Det finns få områden som utvecklats så explosivt som informations- och
kommunikationstekniken (ICT). Den ofta citerade Moores ”lag” säger att antalet transistorer per chip dubbleras var 18:e månad samtidigt som processorerna blir
relativt sett billigare. Moores ”lag” är naturligtvis inte en lag i egentlig mening utan möjligen en empirisk regelbundenhet. Icke desto mindre är utvecklingen av
processorkapaciteten imponerande, vilket framgår av figur 3. Om vi diskuterar Schmidt-Bleeks ”Material Input per Unit Service” i samband med mikroprocessorer skulle Faktor 10 framstå som en närmast löjlig målsättning. Snarare handlar det om att produktens kapacitet, i meningen antal beräkningar per sekund för en processor, har ökat med en faktor 10 000 på mindre än en generation, utan att resursåtgången blivit avsevärt större. (Resursanvändningen per processor kanske till och med har minskat, eftersom de faktiskt blivit billigare i inköp.)
Figur 3 - Moores ”lag”.
Enligt den s.k. Moores ”lag”, som kallas så efter en av Intels grundare, Gordon Moore, som formulerade ”lagen”, så fördubblas antalet transistorer per mikrochip var 18:e månad. (I den ursprungliga formuleringen var det var 24:e månad.) Skalan i diagrammet är
logaritmisk.
Hjärnan i dagens datorer är kiselprocessorer. Det är genom att ständigt göra dessa processorer bättre som den fantastiska datorutvecklingen blivit möjlig. Fysikens lagar sätter dock gränser för hur långt denna utveckling kan drivas. (Se faktaruta 1.) Det vore lätt att utnyttja denna typ av resonemang för att sätta upp ”tillväxtens gränser”, men förmodligen vore det felaktigt – dels är det möjligt, eller kanske till och med troligt, att nya lösningar blir möjliga för att producera mikroprocessorer, som inte bygger på den grundteknik som nu används, dels pågår en mycket snabb utveckling
inom andra områden som har stor betydelse för den samlade effekten av infor- mations- och kommunikationstekniken. En av de viktigaste begränsande fakorerna idag är inte processorkapaciteten, utan snarare överföringskapacitet. Där sker en närmast explosiv utveckling. Man räknar med att den fiberoptiska kapaciteten fördubblas var tionde månad.
Faktaruta 1 – Gränser för mikroprocessorutvecklingen
De integrerade kretsar som är ”hjärnan” i de flesta elektroniska apparater består av så kallade kiselbaserade metalloxid-halvledar-transistorer, MOS-transistorer, efter den engelska förkortningen. Någon gång tar den fantastiska utvecklingen av kiselprocessorerna slut, om inte annat för att termodynamikens och kvantmekanikens grundläggande lagar till slut utgör begränsande faktorer. (Till skillnad från Moores ”lag” är dessa naturlagar, som inte låter sig rubbas.)
En transistor kan sägas bestå av ett spänningsfält och en kontakt som kan vara på- eller avslagen. Om kontakten är påslagen gör spänningen att en ström flyter genom transistorn. Processorns hastighet beror bl.a. på hur snabbt det går att växla ”kontakten” mellan dessa två tillstånd. Den kraftiga ökningen av processorkapacitet har hittills åstadkommits genom att man ständigt lyckats göra MOS-transistorerna mindre. Ju mindre de är, desto snabbare kan växlingen ske. Kisel är en s.k. halvledare, dvs. ett ämne som har egenskaper som liknar både icke-ledare och metaller, och som dessutom kan varieras på olika sätt. Ett sätt att förändra en halvledares egenskaper är att ”dopa” den, dvs. att tillsätta små mängder av andra ämnen. I en MOS-transistor uppstår spänningsfältet mellan två element av dopad kisel. Mellan polerna i detta spänningsfält finns ytterligare ett element av dopad kisel, som kan sägas utgöra ”kontakten”. När ett spänningsfält läggs över denna ”kontakt” kommer den antingen att fungera som en ledare, dvs. ”kontakten” är påslagen, eller som en isolator, dvs. ”kontakten” är avslagen. För att upprätthålla spänningsfältet över ”kontakten” behövs en isolator, som utgörs av ett tunt lager metalloxid.
