Världens datacenter är centrala i det digitala samhället.
De slukar allt mer energi och behovet av beräkningskraft ökar ständigt. Samtidigt gör teknikutvecklingen att datacentren
blir mer energieffektiva.
1
ENERGIÅTGÅNG Hur mycket el förbrukar
världens datacenter?
2
KOLDIOXIDUTSLÄPP Kallt saltvatten hjälper datacen-
tret att minska klimatavtrycket
3
GRAFIK
Nätjättarnas svenska datacenter
4
ETABLERINGAR Därför vill alla bygga
datacenter i Sverige
5
KYLNING
Smarta självdraget kan halvera energiåtgången
6
BERÄKNINGSKRAFT
Kryptovalutorna konsumerar allt mer energi
ETT KOMPENDIUM FRÅN NY TEKNIK 2020
DATACENTER, ENERGI OCH UTSLÄPP
EYEVINE/TT
1
ENERGIÅTGÅNG
Det finns en enorm oenighet om hur mycket energi som går åt till att driva vårt digitala samhälle. I fem delar går Ny Teknik igenom hur olika forskare ser på frågan – och försöker reda ut om elförbrukningen kommer att mins- ka eller öka i framtiden.
Del 1.
En hätsk debatt
Är datacenter energislukande miljöbovar eller inte? Står tekniksektorn för en dryg procent av de samlade koldiox- idutsläppen, eller mångdubbelt mer? Ökar energiför- brukningen, eller minskar den? Bilden går isär, och frå- gorna är allt annat än enkla att svara på.
Samtidigt är tekniksektorns energikonsumtion en hett debatterad fråga. Många varnar för att ökad digitalise- ring leder till skenande elförbrukning, andra menar tvärtom att digitaliseringen kan hjälpa oss minska våra klimatutsläpp.
Ny Teknik har tittat närmare på ett par av förklarings- modellerna för att försöka förstå vad de egentligen säger, och varför forskarna är så oense om resultatet.
Det finns i grova drag två motpoler. En grupp som anser att med ökad efterfrågan på beräkningskraft och mer da- tatrafik kommer oundvikligt en ökad energiförbrukning och i förlängningen ökade koldioxidutsläpp.
Sedan finns den motsatta bilden av att vi tack vare ut- veckling av mer energieffektiva komponenter och sys- tem kan frikoppla oss från det sambandet. Kort sagt att det går att fortsätta öka beräkningskraften i världen och rusa rakt in i digitaliseringen – utan att dramatiskt öka ut- släpp och energiförbrukning.
Del 2.
Ericsson: ”Peaken är passerad – utsläppen minskar”
Debatten om hur mycket el som datacenter, internet och telekom konsumerar ofta kretsar kring en oro för en ständig ökning. Men forskare vid Ericsson Research ser en annan utveckling i sina prognoser.
Enligt en vetenskaplig artikel skriven av forskare på Ericsson och Telia förbrukad informations- och kommu-
nikationsteknik (IKT) drygt 1 000 TWh år 2018, det mot- svarar cirka 4 procent av världens elförbrukning samma år. Runt en femtedel går att härleda till tillverkning och FoU, resten kommer i stort sett helt från driften av allti- från mobilnät och datacenter till laptops och mobiler.
Sektorn uppskattas samma år ha gett upphov till runt 1,4 procent av de globala koldioxidutsläppen (710 miljo- ner ton).
Ericsson tycker sig också se ett trendbrott. Fram till mitten 2010 ökade både elförbrukning och koldioxidut- släpp. Därefter låg nivån relativt stabilt fram till 2015, för att nu ha gått in i ytterligare en fas.
De senaste åren ser Ericsson en långsamt ökande el- förbrukning, samtidigt som koldioxidutsläppen från sektorn minskar. Mycket tack vare mer förnybar el i mix- en, och att många aktörer i IKT-sektorn har genomfört stora investeringar i grön energi.
– Investeringarna gör att de totala koldioxidutsläppen minskar något, dock ser vi att elförbrukningen kommer att gå upp, men väldigt marginellt. Vi ser inget som på några års sikt ska förändra de trenderna, säger
Hur mycket el förbrukar världens datacenter?
Ericsson: Nu
sjunker utsläppen från IKT-sektorn
Datatrafik (index)
70x 15x 7x 4x 3x 3x
3x
2,5x 2x
1995 2000 2005 2010 2015 2020 2025 2030
2 000 1 600 1200 800 400 0
580 TWh 730 TWh
1008 TWh 1085 TWh
~365 Miljoner ton koldioxidutsläpp
~ 1 200 TWh 2030 IKT-sektorns energiförb- rukning bygger på data fram till 2020 och är sedan ett estimat baserat på en linjär ökning Miljoner ton koldioxidutsläpp
Bygger på data fram till 2020 därefter visar linjen vägen till målet om sänkta utsläpp till 2030.
Elförbrukning: TWh Koldioxidavtryck:
Mton CO2
De två blå streckade linjerna visar den totala ökningen av datatrafik i världen enligt Ciscos estimat. De två linjerna representerar två prog- noser för hur datatrafiken kan komma att öka under kommande årtionde.
Källa: Malmodin & Lundén. The Energy and Carbon Footprint of the Global ICT and E&M Sectors 2010–2015, Sustainability (2018) samt Cisco Visual Networking Index 2018.
Fakta: Simon Campanello Grafik: Jonas Askergren
Jens Malmodin som är livscykelexpert på Ericsson Research.
Han började titta på energiförbrukning hos elektro- nikprodukter i slutet på nittiotalet när Ericsson skulle undersöka livscykeln hos en basstation i mobilnätet. Se- dan vidgade bolaget perspektivet till mobiltelefonerna de då tillverkade ihop med Sony, och till sist till hela mo- bilnätet. Sedan tio år tillbaka publicerar bolaget globala studier av energiförbrukningen inom IKT-sektorn. Den typen av studier kan ligga till grund för att minska energi- konsumtion, både i stort och smått.
– Något vi såg tidigt i studierna var att folk hade lad- darna i väggen hela tiden, trots att telefonen var fullad- dad. Då gjorde vi telefonladdaren ”smart” nog att bryta laddströmmen när laddningen inte behövdes, och på det sättet kunde man dra ner förbrukningen med en faktor tio. En lågt hängande frukt, men det gäller att se den, sä- ger Jens Malmodin.
I Ericssons egna rapporter lägger bolaget ofta två ut- vecklingskurvor bredvid varandra. Den ena visar elför- brukningen i eller koldioxidutsläppen från IKT-sektorn, den andra visar ökningen i datatrafik.
Där den förstnämnda är tämligen flack ser den andra ut att växa exponentiellt.
– Teknikutvecklingen möjliggör en hö- gre datatrafik till samma energiförbruk- ning, menar Jens Malmodin.
Introduktionen av smarta mobiler tros också påverka den totala energiåtgång- en för IKT-sektorn. Genom att appar kan ersätta alltifrån digitalkameror och mi-
niräknare till väckarklockor och navigationsenheter fa- sas en uppsjö av produkter ut från marknaden. En annan bidragande orsak är att utvecklingen mot mer energief- fektiva produkter och komponenter går tillräckligt snabbt för att möta ökade behov av beräkningskraft.
En annan forskare som kommit fram till liknande slut- satser om elförbrukning är Stanford-professorn Jonat- han Koomey. Han är en dignitet i fältet, så till den grad att han har gett upphov till sin egen regel: Koomeys lag. Det är en slags vidareutveckling av Moores lag, Intel-grunda- ren Gordon E. Moores devis om att prestandan i proces- sorer kommer att öka exponentiellt. Koomeys lag bygger i stället på att antalet beräkningar som kan utföras med hjälp av en joule ökar exponentiellt.
