Logo Sektor 3.0
BLOG

Zrównoważone projektowanie sprzętu i oprogramowania

Share on facebook
Share on twitter
Share on linkedin
Share on email
Share on print

Materialne i niematerialne koszty cyfryzacji powinny być uwzględniane podczas projektowania. Modułowa konstrukcja produktów, możliwość naprawy, przejrzyste łańcuchy dostaw oraz wykorzystanie wolnego i otwartego kodu źródłowego odgrywają decydującą rolę w zapewnieniu trwałości sprzętu i oprogramowania. Ten artykuł przedstawia podstawowe podejścia do projektowania zrównoważonego sprzętu i oprogramowania oraz ilustruje opcje polityczne. 

Trwałość sprzętu i oprogramowania

Większość oddziaływań sprzętu na środowisko (np. w kategoriach wpływu na globalne ocieplenie, zakwaszenie, eutrofizację wód słodkich lub toksyczność dla człowieka) ma miejsce podczas jego produkcji. Zwłaszcza produkcja komponentów elektronicznych jest bardzo intensywna pod względem środowiskowym (Hischier et al. 2015) i często odbywa się w miejscach o wysokim udziale węgla w miksie energetycznym (Manhart et al. 2016).

Większość oddziaływań sprzętu na środowisko ma miejsce podczas jego produkcji.

Jednocześnie na całym świecie rośnie bezwzględna liczba urządzeń połączonych w sieć cyfrową, a cykle recyklingu tych urządzeń są coraz krótsze. Z ekologicznego punktu widzenia zawsze lepiej jest kontynuować korzystanie z istniejącego sprzętu, niż kupować nowy notebook lub smartfon. Zwłaszcza dostarczenie nowego urządzenia wiąże się z dużym zużyciem zasobów; w niektórych przypadkach nowsze modele wymagają również więcej energii w fazie użytkowania ze względu na większą moc obliczeniową (Prakash et al. 2017).

Modułowość i trwałość

Centralnym czynnikiem dostosowania sprzętu do wymogów ekologii jest wydłużenie czasu użytkowania urządzeń. Po stronie sprzętowej może to być na przykład wspierane przez modułową konstrukcję i możliwość pełnej naprawy. Oznacza to uwzględnienie możliwości naprawy już na etapie projektowania produktu, zapewnienie dostępu do części zamiennych i utrzymanie gwarancji w przypadku napraw. Zdolność do recyklingu musi zostać również uwzględniona w projekcie sprzętu, np. w celu umożliwienia ekstrakcji metali podczas recyklingu. Korzystanie ze sprzętu typu open source oznacza, że w każdej chwili można przejrzeć projekty i odtworzyć poszczególne części zamienne, co ułatwia naprawę urządzeń.

Ponadto sprzęt jest zawsze używany w połączeniu z oprogramowaniem, oba elementy są od siebie zależne. Sprzęt często nie może być używany bez odpowiedniego oprogramowania i odwrotnie. Przykładowo, aktualne systemy operacyjne są dostosowane do współczesnych konfiguracji komputerów. Jednak w momencie, gdy producent zaprzestaje wsparcia dla danego systemu operacyjnego, nie można go już bezpiecznie używać. Oznacza to, że sprzęt bazowy również zostaje pozbawiony bezpiecznego systemu operacyjnego. Nowo wydany system operacyjny może nie być w stanie działać na starym sprzęcie. Brak interoperacyjności oprogramowania i (starszego) sprzętu w połączeniu z krótkim czasem wsparcia oprogramowania oznacza, że nadal funkcjonalny sprzęt jest coraz częściej wymieniany przed końcem życia produktu (Manhart et al. 2016). Jeśli sprzęt, który jest nadal technicznie sprawny, nie może być dłużej używany z powodu brakujących aktualizacji oprogramowania lub nowych wersjii oprogramowania, jest to również określane mianem przestarzałości oprogramowania (software obsolescence / digital obsolescence) (Prakash et al. 2017).

