La digitalizzazione e il consumo elettrico

The relationship between digitalization and energy consumption is a complex and evolving topic and recent technological advances are truly astounding. The speed of current technological breakthroughs has no historical precedent. With the advent of “cyber-physical systems” (CPS), we are entering in a new digital era called the “Fourth Industrial Revolution”, where the breadth and depth of these changes herald the transformation of entire systems of production, management, and governance. Connectivity through the “Internet of Things” (IoT) and machine-to-machine communication (M2M), is the key driver. The thesis consists of five chapters and the very first question it is trying to answer is: “How will the future electricity systems be?” In the energy sector, the greatest transformational potential for digitalization is going to be in the electricity markets. The current electric power delivery system is almost entirely a mechanical system, with only limited use of sensors, minimal electronic communication and almost no electronic control. On the contrary, the future grids will be “smart”; which means digitally interconnected and efficient systems that increase flexibility and enable integration of renewable sources and implementation of smart charging for EVs. This transformation is going to blur the distinction between generation and consumption; in fact, the term "prosumer" was coined to indicate customers who are both producers and consumers of energy. Decentralized and distributed technologies - such as blockchain - can be suitable for smart grids, where energy transactions can be held in a peer-to-peer (P2P) and secured way without any distortion. My second question is: “Do Information and Communication Technologies help in achieving the energy transition or are they themselves a growing source of energy consumption and CO2 emissions?” A lot of media and international bodies report that the potential benefits of digitalization will mitigate the world's increasingly urgent environmental issues, such as reducing carbon emissions and resource consumption across various economic sectors. However, literature in this sense is contrasting and uncertain and we don’t have a clear answer. On the one hand, digitalization helps reach decarbonization and energy efficiency; on the other hand, digital technologies themselves, as they require the processing of a great bulk of data, consume energy as well. Numerous studies confirmed that the ICT sector has increased worldwide, and there are some causes that often upset the efficiency gains from digitalization. One of these is the digital rebound. For example, are remote work and e-commerce more energy efficient than traditional work or retail? Contrary to popular belief, it depends. There are several reasons that go beyond the “less mobility - less energy consumption" view, therefore the answer will differ on a case-by-case basis. Then, I focused on the ICT sector and some key subcomponents including the data centres, blockchain and bitcoin, IoT devices, fifth generation wireless (5G) and online video streaming using Netflix as a case study for the last chapter. My third question is: “How much is their energy demand and carbon footprint?” With the rapid proliferation of emerging technologies, we expect huge growth in the demand for computing data and consequently an increase in energy consumption. The key question is whether efficiency gains from digitization will contain this expected increase in energy consumption. The thesis aims at offering a clear and accessible analysis on how these two worlds interact, recognizing the difficulty to make an exhaustive and comprehensive framework.

La relazione tra digitalizzazione e consumo di energia è un argomento in evoluzione e i recenti progressi tecnologici sono stupefacenti. La velocità degli attuali progressi tecnologici non ha precedenti storici. Con l'avvento dei "sistemi cyber-fisici", stiamo entrando in una nuova era digitale chiamata "quarta rivoluzione industriale", dove l'ampiezza e la profondità di questi cambiamenti annunciano la trasformazione di interi sistemi di produzione, gestione e governo. La connettività attraverso l'"Internet delle cose" e la comunicazione da macchina a macchina, è il driver chiave. La tesi è composta da cinque capitoli e la prima domanda a cui cerca di rispondere è la seguente: "Come saranno i futuri sistemi elettrici?" L'attuale sistema di fornitura di energia elettrica è quasi interamente un sistema meccanico, con un uso limitato di sensori, una comunicazione elettronica minima e quasi nessun controllo elettronico. Al contrario, le future reti saranno "intelligenti"; il che significa sistemi digitalmente interconnessi ed efficienti che aumentano la flessibilità e permettono l'integrazione di fonti rinnovabili e l'implementazione della ricarica intelligente per i veicoli elettrici. Questa trasformazione sta per offuscare la distinzione tra generazione e consumo; infatti, il termine "prosumer" è stato coniato per indicare i clienti che sono sia produttori che consumatori di energia. Le tecnologie decentralizzate e distribuite - come la blockchain - possono essere adatte alle reti intelligenti, dove le transazioni di energia possono essere tenute in modo peer-to-peer e sicuro senza intermediari La mia seconda domanda è la seguente: "Le tecnologie dell'informazione e della comunicazione aiutano a realizzare la transizione energetica o sono esse stesse una fonte crescente di consumo energetico e di emissioni di CO2?" Molti media e organismi internazionali riferiscono che i potenziali benefici della digitalizzazione mitigheranno i problemi ambientali sempre più urgenti del mondo, come la riduzione delle emissioni di carbonio e il consumo di risorse in vari settori economici. Tuttavia, la letteratura in questo senso è contrastante e incerta e non abbiamo ancora una risposta chiara. Da un lato, la digitalizzazione aiuta a raggiungere la decarbonizzazione e l'efficienza energetica; dall'altro, le stesse tecnologie digitali, poiché richiedono l'elaborazione di una grande quantità di dati, consumano anche energia. Numerosi studi hanno confermato che il settore informatico è aumentato in tutto il mondo, e ci sono alcune cause che spesso sconvolgono i guadagni di efficienza della digitalizzazione. Una di queste è il rimbalzo digitale. Per esempio, il lavoro a distanza e l'e-commerce sono più efficienti dal punto di vista energetico del lavoro tradizionale o della vendita al dettaglio? Contrariamente alla credenza popolare, dipende. Ci sono diverse ragioni che vanno oltre la visione "meno mobilità - meno consumo di energia", quindi la risposta sarà diversa caso per caso. Poi, mi sono concentrato sul settore informatico e su alcuni sottocomponenti chiave tra cui i data center, blockchain e bitcoin, dispositivi IoT, 5G e streaming video online usando Netflix come caso di studio per l'ultimo capitolo. La mia terza domanda è la seguente: "A quanto ammonta la loro domanda di energia e l'impronta di carbonio?". Con la rapida proliferazione delle tecnologie emergenti, ci aspettiamo un'enorme crescita della domanda di dati informatici e di conseguenza un aumento del consumo energetico. La domanda chiave è se i guadagni dell’efficienza derivanti dalla digitalizzazione potranno contenere questo aumento del consumo energetico previsto. Inoltre, vi è evidenza che i consumi elettrici e le emissioni di CO2, non sono collegati direttamente. La tesi vuole offrire un'analisi chiara e accessibile su come questi due mondi interagiscono, riconoscendo la difficoltà di fare un quadro esaustivo e completo.