Цифровой углеродный след как внешняя экстерналия цифровизации

Введение

В современном мире цифровые технологии практически единодушно рассматриваются как ключевой фактор экономического и социального развития: «Экономический рост, создание рабочих мест и новые услуги являются главными преимуществами инвестиций в цифровые технологии. […] Они способствуют повышению результативности деятельности предприятий и организаций, предоставляют возможность людям находить работу и развивать свои навыки, а правительствам ‒ предлагать гражданам более доступные и качественные социальные услуги» (Организация объединенных Наций «Общее будущее общими силами» - [1]). Терминологическое ядро цифровой трансформации составляют такие понятия как Интернет вещей, «умное» производство, «умный» банкинг, цифровые двойники, а также концепция Индустрии 4.0. Олицетворяя передовые цифровые технологии, данные термины стали символами новой технологической революции, направленной на оптимизацию производственных процессов, повышение эффективности и снижение затрат. Параллельно с теорией цифровой трансформации экономики и общества совершенствуется концепт устойчивого развития, разработанный Организацией Объединенных Наций (ООН) в виде 17-и актуальных целей, ориентированных на сохранение среды обитания и решение насущных социальных проблем, таких как нищета, голод, доступ к энергии, воде и т.п.

В развитых странах активно продвигаемая цифровая трансформация бизнеса и государственного сектора рассматривается как ключевой фактор повышения конкурентоспособности и устойчивости, расширения рынка и предложения доступных по цене услуг более высокого качества, а, следовательно, роста уровня жизни населения. Новые информационно-коммуникационные технологии (ИКТ) и производные от них инновации являются источником положительных экстерналий: способствуя росту факторной производительности [2], цифровизация приводит к экономии как прямых, так и косвенных затрат, упрощает коммуникации, создает новые рабочие места. В условиях высоких цен на энергоносители ускорение цифровизации энергетического сектора квалифицируется Европейской комиссией как инструмент экономии на счетах [3]. «Умные» здания, «умные» счетчики, электромобили и Интернет вещей дают возможность контролировать потребление энергии, опосредуют интеграцию возобновляемых источников энергии и снижение затрат.

Однако хотя цифровая трансформация открывает широкие возможности для совершенствования производственных и бизнес-процессов, отмечаются и негативные ее последствия: замещение труда капиталом и рост технологической безработицы [4, с.276], отчуждение работников и прекаризация занятости, рост энергопотребления и увеличение выбросов парниковых газов, т.е., появление и заметное усиление цифрового углеродного следа. На сектор ИКТ приходится около 7% мирового потребления электроэнергии, и, по прогнозам, к 2030 году этот показатель вырастет до 13% [3]. Потребность в энергии для производства и работы электронных устройств увеличивается высокими темпами вместе с нашей зависимостью от продуктов и услуг ИКТ. Создается запрос на изучение цифрового углеродного следа как негативной экстерналии процесса цифровизации, разработку мероприятий, направленных на минимизацию негативного влияния на окружающую среду. Проблема цифрового углеродного следа требует комплексного подхода, включающего концептуальное обоснование, эмпирический анализ и активное управление цифровым углеродным следом.

Цель – обобщение и уточнение теоретических основ исследования цифровизации и углеродного следа как внешней экстерналии, разработка направлений и рекомендаций, способствующих минимизации негативного воздействия на экономику и общество.

Задачи: обобщить теоретические основы исследования цифровизации; выявить положительные экстерналии цифровизации и аргументировать отнесение цифрового углеродного следа к отрицательным экстерналиям; проанализировать общий углеродный след и динамику показателей цифровизации, выявить тенденции; оценить связь показателей развития цифровой экономики и углеродного следа; разработать основы стратегии и рекомендации по минимизации цифрового углеродного следа с разбивкой по субъектам рынка.

Методы исследования: контент-анализ литературных источников; графический метод представления информации; экономико-статистические методы (индексный, корреляционный анализ).

Научная новизна исследования заключается в развитии концептуальных основ исследования цифровизации с позиции цифрового углеродного следа как внешней экстерналии данного процесса, анализе и статистической оценке взаимосвязи, разработке основ стратегии и рекомендаций по сокращению отрицательного влияния на экономику и общество.

Теоретические основы исследования

Цифровизация и ее следствие ‒ цифровая трансформация экономики и общества являются актуальным объектом социальных и экономических исследований (например: [5]). Представляя собой внедрение ИКТ и цифровых технологий в подавляющее большинство сфер хозяйствования, видов деятельности, цифровизация обусловливает цифровую трансформацию экономики и общества ‒ изменение бизнес-моделей, форм организации, способов обмена, производства и потребления благ.

