物联网技术和环境可持续性有何关联？

来源：transforma insights

物联网智库 编译

概要

总体而言，人工智能和物联网等新技术将在2030年节省近1．8万亿千瓦时（PWh）的电力，并减少使用碳氢化合物燃料所产生的3．5万亿千瓦时（PWh）的能源，从而共节省5．3万亿千瓦时（PWh）的能源。抵消此收益的是应用新兴技术驱动部署的电源解决方案所要消耗6530亿千瓦时（PWh）的能耗。

相比之下，预计到2030年，全球ICT行业的总用电量将增加到8万亿千瓦时（PWh）左右，这意味着新技术总计将节省相当于ICT行业总耗电量58％左右的能源。

其中节约的大部分与物联网应用相关，其节省的电力和燃料能源高达95％以上。这是因为物联网代表了新技术环境与“现实世界”的接口，在现实世界中，大部分能源被消耗，大部分也可以被节省。其中最具影响力的物联网应用包括：

到2030年，应用一系列智能电网应用程序（包括智能电表、电网运营和发电）合计将节省近1．4万亿千瓦时（PWh）的电力。

到2030年，供暖、通风和空调（HVAC）系统将节省近1300亿千瓦时的电力。

到2030年，公路车队管理节省的燃料能源约占1．25万亿千瓦时（PWh）。

到2030年，道路交通监控可节省燃油能源2900亿千瓦时左右。

图1列出了总体的分析结果，并包括“Enhanced IoT”类别的应用，旨在捕捉新兴技术之间的重叠，即物联网解决方案本身对于其他新兴技术的依赖。

图1

新技术和可持续性之间的关系是复杂的：某些解决方案，如具备点播功能的物联网电视大多导致了电子废物的产生和电力的消耗（用于本地内容引擎、远程服务和连接）；而其他解决方案，如道路车辆管理和HVAC系统应用燃料／电力的话也有相关的好处。如下图2所示，除少数例外，这些关系始终贯穿于新技术部署的情况：新技术及其解决方案在制造、分发和寿命结束阶段的净影响通常是负面的，而在实际操作期间产生净效益。

图2

从这个角度来看，消费者和企业之间的差异很容易就显现出来，许多消费者解决方案，如支持物联网的视听设备，通常对过程的每一步都有负面影响，而许多企业解决方案将在运营阶段产生显著的可持续性效益。

物联网解决方案的潜在变化是，许多消费者设备旨在向消费者提供增强的价值主张，而企业解决方案通常基于业务案例分析和预期的净经济效益进行部署。除了复杂的HVAC系统、建筑自动化和智能照明例外，无论它们是部署在消费者或企业环境中，都将产生可持续性收益。考虑到这些动态因素差异，企业节省的电量占所有物联网解决方案节省电总量的95％也就不足为奇了。

除节约能源，世界经济论坛在2019年将水资源短缺列为未来十年全球潜在风险最大的危机之一。而少量主要应用在农业领域的物联网应用可在2030年净节约2300亿立方米的水。

不包括物联网设备的新兴技术解决方案的影响比物联网解决方案的影响更复杂。然而当分析二氧化碳的影响（将电力和燃料的影响合并为单一的衡量标准）时，便会出现两个显著的编组。

从用例层面看，就净碳排放量所需最大成本而言，提升合规性和降低风险是适用性最广、处理密集、非物联网的应用程序。例如欺诈检测（到2030年二氧化碳净排放量达0．67兆吨）、风险分析（0．29兆吨）和威胁检测（0．24兆吨），这些对于最终用户来看都是有价值的，但是他们往往需要密集的处理，且通常收效甚微（从可持续发展的角度）。

相反，某些新兴技术（非物联网）应用在二氧化碳净排放方面优势显著，其中最有利的用例往往涉及与现实世界的物理交互过程。例如“X即服务”（到2030年减少了2．6兆吨的二氧化碳净排放量）包括主动和先发制人的维护，以确保资产有效运行且不会发生故障。这样可以节省维修时间，并且对这些资产的状态进行更好的监控，可以在例行服务访问期间进行更多维护。库存管理（1．7兆吨）、运输优化（1．1兆吨）和供应链审计（1．0兆吨）在内，都通过这种方式提升了物流网络的效率，并减少了燃料的使用。

