Internets andel av energiförbrukningen bara ökar. Strömmande media är en del av dess klimatpåverkan, men ett större problem är att vi utgår från att vi är ständigt uppkopplade. Det innebär också att vi skaffar fler apparater uppkopplade till Internet med var och ett med eget koldioxidavtryck. Artikeln bidrar med en enkel analys av klimatpåverkan från våra konsumtionsmönster.

Under många år har larmrapporter nått oss om att vår närvaro på Internet blir alltmer kostsamt. För varje år ökar mängden data som vi konsumerar, mellan 2015 och 2022 har mängden data (uttryckt i bytes) som har sänts över Internet mer än sex-dubblats. Under samma tid har antalet användare på Internet ökat med nästan det dubbla (78 %). Den utvecklingen ser ut att vara en del av en långvarig trend då från 2010 till 2022 ökade data över Internet med 25 gånger [1].

Närvaron på Internet kan kopplas till elanvändning hos de serverhallar/datacenter som levererar våra data. Den uppskattade globala elförbrukningen för datacenter 2022 var 240–340 TWh (TeraWatt-timmar), eller cirka 1–1,3 % av det globala slutliga elbehovet. Detta exkluderar energi som används för utvinning av kryptovalutor, som uppskattades till cirka 110 TWh 2022.

Framöver finns prognoser som pekar på att det kan bli betydligt mer som går åt då intresset för AI, med möjligheter att låta AI ta över många arbetsmoment, ökar mycket snabbt. Det kan leda till en förbrukning på mellan 650-1050 TWh under 2026, enligt International Energy Agency (IEA).

Andra källor pekar på att nuvarande mängd energi som förbrukas just för AI relaterad processering är för närvarande mycket litet, under 2023 gick det åt 7–11 TWh elektricitet[2]. Samma källa uppskattar dock att förbrukningen kan öka med 30-40 % per år. Att det sen leder till en förbrukning på mer än hundra TWh år 2026 verkar vara en överskattning.

Andra enkla uppskattningar som utgår från den högre värdet på IEA-s uppskattning för 2026 och uppskattar att dessa medför investeringar på över 10 tusen miljarder koner under närmaste åren [3]. Som om förbrukningen av energi kan växa så snabbt bara pengarna finns tillgängliga.

Nätet som distribuerar våra data konsumerar stora mängder el. En uppskattning är att 260-360 TWh gick åt under 2022 [4].

Sammantaget var det en el-åtgång under 2022 på mellan 500–700 TWh för Internets grundtjänster av datacenter och nätet som transporterar data mellan användare och datacenter.

Men vad är vår direkta andel av denna energiåtgång för att ta del av media som musik, poddar och film? Hur avgränsar vi vad som behövs för dessa möjligheter? Ingår produktionen av enheten som vi använder för att ta del av media eller är det bara just i det tillfället som vi lyssnar på musiken eller tittar på filmen som vi mäter?

En systematisk problematik finns med att mäta och vad man mäter. Det har funnits rapporter som hävdar att sända mejl och ta emot dessa, små som större (~ 1 Mb), är mycket kostsamt, med ett utsläpp på 4 g respektive 50 g koldioxid [5] (senare beskrivs hur koldioxidutsläpp relaterar till energiförbrukning, där vi valt värdet 0.5g per Watt-timme). Det ledde till BBC skrev en artikel om att det vore en stor välgärning om vi avstod från stora mejl samt begränsade mängden mejl kraftigt[6]. Även senare redovisade andra källor liknande siffror, som Karma Metrix med 19 g koldioxid för en 1 Mb mejl[7] samt OVO Energy med liknande resonemang[8]. Men underlaget som användes för den analysen var baserat på att man då också räknade med tiden för att skriva mejlen och tiden för de som tog emot mejlen också tog del av innehållet i dem - läste dem från början till slut[5].

Uppenbarligen finns det problem med att avgränsa vad som mäts (och inte mäts). För att förstå det bättre måste en vetenskaplig ansats användas om hur och vad man mäter och tillförlitligheten i resultaten[9]. Denna metastudie av 258 mätningar av energiförbrukningen hos datacenters från 46 olika artiklar gör en systematisk genomgång på tillförlitligheten i studierna: referentgranskad eller inte, oklara metoder och riktigheten i data som används, möjligt eller inte att verifiera en rapport, källor som inte längre är tillgängliga, äldre eller nyare studie etcetera.