Внешние эффекты (экстерналии) цифровизации и цифровой трансформации описаны во многих работах как зарубежных, так и отечественных авторов. В этой связи следует отметить работу А.В. Мухачевой, обобщившей экономические и социальные эффекты цифровизации, трактуя их как «…эффекты, возникающие в связи с внедрением информационно-коммуникационных технологий и влияющих на качество жизни населения» [6, c.1068].

Положительные внешние эффекты заключаются в снижении предельных издержек в результате возрастания отдачи от масштаба – присоединения к потреблению цифровых продуктов и услуг новых пользователей, сетевизации и совместного потребления, чему также способствует рост открытости и доступности знаний и информации (рис.1). Потребители, не участвующие в сделке по приобретению цифрового продукта или услуги, являются выгодополучателями без специальных на то затрат. Например, в результате развития онлайн-банкинга и увеличения числа пользователей банковскими картами расширяется спрос на материальные и нематериальные блага, приобретение которых можно оплатить онлайн.

Рис. 1. Цифровые технологии с точки зрения положительных и отрицательных внешних экстерналий. Источник: авторская разработка

Цифровые технологии, находясь на острие научно-технического прогресса (НТП), способствуют экономическому росту. Ускорение его темпов привело к вовлечению все большего объема энергетических ресурсов и такому негативному ее последствию, как карбонизация воздушной и водной сред и далее ‒ климатическим изменениям. Н.В. Салиенко и Н.А. Филиным получены данные о практически полном совпадении динамики выбросов СО₂ и валового национального продукта (ВНП) на душу населения (2008 – 2018) [7, с.203.]

В.И. Абрамовым и соавторами отмечается значимая роль концепта углеродного следа в системе знаний об экологической устойчивости и достижении целей устойчивого развития ООН, поскольку он отражает степень воздействия человеческой деятельности на окружающую среду и именно его уровень показывает результативность усилий мирового сообщества по минимизации влияния экономики и общества на климат. Авторами обобщены и систематизированы различные подходы к оценке углеродного следа, в частности, основанные на дифференциации фаз жизненного цикла блага, территориальном и потребительском критериях [8].

Под углеродным следом понимается весь объем выбросов парниковых газов, включая не только углекислый, но и метан, оксид азота, фторсодержащие газы, образующиеся в результате человеческой деятельности.

А.Н. Курбацким и Е.И. Шаклеиной определена U-образная зависимость выбросов загрязняющих веществ и валового регионального продукта (2004 - 2018 гг.) Авторы указывают на ее «условный» характер [9], поскольку значение точки перегиба, после которой объем выбросов начинает уменьшаться, получилось довольно высоким, а само снижение стабильно наблюдается только в десяти субъектах Российской Федерации. При этом сильный углеродный след отмечается в регионах с наиболее высоким валовым продуктом в силу обладания ими и более значительной сырьевой базой.

Цифровой углеродный след можно определить как тот объем парниковых газов, который сопровождает создание и применение цифровых технологий, инструментов и сервисов на протяжении всего их жизненного цикла. Цифровой углеродный след является отрицательной внешней экстерналией цифровизации, оборачиваясь «…дополнительными издержкам населения, государства, компаний, которые вынуждены нести расходы на восстановление здоровья, на устранение последствий изменения климата (наводнения, засухи и т.д.), на восстановление почв и прочее» [10, с.575].

Использование цифровых технологий ведет к увеличению потребления как электроэнергии, так и воды. Например, добыча полезных ископаемых, необходимая для производственного процесса в цифровой экономике, требует больших объемов воды, что может привести к конкуренции за водные ресурсы между горнодобывающими предприятиями, сельским хозяйством и местными домохозяйствами. Производство полупроводников также нуждается в значительных ее количествах, а центры обработки данных потребляют воду как непосредственно для охлаждения серверов, так и косвенно для генерации электроэнергии. На завершающих этапах жизненного цикла цифровых технологий загрязнение водных ресурсов может происходить в случае попадания вредных веществ из электронных компонентов в грунтовые воды из-за ненадлежащей утилизации и захоронения электронных отходов. Такого рода загрязняющий «след» способен отрицательно отразиться как на биоразнообразии, так и на здоровье человека.

Цифровой углеродный след формируется на протяжении всего жизненного цикла цифровых технологий и инфраструктуры, начиная с добычи сырья для производства оборудования и заканчивая утилизацией устаревших устройств (рис.2).

Рис.2. Основные источники выбросов в соответствии с фазами жизненного цикла цифрового оборудования и устройств.