När MOS-transistorn görs mindre så kräver tekniken än så länge att alla delar skalas ner proportionellt, samtidigt som spänningen över kontakten hålls konstant. Detta leder till ett antal problem. Proportionen av dopämnet som tillsätts kiselkristallen måste öka för att spänningen ska kunna hållas på önskvärd nivå. När koncentrationen av dopämnet är tillräckligt låg så ligger atomerna av detta ämne jämnt utspridda i silikonkristallen, men när koncentrationen överstiger en viss nivå kommer de att börja ”klumpa ihop sig”. När man nått denna nivå så uppnår man inte den önskade effekten, dvs. den möjliga spänningen ökar inte längre. Försök görs med att hitta andra ämnen att dopa kiseln med som skulle ha bättre egenskaper än de ämnen som används idag, men ännu så länge har det inte lyckats. Ett annat problem utgörs av att det metalloxidlager som används som isolator i MOS-transistorn måste göras tunnare för att prestanda inte ska sjunka när transistorn blir mindre. Redan nu är oxidlagret motsvarande 3 till 4 atomer tjockt vilket innebär att kvantmekaniska effekter blir betydelsefulla och begränsar möjligheterna att ytterligare minska dimensionerna.18 Ett tredje
problem består i att dimensionen på MOS-transistorerna blivit så liten att antalet atomer av dopämnet bara uppgår till några hundratal. När man kommit ner till ett sådant litet antal atomer kommer statistiska variationer i antalet atomer av dopämnet i varje kiselkristall att börja bli betydelsefulla, vilket påverkar prestandan.[39]
Redan nu finns planer på processorer där varje transistor innehåller mindre än 100 atomer av dopämnet.[30] Om inte avgörande framsteg görs för att lösa de problem som beskrivits i det föregående så kommer utvecklingen av MOS- transistorerna alltså sannolikt att nå en slutgiltig gräns.
18 Nationalencyklopedien beskriver den s.k. tunneleffekt som kan uppstå på följande vis:
”tunneleffekt, kvantmekaniskt fenomen. Den innebär att en partikel (t.ex. en elektron) kan passera en barriär, som enligt klassisk fysik är oöverstiglig. En sådan barriär kan t.ex. vara ett tunt isolerande skikt mellan två metaller. Den vågfunktion som associeras till en partikel tränger in i skiktet och kan med viss sannolikhet passera om skiktet är tunt. Därmed fortsätter partikeln ut på andra sidan.”[51]
Faktaruta 2 – Fiberoptikens utveckling
Fiberoptiktekniken utvecklas dels genom förfinade metoder för s.k. multiplexing, dvs. metoder för att sända flera budskap samtidigt genom samma kabel. Tidigare kunde flera användare samtidigt använda en fiberoptisk kabel genom att varje meddelande delades upp i små ”paket” som skickades i olika tidsfönster över kabeln. Kapaciteten ökade avsevärt när man istället kunde övergå till att samtidigt skicka flera meddelanden genom att använda olika
ljusfrekvenser. När denna teknik lanserades 1995 användes åtta olika frekvenser. Nu används 160 frekvenser, vilket alltså innebär att kapaciteten ökat 20 gånger. Redan nu finns prototypen för överföring på 1 000 kanaler.
Ännu viktigare kan dock metoder för att förstärka ljuset i de fiberoptiska kablarna vara. Glaset som en fiberoptisk kabel består av absorberar en del av ljuset. Hittills har man varit tvungen att ungefär var 8:e mil förstärka ljuset genom att först omvandla det till en elektrisk signal och därefter åter omvandla det till ljus. Denna omvandling är tidskrävande. Nu finns dock teknik som kan förstärka ljuset direkt i fibern genom att använda optiska fibrer där mycket små mängder av grundämnet erbium tillsatts, s.k. EDFA:n (erbium doped-fibre amplifiers). Erbiumatomerna exiteras med en laser, dvs. en av atomens elektroner ”lyfts” till en högre energinivå. När en foton sedan träffar en exiterad atom faller elektronen tillbaks och släpper ifrån sig en foton av samma våglängd, och på så vis kan ljuset förstärkas utan att man går omvägen över en elektrisk förstärkare.
Slutligen pågår en utveckling för att snabbare kunna koppla signalerna i ett fiberoptiskt nät. Ännu så länge omvandlas ljussignalerna även här till elektriska signaler innan de kopplas vidare i nätverket. Tekniken bygger på att de negativt laddade elektronerna böjs av i önskad riktning i ett elektriskt eller magnetiskt fält. Denna teknik kan inte användas på fotoner, som saknar elektrisk laddning. Istället pågår en utveckling av olika typer av mikrospeglar eller kristaller som skulle kunna göra det möjligt att koppla signalerna direkt, utan att gå den tidskrävande omvägen över en omvandling till en elektrisk signal.[13]
Det finns alltså egentligen ingenting som tyder på att begränsningar av potentialen för dagens kiselbaserade processorer behöver hejda informationsteknikens
utveckling. Om något, så förefaller det som om utvecklingen inom överförings- tekniken är ännu mer dramatisk än mikroprocessorutvecklingen.