I mars 2020 publicerades artikeln Recalibrating global data center energy-use estimates i den vetenskapliga tid- skriften Science. Den är signerad ett forskarlag där Koo- mey ingår och redogör för elförbrukningen i datacenter under 2010-talet. Den bild som målas upp påminner starkt om den Ericsson tecknat över hela IKT-sektorn: en långsam ökning i energiförbrukning samtidigt som be- räkningskraften ökar exponentiellt.
Enligt artikeln har elförbrukningen i världens data- center ökat från 194 TWh år 2010 till 205 TWh år 2018.
En måttlig ökning på sex procent, medan beräknings- kraften under tiden ska ha sexdubblats, och ip-trafiken tiodubblats.
Forskargruppen menar att vi har energieffektivise- ringen att tacka för att vi lyckats klippa bandet mellan ökad kapacitet och ökad energiförbrukning. Men de manar också till tillförsikt. Om utvecklingen ska
1
ENERGIÅTGÅNG
Jens Malmodin.
ERICSSON
Nya komponenter, nya material och opti- merad mjukvara i datacenter gör dem mer energisnåla. Samtidigt ökar världens behov av beräkningskraft.
USA TODAY NETWORK
1
ENERGIÅTGÅNG
kunna fortsätta lika snabbt krävs stora investering- ar i energieffektiv teknik här och nu, gärna med statliga incitament.
Ericsson använder en lång rad källor för att göra sina uppskattningar. Här finns både artiklar från andra fors- kare, bland annat ovan nämnda Koomey, och egna data som hämtats in från Ericsson egen verksamhet och från över 100 av världens största tillverkare, operatörer och tjänsteföretag inom IKT-sektorn.
– Vi tycker på det hela att vi har skaffat oss väldigt mycket data. Vi har hållit på med det här i många år och har följt utvecklingen i branschen, säger Jens Malmodin.
Ericsson använder sig också av försäljningsestimat från analyshus som IDC och IHS för att uppskatta hur många servrar, telefoner, datorer och annan teknik som säljs år- ligen. Uppgifter som sedan multipliceras med olika livs- cykelanalyser för enskilda produkters energikonsum- tion och koldioxidutsläpp.
Ericsson menar slutligen att koldioxidutsläppen från IKT-sektorn kan reduceras markant eftersom så stor del av den kommer från elförbrukningen. Genom att fort- satta och utöka investeringar i grön energi skulle koldiox- idutsläppen från branschen kunna minska med upp till 50 procent. Ytterligare 30 procent skulle kunna skäras bort om slutanvändarna kan driva sin elektronik med förnybar energi.
– Vi tillhör en sektor där energikostnaden för de flesta inte är så stor. Vi ska kunna göra det klivet utan att det kräver allt för mycket av oss, och kan vi göra tidiga inves- teringar i grön teknik kan vi se till att utvecklingen också går snabbare, säger Jens Malmodin.
Del 3.
Forskare: ”Utsläppen är höga och ökar alltjämt”
Men alla instämmer inte i bilden som Ericsson målar upp.Den svenska miljöexperten Anders Andrae gjorde ett dramatiskt intåg i debatten om datacenter 2015. Då pu- blicerades artikeln On Global Electricity Usage of Comu- nication Technology: Trends to 2030 som han skrev till- sammans med kollegan Tomas Edler. Andrae jobbar i dag med miljöfrågor på Huawei i Kista, men poängterar att det är han själv och inte telekomjätten som står bak- om denna och efterföljande artiklar.
I rapporten från 2015 pekar de båda forskarna på risken för en halsbrytande ökning av tekniksektorns elförbruk- ning.
De hade samlat in data om elförbruk- ning inom en rad teknikområden, och extrapolerat denna. Enligt artikelns worst case-scenario skulle datacenter, mobilnät och konsumentelektronik och dess tillverkning kunna konsumera över 30 000 TWh år 2030. Det skulle motsva- ra mer än hälften av den globala elför- brukningen.
Som slagträ i debatten nämns ofta att
datacenter och internet står för en tiondel av världens el- förbrukning 2020. Den siffran kan härledas till samma rapport, och motsvarar ett ”business as usual”-scenario.
I dag står Anders Andrae fast vid sin metodik, men me- nar att vissa antaganden i ursprungsrapporten var för drastiska. Han påpekar också att det best case-scenario som fanns med i artikeln ligger relativt nära den verkliga utvecklingen.
– Jag vill tona ner det gamla worst case-scenariot.
30 000 TWh till 2030, det borde vi helt enkelt inte ha haft med. Det är ett orealistiskt scenario som det, med den kunskap vi har i dag, inte finns något stöd för, säger An- ders Andrae.
Sedan 2015 har han förfinat antagandena i sin modell i flera uppföljande rapporter och artiklar. Hans siffror är fortfarande markant högre än exempelvis Ericssons.
I den senaste artikeln från mars i år uppger Anders An- drae att IKT är en av de tre sektorerna som kommer att öka sin energiförbrukning mest under 2020-talet, bred- vid elbilar och vätgasproduktion.
– Jag tror att energiförbrukningen ökar, men inte att ökningen är katastrofal. Fast det sistnämnda är jag inte rätt person att bedöma, säger Anders Andrae.
Den senaste modell som Anders Andraes har tagit fram bygger på antaganden om hur mycket beräknings- kraft som används i världen, mätt i zettainstruktioner per sekund (zips). Den siffran kan sedan delas med hur många gigainstruktioner som uppskattningsvis kan ut- föras per joule (gipj), en siffra som ökar i takt med att datorkomponenter blir mer energieffektiva. Re-
0 1 000 2 000 3 000 4 000 5 000 6 000
2010 2012 2014 2016 2018 2020 2022 2024 2026 2028 2030
Procent av världens elförbrukning
2010År 5%
7%
2020År
14%
2030År
Ökade behov kan ge
ökade utsläpp
Källa: Hypotheses for primary energy use, electricity use and CO2 emissions of global computing and its shares of the total between 2020 and 2030. WSEAS Transcations on Power Systems 15:50-59, 2020.
Fakta: Simon Campanello Grafik: Jonas Askergren Zettainstruktioner per sekund är ett
mått på hur många triljarder beräkning- ar som uppskattningsvis görs i världen.
Gigainstruktioner per joule är ett mått på hur många miljarder beräkningar som kan utföras med hjälp energin 1 joule.
Genom att dela siffrorna med varandra går det att få en uppskattning på hur stort effektbehovet av världens beräkningar är.
Anders Andrae.
HUAWEI
sultatet blir en uppskattning på hur många gigawatt som datorberäkningar kan tänkas kräva globalt.
Den modellen säger att tekniksektorn kommer att ha en konstant medeleffekt på 233 GW i år, enligt Andraes senaste artikel. Under det paraplyet räknar han in beräk- ningar som sker globalt i all elektronik.
233 GW kan räknas om till lite drygt 2 000 TWh. Unge- fär dubbelt upp mot Ericssons uppskattning, eller runt 7 procent av den totala globala elförbrukningen och mel- lan 4-5 procent av de globala koldioxidutsläppen som mänskligheten orsakar. Datacenter specifikt beräknas ha en medeleffekt på 33 GW i år, en siffra som kan öka till 89 GW år 2030.