П. Шармой и Б. Дашем установлена прямая связь между развитием цифровой экономики и объемами выбросов углекислого газа для некоторых стран, в частности, Китая, Индии, Пакистана, но обратная связь для таких стран, как США, Индонезия, Нигерия [12, с.26]. Китайские ученые Ван, Ло, Чжу, используя энтропийный подход для количественной оценки цифровой экономики Китая с 2011 по 2019 год, выявили положительную U-образную корреляцию между цифровой экономикой и потреблением энергии, а также между ней и выбросами углекислого газа [13]. Оценивая цифровую трансформацию в провинциях Китая с 2014 по 2020 год, С. Ду и С. Ван доказали напротив сдерживающее ее влияние по отношению к выбросам углекислого газа. Ими подчеркивается важность роли интенсивности энергопотребления, производства чистой энергии и модернизации промышленной структуры в этом процессе [14]. Используя панельные данные по 280 городам, Cе и соавторы выявили косвенное и замещающее влияние цифровой экономики на выбросы углекислого газа с точки зрения благосостояния, численности населения и технологий [15].

Полученные противоречивые результаты исследований влияния цифровизации экономики и общества на объемы выбросов СО₂ зарубежными учеными, а также недостаточная полнота исследований цифрового углеродного следа в нашей стране актуализируют данную тематику. Необходимость создания прочной доказательной базы, позволяющей проводить комплексные оценки экологических последствий цифровизации, квалифицируется в Докладе о цифровой экономике (2024), опубликованном Конференцией ООН по торговле развитию, как острая и насущная [11, c.3].

Анализ общего углеродного следа в условиях цифровизации

Как правило, развитые страны имеют более мощный углеродный след и выбросы CO₂ на душу населения (рис. 3). Во многом это связано с высоким уровнем развития энергетической отрасли, которая сжигает большое количество ископаемого топлива для производства электроэнергии, а также с высоким процентом жителей, владеющих собственными автомобилями. Отрасли промышленного, сельскохозяйственного производства, в частности, пищевая промышленность и мясопереработка также вносят весомый вклад в образование углеродного след. Китай, США, Индия входят в тройку лидеров-продуцентов углекислого газа. Меньший объем ВВП на душу населения, но также высокий уровень выбросов характерен для России, Японии, Ирана (4,5,6 место рейтинга – рис.3)

Рис.3. Выбросы СО₂э (левая шкала) и ВВП на душу населения по странам, 2023 (правая шкала). Источник данных: [16; 17].

Наибольший объем выбросов СО₂ на душу населения отмечается в Палау (62,6), Катаре (43,5), Кувейте (24,9), Брунее (21,1), Новой Каледонии (20,9), Бахрейне (20,7), ОАЭ (20,2). По этому показателю США занимают 13-е место с 13,68 тоннами выбросов на душу населения, в то время как Россия находится на 20-м месте (11,64), Япония — на 26-м (8,39), Китай — на 28-м (8,20), а Индия — на 110-м месте с 1,74 тонны на душу населения [16]. В то же время ряд развивающихся стран занимают лидирующие позиции, в основном из-за менее регулируемых энергетической, промышленной и транспортной отраслей.

Развивающаяся цифровая экономика вносит свой вклад в общий объем глобальных выбросов. Cогласно информации от Международного телекоммуникационного союза, количество интернет-пользователей значительно возросло: с 1 миллиарда в 2005 году до 5,4 миллиарда к 2023 году. В период с 2010 по 2023 год ежегодный объем поставок смартфонов продемонстрировал более чем двукратный рост, увеличившись с 500 миллионов до приблизительно 1,2 миллиарда штук. Продажи полупроводниковых приборов с 2001 по 2022 год возросли вчетверо, и этот восходящий тренд сохраняется.

Сетевая инфраструктура, включающая в себя как подводные кабели, так и спутники, обеспечивает все более оперативную связь между пользователями и их устройствами. Так, например, прогнозируется, что охват населения мобильной широкополосной связью пятого поколения (5G) увеличится с 25% в 2021 году до 85% к 2028 году [1].

Повышение скорости соединения позволяет генерировать, аккумулировать, хранить и анализировать огромные массивы данных, что имеет решающее значение для развития таких перспективных технологий, как большие данные, искусственный интеллект и Интернет вещей. Ожидается, что число устройств, подключенных к Интернету, вырастет с 13 миллиардов в 2022 году до 35 миллиардов к 2028 году [11, c. 3]. Особенно интенсивно процесс цифровизации осуществляется в Северо-Восточной Азии.

Индекс готовности к сетевому обществу в нашей стране вырос в 2022 году до 59,54, при этом наивысший рейтинг имеют США - 80,3 [18, с.18].

