IoT: Internet of Things e ambiente

Tutte le attività umane hanno un impatto ambientale, ma determinarne la portata può risultare piuttosto complesso. Nel considerare ad esempio l'impatto ambientale dell'IA - intelligenza artificiale, potremmo pensare all'energia richiesta per costruire l'elettronica che compone una server farm. Potremmo anche riflettere su quanto siano rispettose dell'ambiente le attività di estrazione degli elementi utilizzati per realizzare i componenti elettronici. E che dire dell'addestramento di un sistema di IA?

Nel 2019 il MIT Technology Review ha pubblicato uno studio secondo il quale l'addestramento di una cosiddetta IA standard, che utilizza una singola scheda grafica ad alte prestazioni, produrrebbe le stesse emissioni di anidride carbonica di un volo attraverso gli Stati Uniti. Per addestrare un'IA sofisticata come un'applicazione di elaborazione del linguaggio naturale (NLP), le emissioni di anidride carbonica sono cinque volte maggiori dell'intero ciclo di vita di un'auto americana, compresa la sua produzione. Un impatto ambientale tutt'altro che trascurabile.

Quando si tratta di IoT: il fattore di impatto più ovvio è la sua vasta scala. A seconda delle stime che si vogliono prendere in considerazione, alla fine del 2021 ci saranno tra i 31 e i 36 miliardi di dispositivi IoT in circolazione. Le proiezioni per il 2025 prevedono che si arriverà a circa 75 miliardi di dispositivi, che saliranno a 125 miliardi entro la fine del decennio. E ciò significa un bel mucchio di rifiuti.

Ci sono due questioni specifiche relative ai dispositivi "intelligenti" che aggravano il già enorme problema dei rifiuti elettronici. I produttori stanno aggiungendo semiconduttori a prodotti che prima non ne avevano bisogno, il che a sua volta sta riducendo la durata di questi dispositivi man mano che se ne aumenta la componente elettronica: ciò significa che i prodotti che prima potevano durare 15 anni, ora vengono sostituiti in meno di cinque anni.

È ormai un dato di fatto anche che molti piccoli dispositivi connessi come tracker, gioielli e wearable vengono considerati inutilizzabili una volta che la batteria si esaurisce. A quel punto, il consumatore non fa altro che buttarli via e comprarne altri.

Forse tutto questo potrebbe anche non essere così preoccupante, se non fosse che, come già sottolineato in un articolo su Design Spark, le quantità di rifiuti elettronici sono già considerevoli. Con "considerevoli" si intende una stima di 57,4 milioni di tonnellate solo nel 2021 – più del peso della Grande Muraglia cinese, l'oggetto artificiale più pesante del mondo.

Come riutilizzare le risorse materiali

Quindi come si può ridurre l'impatto di tutte queste nuove infrastrutture che avremmo intenzione di installare? Una soluzione che sta guadagnando parecchio consenso tra i politici è l'idea di passare a un'economia circolare. Si tratta, in sostanza, di un'economia in cui le risorse materiali non vengono mai sprecate ma continuamente riutilizzate, permettendo anche di ridurre efficacemente i costi del prodotto.In teoria, questo modello economico evita, o almeno minimizza, l'estrazione di nuovi materiali dalla terra ed elimina i rifiuti destinati alla discarica o all'incenerimento. Amsterdam ha dichiarato che diventerà una città ad economia completamente circolare entro il 2050 e grandi aziende come Volkswagen e Unilever hanno annunciato le loro intenzioni di lavorare verso un'economia circolare.Nonostante proposte "verdi" come questa facciano notizia, l'idea è di per sé già stata riciclata alcune volte dall'iniziale proposta negli anni '80 da parte di Daniel Knapp, che ha diffuso il concetto di "riciclaggio totale", coniando l'espressione "zero waste" ("rifiuti zero") in risposta alla crescente massa di rifiuti generata dal consumismo degli anni '80.

Differenza tra economia circolare e riciclaggio

Qual è la differenza tra economia circolare e normale riciclaggio? Ottima domanda. Il problema principale del normale riciclaggio è che durante questo processo i materiali vengono contaminati e degradati. Questo rende impossibile riutilizzarli in applicazioni della stessa qualità, quindi, ogni volta che vengono riciclati, i materiali diventano sempre meno utilizzabili. Inoltre tendono ad essere nel posto sbagliato per essere riutilizzati. Ad esempio, i materiali di un articolo prodotto in Cina, ma venduto nel Regno Unito saranno nel posto sbagliato per essere riutilizzati, anche se potrebbero essere riciclati senza subire alcun degrado.Per raggiungere un obiettivo verosimilmente equiparabile alla circolarità, avremmo bisogno di progettare sistemi che consentano di mantenere la qualità dei materiali in un numero infinito di cicli ripetuti e in cui il riciclaggio e la produzione avvengano a distanza molto ravvicinata. Questo è in contrasto con l'attuale tendenza alla globalizzazione, richiedendo probabilmente una localizzazione estrema della produzione e della rigenerazione. Va anche contro la fisica molto reale della dissipazione e dell'entropia, dove ogni chiusura del cerchio richiede nuovi materiali ed energia per superare le perdite dissipative.