I samma rapport skriver Anders Andrae att hans modell pekar på att hela sektorn kan öka sitt effektbehov till 560 GW år 2030, motsvarande ungefär 4 900 TWh. Det skul- le utgöra någonstans run 14 procent av den beräknade globala energikonsumtionen samma år, baserat på en extrapolation av historiska energidata från BP.
En orsak som Anders Andrae pekar ut som orsak till ökningen är att teknikutvecklingen som beskrivs i Moo- res lag har avstannat. Den har i sin tur legat till grund för den lag som bär Jonathan Koomeys namn och alltså sä- ger att det över tid går att antalet beräkningar som kan utföras per joule ökar exponentiellt.
Om utvecklingen av processorerna går långsammare, så att antagandena i lagen inte längre stämmer, samti- digt som behovet av beräkningar ökar, kan det leda till ökad energiförbrukning.
Om utvecklingen enligt Moores lag är på väg att stanna av eller inte är ett ämne som är nästan lika omdebatterat som det om IKT-sektorns elförbrukning. De flesta är nog överens om att miniatyriseringen av transistorer har
stannat av till den grad att det inte per automatik går att få in fler kretsar på samma chipyta år efter år. Samtidigt har prestandaökningen i processorer kunnat fortsätta tack vare exempelvis bättre chipdesign, fler processor- kärnor och skräddarsydd mjukvara.
Slutsatserna i Andraes artiklar kritiseras i både Erics- sons och Koomeys rapporter. Framförallt lyfter Koomey lyfter fram att han inte anser att extrapolation är en bra metod för att uppskatta elförbrukningen inom den snabbfotade tekniksektorn.
– Jag håller med om att man inte kan extrapolera långt fram i tiden, men det är antaganden, säger Anders An- drae. Väldigt många yrkesgrupper skulle bli arbetslösa om man inte fick göra prognoser.
Själv riktar han kritik tillbaka mot de mer optimistiska rapporterna. Anders Andrae anser bland annat att Koo- meys rapporter brister i transparens när det kommer till hur forskarna tagit fram sina resultat. Samtidigt efterly- ser han fler forskare som hjälper till att undersöka hur mycket energi som faktiskt avnänds av IKT-sektorn.
– Det är alldeles för få som tittar på den här frågan. Det måste finnas fler än jag, Ericsson och Koomey och några till. Det är väldigt viktigt, säger han.
På en punkt är Anders Andrae dock överens med branschkollegorna på Ericsson. Han menar att IKT-sek- torn medför relativt låga utsläpp i förhållande till vad tek- niken ger tillbaka.
”Med 4-5 procent [av koldioxidutsläppen] kommer ut- släpp från beräkningar och digitalisering även fortsätt att vara en relativt liten del av de globala [utsläppen] under det här årtiondet”, skriver Anders Andrae i den se- naste rapporten.
1
ENERGIÅTGÅNG
Hur energiförbrukningen i IKT-sektorn ser ut framöver beror mycket på vilken typ av elmix som försörjer datacentren.
Mer förnybar energi får ner utsläppen.
EYEVINE/TT
Del 4.
”Sanningen ligger någonstans i mitten”
I dagsläget finns det alltså rapporter som tyder på att alltifrån någon procent till en tiondel av den globala el- förbrukningen går att härleda till IKT-sektorn. Vem som sitter på korrekt data är svårt att säga.
– Vi vet att det ligger någonstans mellan en och tio pro- cent, men det är något som är väldigt svårt att räkna ut, så vi vet inte det exakta värdet, säger Jon Summers som är adjungerad professor i strömningslära vid Luleå Teknis- ka Universitet och forskningschef på Rise Sics North.
Det är det nationella svenska forskningsinstitutets nordligaste utpost som är lokaliserad i Luleå, några mi- nuters körväg från Facebooks enorma datacenter i sta- den. Anläggningen är dedikerad åt forskning som rör datacenter och energiförbrukning.
Forskarna vid Rise Sics North håller ett vakande öga över de rapporter som kommer ut om energieffektivitet i den teknik som utgör själva ryggraden i vår digitala infra- struktur. Forskarna har noterat att det har blivit en kamp för företag som Intel att fortsätta öka prestandan och en- ergieffektiviteten i sina komponenter i samma takt som tidigare.
– Det finns gott om bevis för att Moores lag har det tufft nu. Jag menar, ett typexempel på det är att Intel brukade berätta hur många transistorer som satt i deras proces- sorer, och nu gör de inte det längre, säger Jon Summers.
Samtidigt som han poängterar att det är svårt att ge en slutgiltig dom i frågan om vem som har rätt när det gäller branschens energikonsumtion, menar han att det finns ett antal punkter som talar emot de allra mest positiva rapporterna. De som säger att förbrukningen planat ut eller rentav minskar.
Som exempel nämner han uppgifterna om att serverför- säljningen enligt de stora analysfirmorna mer eller min- dre stått stilla under de senaste åren. En marknad där Intel dominerar med en bra bit över 90 procent av för- säljningen av huvudprocessorer (cpu).
– Om försäljningen av servrar har pla- nat ut eller går ner, varför kan Intel ändå inte leverera så många serverprocesso- rer som efterfrågas? Jag tror att det finns ett enkelt svar. Eftersom hyperscale-ak- törer går direkt till Intel och beställer miljoner cpu:er till sina kommande da- tacenter och de hamnar i omärkta ser- vrar som aldrig når försäljningslistorna, säger Jon Summers.
Hyperscale är en term som används för de allra största datacentren som ofta kan rymma tiotusentals servrar.
Om stora aktörer skulle beställa stora mängder chip di- rekt från leverantörerna, skulle det innebära felaktighe- ter i de estimat som analysfirmorna gör baserat på det som säljs på den öppna marknaden. Det skulle i sin tur göra att uppskattningar som bygger på analytikernas data, som de från Koomeys forskargrupp till exempel, inte stämmer.
– Google är ett av världens mest transparenta hyper-
scale-företag, och under 2018 ökade deras energiför- brukning med en tredjedel. Hur kan vi då vara i en utpla- ning? undrar Jon Summers.
Ett annat frågetecken finns i den övergripande trenden där företag flyttar sina applikationer och system från lo- kala servrar till datacenter, det som brukar kallas migra- tion till molnet. Förespråkarna menar att detta leder till minskad energiförbrukning när allt alla servrar körs i en mer energieffektiv miljö.
Men det är bara sant om teorin stämmer fullt ut.
– Problemet är att en del företag faktiskt inte stänger av all utrustning som körs internt när de flyttar till molnet, säger Jon Summers.
Han betonar att han inte har någon data på hur vanligt det är att företag låter delar av den lokala servermiljön fortsätta snurra i onödan trots att bolaget migrerat till molnet. Men den typen av beteende skulle betyda att en flytt till molnet i värsta fall betyda att ett företags totala energiförbrukning ökade i stället för minskade.
– Allt detta sammantaget leder till huvudfrågan, hur mycket energi använder datacenter egentligen? Det finns beteenden som tyder på att det inte kan minska el- ler ha planat ut. De här argumenten säger att den måste öka, och snabbare än vad vi kan öka energieffektiviteten i systemen, säger Jon Summers.
Del 5.
Därför är prognoserna så svåra att ställa
Något rakt svar på hur mycket el som tekniksektorn kon- sumerar och hur mycket koldioxid den släpper ut i dag är alltså inte möjligt att få i dagsläget. Än värre är det med prognoserna framöver.
Förutom problemen som har lyfts i artikeln hittills finns det tre faktorer som de experter Ny Teknik talat med som försvårar prognoserna:
1. Nya framsteg. Det finns en lång rad företag och fors- kare som arbetar med att ta fram nya, mer energisnåla komponenter. Hur hårdvaran är designad, vilka material som används i halvledare och hur mjukvaran är optime- rad kan göra enorma skillnader i den totala energiför- brukningen.
