuvanlaadusta, sillä 4k-kuva 4g-yhteydellä siirrettynä kasvattaa päästöt jo 395 grammaan (7 Gt/h).

Johtopäätös: Yhtä elokuvaa koskeva laskelma ei ole realistinen, koska katsomisen tavat ovat muuttuneet. Ennen perhe kokoontui olohuoneen sohvalle katsomaan samaa ohjelmaa, nyt jokainen katsoo ohjelmia omalta laitteeltaan. Tv-sarjoja katsotaan myös bussissa ja junassa; kotona ahmitaan kokonaisia kausia yhteen putkeen. Digitaalisuus on todellisuudessa moninkertaistanut kulutuksen.


Esimerkki 3: Hankinnat kaupasta vai verkosta?

Verkkokauppa on lisännyt suosiotaan, ja koronavirus vauhditti lähikuljetuspalveluiden yleistymistä. Päivittäistavaroiden lisäksi kotiin voi tilata valmiita ruoka-annoksia.

Perinteinen: Kehitys on vienyt kohti suuria kauppakeskuksia, joissa asiointi on matkan pidentymisestä huolimatta energiataloudellista. Koko perhe voi tehdä ostokset, syödä ja hoitaa muuta asiointia yhdellä kuljetuksella. Yhden ostoskorin vuoksi ei kuitenkaan kannata ajaa kauppaan.

Digitaalinen: Ostotapahtuma kuluttaa minimaalisen vähän bittejä ja sähköä, mutta yksittäisten tavaroiden toimittaminen postin tai kuriiripalvelun avulla on melko tehotonta. Päivittäistavarassa tilanne on toinen: viikon ruuat tilataan lähikaupasta ja auto kiertää useita asiakkaita yhdellä kertaa. Kaupunkien ruokalähetit käyttävät usein polkupyörää, mikä on parempi kuin pizzalähettien autokuljetukset.

Johtopäätös: Verkkokaupan hiilijalanjälki vaihtelee tapauskohtaisesti. Ulkomailta tai suoraan Kiinasta tilattu tavara joudutaan kuljettamaan lentäen ja toimittamaan kotiovelle, mikä tuottaa paljon päästöjä. Verkkokaupan helppous ja rajattomuus houkuttelee myös heräteostoksiin ja turhaan kuluttamiseen.

Myös vaatekauppa on verkossa mullistunut: Asiakas tilaa useita asusteita, kokeilee niitä ja pitää ehkä yhden. Se moninkertaistaa logistiikan ja kuljetusten aiheuttamat päästöt. Ankaran kilpailun vuoksi marginaalit ovat pienet, joten toimitusketjut on optimoitava äärimmilleen ja palautusten käsittely on verkkokaupalle kauhistus. Maailmalla onkin paljastunut tapauksia, joissa verkkokauppa tuhoaa uudenveroiset palautetut tuotteet, sillä logistiikan näkökulmasta se on tehokkainta.

Lähikaupan ruokakassi kerran viikossa kotiin toimitettuna sen sijaan on ekologista, mutta edellyttää tarkkaa suunnittelua. Mahdollinen ruokahävikki pilaa nopeasti niin taloudelliset säästöt kuin hiilijalanjäljenkin.


Näillä luvuilla laskettiin

Valtionyhtiö Motivan mukaan keskimääräinen sähköntuotannon CO2-päästökerroin Suomessa laskettuna kolmen vuoden liukuvana keskiarvona on 141 g/kWh. Määrä on laskussa, joten tämän vuoden luku yksittäin on pienempi.

Traficomin mukaan vuonna 2019 liikennekäytössä olleiden henkilöautojen CO2-päästö oli keskimäärin 155,4 g CO2/km, Suomen sähköntuotannon keskimääräisillä päästöillä sähköauton 28 g CO2/km.

Elisan vastuullisuusraportti kertoo mobiilidatan energiatehokkuuden vuonna 2019 olleen 0,2 kWh/Gt. Muilta operaattoreilta emme saaneet tietoja, mutta ne lienevät samaa suuruusluokkaa.

Lähde: tekniikanmaailma.fi