Цифровые технологии занимают ключевые позиции в производстве товаров и услуг. На втором месте по распространенности среди бизнес-процессов, где активно применяются цифровые технологии, находятся разработки продуктов и услуг, в частности, цифровое проектирование, моделирование и 3D-печать.

Развитие цифровизации происходит в нашей стране по нарастающей. Темпы роста индексов: инклюзивности интернета составили в 2022 году по отношению к 2018 году ‒ 1,12; фиксированного доступа к Интернет-соединению ‒ 1,011; мобильного доступа - 1,25; фиксированный интернет – 2,39; мобильный интернет ‒3,48; доли граждан, имеющих доступ к интернету – 1,13.

Проблема цифрового углеродного следа встала наиболее остро в постковидный период, когда восстановление глобальной экономики после кризиса пандемии происходило на фоне ускорения цифровизации – масштабирования производства и использования мобильных устройств, автоматизации и многократного увеличения объема продуцируемых, передаваемых онлайн и потребляемых данных.

Хотя цифровые технологии получили распространение еще до «ковидных» ограничений (перехода на удаленную занятость и онлайн-взаимодействие), отмечается рост объемов общего углеродного следа сверх плановых показателей, начавшийся параллельно энергетическому кризису в III квартале 2021 г. [19, с. 273].

Определение тенденций и взаимосвязей

В результате проведенного исследования выявлены тенденции:

‒ роста энергопотребления цифровой инфраструктурой (дата-центры, сети). По мере экспоненциального расширения объема вовлекаемых в хозяйственный оборот данных и информации, вычислительных мощностей и количества подключенных устройств, растет и энергопотребление дата-центров, сетей связи. Например, темпы роста потребления электроэнергии в производстве биткоина в период 2015 – 2023 гг. составили - 34,57.

Причем несмотря на значительный рост числа пользовательских устройств за последние десять лет суммарное энергопотребление в процессе их эксплуатации практически не изменилось [20], что в основном обусловлено переходом к более компактным и энергосберегающим устройствам (например, от стационарных компьютеров к ноутбукам, планшетам и смартфонам) и технологиям производства (например, переход от электронно-лучевых трубок к жидкокристаллическим, затем к светодиодным экранам). Размер экрана компьютерного устройства или монитора напрямую влияет на уровень потребляемой энергии: у стационарного компьютера он наибольший.

В ряде случаев смартфоны успешно заменили другие бытовые электронные приборы (такие как цифровые камеры, портативные музыкальные плееры), что сократило потребность в производстве и энергоснабжении множества узкоспециализированных устройств. Однако растущий спрос на мониторы и телевизоры с большими диагоналями частично нивелирует преимущества, полученные благодаря внедрению энергоэффективных технологий отображения информации («панелей»);

‒ роста доли сектора цифровой экономики в общем объеме выбросов. По оценкам экспертов, на долю цифрового сектора приходится от 3% до 5 % глобальных выбросов парниковых газов, что сопоставимо с вкладом авиационной отрасли [3]. При сохранении текущих тенденций эта доля продолжит расти и в будущем. Наибольший цифровой углеродный след оставляет производство и использование цифрового оборудования и устройств, а также функционирование сетей (рис. 4, 5).

Рис. 4. Выбросы СО₂ при производстве и использовании компонентов цифровой инфраструктуры (Мт СО₂э). Источник: построено по данным [3]

Рис. 5. Выбросы СО₂ при производстве и использовании принимающих устройств (кг СО₂э). Источник: построено по данным [3]

Однако цифровой сектор экономики не является доминирующим источником выбросов в странах мира. Основной углеродный след характерен для энергетической отрасли (14,65 Гт СО₂э) [21].

На этапе использования в секторе ИКТ на устройства конечных пользователей приходится наибольшая доля выбросов углекислого газа (рис. 4). При этом если для устройств, работающих от сети, характерно большее энергопотребление (центры обработки данных, коммуникационные сети, стационарный компьютер), то им же свойственен и больший цифровой углеродный след. Для менее энергозатратных в процессе эксплуатации устройств (смартфоны) основные фазы жизненного цикла, вызывающие углеродный след, ‒ фазы производства и утилизации электронных отходов.

Корреляционный анализ данных показал отсутствие прямой связи между развитием цифровой экономики, выражающейся международным индексом цифровой экономики и общества (IDESI), в различных странах и общим углеродным следом (коэффициент корреляции – 0,2), объемом СО₂ на душу населения и на 1000 долларов ВВП (рис. 7).