Długowieczność oprogramowania i jego dostępność w przyszłości mają również bezpośredni wpływ na przyszłą użyteczność istniejącego sprzętu. Dotyczy to również trwałej dostępności samego oprogramowania jako zasobu. Dziś wielu dokumentów z poprzednich dziesięcioleci nie da się już otworzyć lub nie da się uruchomić związanego z nimi oprogramowania, mimo że sprzęt komputerowy staje się coraz bardziej wydajny. Jest to zazwyczaj wynikiem sztucznie wymuszonego skrócenia okresu eksploatacji naszych systemów ICT poprzez licencje własnościowe i uzależnienie od dostawcy. Trwałym rozwiązaniem jest korzystanie z Bezpłatnego i Oprogramowania typu Open Source (od red. Free and Open Source Software, w skrócie FOSS). Bezpłatne licencje zapewniają każdemu prawo do korzystania z oprogramowania bez ograniczeń i przez nieograniczony czas oraz dostęp do jego kodu źródłowego. Oznacza to, że żaden podmiot nie może wymusić „zakończenia okresu wsparcia” dla oprogramowania na licencji FOSS bądź uniemożliwić jego dostępności lub archiwizacji w przyszłości. Otwarte interfejsy zapewniają również interoperacyjność. Wewnątrz i na zewnątrz ekosystemu FOSS, bezpłatne licencje pozwalają na pełną lub modułową integrację określonych rozwiązań programowych w interakcji z innymi systemami. Ponadto zagwarantowana jest bezbłędna pod względem technicznym i prawnym archiwizacja i ponowne wykorzystanie zasobów cyfrowych z zachowaniem cyfrowej sprawiedliwości pokoleniowej.

Sprzęt i oprogramowanie oszczędzające energię i zasoby

Urządzenia, infrastruktura cyfrowa i aplikacje stają się relatywnie bardziej wydajne, np. dzięki podświetleniu ekranów diodami LED, zmniejszeniu energochłonności na moc obliczeniową i ulepszonemu oprogramowaniu do zarządzania energią (Koomey et al. 2011; Prakash et al. 2017). Wobec niektórych urządzeń technicznych i zastosowań obowiązują już wymogi prawne, dotyczące zużycia energii elektrycznej lub kryteria oceny pod kątem znaczenia dla środowiska. Na przykład, dyrektywa UE w sprawie ekoprojektu określa minimalne wymogi prawne dotyczące zużycia energii przez urządzenia elektryczne. Etykiety takie jak Energy Star czy Blue Angel oceniają urządzenia elektroniczne według ich klasy efektywności energetycznej i dlatego stanowią dla konsumentów przejrzystą pomoc w podejmowaniu decyzji. Jednak w przypadku centrów danych ocena klas efektywności jest jeszcze w powijakach. Czynniki takie jak wykorzystanie ciepła odpadowego, rodzaj technologii chłodzenia lub wykorzystanie serwerów są decydujące przy ocenie efektywności energetycznej centrów danych (Hintemann / Hinterholzer 2018), a wstępne metody obliczania efektywności energetycznej centrów danych zostały opracowane (Schödwell et al. 2018).

Jednak w przypadku centrów danych ocena klas efektywności jest jeszcze w powijakach.

Infografika przedstawiająca skrót zasad zrównoważonego projektowania oprogramowania i sprzętu

Oszczędne programy

Znaczenie oprogramowania dla środowiska wynika z wykorzystania możliwości sprzętowych i transmisyjnych (moc obliczeniowa, pamięć robocza, sieci) podczas jego tworzenia, użytkowania i deinstalacji. Chociaż bezwzględna kwantyfikacja znaczenia oprogramowania dla całkowitego zużycia energii przez ICT jest wciąż w powijakach, badania wykazały, że różne produkty oprogramowania, które spełniają te same wymagania funkcjonalne, mogą znacznie różnić się pod względem zużycia energii elektrycznej (Gröger et al. 2018). Z myślą o oprogramowaniu oszczędzającym energię i zasoby, ważne jest więc zaprojektowanie go w taki sposób, aby zminimalizować zapotrzebowanie na energię i zasoby w fazie użytkowania. Zasady projektowania oprogramowania powinny to uwzględniać już na samym początku cyklu życia oprogramowania.

Niemiecka Federalna Agencja Środowiska przedstawiła już wstępne kryteria dla zrównoważonego projektowania oprogramowania (Gröger et al. 2018). Kryteria takie jak autonomia użytkowania, która obejmuje licencjonowanie FOSS, możliwość pracy offline i brak reklamy, są ważnymi punktami wyjścia, które już teraz mogą pomóc konsumentom i przemysłowi osiągnąć bardzo wiele przy niewielkim wysiłku.