En helt annan sak är frågan om hur den totala resursanvändningen inom processor- tillverkningen eller datortillverkningen påverkats. Det är dock knappast intressant att studera en sådan fråga. ”ICT-revolutionen” är av en så genomgripande karaktär, och berör så många områden, att det inte leder någon vart att försöka spekulera i hur resursanvändningen för just mikroprocessorer eller datorer påverkats. En processor eller en dator är heller inte en slutprodukt i egentlig mening, utan ingår i andra produkter.
Eftersom elektroniska produkter är så komplicerade är det svårt att definiera vilken funktion vi egentligen värderar. En PC idag har oerhört mycket större kapacitet än för bara några år sedan om vi ser till antalet beräkningar den kan utföra per
tidsenhet, men frågan är om det är den funktionen vi egentligen är intresserade av. Den viktigaste utvecklingen av persondatorn är måhända inte att den utför samma uppgift som tidigare på kortare tid, utan att den kan utföra nya uppgifter. Nya typer av datorprogram utvecklas och gamla datorprogram kan utrustas med nya finesser. Det blir då svårt att avgöra hur mycket effektivare resursanvändningen blivit. Hur många gånger bättre är t.ex. ett ordbehandlingprogram idag jämfört med för tio år sedan?
Vi har bara sett början av de förändringar som informations- och kommunikations- tekniken kommer att innebära, vilket gör det svårt att ens gissa vilka de långsiktiga effekterna på resursförbrukningen kommer att bli. I vissa sammanhang har t.ex. möjligheterna till distansarbete och videokonferenser utpekats som en fantastisk möjlighet att minska transporterna – man kan jobba hemifrån, och möten sker ”över nätet” istället för genom fysiska möten. Ännu så länge har vi dock inte sett några tendenser till att det skulle vara en utveckling av någon större betydelse, även om det finns enstaka exempel på motsatsen, t.ex. när det gäller telefonväxlar och dylikt som placerats i traditionella glesbygder.19 Ett annat exempel på hittills oinfriade förvänt-
ningar på hur resursanvändningen i samhället kan begränsas är idén att elektronisk distribution av dagstidningar skulle kunna ersätta traditionella distributionsformer. Å andra sidan har ny teknik ibland fått helt andra tillämpningar än vad upphovsmännen
hade föreställt sig. Orsaken till att Internet, och dess föregångare som t.ex.
ARPANET, skapades var ursprungligen att göra det möjligt att effektivare utnyttja datorkapacitet. På den tid då datorkapacitet var en synnerligen knapp och dyr resurs kunde t.ex. olika forskningsinstitut genom att koppla samman datorer utnyttja ledig kapacitet hos varandra. I USA, där tidsskillnaden mellan Öst- och Västkusten är betydande, kunde det vara särskilt värdefullt. På så vis kunde ett forskningsinstitut i Boston utnyttja datorer i Kalifornien medan kollegorna där fortfarande låg och sov. Att e-post snabbt skulle bli den främsta användningen av Internet var en över- raskning för dess skapare. Dagens världsomspännande nät hade de knappast föreställt sig.
Nedan görs ett försök att ge exempel på hur vi faktiskt kunnat iaktta hur informa- tionsteknik minskat resursanvändningen, och att endast i mindre omfattning spekulera om den möjliga framtida utvecklingen. Framställningen gör inga anspråk på att vara uttömmande.20
3.2.1 På vilka områden kan användningen av ICT förbättra miljön?
En typ av effekter som berör miljön är att insamling, spridning och bearbetning av miljödata underlättas. Arbetet för att förbättra miljön kommer därför att underlättas. Rätt använd kan informationstekniken därmed leda till bättre prioriteringar mellan olika miljöinsatser, och därmed till resurseffektiviseringar i miljöarbetet. Genom att på ett bättre sätt identifiera vilka miljöproblem som är av störst betydelse kan vi alltså få ”mer miljöförbättring” för samma mängd satsade resurser. Några exempel på tillämpningar av teknik som skapat nya möjligheter på detta område är använd- ningen av satellitinformation, av GIS-system och av datorsimuleringsmodeller. Inte minst viktigt är att forskning om miljöproblem underlättas tack vare tillgång till bättre data och nya databearbetningsmetoder, statistiska metoder och simulerings- modeller. Resurseffektiviteten inom forskningen har sannolikt ökat högst markant tack vare den nya informationstekniken, även om det är svårt att kvantifiera denna produktivitetsökning.