Men när nästa stora utvecklingssteg tas, och hur det ser ut, vet ingen med säkerhet.
2. Nya energiintensiva vanor. Artificiell intelligens, ma- skininlärning, 5g och iot är megatrender som medför stora ökningar i beräkningskraft och kommunikation.
Men vilka nya beräkningsbehov kommer vi att få under kommande år? För tio år sedan visste ingen att kryptova- lutor skulle förbruka uppemot 100 TWh el om året.
3. Elmixen avgör avtrycket. Om världens ekonomier lyckas genomföra en stor omställning till förnybar energi kanske vi kan fortsätta att se en ökning i IKT-sektorns en- ergiförbrukning utan att de totala utsläppen från sektorn ökar.
SIMON CAMPANELLO simon.campanello@nyteknik.se
1
ENERGIÅTGÅNG
Jon Summers.
TOMAS BERGMAN
2
KOLDIOXIDUTSLÄPP
Fjordvatten som kyler servrar och spillvärme som används för matpro- duktion. Det finns många sätt för ser- verhallar att minska sitt klimatavtryck.
På den norska västkusten, utanför Målöy, bröts fram till 2009 mineralen olivin. Nu används gruvan i stället som serverhall av Lefdal Mine Datacenter.
Serverracken står i containrar som transporteras till 60 meters djup. Det är högt i tak i tunnlarna, vilket gör att tre containrar kan staplas ovanpå varandra.
Här används det åttagradiga fjordvattnet för att kyla it- utrustningen. Saltvattnet pumpas till en värmeväxlare och kyler ned färskvatten i ett slutet system. Färskvattnet leds sedan vidare under golvet i containrarna och till så kallade inline-enheter mellan servrarna.
Enligt Mats Andersson, marknadschef på Lefdal Mine Datacenter, blir ett vattenburet kylsystem mycket mer effektivt än ett luftburet.
– Kallt vatten leder temperatur cirka 400 gånger mer effektivt än luft. Ett luftkylt datacenter kan köra ungefär 5 kW per rack, när vi kör med vatten kan vi köra till 50 kW per rack. På så sätt får man ett mer effektivt nyttjande av investeringen, säger han.
Men även i den gamla gruvan behövs en del fläktar.
Inline-enheterna omvandlar kylan från färskvattnet till kall luft som blåser in i racken.
– Men det är väldigt lite i förhållande till att driva luft genom hela anläggningen, säger Mats Andersson.
Så minskar datacenter sina klimatavtryck
Än så länge har datacentret, som finns på en av gru- vans nivåer, en installerad effekt om 10 MW. Men Lefdal Mine Datacenter planerar en utbyggnad till totalt tre ni- våer.
Serverhallar behöver stora mängder energi för att kyla utrustningen. Stora anläggningar kan sluka lika mycket energi som en mellanstor stad.
En viktig åtgärd för att minska klimatavtrycket är att ta vara på spillvärmen. Lefdal Mine Datacenter har flera idéer på hur det kan göras i framtiden. Bland annat hand- lar det om att värma bostäder, växthus eller alg- och fisk- odlingar. Inom ett år tror Mats Andersson att någon av idéerna blir förverkligad.
I Stockholm görs detta redan. Flera datahallar bidrar med överskottsvärme till Stockholm Exergis fjärrvärme- nät. Serverhallar ägda av Ericsson, H&M, Banhof, Com- hem och Interxion är några exempel.
Totalt bidrog olika verksamheters spillvärme med 113 GWh i Exergis fjärrvärmenät förra året.
Ungefär två tredjedelar, 75 GWh, kom från just serverhallar.
– Datasegmentet växer, konstaterar Erik Rylander, chef för Öppen fjärrvär- me som är Exergis affärsmodell för att köpa överskottsvärme.
Klimatvinsten av värmeåtervinningen är att Exergi inte behöver lika mycket bränsle i sina värmeverk. I dag eldar bo- laget biomassa, sopor och biooljor.
– Vårt genomsnittliga koldioxidavtryck är 60 gram per levererad kilowattimme. Så varje kilowat-
Mats Andersson.
LEFDAL MINE DATACENTER
Den gamla gruvan utanför Målöy i Norge används nu som serverhall.
LEFDAL MINE DATACENTER
2
KOLDIOXIDUTSLÄPP
timme som vi återvinner sparar vi 60 gram koldi- oxid, säger Erik Rylander.
Men det finns en del svårigheter med att återvinna spill- värme från serverhallar. Enligt Tor Björn Minde, forska- re på Rise SICS North, är de amerikanska datahallsjät- tarna inte så intresserade av värmeåter-
vinning i fjärrvärmenätet eftersom det på många platser inte är lönsamt.
Värmen från datahallar har också för låg temperatur för att kunna användas direkt i fjärrvärmenätet. Därför behövs värmepumpar, som drar el, för att höja temperaturen.
Erik Rylander tror dock att spillvär- men kan återvinnas betydligt mer effek- tivt i framtiden.
– Datahallarna utvecklas så att de inte behöver ha lika kallt och utvecklingen i fjärrvärmenätet går i andra riktningen, där behöver temperaturen inte längre vara lika hög som tidigare. Vår tro är att de här kommer att mötas till slut, så att vi kan kyla direkt med vårt returvatten utan annat jobb än att pumpa det genom värmeväxlare, säger han.
Men för Interxion, som driver fem da- tacenter i Kista utanför Stockholm, är det redan lönsamt att skicka över- skottsvärmen till fjärrvärmenätet. Bola- get köper fjärrkyla av Exergi och får be- talt för spillvärmen som levereras tillba- ka. 14-gradigt vatten leds till anlägg - ningen och går tillbaka till Exergi med 22 eller 24 grader.
– Vi går med ett litet plus, men det är inte huvudanledningen till att vi gör det.
Eftersom datacenterindustrin är en av de största energi- förbrukarna är det väldigt viktigt för oss att göra allt vi kan för att minska vårt klimatavtryck, säger Alexander Kehrer, nordisk marknadschef på Interxion.
Det finns också andra verksamheter som kan ha nytta av spillvärmen från serverhallar. Tor Björn Minde på Rise forskar om att återvinna värmen för matproduktion, i växthus och fiskodling, samt i biobränsleproduktion, där värmen kan användas för att torka restprodukter från skogen.
– De spåren är lovande, säger han.
Men det allra första steget för att minska klimatav- trycket från serverhallarna är, enligt Tor Björn Minde, att optimera driften. Ett projekt i Boden visar att det finns stora vinster att göra.
– 25 till 50 procent av energin som går åt till kylsystemet går ofta att spara genom att optimera byggnad, program- vara och hårdvara i ett helhetsperspektiv så att inga kom- ponenter jobbar emot varandra, säger han.
Forskarna byggde ett pilotdatacenter om 500 kW och simulerade laster för att utvärdera hur det automa- tiska styrsystemet bäst skulle utformas. Egen program-
vara utvecklades både för att övervaka och reglera drif- ten.Ett vedertaget mått för datahallars energieffektivitet kallas för PUE, Power Usage Effectiveness. Ett värde på 2,0 betyder att lika mycket energi går åt till att driva ser- vrarna som att kyla dem (1 + 1). En del datacenter ståtar med PUE-tal kring 1,1. Norska Lefdal Mine Datacenter till exempel garanterar sina kunder ett värde under 1,15.
I Bodenprojekt ligger PUE under 1,02.