Andra aspekter är om man utgår från mätningar på faktisk utrustning hos datacenters (bottom-up), eller om man istället sammanställer officiella siffror från stater eller från rapporter gjorda av relevanta organisationer för att uppskatta produktion hos datacenters och dess förbrukning (top-down). För extrapoleringar in i framtiden kan man välja den ena eller andra ovanstående ansats och komplettera med uppskattningar av förväntad utveckling av användning, av tekniska framstegs påverkan och effektivitetsförbättring med mera.

Metastudien redovisar resultaten från studierna med intervallen för merparten av studierna för 2020 med 200-700 TWh och för den projicerade användningen år 2030 i intervallet 350-1500 TWh. Notera att uppskattningarna inkluderar även studier som är gjorda före 2010. Utgår man bara från bottom-up studier (fyra stycken) blir det ett snävare intervall för 2030 med 321 -752 TWh.

Dessa värden kan jämföras med att den uppmätta förbrukningen 2022 var mellan 350–450 TWh (inklusive utvinning av kryptovalutor), vilket är i samma storleksordning. Däremot är det inte troligt att förbrukningen kommer öka okontrollerat med tiotals procent per år fram till 20230 som då förutspås i vissa larmrapporter. Snarare blir ökningen begränsad till mindre än 20 % per år enligt rapporterna i metastudien. Använder man en bottom-up extrapolering blir ökningen begränsad till 14 %/år, vilket ger 1020 TWh år 2030 utifrån dagens förbrukning. IEA förutspår att den senare siffran uppnås redan 2026[10].

Men utan att i detalj gå in och analysera IEA prognos för 2026 är det oklart om prognosen är rimlig med tanke på andras mer långsiktiga prognoser. Troligt är att ökningen kommer vara mycket mindre med kanske upp till 20 %/år som då resulterar i 600-780 TWh i början av 2026. Flera faktorer begränsar en kraftigare ökning, som att utbyggnad av energiproduktionen har historiskt tagit lång tid och att nya teknologiska framsteg sker för AI-utvecklingen[11].

Våra konsumtionsmönster

Hur påverkar våra konsumtionsmönster runt Internet vår miljö? De vanligaste användningen av Internet för konsumenter är att titta på video, bilder, ta del av artiklar och medieflöden, samt att sända meddelanden till varandra. För att begränsa resonemangen väljer vi ut video, musik och mejl som exempel på konsumtionsmönster. Dessa medier kan konsumeras via strömmande media eller som engångsnedladdningar. Mejl är ett typiskt exempel på nåt som man tar emot endast en gång (från mejlservern till din medieenhet), medan en film kan laddas till ett fysiskt media (som flash minne eller hårddisk) en gång eller titta på strömmande via t.ex. Netflix.

Konsumtionen kan ske på olika apparater som mobiltelefon, surfplatta, laptop (med låg elförbrukning) eller enkel stationär lågeffektsdator. För stationär dator krävs också att man kan se filmen på en skärm, typiskt en data skärm eller på en TV. Som typexempel på skärm väljer vi i artikeln antingen en 24 tums dataskärm eller en 55 tums TV, bägge har en FHD-upplösning (1920*1280 pixlar) och TV-n är ansluten med HDMI till datorn. Både mobiltelefonen och surfplattan är budgetval med batterier med lagringskapacitet på 3000 och 5000 mAh.

Vi väljer dessa typexempel på utrustning och konsumtionsmönster för att kunna uppskatta energiåtgången för de fyra alternativen av konsumtionen av media: mobil, platta, laptop och stationär dator. För stationär kan olika skärmar väljas. Laptopen har en lågeffekts processor med ca 15 W (Watt) förbrukning (som t.ex. Intel I7 8550U eller i7-1165G7). För en stationär dator kan förbrukningen vara mellan 50-200 W vid användning och för diskussionen framöver väljer vi att använda den lägre förbrukningen på 50 W. För en speldator hade förbrukningen varit mellan 200-500 W när grafikkortet och processorn kör för fullt, men vi lämnar det alternativet då det vore onödigt slösaktigt med el.