L'industria elettronica: il settore manifatturiero meno circolare

Quello dell'elettronica è probabilmente uno dei settori manifatturieri meno circolari, con così tanti tipi di materiali particolari e insoliti combinati in prodotti estremamente complessi, davvero difficili da separare e riciclare. Ciò nonostante, alcune aziende stanno tentando la circolarità.Spire produce un health tracker indossabile adesivo con una batteria interna a bottone non sostituibile che ha una durata di circa 18 mesi. A quel punto, il tag usato può essere restituito a Spire, che ha progettato ciascuno dei componenti all'interno del dispositivo per essere facilmente rimosso ai fini del riciclaggio. Non è un'impresa da poco trovare delle colle che permettano di lavare un dispositivo indossabile in lavatrice. Produrre qualcosa di lavabile, impermeabile e facile da smontare richiede molta tecnica.Ciò induce a chiedersi se, al di fuori del settore medico, l'industria e i consumatori siano pronti ad abbandonare gli articoli economici e monouso a favore di articoli più costosi che sono stati rigorosamente progettati per la massima riciclabilità. Occorre anche tenere conto della spesa per il recupero delle unità guaste, specialmente in caso di grandi distanze. Sono certo che tutti concorderanno sul fatto che sia la scelta giusta, ma spesso si tende a dire una cosa e farne un'altra, specialmente quando ci si trova di fronte a un deterrente finanziario.

Il più grande ostacolo all'economia circolare è che, anche con le migliori intenzioni, è ancora un obiettivo molto lontano. I prodotti che andranno a riempire le discariche nel prossimo decennio vengono fabbricati e distribuiti oggi. Stando così le cose, i vantaggi per l'ambiente dell'IoT attualmente in uso possono essere superiori ai danni che può causare?

Il white paper di 6GWorld sostiene che entro il 2030, l'IoT potrebbe far risparmiare circa 1,8 PWh (un PetaWatt è pari a 1015 watt) di elettricità e altri 3,5 PWh di idrocarburi combustibili per un risparmio energetico totale di 5,3 PWh o una riduzione di circa un gigatone delle emissioni di CO2. Questo contro i 653 TWh (un TeraWatt è pari a 1012 watt) utilizzati per alimentare le unità IoT che consentirebbero questi risparmi. Tale risultato deriverebbe prevalentemente dalla gestione intelligente degli edifici e delle flotte nonché dal monitoraggio e dal controllo del traffico.

Una questione che può diventare più urgente nel tempo è la conservazione di quasi 230 miliardi di metri cubi di acqua dolce, specialmente di fronte alla previsione che il 52% della popolazione mondiale vivrà in regioni soggette a stress idrico entro il 2050. Il 35% del risparmio previsto sarebbe conseguibile con un miglioramento del funzionamento della rete idrica e la quota principale con una gestione delle colture agricole basata sull'IoT.

Questi presunti vantaggi si potrebbero ottenere a fronte di appena 657.000 tonnellate di rifiuti elettronici in più.

Al di fuori dei classici ambiti applicativi dell'IoT, come la gestione degli edifici, la gestione del traffico e l'agricoltura, si stanno scoprendo altri usi dell'IoT che hanno effetti diretti sull'ambiente.

Uno è nella catena di approvvigionamento alimentare. Quasi un terzo (1,6 miliardi di tonnellate) del cibo totale prodotto a livello globale viene sprecato. Un modo per ridurre questo spreco sconcertante è usare catene del freddo controllate da sensori IoT wireless che possono monitorare le condizioni ambientali in tutta la catena di distribuzione per mantenere l'intensità della luce, la qualità dell'aria, l'umidità e la temperatura ottimali; assicurando che il cibo rimanga fresco fino a quando potrà essere consumato.

Un'altra serie di usi è nella conservazione ambientale diretta.

Un centro di allevamento in cattività all'avanguardia chiamato La Olivilla nel sud della Spagna, ha risollevato le sorti della quasi estinta lince iberica. Gli oltre 300 felini di questa specie ora esistenti vengono reintrodotti in habitat sicuri e tracciati con collari di localizzazione che georeferenziano ogni esemplare come qualsiasi altro sistema di gestione delle risorse IoT. Droni connessi li monitorano anche visivamente per verificare a distanza le loro condizioni di salute.

Nel frattempo, Rainforest Connection, una startup con sede a San Francisco, sta cercando di impedire il disboscamento illegale e il bracconaggio della fauna selvatica utilizzando innovativi sistemi IoT.

L'IoT può avere un impatto positivo sull'ambiente? Forse.

In assenza di un'economia circolare, alcuni produttori stanno progettando apparecchiature con una maggior durata di funzionamento utilizzando dispositivi a bassissima potenza combinati con la tecnologia di energy harvesting per prolungare la durata delle batterie o eliminarle completamente. Progettare una gestione remota dei dispositivi e aggiornamenti over-the-air (OTA) contribuisce anche a prevenire l'obsolescenza e ad evitare che le apparecchiature elettroniche finiscano troppo presto in discarica.

Ci sono certamente dei miglioramenti che si possono ottenere nel controllo delle infrastrutture, specialmente nei processi industriali.

Tuttavia il fattore più importante siamo noi, i consumatori. Ad un certo punto, dovremo decidere cosa deve effettivamente essere "intelligente". Non parliamo soltanto dei più ovvi articoli usa e getta. Si tratta invece di riconsiderare molte delle applicazioni in cui l'IoT può sembrare scontato. Ad esempio, l'illuminazione e la HVAC "intelligenti" sono effettivamente migliori dal punto di vista ambientale che promuovere una cultura aziendale responsabile in cui l'ultimo che esce dalla stanza spegne le luci e l'aria condizionata? Vogliamo davvero incoraggiare l'abolizione della responsabilità personale con la tecnologia "intelligente", al punto che la maggior parte della razza umana diventi un popolo di Eloi nell'arco di una generazione o due? Non conosciamo le risposte, ma domande come queste dovranno essere affrontate con coraggio dai politici se non vogliamo finire a vivere su una montagna di rifiuti.