Pomimo opracowania kryteriów, które w rzeczywistości powinny skutkować zmniejszeniem znaczenia technologii cyfrowej dla środowiska, obecnie można zauważyć, że urządzenia elektroniki użytkowej są coraz większe, a funkcje, wydajność i rozdzielczości ekranów są coraz większe. W wartościach bezwzględnych prowadzi to do rosnącego zużycia energii i zasobów (Prakash et al. 2017; Proske et al. 2020). Jednocześnie można zaobserwować bezwzględny wzrost liczby urządzeń (np. w Internecie Rzeczy), jak również rosnące zużycie energii dzięki coraz wydajniejszym, a tym samym tańszym komponentom elektronicznym – klasyczny efekt odbicia. Znajduje to również odzwierciedlenie w ogólnym zużyciu energii w sektorze cyfrowym, które od lat nie maleje, lecz utrzymuje się na stałym poziomie lub nawet wzrasta, ponieważ sektor ten rozwija się szybciej niż wzrasta efektywność energetyczna (Lange et al. 2020).

Opcje projektowe dla zrównoważonego sprzętu i oprogramowania

infografika przedstawiająca możliwości zrównoważonego projektowania sprzętu i oprogramowania opisane w artykule

Opcje projektowe dla zrównoważonego sprzętu i oprogramowania

Energo- i zasobooszczędny sprzęt i oprogramowanie wyróżniają się więc nie tylko tym, że są względnie zasobooszczędne, lecz także tym, że redukują zużycie energii i zasobów w wartościach bezwzględnych. Konieczne jest uzupełnienie środków na rzecz wydajności o strategie spójności i wystarczalności. Obejmuje to pytania dotyczące odpowiedniej wielkości ekranów, jak również intensywności korzystania z technologii cyfrowej przez konsumentów, czy też kwestię projektowania aplikacji cyfrowych z uwzględnieniem zasady oszczędności danych, tj. możliwie jak najmniejszego wytwarzania i przetwarzania danych.

Przejrzyste i sprawiedliwe cykle produkcyjne

Urządzenia końcowe, serwery i sieci składają się z wielu skończonych zasobów (Hischier et al. 2015; Pilgrim et al. 2017). Wraz ze wzrostem całkowitej liczby urządzeń rośnie zapotrzebowanie na zasoby do ich produkcji. Oprócz plastiku, szkła i ceramiki, urządzenia cyfrowe składają się z różnych metali, które są klasyfikowane jako surowce konfliktowe lub budzące obawy. Tantal, wolfram, złoto, cyna i kobalt są wydobywane głównie w krajach Globalnego Południa, w tym w Kongo, RPA, Rwandzie, Peru i Chile, często w niebezpiecznych warunkach pracy, bez odzieży ochronnej, z masowymi naruszeniami prawa pracy, a czasem z wykorzystaniem pracy dzieci. Ponadto występuje znaczny wpływ na środowisko poprzez zanieczyszczenie rzek, wylesianie i zanieczyszczenie powietrza (Pilgrim et al. 2017). Wiadomo również, że przy produkcji urządzeń cyfrowych dochodzi do masowych naruszeń praw pracowniczych i praw człowieka, np. w chińskich fabrykach (Chan 2019). Cykl życia wielu urządzeń w krajach Globalnego Południa kończy się tak, jak się zaczął, np. w Agbogbloshie w Ghanie, na największym wysypisku śmieci na kontynencie afrykańskim. Tam również ludzie żyją i pracują w nieludzkich warunkach i narażają się na zagrożenia dla zdrowia, aby odzyskać surowce nadające się do recyklingu z odpadów elektronicznych (Höfner / Frick 2019). Potencjał recyklingu e-odpadów jest obecnie w dużej mierze niewykorzystany; jedynie 20% e-odpadów wytwarzanych w Europie jest w ogóle poddawanych recyklingowi. Większość z nich albo trafia do odpadów resztkowych, gdzie jest później spalana, albo jest nielegalnie eksportowana, głównie do krajów Globalnego Południa (Baldé et al. 2017). Proces produkcji charakteryzuje się również dużym brakiem przejrzystości i często nie można ustalić, które komponenty zostały wyprodukowane lub usunięte gdzie i w jakich warunkach.