Vi antar att batteriet för mobilen är på ca 10 Wh (2700 mAh), för plattan på 15 Wh och att båda klarar av att spela upp film i fem timmar. Då blir den typiska energiåtgången för att titta på en timme film för dessa alternativ; för en mobiltelefon, surfplatta, laptop följt av en stationär dator:

2 Wh, 3 Wh, 20 Wh och 50 Wh

Men har du en TV kopplad till datorn så förbrukas mer energi. En 55 tums TV som är optimalt inställd för att spara ström förbrukar omkring 80 W, men kan förbruka upp till 150 W. En ansluten datorskärm förbrukar 10-20 W.

Skulle du istället lyssna på musik i in-ear hörlurar från din mediautrustning under en timma så blir förbrukningen något lägre, då ljudkortet drar mycket mindre ström än ett enkelt grafik kort. Vi antar att både smartphonen och plattan klarar upp till 20 timmar (om skärmen är släckt merparten av tiden). För en laptop och dator, med skärmen avstängd efter att ha startat spellistan, förenklar vi genom att antar att förbrukningen är ungefär samma som ovan för film. Detta resulterar i:

0.5 Wh, 0.7 Wh, 20 Wh och 50 Wh

Det tillkommer också routerns koppling till Internet eller för det lokala nätet i hemmet i alla fall där ljudfilen eller filmen inte är lagrad lokalt på medieenheten, som drar 10-15 W/h, om man kopplar upp sig med sin lokal Wifi-router, vilket bidrar med 12 Wh under en timmas uppspelning.

På andra sidan routern så finns Internet som låter data transporteras från en medieserver eller mejlserver i ett datacenter till din medieenhet. Om du inte är direkt uppkopplad till Internet via en kabel så använder du en mobil uppkoppling via LTE/4G eller 5G.

För mobil uppkoppling tillkommer energi för att sända (och motta) data över luften. En typisk basstation för 4G förbrukar 5 kW för 12 oberoende kanaler [12]. Varje kanal kan uppnå 100 Mb/s, men en mer vanlig bandbredd är 20 Mb/s. En film med FHD-upplösning (Full High Definition: 1920*1280 pixlar) med en effektiv codec kan strömmas med 0.5 Mb/s vilket tillåter upp till 40 st videoströmmar per kanal. 40 st 0.5 Mb/s = 20 Mb/s. Med 12 transceivers (enhet som kan både kan sända och ta emot) så får vi 480 strömmar a 0.5 Mb/s på en basstation.

Det ger 10 W per användare som strömmar film, dvs ett tillskott av 10 Wh per timma strömmad film över mobilt 4G nät från Netflix. Notera att andra referentgranskade uppskattningar från 2019 ger mycket högre uppskattningar med 100-200 Wh/GB över 4G [13].

Siffran som vi ger för använd strömningshastighet matchar den som ges av hur Netflix förbrukade bandbredd under 2019, då Netflix globala strömningshastighet var 0.5 Mb/s [14].

Undersökningar av strömning från YouTube ger en än lägre genomsnittlig strömningshastighet, med en faktor fyra, då med 2 Wh för den mobila uppkopplingen, från Malmodin (2020)[4].

En uppskattning över merförbrukningen av att lyssna på ljud med hög kvalitet (320 kbit/s) i form av musik/podd över en mobil uppkoppling ger då ca 0.2 Wh per timme.

Internet

Hitintills har alla beräkningar varit med bottom-up, men för att uppskatta energiförbrukningen från transportnätet för Internet och för att ladda ner data från ett datacenter är man tvungen till att utnyttja top-down uppskattningar. För Internet är uppskattningen av elförbrukningen för år 2022 enligt ovan cirka 310 TWh för 4.4 Zettabyte (Zb). Från dessa siffror räknar vi ut att det blir 70.5 W/Gb. Således blir den genomsnittliga (baserat på per byte) överföringskostnaden över Internet för en timmas strömmande film från Netflix 127 Wh och för ljud 10 Wh.

