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05.12.2011 1 Institut für Informatik Nachhaltigkeit in der Informatik und durch die Informatik Prof. Dr. Lorenz Hilty Forschungsgruppe Informatik und Nachhaltigkeit Institut für Informatik Universität Zürich Abteilung Technologie und Gesellschaft Empa, Eidgenössische Materialprüfungs- und Forschungsanstalt St.Gallen, Schweiz Institut für Informatik Nachhaltige Nutzung 2 "Ein System nachhaltig nutzen" bedeutet, das System so zu nutzen, dass es in seinen wesentlichen Funktionen langfristig erhalten bleibt. Herzlichen Glückwunsch zum 40. Geburtstag der Informatik an der Uni Hamburg! 18.11.11, Lorenz Hilty

Nachhaltigkeit in der Informatik und durch die Informatik · 05.12.2011 2 Institut für Informatik Herzlichen Glückwunsch zum 40. Geburtstag der Informatik an der Uni Hamburg! 18.11.11,

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05.12.2011

1

Institut für Informatik

Nachhaltigkeit in der Informatik und durch die Informatik

Prof. Dr. Lorenz Hilty

Forschungsgruppe Informatik und Nachhaltigkeit Institut für Informatik Universität Zürich

Abteilung Technologie und Gesellschaft Empa, Eidgenössische Materialprüfungs- und Forschungsanstalt St.Gallen, Schweiz

Institut für Informatik

Nachhaltige Nutzung

2

"Ein System nachhaltig nutzen" bedeutet,

das System so zu nutzen, dass es in seinen wesentlichen Funktionen langfristig erhalten bleibt.

Herzlichen Glückwunsch zum 40. Geburtstag der Informatik an der Uni Hamburg! 18.11.11, Lorenz Hilty

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2

Institut für Informatik

Herzlichen Glückwunsch zum 40. Geburtstag der Informatik an der Uni Hamburg! 18.11.11, Lorenz Hilty 3

ICT as part of the solution

Technology

Application

Societal change

Optimization effects

Substitution effects

Making more from less

Deep structural change toward a

dematerialized economy

3rd order effects [systemic]

2nd order effects [indirect]

1st order effects [direct]

enables

enables

Production

Use

End-of-life treatment

Life cycle of ICT hardware

ICT as part of the problem

Induction effects

Rebound effects

New critical infrastructure

Source: Hilty, L. M.: Information Technology and Sustainability. Essays on the Relationship between ICT and Sustainable Development. Books on Demand, Norderstedt 2008, ISBN: 9783837019704

Institut für Informatik

Herzlichen Glückwunsch zum 40. Geburtstag der Informatik an der Uni Hamburg! 18.11.11, Lorenz Hilty 4

ICT as part of the solution

Technology

Application

Societal change

Optimization effects

Substitution effects

Making more from less

Deep structural change toward a

dematerialized economy

3rd order effects [systemic]

2nd order effects [indirect]

1st order effects [direct]

enables

enables

Production

Use

End-of-life treatment

Life cycle of ICT hardware

ICT as part of the problem

Induction effects

Rebound effects

New critical infrastructure

Source: Hilty, L. M.: Information Technology and Sustainability. Essays on the Relationship between ICT and Sustainable Development. Books on Demand, Norderstedt 2008, ISBN: 9783837019704

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Institut für Informatik

Herzlichen Glückwunsch zum 40. Geburtstag der Informatik an der Uni Hamburg! 18.11.11, Lorenz Hilty 5

Computations per kilowatt-hour. Doubling time is 1.57 years (1946-2009) (Koomey et al., 2011).

Computations/second per computer. Doubling time is 1.5 years for personal computers (1975-2009) (Koomey et al. 2011).

Institut für Informatik

Energy

ICT Production

Energy

Materials

ICT Disposal

Energy

Secondary Materials

ICT Use

ICT Service

Herzlichen Glückwunsch zum 40. Geburtstag der Informatik an der Uni Hamburg! 18.11.11, Lorenz Hilty

Sustainability of materials supply?

Sustainability of recycling and final disposal?

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Sustainability of energy supply?

ICT Life Cycle

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Institut für Informatik

Herzlichen Glückwunsch zum 40. Geburtstag der Informatik an der Uni Hamburg! 18.11.11, Lorenz Hilty 7

Material Input

In the 1980ies, a PC micro- processor contained only 12 elements.

25 years later, 57 elements were used to build a PC microprocessor.

