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La haute technologie et la construction peuvent-elles réduire leur empreinte énergétique ?



Les industries de la 5G, des centres de données, des usines de semi-conducteurs et de la construction doivent réduire leur consommation d’énergie. Peuvent-ils?

La haute technologie a été l’une des lumières vives de l’obscurité économique causée par la pandémie de COVID-19. Les experts financiers ont reconnu que l’industrie des semi-conducteurs n’a pas connu une grande partie de la réduction spectaculaire des revenus qui a été observée dans les transports, l’aviation, l’hôtellerie, l’énergie et même les industries financières.

Alors que la haute technologie a bien fonctionné sur le plan économique, elle a contribué de manière significative à l’augmentation des émissions de carbone qui affectent négativement le changement climatique. La force continue du marché des semi-conducteurs combinée à la croissance des technologies 5G et des centres de données et à la forte consommation d’énergie actuelle du marché mondial de la construction augmente considérablement l’empreinte carbone de la planète.

Voici un aperçu de la façon dont chaque industrie contribue au défi énergétique mondial et de ce qui pourrait être fait pour réduire son impact.

5G

Un rapport récent d’InterDigital et d’ABI Research révèle que la consommation d’énergie de l’industrie du sans fil est sur le point d’augmenter de 160 % d’ici 2030. Contrairement aux générations sans fil précédentes, la 5G est sur le point d’avoir un impact environnemental énorme en raison de son ubiquité éventuelle et de son utilisation croissante.

L’étude quantifie l’empreinte énergétique pour approcher le déploiement de la 5G et identifie les meilleures pratiques pour encourager la durabilité énergétique à mesure que les technologies sans fil évoluent. Il avertit également que les progrès attendus de la technologie 5G sont également un catalyseur de la croissance de la consommation d’énergie.

L’industrie des télécommunications mobiles d’aujourd’hui dessert environ 5,3 milliards d’utilisateurs et génère 1,38 billion de dollars de revenus de services, selon le rapport. Chaque génération de sans fil a contribué à stimuler la demande de services mobiles et les opportunités pour de nouveaux cas d’utilisation dans le monde – et la 5G ne fait pas exception.

Le rapport de recherche a identifié des points clés à considérer pour poursuivre des déploiements de réseau 5G plus économes en énergie. Par exemple, d’ici 2028, les réseaux 5G devraient être largement adoptés dans les écosystèmes des consommateurs et des entreprises, ce qui entraînera une augmentation considérable de la consommation d’énergie et le remplacement éventuel des réseaux LTE existants.

Un autre point important est que la 5G va inaugurer une croissance agressive de la consommation d’énergie. En 2020, l’empreinte énergétique globale de l’écosystème sans fil mondial, y compris l’infrastructure de réseau et les terminaux, a dépassé 19,8 millions de tonnes d’équivalent pétrole (Mtep) par an. D’ici 2030, la consommation devrait atteindre 51,3 Mtep – un nombre équivalent à peu près à la même quantité d’énergie à consommer par tous les ménages au Royaume-Uni cette année-là.

En outre, les appareils connectés connaîtront une croissance exponentielle à mesure que les entreprises commenceront à déployer à grande échelle des appareils compatibles IoT et 5G. Cela entraînera une augmentation de 37 % de la consommation globale d’énergie d’ici 2030 et souligne l’importance de la gestion de l’énergie côté appareil pour lutter contre les émissions de CO2 associées aux appareils mobiles.

Centres de données

Les centres de données continuent d’être un grand consommateur d’énergie, d’autant plus qu’une plus grande partie du monde s’est déplacée en ligne grâce à la pandémie de COVID-19. L’une des principales tendances en 2021 est la croissance croissante de la demande de serveurs pour répondre aux exigences du travail à domicile (WFH) telles que la vidéoconférence, les réunions d’équipe, les conférences virtuelles, les outils logiciels pour la conception et la fabrication de systèmes de circuits imprimés. , et d’autres applications basées sur le cloud, comme l’intelligence artificielle (IA).

L’évolution en cours vers l’IA et le cloud computing est une nouvelle source de consommation d’énergie pour les centres de données. « Une étude du MIT a révélé que la formation de grands modèles d’IA peut entraîner des émissions près de cinq fois supérieures aux émissions à vie de la voiture américaine moyenne », a expliqué l’ancien vice-président Al Gore lors de l’événement SemiconWest de l’année dernière. Sur une note positive, Gore a souligné que les progrès dans la conception et la fabrication des puces ont permis des appareils plus petits et plus économes en énergie. De plus, le coût des panneaux solaires et des véhicules électriques continue de s’améliorer, diminuant ainsi l’empreinte carbone globale.

Entre 2010 et 2018, la quantité de données Internet – appelée trafic IP mondial – a plus que décuplé, tandis que la capacité de stockage des centres de données mondiaux a été multipliée par 25 (Masanet et al. 2020). Au cours de la même période, le nombre d’instances de calcul exécutées sur les serveurs du monde, une mesure du nombre total d’applications hébergées, a plus que sextuplé (Masanet et al. 2020).

De nombreux centres de données dépendent de l’énergie fossile comme le charbon et le gaz naturel, ce qui a un grave impact sur le climat. Les grands fournisseurs de centres de données comme Google et Microsoft se sont efforcés de nettoyer les alimentations électriques de leurs centres de données. Par exemple, Google a annoncé qu’il installerait des batteries pour remplacer certains des générateurs diesel qui fournissent une alimentation de secours dans son centre de données en Belgique. Lorsque le datacenter n’a pas besoin d’énergie, il prévoit d’en fournir une partie au réseau électrique local. Si suffisamment de centres de données utilisent des batteries qui stockent de l’énergie produite à partir de sources renouvelables, cela pourrait avoir un impact significatif sur leur empreinte carbone.