En bottom-up ansats skulle troligen minska energiåtgången rejält. Det som påverkar är dels att man antar att mängden hopp/routrar som används för genomsnittet i top-down analysen är många, medan en mer optimerad lösning (för Netflix) är att hämta filmen i den datahallen som ligger närmast. Varje router på vägen förbrukar energi. Annat som påverkar är att när överföringshastigheten är relativt hög är att då är det underliggande TCP protokollet mycket effektivare än för en betydligt lägre hastighet. Bland annat för att packningstätheten är högre och att överföringen når en stabil överföringshastighet. För en lägre mängd data som ska överföras varierar överföringshastigheten kraftigt och är mindre effektivt. Rimligt är att anta att energiåtgången blir mindre än hälften (än top-down) för överföringen av en timmas film från Netflix över Internet.

I vår ansats för att få reda på kostnaderna för transporten över Internet utgick vi att varje överförd byte ger samma energikonsumtion. Men det är inte bra nog, bättre är att utgå ifrån hur lång tid vi använder för att strömma. Det är en naturlig analogi då Internet består i huvudsak av ett antal routrar/hopp (och bryggor) som har en stabil energiåtgång per tidsenhet. För det mesta ökar effekten inte mer än några tiotals procent då belastningen ökar (mängden data/s ökar)[15] (denna referens rekommenderas till vidare läsning då den bl.a. mäter och diskuterar vår Internet-konsumtion i ett hushåll).

Netflix anger att den genomsnittliga strömningstiden per användare och dygn är ca 2 timmar. Det innebär att användningen av transporten över Internet för filmströmningen är i snitt bara 2/24 av dygnets timmar. Istället för 126 Wh för en timmes film ger den här uppskattningen 6.3 Wh. D.v.s. 310 TWh fördelat på 5.6 miljarder användare år 2022. Notera dock att när du inte strömmar så går det fortfarande åt 6 Wh per timma, då du normalt ändå använder Internet direkt via appar eller i bakgrunden, när din medieapparat är igång. En annan faktor är att varje användare kan ha flera apparater kopplade samtidigt till Internet, t.ex. smartphone och dator.

Notera att med den andra, "hur lång tid", ansatsen minskar också förbrukad energi för en timmas musik från 10 Wh till 6 Wh.

Datacenter

Gör man en lika enkel top-down ansats för förbrukningen hos ett datacenter får vi, med 290 TWh och att i stort sett alla data över Internet härrör från datacenter, 59 Wh och 4.7 Wh för en timmas film eller ljud.

Den senare ansatsen kan också förfinas genom att ta mängden film som har strömmats från Netflix under första halvåret 2023 och ta deras redovisade energiförbrukning för samma tid [16]. Det blev 187 miljarder timmar under ett år, där vi återigen antar samma strömningshastighet som tidigare med 0.5 Mb/s. Under 2022 gick det åt 0.157 TWh för all Netflix verksamhet, inklusive kontor och annat[17], vilket ett år senare kan ha ökat med upp till 20 % (mellan 2021 och 2022 var ökningen dock mindre än 1 %) vilket resulterar i 1.0 Wh per timma film.

Det kan jämföras med en uppskattning från 2019 av förbrukningen hos Netflix med 5-7 Wh för en timmas video[14]. Vilket visar på att förbrukningen har antingen minskat kraftigt per videoström under 3-4 år eller att den från Netflix uppgivna elförbrukningen är för låg. Men optimeringarna som Netflix har gjort är genomtänkta och borde ha en stor effekt på energiförbrukningen[18].

Sammanställer man de senare uppskattningarna för elförbrukningen hos datacenters ser man att om ett effektivt sätt används för att distribuera video-strömmarna kan förbrukningen vara så låg som 1.0 Wh per timma film. Med antagandet att alla data över Internet kommer från datacenters, med en reduktion med en faktor två för en bottom-up ansats, får vi ett intervall mellan 1 - 30 Wh för datacenter och 6 Wh för transporten över Internet.

Sammanställning

Lägger man nu ihop alla kostnader för användningsfallet av att se på en timmes Netflix film med din medieapparat över mobil uppkoppling eller via bredband (ansluten över kabel) får man (enligt Netflix egna siffror för sin förbrukning): 17 eller 19 Wh/h, exklusive förbrukningen hos din medieapparat.

