ICT-ilmastotalkoot tapahtuvat konesaleissa

1058 TWh:n tuottamiseen tarvittaisiin huimat 136 Loviisan ydinvoimalaa. Sen verran Matti Pärssinen laskee väitöskirjassaan tietotekniikan kuluttavan globaalisti energiaa. Digitalisoituvassa maailmassa tietokoneet ja dataliikenne ovat iso kasvuala – paitsi bisneksenä, mutta myös energian kuluttajana ja päästöjen lähteenä. 

Pärssisen väitöskirja on silmiä avaavaa luettavaa. Yhden väitöskirjan siteeraaman arvion mukaan vuonna 2014 jo 10 prosenttia maailman sähköstä kului tietotekniikkaan. ICT-ala kuluttaa energiaa globaalisti siis saman verran kuin asuntojen lämmitys.

Vuoteen 2035 mennessä ICT:n osuus kaikesta sähkönkulutuksesta saattaa kivuta jo neljännekseen.

– Lukuihin kannattaa aina suhtautua skeptisesti, mutta kasvamaan päin ne ovat, Pärssinen toteaa. 

Vuoteen 2035 mennessä ICT:n osuus saattaa kivuta jo neljännekseen kaikesta sähkönkulutuksesta. Valtavia datakeskuksia nousee ympäri maailmaa ja uusia 5G-verkkoja rakennetaan nykyisten mobiiliverkkojen rinnalle. Väitöskirjassaan Pärssinen etsi keinoja ICT-alan ympäristövaikutusten pienentämiseen. Parantamisen varaa on sekä laitteiden että it-palvelujen energiatehokkuudessa, kertovat väitöksen tutkimusartikkelit.

Lämpöä koteihin

Väitöstyön siteeratuimmat tutkimuspaperit käsittelevät datakeskusten hukkalämmön hyödyntämistä. Jokainen Google-haku tai nettivideon käynnistys vaatii prosessoriaikaa ympäri maailmaa sijaitsevien datakeskusten tietokoneräkeissä. Tämä kuluttaa sähköä – ja muuttuu 97-prosenttisesti hukkalämmöksi, joka on johdettava pois konesalista. 

– Syntynyttä lämpöä ei kuitenkaan hyödynnetä, vaikka soveltuvia ratkaisuja on saatavilla.

Helpoin ratkaisu on kierrättää konesalin hukkalämpö kaukolämpöverkkoon, veden ja kotien lämmitykseen. Helpoimmin se onnistuu datakeskuksen suunnitteluvaiheessa, mutta lämmöntalteenoton rakentaminen onnistuu myös olemassaoleviin datakeskuksiin, Pärssinen kertoo.

– Teollisen mittakaavan konesaleissa mahdollisuudet esimerkiksi hukkalämmön hyödyntämiseen ovat paljon paremmat kuin pienessä 50 räkin konesalissa.

Väitöskirjan laskelmat eri kokoluokan datakeskuksille paljastivat, että lämmöntalteenoton rakentaminen on lähes poikkeuksetta erinomainen investointi. 

– Isossa konesalissa investointi voi maksaa itsensä takaisin jopa muutamassa kuukaudessa.

Siitä huolimatta järjestelmät ovat harvinaisia. Eivätkö datakeskusten omistajat osaa laskea?

– Se on hyvä kysymys, Pärssinen toteaa.

Yksi selitys on, että lämmöntalteenoton kannattavuudet ovat yrityssalaisuuksia, joilla ei juuri julkisuudessa repostella. Tieto ei aina liiku yrityksen sisälläkään.

– Talousjohtaja näkee energiakulut, mutta ei tunne mahdollisuuksia hukkalämmön hyödyntämiseen. It-ihmisiä taas kiinnostaa vain se, että palvelut ovat pystyssä, eivätkä he koskaan näe konesalin sähkölaskua, Pärssinen pohtii.

Datakeskusten hiilijalanjälkeen vaikuttaa paitsi niiden energiatehokkuus, myös se, miten niiden käyttämä sähkö tuotetaan. Erot eri maiden välillä ovat huimia. Datakeskus Lontoossa tuottaa 30 kertaa enemmän päästöjä kuin sama laitos Tukholmassa, kiitos Ruotsiin päästötöntä sähköä jauhavan vesivoiman. 

Pohjoismaiden viileä ilmanala, halpa sähkö ja stabiili yhteiskunta ovatkin houkuttelevia valtteja Googlen ja Facebookin kaltaisille toimijoille. Uudet suomalaiset datakeskukset loistavat juuri energiatehokkuudellaan. Esimerkiksi venäläisen Yandexin palveluja pyörittävä datakeskus Mäntsälässä tuottaa kaukolämpöä paikallisille asukkaille. Samaan hengenvetoon Pärssinen kehuu omaa työnantajaansa. Telian Helsingin uusi datakeskus on 24 MW:n tehoinen jätti, jonka kapasiteetti on 200 000 palvelinta.

Uudet suomalaiset datakeskukset loistavat energiatehokkuudellaan.