有趣的是，对于新技术的投资往往会导致电力消耗（为解决方案提供动力）方面的成本，通过会因为电力消耗方面的某种程度的节省而被抵消，而在碳氢化合物燃料方面则更为显著的节省。这是一个非常重要的动态，因为从可持续来源获取电能比从能源（碳氢化合物）燃料要容易得多：即从可持续性的角度来看，用电力消耗简单地替代碳氢化合物燃料消耗是有益的。

物联网的可持续性

物联网（IoT）和环境可持续性是我们这个时代的两个重要主题。在这一节中，我们将讨论两者之间的关系。

电的影响

总体而言，我们预计2030年因物联网解决方案的采用将节约超过1．6万亿千瓦时（PWh）的电力消耗。图3突出了物联网在2020年和2030年的净节电影响。

到2030年，最具影响力的节电物联网应用将与智能电网运营、HVAC和建筑自动化相关联，而全球最具影响力的耗电物联网解决方案将是闭路电视和视听（AV）设备。

图3＆图4

特别有趣的是，消费者物联网解决方案和企业物联网解决方案在净能源消耗方面差异较大，如图4所示。本质上，物联网功能通常与消费者解决方案（如AV设备）相结合，以改善和提升设备支持的功能和整体服务。另一方面对于企业来讲，如果这样做有净经济效益，通常也会将物联网功能纳入其解决方案。因此，企业物联网解决方案通常与某种程度的效率提高相关联：这些功率的节省采取减少电能消耗，或者下面我们讲到的减少燃料或水的消耗。这种影响可以是直接的，即物联网解决方案使任务能够更有效地完成，也可以是间接的，即物联网解决方案减少了相关领域的成本。例如应用物联网的HVC是典型的受直接影响的案例，其节省了电能；与此同时，物联网生产线是间接节省成本的案例（由于员工数量减少）。

在消费领域，最重要的节电物联网解决方案无外乎是HVAC和建筑自动化以及建筑照明。物联网解决方案存在的意义首先是支持改进用户倾向于净电量消耗的建议（如视听需求，闭路电视和个人机器人助手）。

图5显示了最具影响力的消费领域的物联网应用，按对电力消费的净影响总量排序。

图5

企业领域的情况则完全不同，大多数应用程序对电力消耗有一些显著的净效益影响。下面的图6再次对能源消耗的净影响排序，就用电量影响而言，物联网解决方案实际上显著减少了用电量。

图6

燃料的影响

除了对电力消耗的影响，许多物联网解决方案也会影响碳氢化合物燃料的消耗（包括柴油、汽油和天然气）。物联网解决方案对燃料消耗的净影响是绝对积极的，因为消极方面的影响几乎完全是由必要的物联网设备运输造成的。一个简单的事实，汽车搭载物联网车辆平台（或前端）设备导致了重量的增加，并且降低了燃油效率，然而整体影响较小，物联网对油耗的总体影响是显著积极的，如图7所示。

图7

不出所料，在节省燃料方面最有效的物联网解决方案将是“道路车队管理”（Road Fleet Management），这将大大提高对道路车队的管理效率，也将效率更高的货车分发路线。仅公路车队管理就占了所有物联网解决方案节省的燃油的37％左右。道路交通监测和控制带来更有效的交通流量（特别是在城市环境），并节省了超过9％的燃料。库存管理和监控解决方案能够节省8％的燃料，因为这些解决方案提供更准确和及时的信息，使运输和配送系统更高效。图8显示了物联网应用节省的总燃料分布情况。

图8

水的影响

水资源短缺在2019年被世界经济论坛组织列为未来十年全球潜在风险最大的问题之一。水资源短缺会导致部分人们的根本需求得不到满足，对水量或水质的经济竞争，用户之间的纠纷、不可逆转的地下水枯竭以及环境带来负面影响。全球三分之二的人口（40亿人）每年至少有一个月生活在严重缺水的条件下。