En annan typ av utveckling består i att produktions- och distributionsprocesser kan göras effektivare. Den nya informations- och kommunikationstekniken gör styr- och kontrollsystem bättre, vilket möjliggör besparingar. Enligt en artikel i tidskriften
20 För en diskussion som anknyter till resonemangen i detta och de följande styckena, se
”enviro”[10] kan t.ex. automatisering och användning av avancerade kontrollsystem inom industrin ofta leda till energibesparingar på upp till 30 procent. Speditions- firmor kan genom att använda moderna kommunikationssystem och satellitbaserade system för att dirigera trafiken utnyttja sin lastkapacitet bättre och på så vis minska resursanvändningen per transporterad enhet. ASG anser sig ha minskat mängden onödiga transporter med 15 procent genom att använda mobila datorkommu- nikationssystem. Bilspedition Transport & Logistics (BTL) har genom att använda ett GPS-system och ett mobilt kommunikationssystem ökat transportmängden med 30-40 procent utan att mängden utsläpp ökat. Eftersom systemen ständigt utvecklas och förbättras är det möjligt att besparingarna på sikt kan bli ännu större. Även på andra områden möjliggörs en effektivare resursanvändning genom ”smarta”
styrsystem. Exempel på sådana system är t.ex. trafiksignaler som kan möjliggöra kortare väntetider i trafiken, och därigenom mindre bränsleförbrukning. Så kallade ”smarta hus” där värme, ventilation och belysning styrs med hjälp av datorteknik kan också leda till mindre resursåtgång. I ett experimenthus i Stockholm beräknas
besparingen av elektricitet till omkring 40 procent jämfört med ett konventionellt hus.[22] Genom att använda en datorsimuleringsmodell för sophantering har man visat att det är möjligt att minska miljöbelastningen från sophanteringen med i storleksordningen 50 procent tack vare en effektivare hantering.[9] Det är dock viktigt att påpeka att detta rör sig om beräkningar av tekniska möjligheter till
effektiviseringar, dvs. effektiviseringar i användningen av en viss resurs. Det är inte självklart att det skulle innebära effektiviseringar om alla resurser beaktades.
Det papperslösa kontoret visade sig i praktiken bli det pappersslösande kontoret. Visionen om att vi skulle kunna spara papper genom att istället lagra information elektroniskt har hittills inte infriats. Visserligen har datorer gjort behovet av information på papper något mindre, men eftersom det samtidigt blivit så mycket enklare att producera skriftliga alster så har nettot blivit en kraftig ökning av pappersflödet. Frågan är dock ändå om inte möjligheten att använda elektroniska lagringsmedia på sikt kan få stor betydelse för resursförbrukningen. Det förefaller som om pappershanteringen mellan företag faktiskt i viss utsträckning minskar, eller att ökningen i alla fall kan begränsas genom användandet av elektroniska fakturor etc. Även om det ”papperslösa kontoret” knappast finns inom räckhåll så kan förmodligen resursförbrukningen på vissa områden minska tack vare ökad elektronisk hantering. I de fall när man har övergått till elektronisk hantering så innebär det i princip en minskning till noll av åtgången av papper. (Intern- faktureringen i Göteborgs kommun för VA, renhållning och energi sköts t.ex. elektroniskt.[22]) Om det är möjligt att uppnå Faktor 10-målsättningen kommer alltså snarast att bero på vilka typer av system som kommer att kunna läggas över i
elektronisk form. Även lagstiftningen kommer att ha betydelse, eftersom vissa dokument måste föreligga i ”fysisk” form av juridiska skäl.