För en enstaka mejl med storleken 1 Mb kommer det bli åtminstone två sändningar av innehållet, först från sändaren till sin mejl-server följt av en sändning till mottagarens mejl-server. Mottagaren tar sen och hämtar mejlen från sin mejl-server. Det kan resultera i tre sändningar över Internet. Men jämfört med ljud och videoströmmar är det försvinnande lite, både m.a.p. energiförbrukning hos serverna samt transport över Internet och en tänkbar transport över ett mobilnät. Utgår man från nåt som är proportionellt mot hur energiförbrukningen är för en ljudström över en timme och tar hänsyn till diskussionen ovan hamnar vi i nåt som konsumerar nästan 50 gånger mindre el.

Energi i Wh för en timmes användning(exkl. Mejl)
MediaServerInternetMobilnätRouterSumma
Film 1-30 6 10 0 17-46
Film 1-30 6 0 12 19-48
Musik < 3 6 1 0 <10
Mejl (1 Mb) <0.1 0.1 0 <0.02 <0.22

För musik har vi antagit att förbrukningen över Internet och på servern i datacentern konsumerar energi proportionellt mot den tid vi överför data motsvarande musik, vilket överskattar kostnaden rejält då större delen av tiden vilar överföringen av data till enheten. Data överförs under korta stunder och fyller på minnet (cachen) hos mediespelaren/musikappen.

För film som visas på datorskärm eller på en TV-skärm tillkommer en relativt stor förbrukning för skärmen och datorn, för en laptop eller stationär dator. Smartphone eller surfplatta drar mycket lite ström.

Energi i Wh för en timmes film
Apparat,NätetDator/CPUTV-skärmSumma
Dator, bredband 19-48 50 80 149-178
Laptop, bredband 19-48 20 80 119-148
Laptop, bredband 19-48 20 0 39-68
Laptop, mobil(4G) 17-46 20 0 37-66
Surfplatta, mobil(4G) 17-46 3 0 20-49
Mobil, mobil(4G) 17-46 3 0 20-49

Kolumnen "Nätet" i tabellen ovan syftar på summan av energiåtgång för transporten över Internet samt hos servern där data hämtas.

En annan vetenskaplig källa från 2020 som specificerade alla delar i förbrukningen[14] rapporterade att titta på Netflix på en smartphone som strömmas över mobil anslutning, inklusive användning av nätverk och servrar, ger en förbrukning med cirka 7 W, där större delen är från Netflix/partners datacenter (servrar). Används bredband över kabel förbrukas 18 W, främst från hemmarouterns förbrukning.

I denna artikels uppskattning av energiåtgången kunde inte värdet för transporten över Internet förfinas, från sin top-down ansats och kostnad per byte. Skulle det värdet minska till några Wh (från nu 60 Wh) för en timmes filmtittande så skulle vår uppskattning ge samma storlek på energiförbrukningen när man använder en mobil över 4G som föregående källa. Om däremot tidsbaserad kostnad används hamnade vår uppskattning för Internettransporten på 6 Wh.

För att lyssna på musik eller podd i hörlurar sjunker energiåtgången betydligt, främst för att det är mindre datamängder och att TV-skärmen behövs inte.

Energi i Wh för en timmes musik över 4G
ApparatNätetDator/CPUSumma
Dator 10 50 60
Laptop 10 20 30
Surfplatta 10 0.7 11
Mobil 10 0.5 11

Välja konsumtion som passar vår planet

Om försöker anpassa sin konsumtion av media på ett mer klimatvänligt sätt blir det att avstå från onödigt slöseri med energi som mer energikrävande utrustning medför. Typiskt är att använda en dator som drar mindre än 50 W och ställa in sin TV för maximal energibesparing. Det är inte förenat med miljöskam att titta på strömmande media i några timmar per dag, i all fall om Netflix används enligt denna artikel. Även Youtube och strömmande musik är inte heller illa, speciellt om man tar del av det på en smartphone eller surfplatta.

Vad vi ser är att det mesta som syns i media i denna diskussion är oftast utan bra belägg. T.ex. påståendet att 1 Mb mejl medför utsläpp på 19 g ekvivalenta mängden koldioxid/CO2 (eller 38 Wh) är mycket avlägset från våra uppskattningar på < 0.22 Wh. En annan aspekt är att tidigare produktionsförhållanden för musik och film och dess tillverkning av en CD/DVD medförde 172 g CO2 eller 350 Wh. Då blir valet att titta på strömmande film bättre, med drygt 250 Wh för en långfilm som ses på TV över din lågeffektsdator. Om du bara tittar på din laptops skärm så halverar du konsumtionen. Än större framgång är det att lyssna på strömmande musik på din smartphone, 11 Wh per timme, att då jämföra med 270 Wh (köp aldrig musik CD framöver!).