– Efter de senaste optimeringarna är det på 1,009. Det är PUE-tal som de flesta bara drömmer om, säger Tor Björn Minde.
Det finns också ett annat sätt för serverhallarna att komma till större nytta. De kan använ-
das för att stötta elnätet via sina UPS:er, något som snart väntas bli verklighet.
UPS är en enhet som med hjälp av bat- terier kan ge ström till servrarna i hän- delse av strömavbrott. Den strömmen kan också användas för att reglera frek- vensen i stamnätet.
Bahnhofs datacenter i Stockholm står redo att börja frekvensreglera och väntar
bara på klartecken från Svenska kraftnät. I norra Finland beräknas datahallen Aurora DC börja reglera frekvensen inom ett par veckor.
Frekvensreglering via UPS testades av Fortum och Svenska kraftnät förra året i ett pilotprojekt, som föll väl ut.Vad blir då klimatvinsten av att serverhallar reglerar frekvensen i stamnätet? Fortums utvecklingschef Ilari Alaperä tycker att det är svårt att bedöma.
– Utsläppen kan minska om gasturbiner inte behöver användas för frekvensreglering, men i de nordiska län- derna är det mest vattenkraften som frekvensreglerar.
Men generellt sett är det bra att öka flexibiliteten i syste- met för att man då kan slippa investera i nya elnät, säger Ilari Alaperä.
LINDA NOHRSTEDT linda.nohrstedt@nyteknik.se Alexander
Kehrer.
OLA HEDIN
Erik Rylander.
STOCKHOLM EXERGI
Tor Björn Minde.
RISE
Ilari Alapäri.
FORTUM
Interxion driver ett datacenter i Kista utanför Stockholm.
INTERXION
3
GRAFIK
Luleå
Gävle Sandviken Avesta
Staffanstorp
Västerås
Katrineholm Eskilstuna
Microsoft 23 000 m2
Microsoft 14 420 m2
Amazon Web Services
100 000 m2
Amazon Web Services
75 000 m2 Amazon
Web Services 25 000 m2
Var: Luleå
Etablering: Första etappen i drift sedan 2013.
Storlek: Över 100 000 m2 när utbyggnaden är klar 2021.
Användning: Hallarna används för att hantera data om Facebooks användare.
Övrigt: Den första datahallen stod klar 2013 och blev Facebooks första utanför USA. En andra hall färdigställdes 2016, och nu börjar inom kort bygget av en tredje som ska stå klar 2021. Totalt kommer Facebook att ha investerat 8,7 miljarder kronor i staden när etapp tre är klar. Nyligen skrotades planerna på ett fjärde datacenter i Gävle.
Facebooks serverhall i Luleå
Microsoft 23 000 m2 Var: Gävle, Sandviken
och Staffanstorp.
Etablering: Byggstart hösten 2019.
Storlek: Totalt 60 420 m2 planerat än så länge. 23 000 m2 vardera i Sandviken och Gävle och 14 420 m2 i Staffanstorp.
Användning: Ska troligen användas till Azure, en plattform där företag kan bygga och köra applikationer och webbtjänster i molnet.
Övrigt: Under september meddelade Microsoft att de köpt en fjärde tomt som också den ligger i Gävle kommun.
Även där planeras ett datacenter.
Andra stora datacenter
De amerikanska it-jättarnas datacenter är störst i landet, men utgör en relativt liten del av den totala marknaden. Andra aktörer som har storskaliga datacenter i Sverige är Digiplex med en anläggning i Upplands Väsby, Interxion i Kista, Equinix med flera datacenter kring Stockholm och Ericsson med två stora datahallar i Linköping och Roserberg.
Facebook Över 100 000 m2
I drift bygge pågår
Grafik: Jonas Askergren Fakta: Simon Campanello Foto: TT
Nätjättarnas
svenska datacenter
Källa: COWI, analysis of Data Centre Investment Oppurtunities in the Nordic Countries
4,0
3,0
2,0
1,0
2018 19 20 21 22 23 24 25 0 Så mycket kommer
investeringarna i datacenter i de nordiska länderna att öka de närmaste åren, enligt en rapport från Cowi.
Kraftigt växande sektor
Miljarder euro Var: Eskilstuna,
Katrineholm och Västerås.
Etablering: Första etappen i drift sedan 2018.
Storlek: Bygglov för åtta hallar på 25 000 m2 vardera. Fyra i Västerås, tre i Eskilstuna och en i Katrineholm. Totalt 200 000 m2.
Användning: Som en del av molntjänsten Amazon Web Services där företag kan hyra serverutrymme eller beräkning- skapacitet.
Övrigt: Amazon skriver i en kommentar till Ny Teknik att de vill inte säga hur många av de åtta planerade byggnaderna som är färdigställda och i drift.
Var: Avesta Etablering: Byggstart okänd.
Storlek: 109 hektar tomtyta.
Användning: Skulle troligtvis användas för att utöka moln- plattformen Google Cloud.
Övrigt: 2017 kom de första uppgifterna om att Google köpt 109 hektar skogsmark i den lilla orten Horndal i Avesta kommun.
Det finns planer på att anlägga ett datacenter på marken, men än så länge har ingen ansökan om bygglov lämnats in
FÖRKLARAR
4
ETABLERINGAR
Facebook, Amazon, Google och Microsoft. När världens största
it-företag försöker minska sina klimat- avtryck har den svenska elmixen blivit avgörande.
När Facebook byggde sitt första datacenter utanför hemlandet USA föll valet inte helt självklart på Luleå.
Byggnaden stod klar 2013, och nu verkar amerikanska it- bolag mer intresserade än någonsin av att bygga i Sveri- ge.I slutet av 2018 invigde Amazon Web Services sina datacenter i Mälardalen. Året därpå köpte Microsoft upp en rad tomter avsedda för datacenter i flera svenska orter. Google har å sin sida köpt mark i Dalarna som är under utveckling. Och Facebook ska snart bygga sitt tredje jättelika datacenter i Luleå.
Men varför just Sverige? Kokar man ner frågan så långt det går finns ett ganska enkelt svar: hållbarhetskrav.
– Det är helt klart en fråga om hållbarhet. Naturligtvis är hållbarheten inte helt frånkopplad de ekonomiska kal- kylerna. Investeringskostnader och driftkostnader är viktiga, men när kostnaden är liknande blir den svenska
Därför vill alla bygga datacenter i Sverige
hållbarheten otroligt viktig, säger Tomas Sokolnicki som är investeringsrådgivare på Business Sweden som hjäl- per internationella bolag att investera i Sverige.
Datacenterindustrin har kritiserats som en energislu- kande jätte. Vare sig det är en Netflix-film, Sharepoint- sida eller datatuggande reklamalgoritm ligger den i slutänden placerad i ett datacenter vars snurrande pro- cessorer och susande fläktar konsumerar stora mängder energi.
Det har i sin tur skapat påtryckningar mot branschens jättar att ta ett ansvar för dataflödenas klimatavtryck.
Amazon, Google och Microsoft gör alla jätteinvestering- ar i förnybara energislag och energisnåla tekniska lös- ningar, men genom att etablera sig i Sverige kan de få en enkel och inte minst billig skjuts i rätt riktning.
Svensk elproduktion genererar i snitt 13 gram koldioxid- utsläpp per kilowattimme, enligt OECD. Det europeiska snittet ligger enligt samma källa på 337 gram co2/kWh, medan den amerikanska elproduktionen snittar på 489 gram co2/kWh.