Oprogramowanie na lata

Produkcja i programowanie oprogramowania charakteryzują się również często dużym brakiem przejrzystości. Rozwój oprogramowania własnościowego dostarcza użytkownikom w pełni skompilowany i zablokowany kod. Oznacza to, że nie mają oni możliwości sprawdzenia, czy oprogramowanie robi to, co ponoć ma robić. Firmy utrzymują swoją wiedzę o oprogramowaniu w tajemnicy, więc nowe wersje mogą być publikowane, a stare mogą być uznane za przestarzałe. Tworzy to zależności, które nie tylko osłabiają autonomię użytkowników, ale mogą również wpłynąć na żywotność sprzętu, jak już opisano powyżej jako „przestarzałość oprogramowania”. Te monopole wiedzy oznaczają, że bankructwo przedsiębiorstwa sektora prywatnego może nie tylko spowodować ogromną utratę wiedzy, ale może nawet doprowadzić do załamania się całej infrastruktury.

Dlatego tak ważne jest, aby sprzęt i oprogramowanie były w pełni przejrzyste i identyfikowalne w całym procesie produkcji.

Aby zapewnić zrównoważony rozwój we wszystkich wymiarach, konieczne jest, aby sprzęt i oprogramowanie były w pełni przejrzyste i identyfikowalne w całym procesie produkcji. W przypadku sprzętu oznacza to przejrzyste łańcuchy dostaw, jak również humanitarne warunki pracy i sprawiedliwe płace w całym łańcuchu dostaw, za które odpowiedzialne są firmy produkcyjne. Warunkiem ponownego wykorzystania wartościowych komponentów sprzętu ICT jest sprawnie działający system recyklingu. Przejrzysty proces tworzenie oprogramowania oznacza, że oryginalny kod źródłowy wraz ze wszystkimi późniejszymi zmianami jest publicznie dostępny. Bezpłatne licencjonowanie kodu źródłowego pozwala na wykorzystanie go przez wszystkich, nawet do celów biznesowych. Zapobiega to monopolizacji wiedzy i jednocześnie monopolistycznej pozycji poszczególnych podmiotów (sektora prywatnego). Bezpłatne licencje pozwalają na archiwizację i ponowne wykorzystanie wiedzy. Podobnie jak w modelu gospodarki obiegowej, już opracowane programy lub wersje mogą być wznawiane lub dalej rozwijane. Przejrzyste cykle produkcyjne, w których każdy pojedynczy wkład w kod jest identyfikowalny, zapewniają również odpowiedzialnych i niezależnych użytkowników.

Warianty polityki w zakresie zrównoważonego sprzętu i oprogramowania

Możliwe jest osiągnięcie zrównoważonego projektowania urządzeń i aplikacji cyfrowych poprzez zapewnienie oszczędnego zużycia energii i zasobów, długowieczności, jak również przejrzystości i poszanowania praw człowieka i praw pracowniczych w całym cyklu życia sprzętu i oprogramowania (Rys. 1). Poniższy rozdział przedstawia, w jaki sposób te cele zrównoważonego rozwoju mogą zostać włączone do procesu tworzenia polityki.

Ochrona zasobów

Aby przyczynić się do bezwzględnej oszczędności zasobów w tym sektorze i zapobiec efektowi odbicia, środkom efektywności technologii cyfrowej muszą towarzyszyć strategie spójności i wystarczalności obejmujące wszystkie obszary cyklu życia produktu. Modularyzacja i standaryzacja sprzętu komputerowego przyczyniają się do zmniejszenia ilości odpadów elektronicznych, a tym samym do oszczędzania zasobów. Na poziomie UE można to osiągnąć za pomocą obowiązkowych specyfikacji dotyczących normalizacji akcesoriów elektronicznych (w tym kabli do ładowania) i komponentów elektronicznych. Kolejnym wymogiem jest sprawny system recyklingu, który w pełni wykorzystuje swój potencjał poprzez efektywną zbiórkę (np. system depozytowy dla sprzętu lub niskoprogowy system zwrotów w sklepach) oraz dalszy rozwój technologii recyklingu, tak aby wartościowa zawartość sprzętu cyfrowego mogła być ponownie wykorzystana (Handke et al. 2019). Należy nadal wprowadzać obowiązkowe wymogi projektowania oprogramowania w sposób, który minimalizuje zużycie energii elektrycznej i zasobów w fazie użytkowania.