Samtidigt är våra apparater som vi använder förenat med stora koldioxidutsläpp. Att tillverka en mobiltelefon eller en laptop är förenat med ett utsläpp av respektive 60 kg Co2 (ekvivalent) eller 200 kg[15]. Överförs det till konsumtion av film på en mobil så motsvarar det (med 40-98 Wh per dygn) mellan tre till åtta års förbrukning. För en laptop med vår uppskattning (119-148 Wh för en timme) blir det mellan 3.7 till 4.6 års Netflixtittande.

Vilket ställer den viktigare frågan om hur mycket är våra fantastiska möjligheter med ständig tillgång till Internet värd i form av miljöbelastningen på vår värld?

Relation mellan mängd koldioxidutsläpp och energi

För att beskriva påverkan på miljön anges ofta mängden koldioxid, CO2, som släpps ut eller snarare ekvivalenta mängden koldioxid då även andra ämnen/gaser som t.ex. metan driver atmosfärens uppvärmning. Den mängden kan kopplas till förbrukad fossilbaserad el-energi som producerats. Men mängden fossilfri el är olika i delar av världen.

Det rapporterade genomsnittliga koldioxidutsläppet för att producera en kilo-Watt timma (kWh) i Indien (2023) är omkring 820 g[19]. Uppgifter finns om att mellan 23-35 % av Indiens elproduktion består av förnyelsebara källor. Motsvarande siffra för USA är 372 g/kWh[20]. För Tyskland är det 354 g/kWh och där är det 59 % som kommer från fossilfri produktion[21].

Det genomsnittliga värdet för mängden koldioxid som släpps ut per kWh enligt siffror från IEA är 475g. Den siffran används också av BBC när de skattar koldioxidavtrycket per läsning av en artikel[22]. Med dessa lite motsägelsefulla siffror om vad en kWh el kostar att framställa uttryckt i koldioxidutsläpp kan man använda ett intervall i sina uppskattningar på 350-800 g, men för enkelhetens skull använder denna artikel sig av det genomsnittliga värdet på utsläpp på 475 g/kWh (eller 0.5g per Wh).

REFERENSER:

[1] Data centres & networks , 2024

[2] Amy Luers et.al, Nature, Vol 628, 240425

[3] AI boom faces global electricty supply hurdles, Finacial Times 240418

[4] Coroama (2021) , ITU (2020) , Malmodin (2020), p87

[5] The Carbon Footprint of Everything’ (2020), Mike Berners-Lee puts that range at between 0.03g and 26g

[6] Why your internet habits are not as clean as you think, 200306

[7] What’s the carbon footprint of an email?, 230330

[8] Think Before You Thank’: If every Brit sent one less thank you email a day, we would save 16,433 tonnes of carbon a year – the same as 81,152 flights to Madrid, 191126

[9] Sources of data center energy estimates: A comprehensive review., David Mytton and Masao Ashtine, 220817

[10] Global data center electricity use to double by 2026 - IEA report, 240126 , mer info - från windows.net

[11] Can we make the internet less power-thirsty?, 230210 , Prototype 'Brain-like' chip promises greener AI, says tech giant, 230810 , NVIDIA Jetson Nano

[12] How much power does a cell tower consume?, 230805

[13] The carbon footprint of streaming video: fact-checking the headlines, 201211

[14] Malmodin (2020), p87

[15] Just measure IT! – Electricity consumption measurements of electronic devices and estimates of datacenter and network services for one household., Malmodin, Jens, Ericsson Research, 2024

[16] What We Watched: A Netflix Engagement Report (link to stats), 12 December 2023

[17] Environmental Social Governance Report 2022, 230629

[18] The carbon footprint of watching Netflix, 221205

[19] Emission report

[20] EIA-tools

[21] CO2 emissions per kWh in Germany - Nowtricity, 2023

[22] Why and how does Future Planet count carbon?, 200203

Copyright problem med bilder

Merparten av bilderna i äldre tidskriftsartiklar är i karantän men senaste numret för e-prenumeranter innehåller alla bilder. Vi publicerar godkända bilder allteftersom. 

Mest läst av skribenten