– Energmixen vi har i Sverige spelar en otroligt stor roll för etableringarna. Tittar man globalt är de här spelarna inte bortskämda med att få så låga koldioxidutsläpp när de etablerar sig. Vi vinner inte med några få procent utan det är mångdubbelt bättre, säger Tomas Sokolnicki.
Facebooks första data- center i Luleå, 2013.
SUSANNE LINDHOLM/TT
Vilka andra punkter är viktiga för att en etablering ska bli av?
– Rent generellt om man tittar på vad de söker är det de- taljplanerad mark, kraftförsörjning och resurser och kompetens att bygga och drifta ett datacenter över en lång tidsperiod.
För de stora amerikanska it-bolagen är möjligheterna till fortsatt expansion också viktiga. De vill gärna se att det går att fortsätta bygga ut när efterfrågan kräver det.
Ett färskt exempel kommer från Gävle där Microsoft un- der hösten ska börja bygga ett nytt datacenter. Så sent som i förra veckan meddelade mjukvarujätten att de köpt ytterligare en tomt i närheten, vilket bäddar för yt- terligare etableringar.
– Facebook, AWS och Microsoft tänker mer i campus, platser där de kan bygga ut över tid. När en byggnad bör- jar bli full av servrar kan de börja bygga nästa, och så rull- lar det på. Det blir ett rullande byggprojekt som kan pågå i 10-15 års tid, säger Tomas Sokolnicki.
Just nu verkar prognosen vara att etableringarna i Sve- rige kommer att fortsätta. Dels av anläggningar i ”hyper- scale”, vilket är branschlingo för jätteetableringar som de som Facebook, Microsoft och Amazon gjort i Sverige.
Dels av så kallade co-locations. Det är datacentrens svar på lagerhotell där företag kan hyra in sig med alltifrån en- skilda serverrack till hela rum fyllda med datorer bero- ende på behov och tillgång.
– Hyperscale är toppen av isberget. De är stora och tacksamma att skriva om, men utgör ändå bara en liten del av en stor industri, säger Tomas Sokolnicki. Bran- schen växer på båda hållen. Både med stora anläggning- ar och små lokala datacenter.
En rapport från Boston Consulting Group, som togs
fram på uppdrag av Business Sweden 2015, uppskattar att datacenterindustrin kommer att omsätta 53 miljarder i Sverige år 2025, enligt DI Digital. Samtidigt beräknas branschen direkt och indirekt sysselsätta uppemot 30 000 människor. I en annan rapport från ifjol beräknar Cowi att de nordiska investeringarna i datacenter väntas uppgå till 4,3 miljarder euro om året 2025. Mer än dubbelt upp mot 2018.
Något som möjligen skulle kunna sätta käppar i hjulet är den nu så omdebatterade kapacitetsbristen i elnäten, inte minst runt storstäderna. I södra Sverige är läget sär- skilt akut, det finns redan exempel på företag som Pågen och Ecolean som fått ställa in planerade expansioner i Skåne på grund av elbrist. Debatten blev på nytt aktuell när Microsoft i augusti meddelade sina planer på att byg- ga ett nytt datacenter i skånska Staffanstorp.
Men än så länge finns det gott om utrymme för datacen- ter i Sverige, menar Tomas Sokolnicki på Business Swe- den. Genom att noggrant välja platser där det både finns god tillgång på både detaljplanerad mark och effekt kan datacenterindustrin fortsätta att växa. Att ta hänsyn till elnätets infrastruktur och effektbalansen i området, är en viktig del i planeringen.
– Hittills har det gått ganska bra att hitta lämpliga alter- nativ. Det betyder inte att nio andra, lika stora aktörer kan etablera sig på samma plats. När Amazon väl slagit sig ner i Mälardalen blir det svårt att komma med ytterli- gare en så stor etablering de närmaste åren. Men Sverige är fortsatt attraktivt för elintensiva etableringar, inklusi- ve datacenter, säger han.
SIMON CAMPANELLO simon.campanello@nyteknik.se
Från en presentation som Facebook höll 2011, om planerna på datacenter i Luleå.
SUSANNE LINDHOLM/TT
4
ETABLERINGAR
5
KYLNING
Stora mängder energi går åt till fläk- tarna som kyler ned de hårt arbetande processorerna i dagens datacenter.
Men genom att använda självdrag på ett smart sätt hoppas svenska fors- kare kunna halvera energiåtgången.
Tack vare tillväxten av molntjänster etableras nya data- center i rask takt, världen över. Det är en energikrävande verksamhet, inte minst drar fläktsystemen som ska kyla ned servrarna stora mängder ström.
I ett gammalt kylrum i Luleå jobbar forskningsinstitu- tet Rise SICS North på en tänkbar lösning. Genom att placera servrarna rätt kan naturligt drag minska använd- ningen av fläktar i dagens datacenter. Ett projekt som Energimyndigheten finansierar genom ett anslag på 3,2 miljoner kronor.
Allt enligt samma princip som en vanlig skorsten.
– Tanken är att ställa skåpen med servrar mot varan- dra. Så i mitten har man ”spisen” och så sätter man en skorsten på toppen, förklarar Tor Björn Minde som är vd för Rise anläggning i Luleå.
Skorstenen ska sluta tätt mot toppen av serverracken så att den varma luften inte har någon annanstans att ta vä- gen än ut. Samtidigt kommer kall luft att strömma ige- nom racken för att kompensera den luft som åker ut ge- nom skorstenen.
Efter en serie simuleringar och en första liten testan- läggning med bara ett par servrar är forskarna i full gång med att montera version två. De använder till en början fyra serverrack som var och ett innehåller ett tjugotal av-
lagda servrar som donerats från Facebooks datacenter som ligger i närheten.
Målet är att hitta en bra metod för att datacenter ska förlita sig mindre på fläktar och mer på naturligt drag. En första utmaning är att ”värma upp” skorstenen och få igång draget.
– Precis som man måste förtända spisen i sommarstu- gan innan man tänder brasan, måste man se till att få upp drag först, säger Tor Björn Minde.
Draget blir bättre ju större temperaturskillnaden är mel- lan serverracken och miljön utomhus, och det tar en stund för värmen att byggas upp i systemet efter att ser- varna slagits på.
– Ökat flöde kommer av ökad värme, men den värmen ökar först när processorerna blivit varma. Så man måste även reglera temperaturen med fläktar, säger Tor Björn Minde.
I takt med att temperaturen ökar kan man sedan börja reglera ner fläktarna, och därmed minska på elförbruk- ningen. Antalet fläktar som sitter på själva systemet och kyler processorerna kan också sänkas, och även de stora fläktar som används för ventilationen av hela datacen- tret kan i bästa fall bli färre.
I de simuleringar som gjorts inför experimentet har forskarna sett att energiförbrukningen till fläktar under optimala förhållanden kan halveras. Även om det inte är säkert att man får ut hela den effekten i praktiken.
– Vi ser potentialen och en snabb uppskattning är att vi vid de här kyliga breddgraderna ser 50 procents bespa- ring. Det är potentialen, men det är en bit dit och det kommer inte att bli så lätt, konstaterar Tor Björn Minde.
En nackdel med tekniken är att den bygger på att varmluften släpps ut i naturen och därmed inte går
Smarta självdragen kan
halvera elförbrukningen
att ta tillvara på lika lätt. Konceptet är att leda den varma luften från servrarna till den kalla luften ut- omhus.
Ett nästa steg i experimenten på Rise är därför att se om man kan ta tillvara på spillvärmen, samtidigt som man använder sig av skorstenar för att leda ut den.