Рис.7. Индекс развития цифровой экономики и общества (IDESI) по странам (правая шкала), общего объема выбросов СО₂ (левая шкала) и на 1000 долларов ВВП (правая шкала), выборочно по странам. Источник: построено автором по данным МЭА [16; 22]

Фактом остается высокая углеродоемкость производства конечного продукта в нашей стране, в том числе, в расчете на душу населения, – наибольший уровень в мире (14,4).

Недоказанность прямой связи между IDESI и выбросами СО₂ может объясняться сравнительно меньшими масштабами цифровизации в нашей стране и более заметной ролью энергетического сектора в формировании рассматриваемой негативной экстерналии.

Основы стратегии сокращения цифрового углеродного следа

Обобщение рассматриваемых в литературных источниках направлений минимизации негативных экстерналий цифровизации позволило сформировать основы стратегии сокращения цифрового углеродного следа (рис.8).

Рис.8. Основные направления стратегии минимизации цифрового углеродного следа. Источник: авторская разработка.

Стратегия дополняется рекомендациями, дифференцированными по субъектам-частникам процесса цифровизации.

Государственные органы власти:

‒ Разработка и внедрение мер экономической политики, стимулирующих использование возобновляемых источников энергии в цифровом секторе.

‒ Установление стандартов энергоэффективности для дата-центров и других объектов цифровой инфраструктуры.

‒ Поддержка исследований и разработок в области экологически устойчивых цифровых технологий.

‒ Внедрение системы учета и отчетности по выбросам парниковых газов в цифровом секторе.

Бизнес:

‒ Преимущественное использование возобновляемых источников энергии для питания дата-центров и других объектов цифровой инфраструктуры.

‒ Внедрение энергоэффективных технологий и практик в дата-центрах и других объектах цифровой инфраструктуры.

‒ Оптимизация использования цифровых технологий, таких как облачные вычисления, виртуализация и оптимизация кода.

‒ Внедрение принципов экологической ответственности при разработке и производстве цифрового оборудования.

‒ Сокращение использования бумаги и других ресурсов в офисах.

Потребители:

‒ Выбор энергоэффективных устройств и оборудования.

‒ Рациональное использование цифровых технологий, таких как просмотр видео в оптимальном разрешении и удаление ненужных файлов.

‒ Утилизация электронных отходов в соответствии с правилами и нормами.

‒ Поддержка компаний, придерживающихся принципов экологической ответственности.

Заключение

Цифровой углеродный след является негативной внешней экстерналией, требующей внимания и принятия мер в направлении ее сокращения. Решение проблемы требует комплексного подхода, включающего научные исследования, разработку эффективной политики, поддерживающей эффективные практики устойчивого развития и внедрение инновационных технологий. Переход к экологически устойчивой цифровой экономике представляет собой современный вызов и перспективные возможности для всех заинтересованных сторон.

В результате проведенного исследования: уточнено понятие цифрового углеродного следа; выявлены тенденции роста энергопотребления цифровой инфраструктурой (дата-центры, сети) на фоне практически неизменной динамики энергопотребления пользовательских устройств в процессе их эксплуатации, а также увеличения доли цифровой экономики в общем объеме выбросов СО₂; не определена прямая связь между цифровым углеродным следом и индексом развития цифровой экономики и общества (низкий коэффициент корреляции); аргументировано наличие зависимости между размером цифрового углеродного следа и типом цифрового оборудования или устройства в фазах их жизненного цикла.

Арсенал инструментов и способов уменьшения негативного внешнего эффекта цифровизации включает уже доказавшие свою эффективность: производство электроэнергии из возобновляемых источников (солнечных, ветряных, гидроэлектростанций) вместо ископаемого топлива, повышение энергоэффективности, использование биотоплива в транспорте, расширение парка электромобилей и снижение выбросов CO₂ транспортными средствами, улавливание парниковых газов, таких как метан, на свалках и в дымовых трубах. Посредством Интернета вещей, искусственного интеллекта цифровизация вносит свой вклад в данный процесс, обусловливая тем самым и положительные внешние эффекты. При этом сокращению ее собственного цифрового углеродного следа может способствовать реализация комплексной стратегии, включающей такие отдельные блоки и направления, как развитие энергоэффективных технологий непосредственно в цифровой экономике, разработка и внедрение устойчивых методов при производстве электронных устройств и оборудования, управление и рационализация процесса утилизации электронных отходов и развитие соответствующих технологий на данной фазе жизненного цикла цифровых благ, рост осведомленности потребителей и развитие ответственного пользовательского поведения, включая ответственное производственное потребление.

Минимизация основной внешней экстерналии позволит не только снизить негативное воздействие цифровизации на окружающую среду, но и создаст новые возможности для инноваций и устойчивого экономического роста.