「510億與0」面對全球淨零減碳趨勢,我們只要記住這2個數字。根據微軟創辦人比爾蓋茲的新書《如何避免氣候災難》,全球當前每年的碳排放當量(CO2e)約為510億噸,必須在2050年前降為0,才能避免極端的氣候災難。

善用AI數位賦能,提升台灣永續價值

工研院產科國際所 岳俊豪 陳佳楹 陳佳滎 林研詩 林澤民

「510億與0」面對全球淨零減碳趨勢,我們只要記住這2個數字。根據微軟創辦人比爾蓋茲的新書《如何避免氣候災難》,全球當前每年的碳排放當量(CO2e)約為510億噸,必須在2050年前降為0,才能避免極端的氣候災難。根據2015年的《巴黎氣候協定》,成員國共同簽訂在2030年減碳50%,並於2050年達到淨零排放(Net zero emission),這中間需要大量的創新與前所未有的技術。以人工智慧(AI)搭配軟(演算法、大數據)、硬體(感測器、高速運算晶片)、先進通訊技術(高速傳輸、低延遲、即時海量連結),讓智慧製造、智慧能源、e政府等數位賦能成為可能,將是協助全球與台灣邁向淨零排放的重要策略。本文從氣候風險、跨國品牌作法,說明淨零減碳是未來30年最重要的事。其次,結合AI與通訊技術使各種數位賦能成為可能,將有效協助全球與台灣邁向減碳目標。最後,以台灣通訊技術精進與各種AI賦能應用,估算台灣的潛在減碳效益,並提出結語與建議。


淨零減碳是未來30年最重要的事

為對抗氣候變遷,2015年《巴黎氣候協定》各成員國承諾會努力在21世紀末讓全球升溫控制在1.5度以內,但2018年「聯合國政府氣候變化專門委員會」(IPCC)則示警,以目前的排碳速度,最晚2052年地球將升溫1.5度。因此,短期間內,「2050」、「淨零排放」,成為所有人關心的焦點。在全球淨零排放趨勢下,歐盟議會首先通過「歐洲氣候法」,並正式公布碳邊境調整機制(CBAM),針對高碳排的鋼鐵、鋁、水泥、肥料與電力等進口課徵碳關稅,預計於2027年實施,美國也決議跟進,並提前在2024年上路。其他國家也在思考研議碳邊境稅的可能性,包括日本、南韓、中國、加拿大等。檢視各國政府的減碳作為,目的在迫使企業將排碳的成本內部化,防止碳洩漏風險,以實現長期的淨零排放目標。

台灣以出口為經濟成長的引擎,若主要出口國家均對碳排放超過標準的產品課稅,勢必將衝擊台灣的出口競爭力,這是台灣面對氣候風險的第1個挑戰。第2個挑戰在於,台灣一年排碳約3億噸,占全球總碳排不到1%,但每人每年碳排近12噸,全球排名19名,高於周圍的日本、中國、也高於歐盟27國平均,主要原因是台灣以製造業立國,從早期的石化、鋼鐵,到今日的資通訊產業(含半導體),生產過程需要消耗大量的煤炭、化石燃料以及電力,當下游品牌客戶都在積極進行ESG(環境、社會與公司治理)和減碳作為時,中游製造與上游供應商減碳,將變成訂單存續與否的關鍵,也是公司競爭力的典範轉移。

然而,挑戰與機會是同時並存的,若可及早因應與擬定策略方案,將對應龐大商機並提升台灣在全球供應鏈的永續價值。盤點各國政府與企業的淨零排放策略,可分為4大路徑(圖1)

圖1 政府與企業淨零排放4大路徑 資料來源:工研院產科國際所

  • 導入去碳與替代能源:如太陽光電、陸域/離岸風電、水力與地熱等再生能源,或生質能、氫能等替代能源,購買綠電、以森林換取碳匯等。
  • 產業及能源效率提升:如導入智慧電網、儲能系統、智慧排程、建築節能系統等,優化企業能源效率。
  • 消費/使用端行為改變:如以租代買、共享經濟、以電動車取代燃油車、購買環境友善的預循環(Precycling)產品等。
  • 負碳技術:包括碳捕捉、再利用與封存,也就是CCUS(CO2 Capture, Utilization, and Storage)技術發展。

其中,產業與能源效率提升,將是AI與通訊技術發揮綜效的最大舞台。 國際上,各國領導企業多已設定自身零碳目標,並以AI、5G與整合應用做為達成目標的重要策略。同時,也積極扮演賦能者(enabler),協助國家與其他產業邁向綠色轉型。例如:

  •  法國Orange:法國最大電信營運商,宣布2040年達到淨零排放,以5G網路升級提升能源效率,並導入AI、高效待機模式進一步提升能效;另以智慧綠建築有效降低辦公據點碳排放。
  •  日本NTT Docomo:日本最大電信營運商,目標2030年達到碳中和,持續開發先進通訊技術(如IOWN)提高網路能源效率,並以AI優化無人機巡檢,提高基地台運作效率。
  •  德國電信DT:德國最大電信營運商,目標2040年達到碳中和,以AI和5G技術實現智慧車聯網、雲服務、智慧物流等。宣稱數位賦能為客戶帶來的減碳效益為DT自身碳排的4.8倍。
  •  谷哥Google:宣稱2020年就消除成立以來所有碳足跡,大量運用AI及機器學習提升建築與資料中心能源效率與電力預測;導入Google能源管理系統,協助供應商提高能效,減少碳排。


AI數位賦能助攻全球及台灣達成減碳目標

以AI數位賦能協助企業節能減碳,主要有兩個管道:

  • 效率最佳化:將製造流程的各種活動數位/資訊化(透過感測器、機上盒等),再運用高速低延遲的先進通訊技術(5G、B5G)、進而監測與掌控整體生產流程,並以AI和大數據等提供即時的最佳化回饋修正,進而達到更佳的生產效能與能源效率,如智慧製造、智慧能源、智慧建築、智慧交通與物流等應用。
  • 顛覆式創新:運用AI、軟體與通訊技術,發展全新的工作型態或作業模式來取代既有,以達減碳與效率提升的目的,例如遠距工作(減少通勤、塞車或尋找車位所產生的碳排)、遠距會議(減少跨國/國內移動、紙張印製)、e政府(電子報稅、數位簽章)、電子商務/智慧金融(智慧客服、行動銀行)、遠距診療、數位學習等。

根據全球永續賦能倡議組織(GeSI)報告,2030年透過數位賦能所帶來的節能減碳效益,將可協助全球節省121億噸的CO2 排放,相當於資通訊產業自身排放的9.7倍;全球移動通信協會(GSMA)亦指出,透過AI、通信應用和智慧裝置引起的行為改變,所帶來的總賦能效應,可有效協助全球節省CO2排放達21.4億噸,亦相當於全球通訊產業碳排放的9.7倍。在前瞻學術研究上[注1],多數學者發現多用網路(網路使用人數增加、傳輸量放大)會引發能源需求(多用電!),但也觀察到數位化程度的提高,用電的增加量會逐年下降。也就是說,當AI數位賦能的各種應用蓬勃發展,將有助於壓抑國家與企業的用電/碳排量。

為驗證AI數位賦能與先進網路是否有助於抑制全球碳排量,本研究參考前述模型設定,結合了世界銀行、國際電信聯盟(ITU)、主計總處、環保署等四大數據資料來源,建構一個長達30年、涵蓋158國的經濟發展及能源使用指標的追蹤資料模型(Panel Data),探討網路使用與能源需求間的關係。經模型分析後得到2個重要結果:

  • 對多數國家而言,網路使用增加會引發更多的用電與碳排量:當網路普及化,首當其衝的是建置大量的基地台與伺服器,以及運用多樣的資通訊設備協助企業與民眾使用通訊服務,享受數位生活的便利性,但碳排量亦隨行動網路用戶數增加而上升,此結果與國際研究一致。
  • 高數位程度國家,網路使用增加可壓抑用電與碳排的增加量:參考IMD全球數位競爭力報告(2021年),在控制其他重要變數後[注2],本研究發現前14名高度數位化的國家(含台灣)[注3],行動網路用戶數增加對每人平均碳排放量有顯著的負向效果。換言之,愈高度數位化的國家,以先進網路與AI數位賦能,可有效壓抑碳排的增加量,協助國家與企業更有效的運用能資源。

利用模型可進一步估算當前AI數位賦能對全球與台灣的減碳效益,如圖2所示:

圖2 AI數位賦能對全球與台灣的減碳效益 資料來源:工研院產科國際所

  • 2019年全球總碳排量33,200百萬公噸,高數位程度的14國所壓抑的總碳排量估計為729.5百萬公噸,換言之,若無AI數位賦能效益,全球的總碳排量將增加2.2%至33,929.5百萬公噸。
  • 2019年AI數位賦能壓抑台灣的減碳量約為29.5百萬公噸,若無此效益,台灣的碳排放量估計將增加至285.5百萬公噸,台灣AI數位賦能減碳效益約為10.3%。

總結以上,AI與先進網路通訊讓各種數位賦能應用成為可能,廣泛運用可有效提升能資源效率,協助全球與台灣邁向減碳目標。

[注1]如Afzal, M. N. I., & Gow, J.(2016)、Saidi, K., Toumi, H., & Zaidi, S.(2017)、Husaini, D. H., & Lean, H. H.(2022)等。

[注2]包括經濟成長、國家規模等。

[注3]依序為美國、香港、瑞典、丹麥、新加坡、瑞士、荷蘭、台灣、挪威、阿拉伯聯合大公國、芬蘭、南韓、加拿大與英國,中國為15名。前14名國家2019年總碳排放約占全球22%。