– Vi vill ha värmeåtervinning också. Det är nästa utma- ning, att få både självdrag och värmeåtervinning i sam- ma system, säger Tor Björn Minde.
Det finns redan flera exempel på där värme från data- center kopplats in i fjärrvärmesystemet, men det kan fin- nas fler tillämpningar på sikt.
– Värmen kan återanvändas där man gärna har 35 gra- der i luften. Vi har tittat på växthus, och vi gör en förstu- die kring att torka biomassa vilket skulle passa väldigt bra i Sverige med all virkes- och träindustri, säger Tor Björn Minde.
SIMON CAMPANELLO simon.campanello@nyteknik.se
5
KYLNING
En vanlig dag drar de största krypto- valutorna mer el än Nederländerna enligt en beräkning. Tekniken bakom bitcoin har blivit en tickande miljö- bomb.
– Kolla hur bitcoin fungerade i december 2017. Du fick i praktiken betala 50 dollar för att ens kunna utföra en transaktion. Det är inte gångbart för ett betalmedel, så vi slösar massiva mängder energi på en valuta som bara kan användas av spekulanter, säger Alex de Vries.
Han är anställd som expert på blockkedjeteknik på konsultfirman PwC och driver sedan några år tillbaka bloggen Digiconomist som kretsar kring kryptvalutor i allmänhet och bitcoin i synnerhet.
Bloggen har fått enormt genomslag sedan han började ställa bitcoins energikonsumtion i förhållande till hela länder. Enligt hans index drar nätverket bakom bitcoin i dag mer el än hela Österrike – över 73 terawattimmar om året.
Miljöengagemanget började när Alex de Vries snubb- lade över en artikel som publicerades på tekniksajten Motherboard sommaren 2015. En reporter försökte göra en uppskattning av hur mycket el som nätverket konsu- merade och kom fram till en omskakande siffra: två bit- coin-transaktioner drar lika mycket el som två genom- snittliga amerikanska hushåll använder under ett dygn.
– Jag blev ärligt talat förvånad. Det var ett så stort tal, så varför skrev ingen om det här problemet? Jag började leta fler källor, men alla var flera månader gamla och utveck- lingen av bitcoin gick så fort att de redan kändes förlega- de. Det fanns inget sätt att följa utvecklingen i realtid, säger Alex de Vries.
Det finns förstås goda skäl till det. När bitcoin dök upp på nätet omfamnades valutan av libertarianer och cyber- punkare som ville ha ett betalsystem som varken stater eller storbankerna hade inflytande över. Det låg förstås rätt i tiden strax efter finanskrisen 2008 där storbanker i
flera länder kollapsade, och intresset växte sakta för den nya valutan.
För att utvinna nya bitcoin kopplar du upp en dator mot nätverket och löser komplicerade matematiska problem.
Att skapa bitcoin kallas för ”mining”, som i gruvdrift, och konceptet med att lösa krångliga formler kallas för
”proof-of-work”. Du kan läsa mer om tekniken i en arti- kel som Ny Tekniks reporter Peter Ottsjö skrev förra året.
I bitcoins underliggande mjukvara finns en funktion som gör de matematiska problemen svå- rare att lösa ju fler datorer som kopplar upp sig mot nätverket. Därmed krävs ständigt mer datorkraft för att gräva fram nya digitala pengar. När bitcoin lanserades räckte det med en kraftfull speldator i källaren hos en tidig entusiast för att få en del av kakan. I dag är gruvar- betarna företag som fyller datacenter med specialbyggda datorer som gräver dygnet runt.
Den här stegrande användningen av datorkraft finns bara i kryptovalutor som använder proof-of-work, som bitcoin. Lösningar som använder den bakomliggande tekniken blockkedjan dras inte med samma problem.
– Företag som är intresserade av blockkedjan frågar ofta om de kommer att behöva använda lika mycket el som bitcoin. Jag säger alltid att det inte är så. Det här är mjukvara, de kan plocka ut proof-of-work och ersätta med ett mer miljövänligt alternativ, säger Alex de Vries.
Företagen som livnär sig på att gräva bitcoin är allt an- nat än transparenta med sin verksamhet och delar sällan med sig av sina elräkningar. Men det finns vägar att göra en kvalificerad uppskattning. Den enklaste är att kolla hur många beräkningar, eller hashar, datorerna i bitcoin- nätverket gör varje sekund. Sedan räknar du hur mycket energi som går åt för att göra de beräkningarna.
Det är en snårig metod. Hur många beräkningar en da- tor klarar av kan variera vilt. II en forskningsrapport på ämnet som Alex de Vries publicerat i tidskriften
Kryptovalutorna
drar allt mer energi
Alex de Vries.
PWC
6
BERÄKNINGSKRAFT
6
BERÄKNINGSKRAFT
Joule konstaterar han att en Antimer S9, en topp- modern specialkonstruerad dator för att bryta bit- coin, kan lösa 14 tusen miljarder hashar i sekunden – lika många som en halv miljon spelkonsoler av modell Play- station 3. Men där en Antminer drar 1 372 watt skulle spel- konsolerna konsumera 40 megawatt.
Det är förstås att dra situationen till sin spets. Men det illustrerar hur svårt det kan vara att beräkna energikon- sumtion utifrån hårdvaran. Alex de Vries använder ändå den här modellen för att räkna ut ett absolut minimum för hur mycket energi som bitcoin konsumerar genom att räkna med att alla som gräver kryptovaluta använder just en relativt energisnål Antminer S9.
– Men då ingår inte heller andra saker som drar ström, som kylningen. Om du fyller en lokal med maskiner kommer de att generera enorm värme – och det är bara en av många faktorer som kan spela in, säger Alex de Vries.
Så för att få en bättre uppskattning valde han att angri- pa problemet som den ekonom han är.
– Det här är nästan en ideell miljö för att använda eko- nomiska teorier. Så länge det kostar mindre än en bitcoin att skapa en bitcoin kommer folk att fortsätta att ansluta fler maskiner till nätverket – och om det blir olönsamt kommer de att ta bort dem, säger Alex de Vries.
Med den insikten började en formel ta fart, i faktarutan längst ned i artikeln kan du läsa hur den ser ut.
När Alex de Vries lanserade sitt Bitcoin Energy Con- sumption Index i början av 2017 kunde man enligt hans uträkning se att datacentren som grävde bitcoin världen över konsumerade dryga 9,5 terawattimmar om året. Det betyder att om bitcoin-nätverket vore ett land skulle det vara på topp 100-listan över de största energikonsumen- terna.
Siffran har mångdubblats sedan dess till 73 terawat- timmar. Inte minst på grund av den enorma prisökning- en för bitcoin och andra kryptovalutor under 2017. Bit- coin har stadigt tagit kliv uppåt på listan och passerat Ir- land, Danmark och nu senast Österrike på listan över största energikonsumenter. I dag uppskattar Alex de Vries att bitcoin legat på plats 39 om det varit ett land,
mellan Österrike och Filippinerna, och står för runt 0,33 procent av världens samlade energianvändning.
Alex de Vries själv tror att hans uträkning kan vara i det försiktigaste laget. Även om kortsiktig ekonomisk vin- ning är det viktigaste målet för de flesta som gräver nya bitcoin finns det andra som struntar i hur mycket el de konsumerar.
De som vill använda bitcoin för att göra anonyma köp kanske tycker det är värt förlusten. Om du växlar till dig bitcoin mot kronor eller dollar kommer bitcoin-börsen du handlar hos kunna koppla dig till transaktionerna om polisen knackar på och frågar. Men har du själv grävt fram pengarna är de i stort sett omöjliga att spåra. Sedan finns spekulanterna som är övertygade om att kryptova- lutan kommer att fortsätta öka i värde – och de rent krimi- nella.