相对而言，很少有物联网解决方案会对用水量产生实质性影响，但是一旦实施，可能会产生非常重大的影响。总的来说，预计到2030年，物联网解决方案将对用水量产生接近2300亿立方米的积极影响。如图9所示，大约35％的影响将来自于改进的智能（水）电网运行。总体来看，物联网带来的大部分节水能力将通过一系列农业应用实现，包括作物监测和管理（26％）、远程过程控制（19％）和改善的资产监测（15％）。物联网解决方案的节水总体概况如图9所示。

图9

制造、部署和处理

如果不考虑上游和下游资源的影响，任何关于物联网可持续性影响的分析都是不完整的。在本节中，我们将考虑制造物联网解决方案所需的增量资源（包括每个设备的额外硬件，以及相应增加／减少的设备出货量）。

在制造阶段，到2030年，物联网的影响是全球用电量增加34太瓦时，如图10所示。

此外，到2030年，物联网将导致制造设备使用燃料用量增加3太瓦时，建筑物联网解决方案将致使水能源消耗增加约1．12亿立方米的用水量。

更重要的是，物联网解决方案的分配和部署将增加额外53太瓦时的燃料用量，如图10所示。燃料使用量的增加是物联网设备装运重量增加的结果，同时也是设备数量增加的结果。

当然，物联网的出现将导致电子垃圾的增加，包括每台设备额外的硬件和设备出货量水平的提高。预计到2030年，总体影响将会达到65．7万吨，全球预计将处理7470万吨电子垃圾，这意味着物联网产生的电子垃圾增量大约占其中的0．9％。

图10

图11

CO2的影响

电力消耗影响和燃料消耗影响（包括在制造、部署和运营阶段）的预测可以结合起来，生成物联网解决方案对二氧化碳排放影响的预测。正如物联网解决方案对电力和燃料消耗的净影响可见，对二氧化碳的净影响也是非常有益的。到2030年，物联网解决方案将使二氧化碳排放产生约10亿吨的净效益。物联网解决方案对二氧化碳排放的总体影响如图11所示。

图11

图12显示了在节省二氧化碳方面最有效的物联网解决方案。排名最高的是车队管理（Road Fleet Management），占28％，网络运营和发电分别占9％，车辆租赁、租赁共享与道路交通监控占6％。

图12＆图13

值得注意的是，物联网解决方案对二氧化碳的影响在世界各地存在显著差异，这取决于特定国家或地区如何发电。图13按地区说明了物联网智能电网发电设备的影响。可再生能源发电比例较高的地区对二氧化碳排放的总体影响较低，而烃基发电比例较高的地区对二氧化碳排放的总体影响较高。

其他的可持续性新兴技术

除了物联网，在不久的将来，还有一系列其他新兴技术将会影响企业终端用户。主要包括：

●人工智能

●数据共享

●分布式账本（包括区块链）

●人机界面

●产品生命周期管理

●机器人流程自动化

在本节，我们将分析这些新兴技术的可持续性，以及与之相关的影响。

电力的影响

从第一个层面来看，除物联网之外的新兴技术对能源的影响是严重消极的。如图14所示，这些技术消耗的电量接近节约能源的8．8倍。

图14

但这并非全部事实。首先来说，总体能源消耗最大的包括加密货币，特别是区块链。区块链是一个高度创新的技术，但它的操作是一项高度加工密集型的任务，因此这项技术消耗了大量的电力。我们预计，到2030年，区块链将消耗超过400太瓦时的电力，这几乎相当于今天法国90％的电力消耗。

如图15所示，不计分布式账本技术在金融服务（包括加密货币）中的应用，非物联网新兴技术消耗的能源约为节能的1．7倍。人工智能是最具影响力的技术。

图15

总的来说，虽然企业部署新技术有望带来经济效益，但这些预期的成本节约并不一定转化自直接的电力节约。

从单个用例层面来看，对净电力消耗最具负面影响的解决方案往往是那些急需处理，又需要稳步部署以确保合规或数据优化的具有密集型操作流程特性的解决方案。最具负面影响的用例（不包括区块链）如图16所示。