– Sen suunnittelun lähtökohtana on alusta alkaen ollut huippuluokan energiatehokkuus.

Telian datakeskus onkin kytketty Espoon kaukolämpöverkkoon. Sivutuotteena syntyvää lämpöä riittää tulevaisuudessa 20 000 espoolaiskodille. 

Telian datakeskus on ollut merkittävä tekijä myös Pärssisen väitöskirjan synnyssä. Kun tutkimuskärpänen puraisi Telian johtotehtävissä työskennellyttä Pärssistä, piti insinööritutkinto ensin päivittää diplomi-insinööriksi. Pärssisen diplomityö syntyi Telian suunnitteilla olleen datakeskuksen energiatehokkuudesta. 

Pian väitöskirjan aihetta pohtineeseen Pärssiseen otti yhteyttä energiatekniikan tutkija Mikko Wahlroos. Kaukolämpöasiantuntija oli kiinnostunut datakeskusten hukkalämmön hyödyntämisestä, mutta data puuttui. Sitä datakeskukset tuntevalla Pärssisellä taas oli. 

– Me olimme täydellinen työpari. Ensimmäinen tutkimusartikkeli hakattiin kasaan kolmessa viikossa.

Datakeskusten hukkalämmön kierrätystä kaukolämpöverkkoon käsitellyt artikkeli päätyi julkaistavaksi huipputason Energy-lehteen. 

Verkkomainonta on sähkösyöppö

Vauhdilla alkuun päässyt väitöstyö johdatti Pärssisen pian uuden tutkimusaiheen äärelle. Online-mainontaan perehtynyt Mikko Kotila tutki yhdessä Madridin yliopiston tiimin kanssa mainoshuijauksia, joissa online-bannereita klikkailee tosiostajan sijasta verkkobotti tai tehtävään palkattu ihminen. Pärssinen liittyi joukkoon tutkimaan aihetta energiatehokkuuden näkökulmasta. 

Online-mainonnan ekosysteemiin tutustuminen oli Pärssisen mukaan silmiä avaavaa. Mainonnalla rahoitetaan verkon ilmaispalvelut, mutta harva tietää, miten koneisto toimii. Verkon trackerit keräävät dataa käyttäjistä ja kohdistavat mainontaa. 

– Kun menet jollekin sivulle, 200 millisekunnissa käydään huutokauppa siitä, kuka saa näyttää sinulle mainoksen, Pärssinen kuvailee. 

Suurimmilla uutissivustoilla yli puolet kaikesta ladatusta datasta on mainossisältöä. Mainonta on yleensä myös sitä raskaampaa verkkosisältöä, videoita ja animaatioita. Väitöskirjan laskelmat osoittavat, että noin kymmenesosa tietotekniikan energiankulutuksesta kuluu verkkomainontaan.

Ekokuluttajan ruutu on pieni

Vaikka datakeskukset ovat merkittävässä roolissa it-energiansäästötalkoissa, myös kuluttajat voivat vaikuttaa. 

Suuren osan tietotekniikan hiilijalanjäljestä tuottaa videosisältö, jonka osuus on tätä nykyä noin 80 prosenttia verkon kaikesta dataliikenteestä. Pärssinen kertoo, että jokainen maapallon asukas katsoo keskimäärin 40 tuntia suoratoistovideota vuodessa. 

Kesällä Helsingin Sanomien jutussa tutkija Pärssinen haarukoi, paljonko tunnin nettivideoiden katselu tuottaa hiilidioksidipäästöjä. Haitari oli huima, 15–622 grammaa tunnissa. Pienimpään arvoon päästään, jos videota striimaava konesali on huipputehokas, sähköntuotanto päästötöntä, ja videota katsotaan energiapihillä tekniikalla. 

– Päästömielessä hyviä valintoja on käyttää mahdollisimman pientä ruutua ja välttää mobiiliverkon käyttöä, Pärssinen neuvoo. 

Kännykkä on päätelaitteena siis sähkösyöppöä kotiteatteria parempi valinta. Datan siirrossa valokaapeli taas on mobiiliverkkoa monin verroin energiatehokkaampi.

Päästömielessä hyviä valintoja on käyttää mahdollisimman pientä ruutua ja välttää mobiiliverkon käyttöä.

Pärssisen mukaan maailman digitalisoituminen ei tapahdu ilman hintaa. Esimerkiksi kryptovaluutta Bitcoinien louhiminen kuluttaa valtavasti energiaa.

– Varsinkin it-ammattilaisten pitäisi katsoa oma tonttinsa läpi. Pitää katsoa systeemiset vaikutukset, ei vain yhtä tai kahta parametria, Pärssinen ehdottaa. 

Lohdullista on, että it:n energiatehokkuutta on helppo parantaa. 

– Mutta samaan aikaan datamäärät kasvavat valtavaa vauhtia. 

Pärssinen muistuttaa, että nettipalvelut ovat kuin tietokonepelit. 

– Kaikki hyöty prosessorien ja datasiirron nopeutumisesta ulosmitataan heti raskaammilla sovelluksilla. Sen takia energiansäästöt eivät koskaan realisoidu.