– Tidigare i år såg vi hur en stor bitcoingruva i Ryssland stal elektricitet från kraftnätet för att driva tusentals da- torer. Vi vet inte hur mycket den typen av verksamhet påverkar helheten, men det betyder att den faktiska kon- sumtionen kan vara högre än vad indexet visar, säger Alex de Vries.
Samtidigt används valutan väldigt sparsamt. I dag görs bara ett par hundra tusen transaktioner varje dag, och många av dem tros vara investerare som köper eller säl- jer bitcoin i spekulationssyfte.
Om du delar energiåtgången för bitcoinnätverket med antalet transaktioner kan man konstatera att en bitcoin- överföring enligt de Vries-modell ”kostar” 819 kWh. Det är lika mycket som drygt 27 amerikanska snitthushåll konsumerar på ett dygn.
Bitcoin var först med proof of work, men fler kryptova- lutor använder konceptet. Ethereum är den näst största valutan efter bitcoin, och dras med precis samma pro- blem.
Det blev absurt inte minst under förra hösten. Några utvecklare byggde ett spel som gick ut på att samla på kattungar och använde ethereum-pengar som spelmar- körer. När värdet på valutan rusade som mest var dessa cryptokittens den mest populära tillämpningen av ethereum.
Uppgifterna är från 2018.
6
BERÄKNINGSKRAFT
– Det gav mig verkligen en huvudvärk. Använder vi verkligen ett helt lands energibehov till att samla digitala kattungar? Är det dit världen har kommit? und- rar Alex de Vries.
Börjar man räkna samman de ekologiska fotavtrycken från de största kryptovalutorna blir resultatet svindlan- de. Tim Swanson, författare och grundare till analysfir- man Post Oak Labs, använder en liknande metod som Alex de Vries för att räkna fram en minsta energinivå som krävs för att hålla de fem valutorna bitcoin, bitcoin cash, ethereum, litecoin och monero flytande.
”Sammantaget konsumerar de här fem nätverken lika mycket elektricitet som Nederländerna, speciellt när du börjar ta in de enorma mängderna elektronikskrot som bildas av uttjänta datorer, och elektriciteten och råmate- rialet som krävs för att bygga dessa. Kanske är siffran till och med högre om du räknar in markanvänding, arbets- kraft, underhåll, transporter och annat”, skriver Tim Swanson i ett blogginlägg han publicerade i augusti 2018.
Han konstaterar samtidigt att Nederländerna är en av de största ekonomierna i världen och genererar 825 mil- jarder dollar varje år, medan bitcoin och andra kryptova- lutor inte tillför särskilt mycket värde alls till samhället.
”Utvecklingen från industrialiseringens början på 1700-talet till i dag handlar att mänskligheten har kun- nat producera allt fler saker för varje enhet energi. Kryp- tovalutor som bygger på proof-of-work fungerar precis tvärtom […] i takt med att värdet på valutorna ökar får gruvbrytarna mer incitament att använda mer energi”, skriver Tim Swanson.
Nästa fråga är förstås var energin kommer ifrån. Koldi- oxidutsläppen från en bitcoin-gruva kan så klart variera enormt beroende på om den drivs med brunkol eller vindkraft. Därmed blir det svårt att säga exakt hur myck- et utsläpp som kommer från nätverket, men vi vet att en stor del av gruvorna finns i Kina där en stor del av elpro- duktionen bygger på fossila bränslen.
I dagarna publicerade University of Hawaii en artikel i tidskriften Nature Climate Change där forskarna upp- skattar att bitcoinnätverket orsakade 69 miljoner ton i koldioxidutsläpp under 2017. Det är mer än hela Sverige som enligt Naturvårdsverkets preliminära siffror släppte ut dryga 52 miljoner ton koldioxid under samma period.
Den amerikanska studien varnar för att bitcoinnätver- ket på egen hand skulle kunna krossa tvågradersmålet om utsläppen fortsätter öka i samma takt och valutan slår igenom på bred front. Artikeln har dock mött mot mot- hugg som i grova drag går ut på att forskarna gör ett antal antaganden som är långt ifrån säkra.
Om deras uträkningar stämmer kvarstår i alla fall ett faktum: bitcoinnätverket släpper redan ut stora mängder koldioxid.
Att driva bitcoingruvorna med förnyelsebar i stället för fossil energi är inte självklart ett bra alternativ menar Alex de Vries.
Han yfter den kanadensiska delstaten Quebec som ex- empel. Tack vare god tillgång till vattenkraft är energipri- serna bland de lägsta i Nordamerika. Det har fått krypto- grävarna att flocka sig och anströmningen av bolag har
blivit något av en het potatis i lokalpolitiken. Den gröna elen som går åt till att driva bitcoingruvorna skulle kunna användas till att driva industrier som skapar jobb eller exporteras till andra delar av Kanada och USA menar kri- tikerna.
– Visst, det låter fint med att gräva kryptovaluta på för- nybar energi, men jag undrar om det inte finns bättre sa- ker att använda den energin till? Den bästa lösningen borde vara att använda mindre energi, säger Alex de Vries.
Eftersom bitcoin är en helt decentraliserad valuta kan ingen dra ut sladden och stoppa experimentet. En lös- ning måste komma inifrån, och den kräver grundläg- gande förändringar i mjukvaran som definierar bitcoin och andra proof of work-valutor.
– Den bästa lösningen är att uppgradera protokollen som ligger bakom med en bättre algoritm. I slutänden är bitcoin ändå bara mjukvara, den går att uppgradera, sä- ger Alex de Vries.
När det gäller ethereum finns redan långt gångna pla- ner på att byta ut proof of work mot en annan, mindre energikrävande mekanism. Kryptovalutan och betalsys- temet ripple är ett exempel på ett framgångsrikt alterna- tiv som bygger på blockkedjan men inte kräver några av- ancerade och energikrävande matematiska beräkning- ar.
Alex de Vries hoppas att även bitcoin kan gå den vägen på sikt. Men det kräver att de tunga spelare som bestäm- mer nätverkets framtid går med på att förändra sin valu- ta.– Det första steget är att uppmärksamma problemet som jag gör. Det måste finnas tillräckligt med påtryck- ningar mot nätverket för att de ska gå med på att göra ändringar i protokollet, säger Alex de Vries.
SIMON CAMPANELLO simon.campanello@nyteknik.se
Formeln bakom energiuträkningen
Alex de Vries använder en formel i fyra steg för att räkna ut hur mycket energi som bitcoinnätverket konsumerar.
Som framgår i artikeln är det ett uppskattat värde.
■1. Först räknar han ut hur stora intäkterna är för företa- gen som bryter bitcoin. Det är ganska lätt att räkna ut efter- som ett förutbestämt antal bitcoin genereras varje dag.
■2. Sedan gör han en uppskattning av hur stor del av intäkterna som företagen har råd att lägga på att betala elräkningen. Han uppskattar att siffran ligger på 60 procent av intäkterna.
■3. Nästa steg är att räkna ut hur mycket gruvföretagen betalar per kilowattimme. Alex de Vries uppskattar att det i genomsnitt ligger på cirka fem cent.
■4. Till sist konverterar han utgifterna till kilowattimmar och kommer då fram till en siffra för bitcoinnätverkets to- tala elkonsumtion.
■För en detaljerad genomgång av hur Alex de Vries index fungerar kan du läsa hans artikel ”Bitcoin’s growing energy”
som publicerats i tidskriften Joule.