图16

燃料的影响

新兴（非物联网）技术在节能方面的潜力不仅限于电力，还包括燃油节约，如图17所示。一旦把节省的燃料和节省的电力加在一起，就新兴技术对能源的整体影响而言，结果就是一个净效益。

实际上，从物联网之外的新兴技术所得的净结果来看，是将大量以前的碳氢化合物燃料消耗用电力消耗所替代。从可持续发展的角度来看，这可能更加有益，因为与碳氢化合物燃料（或碳氢化合物燃料替代品）相比，可再生能源更容易提供电力。人工智能再一次成为最具影响力的技术。

图17

水的影响

新技术的应用还可以节约用水，因为它们可以在最终用户组织群体内部实现整体运营效率的提升。实际上，对技术的投资往往会节约成本，减少就业人数，并减少最终用户整体可持续性的足迹（当然，这些会被电力消耗和科技硬件投资的提升所抵消）。

图18

如图18所示，在用水量方面受影响最大的行业包括制造业、农业和发电。

CO2的影响

一项关于（非物联网）新兴技术对二氧化碳影响的分析表明：当加密货币被排除在分析之外时，收益约为成本的4．7倍。然而，单一加密货币应用的二氧化碳成本约为所有其他新兴（非物联网）技术收益的7倍。这些结果如图19所示。

图19

在用例层来看，它是被最广泛采用、处理密集的应用程序，旨在提高合规性或减少净二氧化碳排放方面的风险。从终端用户的角度来看，像欺诈检测、风险分析和威胁检测这样的用例对于最终用户都是有价值的，但是基于它们是处理密集型的，通常在实际结果方面收效甚微（从可持续发展的角度来看）。二氧化碳排放方面最具负面影响的非物联网用例如图20所示。

图20

非物联网新兴技术的一些应用在净二氧化碳影响方面具有显著的益处，如图21所示。最有益的用例往往涉及与真实世界物理过程的交互。

图21

例如“X即服务”，包括主动和预先的资产维护，以确保其运营的效率且不出问题。这将减少维护行程并且改善这些资产状态的监控，从而提高日常维护效率。

库存管理、运输优化和供应链审计都包含在内，从某种程度上提高物理物流网络的效率，从而减少燃料的使用。

本文对一系列新兴技术及其对可持续性的影响进行了广泛的分析，这些数字背后有许多复杂的动态因素。在本节中，我们将研究其中一些潜在的动态。

区域差异化影响

采用新技术可能产生的任何影响都会有显著的区域差异。首先，许多技术解决方案取决于它们部署到的环境影响而不同。例如，冰岛部署的物联网和人工智能作物灌溉系统与海湾国家部署的类似系统相比较：显然，由于这两个地方的气候差异很大，这两个系统的用水量（以及相关的技术节约）预计会有很大差异。因此，在这种情况下，新技术对海湾国家的影响预计将显著大于冰岛。

除此绝对影响之外，还要考虑这种影响的程度不同。诸如挪威和冰岛的用水压力最小，而加利福尼亚和海湾各州的用水压力最大。因此，即使世界各地的节水预期是相同的，在某些如严重缺水的地区的作物灌溉系统也获得更大的“净效益”。

还有其他新技术的应用也存在类似的变化，明显的变化例如复杂的HVAC系统，不那么明显的例如在不同拥堵程度的城市部署的交通管理系统。

对不同地区的影响

另一个考虑因素是供应链的全球性。部署在冰岛的一套先进的暖通空调系统可能原本是在中国制造的，然后在两个地点之间运输。在这种情况下，在整个生命周期中，暖通空调系统在中国制造过程中以及中国和冰岛之间的运输中消耗能源并产生排放。但最终，冰岛将从该系统的操作和持续使用中获得节省能源的收益。

然而，冰岛几乎100％的电力来自可再生能源（主要是水力发电，还有大量地热发电）。因此，即使HVAC系统的部署将降低冰岛的电力消耗，但这种减少的可持续性收益几乎为零：节省的能源来自可再生资源。与此同时，在中国制造该系统（约65％的电力来自碳氢化合物）和运输该系统（使用碳氢化合物燃料）所消耗的能量产生了“净成本”使其收益趋于“0”。