台灣先進網路通訊與AI數位賦能應用效益估算

先進網路通訊更具能源效率

台灣已進入5G世代,因應台灣資料傳輸需求的增加,5G基地台也開始快速布建。一般而言,5G基地台單位能耗高於4G/3G基地台,但因5G具備高速、低延遲、即時海量連結等特性,本研究與國內電信業龍頭-中華電信公司協同研究,在國內傳輸量大幅增加情況下,考慮傳輸速度的世代差異(3G/4G/5G)與基地台耗電量,進行單位傳輸耗能(相同流量的傳輸時間*基地台能耗)的比較。主要發現如下:

  • 中華電信5G網路傳輸速度是4G的10倍以上,即便5G設備較耗能,但以單位流量傳輸效率來看,也是4G的5.6~8.1倍。(見圖3,14.6/2.6等於5.6倍)
  • 隨時間經過,技術進步讓5G設備傳輸速度提升、單位傳輸效率更優化。
  • 隨著AI技術導入,可進一步減少基地台能耗,並提高傳輸速度。例如以AI即時識別和修正網路問題、透過AI自動分配網路資源、無傳輸時自動休眠以減少基地台能耗等。

圖3 中華電信5G單位傳輸效率明顯優於3G/4G 資料來源:中華電信、工研院產科國際所


AI數位賦能應用減碳效益

如同前述,以AI、5G等前瞻技術創造各種數位賦能應用,對台灣將可實現約10.3%的潛在減碳效益。本研究與中華電信公司協同研究,以實際應用案例說明AI數位賦能所帶動的減碳效果。

稅務便民與智慧風控服務

中華電信協助財政部財政資訊中心「智慧便民稅務網站」建置,併同電子申報繳稅系統,讓民眾可透過網路加上多元認證方式完成線上稅務申辦、稅務申報證明、稅款繳納資料等報稅服務,減少民眾/營業人/公務機關實體交通移動與紙張印製,帶動實質減碳效果 [注4]。

本研究參考GSMA與GeSI研究,以下述原則(公式)計算可節省的碳排:

節省碳排[kg CO2e]=碳排係數[kg CO2e / QTY]×計量總數[QTY]

以「減少開車」為例,根據產品碳足跡網得知自用小客車平均一公里碳排0.115公斤、平均每趟來回約20公里,外出使用自用小客車比例約25.8%,2021年線上報稅共125萬件,可得知節省碳排約:

74.2萬 kg CO2e=0.115×20公里×25.8%×125萬件

以相同邏輯考量減少機車(比例約45.2%、一公里碳排0.052公斤)、減少紙張(每次使用3張A4紙,1包紙碳排3.6公斤)等資訊,可計算出該服務節省碳排約128萬公斤。

iEN智慧建築節能服務系統

結合建築軟體與遠端控制,如能源管理系統、AIoT 照明自動偵測、空調、能源儲存等,以達到能源效率的最佳化。

中華電信iEN智慧建築節能服務系統,結合客戶的用電設備進行監控,配合用戶契約容量等設置,降低用戶的電能消耗。 為計算該服務的節能效益,本研究從台電公司統計得知2021年一般住宅每戶每年用電約4,224度、住宅與空調用電占46%、iEN服務約可省電2成、服務全台一般住宅樓層數275件,每度電碳排0.6公斤等資訊,可計算一般住戶節省碳排約:

6.4萬 kg CO2e=0.6×4,224度×46%×20%×275件

該服務範疇含一般住戶、政府機關、大專院校、醫院、企業辦公室、工廠與社區等場域,以相同邏輯並考量不同的服務面積與照明空調占比,可計算出該服務節省碳排約2,893萬公斤碳排。

進一步參考GSMA與德國電信報告,考慮六大應用(智慧生活與工作、智慧交通、智慧建築、智慧能源、智慧教育、智慧健康)、中華電信市占率與各項AI數位賦能專案等,可估算出中華電信公司潛在減碳效益達12.36百萬公噸,相當於減少台北市一整年的碳排放量!若對比公司2021年碳排放(範疇一至三)2.19百萬公噸,將有5.64倍的數位賦能減碳效益!

[注4]本研究亦考慮在家使用筆電、電腦設備與冷氣耗電等負向效果


多用網路 少用馬路

第27屆聯合國氣候變遷大會(COP27)於2022年底召開,192個締約國將重申控制本世紀全球氣溫升幅在2℃以內,甚至是1.5℃,淨零減排成為全球各國與企業的普世價值。台灣以資通訊產業及AI、5G整合應用見長,面對全球氣候風險,導入AI數位賦能應用,擴大影響範疇,將是台灣邁向淨零路徑的重要解方,也是台灣站穩全球供應鏈關鍵伙伴的基石。

「多用網路 少用馬路」點出以AI、5G、大數據、雲端計算、感測器、高速晶片所組成的數位賦能應用,可優化能資源使用效率,顛覆既有生活與工作模式。本研究估算,台灣將可實現約10.3%的潛在減碳效益。欲加速AI數位賦能的潛在效益,提升產業的數位化程度以及鼓勵更多元的智慧應用將是關鍵,這也是在既有的資通訊基礎優勢下,提升台灣永續價值的努力方向。