På vissa områden torde möjligheten att utnyttja elektroniska lagringsmedia kunna få mycket stor betydelse. Just nu befinner vi oss vid brytpunkten mellan två helt olika sätt att distribuera musik. Något tillspetsat kan man säga att det traditionella sättet att distribuera musik för återupprepad uppspelning i grunden varit detsamma sedan Edison uppfann fonografen 1877. Lagringsmediet har förändrats, från cylinder och stenkaka till vinylskiva och sedermera till CD-skiva, och överföringssystemet har övergått från analogt till digitalt, men dessa förändringar har inte egentligen förändrat själva distributionssättet. Den nu förestående övergången till digitalt överförd musik genom t. ex. MP3-teknik innebär däremot ett helt nytt sätt att distribuera musik som är oberoende av fysiska transporter. Redan med traditionell teknik, dvs. ”musik på skiva” kan resursåtgången minska med en faktor 10 om MP3- teknik används istället för vanlig CD-teknik. På en vanlig CD-skiva om ca 600 MB ryms runt 10 musikstycken. Varje stycke är alltså runt 60 MB. Med MP3-teknik blir samma stycken i storleksordningen 4-6 MB. Visserligen sker en viss kvalitetsförlust som kan vara störande för klassisk musik, men som utgör ett mindre problem för populärmusik. Resurseffektiviteten ökar alltså med en faktor 10 bara genom införandet av det nya lagringssystemet.
I takt med att överföringshastigheten på nätverken ökar kan det bli praktiskt att överföra även rörliga bilder elektroniskt. Detta innebär rimligen stora minskningar av resursanvändningen inom berörda branscher inte bara av fysiska resurser för produktion av skivor och videofilmer, utan även i form av minskat transportbehov. 3.2.2 Elektronisk handel och miljö
På musik- och videoområdena förefaller det som om själva de fysiska produkterna förändras. (Däremot har inte funktionen förändrats.) På andra områden kommer förmodligen produkterna att vara desamma, medan distributionsformerna förändras genom olika typer av elektronisk handel. Ännu så länge är e-handeln liten. I Sverige, som ändå ligger bland de främsta länderna i världen, omfattade e-handeln till
konsumenter under första kvartalet 2000 omkring 1,6 procent av detaljhandelns totala omsättning, vilket motsvarar omkring 5,2 miljarder kronor på årsbasis.[21] Även om det råder starkt skilda meningar om vilken omfattning e-handeln kommer att få på sikt så råder det knappast något tvivel om att e-handeln kommer att få stor betydelse åtminstone inom vissa branscher.
Eftersom vi befinner oss i ett så tidigt skede av Internethandelns utveckling så är det svårt att bedöma vilka effekterna har blivit och kan bli på resursförbrukningen. Vissa indikationer tyder dock på att det finns en potential för betydande effektiviseringar. I en studie som gjorts på uppdrag av Naturvårdsverket belyses miljökonsekvenserna av elektronisk handel med mat.[22] En tydlig slutsats är att effekterna på den
eventuella resursbesparingen i mycket kommer att bero på vilken omfattning e- handeln får. Om en stor andel av befolkningen handlar mat över Internet så kan samordningsfördelar i distributionen uppnås. Enkelt uttryckt så kan en bil leverera varor till flera hushåll istället för att varje hushåll för sig ska köra bil till butiken. För att detta ska minska det totala transportarbetet krävs dock att många hushåll
utnyttjar möjligheten att handla över Internet. Annars blir avståndet mellan de hushåll som ska ha leverans för stort för att samordningseffekten ska få någon betydelse. En annan, näraliggande, slutsats är att den potentiella effektiviserings- vinsten är större i tätbefolkade områden än i glesbefolkade områden.
En annan avgörande faktor är hur distributionsprocessen hela vägen från
producenten förändras. E-handeln med livsmedel sker idag ofta från vanliga butiker där varorna plockas och sedan levereras till konsumenten. Det är således bara det sista ledet i distributionskedjan som berörs. Ett antal plocklager har dock startats, dvs. lager som enbart levererar mat till kunder som beställer över Internet.
Övergången från butik till plocklager leder till flera typer av resursbesparingar. Ett plocklager tar upp en mindre yta än en butik med samma kapacitet. Vidare blir energiomkostnaderna lägre eftersom lokalen kan utformas annorlunda, och eftersom inte samma krav ställs på uppvärmning som i en butik. Dessutom kan leveranserna göras mer rationella. Ytterligare effektiviseringar kan förmodligen göras åtminstone i stora befolkningscentra om grossisten och detaljisten sammanförs till en plock- central som får leveranser direkt från producenterna och levererar direkt till konsumenterna.
Som nämnts ovan är det svårt att kvantifiera effekterna av e-handeln på resurs- förbrukningen, men i den ovan nämnda Naturvårdsverksrapporten görs beräkningar