因此，一个先进的HVAC解决方案在冰岛制造在中国部署，可能比在中国制造在冰岛部署对地球更有利！

时间差异

如果设备的能源消耗对时间没有固定要求，并且可以转移到一天中可再生能源发电比例较大的时间段，那么这些能源消耗对可持续性影响的区域差异可能会减少。例如，电动车电池可以在风力发电比例较高的晚上充电，或者在太阳能发电比例较高的白天充电。所以在丹麦（风力大但日照少）最好在晚上给电动汽车充电，而在海湾地区（阳光充足但风力小）最好在白天给电动汽车充电。

为任何连接设备供电的理想方法，取决于在不影响效用的情况下及时转移电力消耗的程度、设备的使用模式、任何特定地点的发电能力，以及发电能力的管理方式。

消费者的选择

数据表明，绝对数量连接的消费物联网设备将起到主导作用。正如前面所讨论的，大多数物联网消费设备比未联网的同类设备消耗更多的电力。因此，消费者的选择将在新技术的净可持续性影响中发挥相当大的作用。在某种程度上，这样的选择是双面的：消费者可以决定是否升级到8K超高清电视。但影响深远的选择也会日渐显现：有了新电视，消费者可以决定在电视节目播出时实时观看，也可以使用追剧服务点播。前一种方法对可持续性的影响远小于后一种方法（后者涉及专用的网络和服务器容量）。如果消费者决定观看点播节目，那么他们可以进一步决定是否观看8k超高清质量的节目，或通过SDTV观看任何其他质量的节目。显然，消费者选择的质量越低，他的决定对可持续发展的影响就越小。

人口的影响

应该指出的是，对于能源和资源节约的主要积极影响来自于过去人们所实现的自动化对整个过程效率的提升。但作为一个完整的系统，全球人口可能在未来至少40年里都将不断增长。这可能会涉及到资源的大量使用。无论是人们花费为期三天的时间在陶艺或油画上成为艺术家，还是他们抓起镐头和铲子从事“凯恩斯主义”工作，由于他们参与活动所导致的消耗也将继续。在本文分析中，我们没有考虑这些较长期的宏观趋势。然而，如果要使97亿人口就业不足的盛行趋势得到遏制，那么进入一个超高清的虚拟现实世界意义将不同凡响。

其他目标

新兴技术还可以用于支持可持续性之外的目标。例如，实施能够追溯商品来源的解决方案可以带来重大好处，从简单的质量和原产地验证到追溯电子设备原材料的来源，以确保关键要素（例如金、钴和钽），不是从冲突地区采购的，也不是使用童工或受到某种人权侵犯的劳工开采的。

在这种情况下，分布式账本技术很可能是特别有用的，它通过不可篡改和可查询记录，能够有效的抽象出个别供应链中的系统复杂性。广泛利用这些做法能够消除消费者与上游可能发生的不道德做法之间的责任认定问题，从而抑制购买不道德方式开采或制造的产品。

不断发展变化的背景

值得注意的是，在不断发展变化的背景之下，许多技术供应商都在努力提高其业务的能源效率（包括网络和数据中心业务），而且新技术的部署正在导致人类行为习惯的改变。

新技术使人类行为发生了多种变化，从在家办公（节省通勤和办公大楼的能源消耗）到视频会议（取代潜在的国际旅行）。人工智能视频分析和资产远程监控等技术增加了可远程执行的工作类型，包括运营管理，甚至远程质量保证等。

全球Covid－19大流行加速了这些变化，并会给工作实践带来永久性的变化。大流行还可能导致供应链的结构调整和多样化。新冠肺炎疫情的全面影响尚待观察。

此外，监管和合规措施可能进一步改变可持续性的动态。碳税将成为低碳国家的“进口税”，激励供应链的进一步重组。还有能源、可持续发展和企业治理（ESG）举措将进一步激励公司专注于可持续性发展。