Certyfikacja

Niemieckie Federalne Ministerstwo Środowiska, Ochrony Przyrody i Bezpieczeństwa Nuklearnego przedstawiło już w tym celu punkty wyjścia w postaci certyfikatu Blue Angel dla oprogramowania. Istnieją również kryteria oceny efektywności energetycznej w centrach danych. Znak ten powinien zostać rozszerzony o kryteria oceny planowania, eksploatacji i usuwania odpadów w sposób przyjazny dla środowiska. Wdrożenie tych wymogów powinno stać się obowiązkowe w procedurach zamówień publicznych. Ponadto obowiązkowe etykiety informacyjne dla produktów i zastosowań oszczędzających zasoby mogą pomóc konsumentom w dokonywaniu świadomych wyborów. W przypadku usług cyfrowych, takich jak strumieniowa transmisja wideo, operatorzy platform powinni zapewnić, aby standardowa rozdzielczość filmów wideo była zawsze dostosowana do wielkości urządzenia końcowego oraz aby automatyczne odtwarzanie było wyłączone („domyślna wystarczalność”).

Długowieczność

Możliwie najdłuższy okres eksploatacji urządzeń i aplikacji przyczynia się również do bezwzględnej ochrony zasobów, a to oznacza, że należy zapewnić możliwość naprawy i aktualizacji sprzętu i oprogramowania. Obejmuje to kilka aspektów, które mogą zostać wdrożone na szczeblu UE, na przykład poprzez rozszerzenie dyrektywy w sprawie ekoprojektu, czego od dawna się domagano: „Prawo do naprawy” urządzeń musi być zapisane w prawie i obejmować obowiązkową publikację wszystkich informacji związanych z naprawą, jak również niedyskryminujący i stały dostęp wszystkich (komercyjnych) warsztatów i użytkowników końcowych do wszystkich środków i narzędzi związanych z naprawą. Pełne prawo do użytkowania oraz gwarancja muszą zostać zachowane, nawet jeśli naprawy są przeprowadzane przez niezależne, certyfikowane firmy naprawcze i stosowane jest alternatywne oprogramowanie lub systemy operacyjne.

Ważnym elementem jest projektowanie z myślą o możliwości prowadzenia napraw i modernizacji. Bezpłatne licencjonowanie sprzętu i oprogramowania po zakończeniu produkcji również przyczynia się do możliwie najdłuższego okresu użytkowania. W przypadku sprzętu oznacza to, że prawa użytkowania lub prawa własności do instrukcji budowy i części zamiennych po zakończeniu produkcji są udostępniane ogółowi społeczeństwa na zasadzie wolnej licencji, tak aby użytkownicy i warsztaty mogły samodzielnie powielać części zamienne. W odniesieniu do oprogramowania oznacza to wprowadzenie obowiązku publikacji kodu źródłowego na wolnej licencji w momencie, gdy oprogramowanie lub urządzenie elektryczne nie jest już wspierane („Upcykling oprogramowania”). To, wraz z nieograniczonym prawem do instalowania alternatywnego oprogramowania i systemów operacyjnych, stanowi potężny instrument przeciwko planowanemu starzeniu się oprogramowania.

Transparentność

Zrównoważona produkcja sprzętu komputerowego wymaga przejrzystych łańcuchów dostaw oraz humanitarnych warunków pracy i sprawiedliwych płac w całym procesie produkcyjnym. Przedsiębiorstwa muszą być prawnie zobowiązane do zapewnienia przejrzystości w łańcuchach dostaw oraz do zachowania należytej staranności zarówno w odniesieniu do praw człowieka, jak i kwestii środowiskowych, czego domagają się obecnie różne organizacje społeczeństwa obywatelskiego w ramach „Initiative Lieferkettengesetz” (Inicjatywa na rzecz prawa łańcucha dostaw). Niedopełnienie tych tzw. obowiązków należytej staranności musi skutkować sankcjami wynikającymi z prawa publicznego, takimi jak grzywny lub wykluczenie z procedur zamówień publicznych. Przedsiębiorstwa muszą również ponosić odpowiedzialność za naruszenia praw człowieka wynikające z nieprzestrzegania obowiązków w zakresie należytej staranności, w tym na arenie międzynarodowej (Initiative Lieferkettengesetz 2019). Odpady elektroniczne nie mogą, jak to ma miejsce obecnie, być utylizowane w niejasny sposób, a w razie wątpliwości ponownie wywożone do krajów Globalnego Południa. Zakaz eksportu musi być tu silniej egzekwowany (Handke et al. 2019).