Source: National Research Council 2008

Herzlichen Glückwunsch zum 40. Geburtstag der Informatik an der Uni Hamburg! 18.11.11, Lorenz Hilty

Source: Behrendt et al. 2007

Institut für Informatik

Energy

ICT Production

Energy

Materials

ICT Disposal

Energy

Secondary Materials

ICT Use

ICT Service

Herzlichen Glückwunsch zum 40. Geburtstag der Informatik an der Uni Hamburg! 18.11.11, Lorenz Hilty

Sustainability of materials supply?

Sustainability of recycling and final disposal?

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Sustainability of energy supply?

ICT Life Cycle

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Institut für Informatik

Recycling

Herzlichen Glückwunsch zum 40. Geburtstag der Informatik an der Uni Hamburg! 18.11.11, Lorenz Hilty 9

E-waste Recycling in Cape Town, South Africa

Source: Empa

Institut für Informatik

Source: Empa

Source: Empa

Recycling E-waste Recycling in Guiyu, China

Source: Empa

Herzlichen Glückwunsch zum 40. Geburtstag der Informatik an der Uni Hamburg! 18.11.11, Lorenz Hilty 10

Source: BAN

Source: BAN

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Institut für Informatik

Recycling

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E-waste Recycling in Delhi, India

Source: Empa Source: Empa

Source: Empa Source: Empa

Institut für Informatik

Informal Recycling

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Manual extraction of copper from printed wiring boards in Delhi, India. Typical backyard company with 12 workers. Yield: 1-2 tons/month

Source: Empa

Copper Extraction Process

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Institut für Informatik

Informal Recycling

Herzlichen Glückwunsch zum 40. Geburtstag der Informatik an der Uni Hamburg! 18.11.11, Lorenz Hilty 13

Gold Extraction Process

http://ewasteguide.info

Institut für Informatik

Herzlichen Glückwunsch zum 40. Geburtstag der Informatik an der Uni Hamburg! 18.11.11, Lorenz Hilty 14

ICT as part of the solution

Technology

Application

Societal change

Optimization effects

Substitution effects

Making more from less

Deep structural change toward a

dematerialized economy

3rd order effects [systemic]

1st order effects [direct]

enables

enables

Production

Use

End-of-life treatment

Life cycle of ICT hardware

ICT as part of the problem

Induction effects

Rebound effects

New critical infrastructure

Source: Hilty, L. M.: Information Technology and Sustainability. Essays on the Relationship between ICT and Sustainable Development. Books on Demand, Norderstedt 2008, ISBN: 9783837019704

2nd order effects [indirect]

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Institut für Informatik

Virtuelle Meetings?

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Institut für Informatik

Source: Empa

Herzlichen Glückwunsch zum 40. Geburtstag der Informatik an der Uni Hamburg! 18.11.11, Lorenz Hilty 16

Substitution Example: One conference on two continents

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Institut für Informatik

Full HD picture of the presentation and of the presenter pointing on content

Substitution Example: One conference on two continents

Source: Empa

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Institut für Informatik

Speaker Has Eye Contact to Remote Audience

Source: Empa

Herzlichen Glückwunsch zum 40. Geburtstag der Informatik an der Uni Hamburg! 18.11.11, Lorenz Hilty 18

Substitution Example: One conference on two continents

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Institut für Informatik

Herzlichen Glückwunsch zum 40. Geburtstag der Informatik an der Uni Hamburg! 18.11.11, Lorenz Hilty

Source: Empa

Source: Empa Source: Empa

Source: Empa

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Substitution Example: One conference on two continents

Institut für Informatik

Herzlichen Glückwunsch zum 40. Geburtstag der Informatik an der Uni Hamburg! 18.11.11, Lorenz Hilty 20

The route from Switzerland to Japan, over the Atlantic, continental US, and the Pacific, with a total fiber optic length of 29,175km.

Source: Coroama, Hilty et al. 2012

8 Full HD Video Connections

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Institut für Informatik

CO2 emissions

participants

kg C

O2/p

artic

ipan

t

100

200

300

400

500

600

0 100 200 300 400 500 600 0

700

800

two-site conference 119 t CO2

Davos-only conference 235 t CO2

Nagoya-only conference 189 t CO2

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Institut für Informatik

Herzlichen Glückwunsch zum 40. Geburtstag der Informatik an der Uni Hamburg! 18.11.11, Lorenz Hilty 22

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

0 5000 10000 15000 20000 25000 30000

Cum

ulat

ed p

ower

[W

]

Distance from Davos [km]

Cumulated power demand for a 20 Mbit Internet connection Davos-Nagoya.