Fabs de semi-conducteurs

Selon un rapport de McKinsey and Company, les grandes usines de semi-conducteurs utilisent jusqu’à 100 mégawattheures d’électricité chaque heure, ce qui est plus que les usines automobiles ou les raffineries de pétrole. L’électricité peut représenter jusqu’à 30 % des coûts d’exploitation des usines sur certains marchés. Il existe de nombreuses possibilités d’améliorer l’utilisation et la gestion de l’énergie pour aider à réduire les profils énergétiques des usines.

La bonne nouvelle est que plusieurs segments du secteur de la fabrication de semi-conducteurs réagissent. Par exemple, l’un des plus grands fabricants de biens d’équipement pour le segment des usines de semi-conducteurs est Applied Materials. Le président et chef de la direction de la société, Gary Dickerson, a annoncé à la fin de l’année dernière des objectifs ambitieux pour améliorer l’impact environnemental de ses opérations, y compris un engagement à 100 pour cent d’approvisionnement en énergie renouvelable dans le monde d’ici 2030. Pour ses vastes opérations aux États-Unis, Dickerson a promis que le passage aux énergies renouvelables serait être achevée beaucoup plus rapidement, d’ici 2022, y compris un plan d’achat d’une fraction importante de l’énergie provenant du projet White Mesa Wind au Texas, tel que couvert par Recueil de semi-conducteurs.

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Consommation fab de semi-conducteurs.

Le défi de la consommation d’énergie est devenu un sujet de préoccupation lors de nombreuses conférences récentes. Greg Yeric, membre d’Arm et conférencier d’honneur fréquent, a discuté des problèmes de consommation d’énergie auxquels est confronté l’espace des semi-conducteurs. Il a averti que ces progrès étonnants s’accompagnaient d’une responsabilité mondiale. Les systèmes que l’outil EDA et la communauté des fabricants de semi-conducteurs ont permis utilisent une part de plus en plus importante de la production énergétique mondiale. De nombreux nouveaux titres ont attesté que les centres de données Facebook et Google, ainsi que l’exploitation minière de Bitcoin, continuent d’engloutir la majeure partie de l’électricité mondiale. Ceci est particulièrement préoccupant du point de vue de la durabilité alors que l’industrie des puces et de l’électronique continue de croître.

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Les données sont en passe de dominer.

Un seul exemple de cette croissance continue vient du déploiement et de la prolifération très attendus de la technologie 5G, qui fera passer le paradigme des données de la connectivité personne-machine à machine-machine en quelques années seulement. Selon Yeric, cette tendance apparaît dans les prévisions énergétiques sous forme de points d’inflexion tout au long du temps, d’une perspective dominée par les appareils grand public à celle qui est reprise par les réseaux et les centres de données.

Construction avec du béton

La création de béton représente 7 % des émissions mondiales de CO2, selon l’Agence internationale de l’énergie. Un rapport du MIT indique que « la production d’une tonne d’acier génère près de deux tonnes d’émissions de CO2, selon les chiffres de l’industrie sidérurgique, représentant jusqu’à 5 % des émissions totales de gaz à effet de serre dans le monde ».

Jusqu’à récemment, le problème était de générer la chaleur nécessaire à la fabrication du ciment, de l’acier et du verre. Considérez le processus de création du ciment, qui provient du chauffage d’un mélange brut de calcaire et d’argile à des températures de frittage dans un four. De même, l’acier est fabriqué en chauffant du minerai de fer avec du carbone. Enfin, le verre est créé en chauffant du sable ordinaire (c’est-à-dire principalement du dioxyde de silicium) à des températures très élevées jusqu’à ce qu’il fonde.

L’obtention de la chaleur extrême prérequise à partir de panneaux solaires a été un objectif insaisissable – jusqu’à présent. Heliogen, une startup secrète de Bill Gates, semble avoir atteint cet objectif avec une technologie basée sur des miroirs de panneaux solaires et l’intelligence artificielle (IA). La société est récemment sortie du mode furtif pour annoncer un moyen de faire en sorte que l’IA contrôle un champ de miroirs pour refléter tellement la lumière du soleil qu’elle génère une chaleur supérieure à 1 000 degrés Celsius. Heliogen combinerait un logiciel de vision par ordinateur, une détection automatique des contours et d’autres technologies sophistiquées pour entraîner un champ de miroirs à réfléchir les rayons solaires vers un seul point.

Que se passe-t-il quand le soleil ne brille pas ? Dans ce cas, l’énergie solaire requise (chaleur) pourrait être stockée. C’est l’avantage des panneaux CSP. L’une des façons dont l’énergie thermique élevée a été stockée dans le passé est la technologie du sel fondu. Les sels fondus dans de grands réservoirs ont été utilisés comme méthode de stockage d’énergie thermique. Il n’est pas clair si c’est la technique qu’Heliogen utiliserait.

Le principal argument de vente de l’approche d’Heliogen est que la lumière du soleil est gratuite, contrairement aux combustibles fossiles qui doivent dépendre du charbon, du pétrole ou du gaz naturel. Cet avantage économique, combiné à l’utilisation d’une technologie moderne basée sur le miroir et l’IA, est une bonne nouvelle pour notre planète en danger.

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Cimenterie de panneaux solaires d’Héliogen.

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