Transparentność jest również kluczowa przy tworzeniu oprogramowania. W celu promowania publicznych i zrównoważonych infrastruktur cyfrowych wymagane jest prawne zobowiązanie, aby sprzęt i oprogramowanie opracowane z pieniędzy publicznych były publikowane na licencji open source („Public Money Public Code” lub „Public Money Public Hardware”), ponieważ rozwiązania opłacane przez wszystkich powinny być również dostępne dla wszystkich. Niezbędne pozostaje stworzenie długoterminowych struktur, które promują rozwój zrównoważonego i otwartego sprzętu i oprogramowania oraz przyczyniają się do suwerenności cyfrowej, takich jak ustanowienie Europejskiego Funduszu Otwartych Technologii. 

Zrównoważone zamówienia publiczne

Sektor publiczny ma do odegrania znaczącą rolę we wdrażaniu zaleceń polityki w zakresie zrównoważonego sprzętu i oprogramowania: kryteria przetargów i zamówień dla władz publicznych powinny być tak skonstruowane, aby zapewnić uwzględnienie kompleksowych kryteriów ekologicznych. Oznacza to, że preferuje bezpłatne oprogramowanie typu open source oraz urządzenia, jak również te, które zapewniają otwarte interfejsy i modułową konstrukcję. Procesy produkcyjne powinny odbywać się w uczciwych warunkach, być przejrzyste i identyfikowalne. W miarę możliwości należy używać sprzętu używanego. Stosowanie kryteriów środowiskowych i otwartych standardów musi stać się obowiązkowe we wszystkich usługach publicznych, a władze publiczne muszą wspierać zaległe regulacje i procesy normalizacyjne.

Zmiana paradygmatu w kierunku wolnego i otwartego oprogramowania jest szczególnie ważna w obszarze infrastruktury krytycznej. Na przykład na poziomie UE konieczne jest wyprowadzenie i wdrożenie konkretnych środków ze strategii Komisji Europejskiej dotyczącej oprogramowania typu open source. W przypadku projektów europejskich, takich jak stworzenie godnego zaufania środowiska chmury obliczeniowej (GAIA-X), konieczne jest również uwzględnienie w zaproszeniu do składania ofert wiążących kryteriów zrównoważonego rozwoju (przykładem jest tu Blue Angel dla centrów danych), co pozwoli na ustanowienie na szczeblu europejskim standardów technologicznych, w ramach których wysoki priorytet zostanie nadany ochronie środowiska.

Autorzy i autorki:

Johanna Pohl, Anja Höfner, Erik Albers i Friederike Rohde

Oryginalny tekst pochodzi z internetowego czasopisma Branch i został przetłumaczony z języka angielskiego. Oryginał dostępny na zasadach licencji Creative Commons Uznanie Autorstwa (CC BY) 4.0 wersja międzynarodowa. Artykuł został pierwotnie opublikowany w Special Issue Vol. 36/O1 czasopisma OekologischesWirtschaften (Ekonomia Ekologiczna) i nieznacznie zredagowany na potrzeby tego magazynu.

Zdjęcie tytułowe: Upgrading a Fairphone, aut. Fairphone, udostępnione na licencji CC BY-NC-SA.

Przeczytaj także:

UDOSTĘPNIJ
Facebook
Twitter
LinkedIn
Email
Druk
Subscribe
Powiadom o
guest
0 komentarzy
Inline Feedbacks
View all comments
AUTOR WPISU
  • Sektor 3.0
  • Edukacja
  • Technologie
  • Technologie
  • Edukacja
  • Technologie
  • Komunikacja
  • Sektor 3.0
NEWSLETTER
NEWSLETTER