Energy demand of Internet Transmission

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Institut für Informatik

Energy demand of Internet Transmission

Herzlichen Glückwunsch zum 40. Geburtstag der Informatik an der Uni Hamburg! 18.11.11, Lorenz Hilty 23

derived from Koomey et al. 2004

derived from Taylor and Koomey 2008

derived from Pickavet et al. 2008

Coroama, Hilty et al. 2012

136 kWh/GByte

8.8 - 24.3 kWh/GByte

1.8 kWh/GByte

0.15 kWh/GByte

Estimates of energy per data transmitted

Institut für Informatik

Herzlichen Glückwunsch zum 40. Geburtstag der Informatik an der Uni Hamburg! 18.11.11, Lorenz Hilty 24

ICT as part of the solution

Technology

Application

Societal change

Optimization effects

Substitution effects

Making more from less

Deep structural change toward a

dematerialized economy

3rd order effects [systemic]

1st order effects [direct]

enables

enables

Production

Use

End-of-life treatment

Life cycle of ICT hardware

ICT as part of the problem

Induction effects

Rebound effects

New critical infrastructure

Source: Hilty, L. M.: Information Technology and Sustainability. Essays on the Relationship between ICT and Sustainable Development. Books on Demand, Norderstedt 2008, ISBN: 9783837019704

2nd order effects [indirect]

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Institut für Informatik

Biofuels

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Wie kann Informatik den Vollzug von Umwelt- und Klimapolitik optimieren?

Institut für Informatik

Sustainability Quick Check for Biofuels: www.sqcb.org

26 Herzlichen Glückwunsch zum 40. Geburtstag der Informatik an der Uni Hamburg! 18.11.11, Lorenz Hilty

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Institut für Informatik

Sustainability Quick Check for Biofuels: www.sqcb.org

27 Herzlichen Glückwunsch zum 40. Geburtstag der Informatik an der Uni Hamburg! 18.11.11, Lorenz Hilty

Institut für Informatik

Umweltinformatik: Beispiel (Fortsetzung)

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Rapeseed, your values

Fossil reference

Global Warming Potential

Environmental Impact

Herzlichen Glückwunsch zum 40. Geburtstag der Informatik an der Uni Hamburg! 18.11.11, Lorenz Hilty

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05.12.2011

15

Institut für Informatik

Umweltinformatik: Beispiel (Fortsetzung)

29

Rapeseed, your values

Fossil reference

Global Warming Potential

Environmental Impact

Rapeseed, your values

Fossil reference

Environmental Environmental Impact

Zugriffe

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Institut für Informatik

Was machen wir hier?

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•! Greening through IT? "…how the tools and techniques of information technology (IT) can help us tackle environmental problems" (Bill Tomlinson, UCI, 2010)

•! Sustainable HCI? "…how sustainability can be taken into account when designing technology, and how novel technology can be used to support and encourage sustainable behaviors on the part of users" (Elaine Huang, 2011)

•! Integrated Sustainable Development – Requirements Engineering for Sustainable Systems: "Software can play a major role in enabling and optimizing sustainability… for example, for optimizing energy and resource efficiency" (Masdar Institute, 2011)

•! Computational Sustainability?: "…an interdisciplinary field that aims to apply techniques from computer science, information science, operations research, applied mathematics, and statistics for balancing environmental, economic, and societal needs for sustainable development. (ICS, 2008)

Herzlichen Glückwunsch zum 40. Geburtstag der Informatik an der Uni Hamburg! 18.11.11, Lorenz Hilty

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Institut für Informatik

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Institut für Informatik

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ICT as part of the solution

Technology

Application

Societal change

Optimization effects

Substitution effects

Making more from less

Deep structural change toward a

dematerialized economy

3rd order effects [systemic]

2nd order effects [indirect]

1st order effects [direct]

enables

enables

Production

Use

End-of-life treatment

Life cycle of ICT hardware

ICT as part of the problem

Induction effects

Rebound effects

New critical infrastructure

Source: Hilty, L. M.: Information Technology and Sustainability. Essays on the Relationship between ICT and Sustainable Development. Books on Demand, Norderstedt 2008, ISBN: 9783837019704

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Institut für Informatik

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Decoupling

Source: Decoupling Natural Resource Use and Environmental Impacts from Economic Growth. UNEP 2011

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Institut für Informatik

Konferenz: ICT for Sustainability 14.-16.02.2013, Zürich www.ict4s.org

Danke für Ihre Aufmerksamkeit!

[email protected] www.ifi.uzh.ch/isr