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5G对环境有何影响?

时间:2020-08-13浏览:5035

即将到来的5G革命:对环境有何影响?

  5G的希望

  1998年,3G使视频通话和移动互联网访问成为可能。 4G于2008年推出,通过移动,视频会议和游戏支持高清电视。直到今天,大多数手机都还在使用3G和4G技术。

  最终,这将使从智能汽车到物联网(IoT)的无处不在的无线网络连接成为可能,后者可以通过互联网连接各种设备和传感器,并允许它们在无需人工干预的情况下进行通信。

  频谱

  在较低端的频谱称为低频带(600MHz至900 MHz)具有更长的波,并且可以传播更远。随着波长的范围从中频带(2.5GHz至4.2GHz)到高频带(也称为毫米波,24GHz至47GHz),它们变得越来越短,从而实现了更大的带宽(可以在一个网络中传输的数据量更多了),但传输距离却达到缩短。

美国无线电频谱

美国无线电频谱

  每个国家/地区的政府机构都控制频谱并指定谁可以使用哪些频率。在美国,联邦通信委员会(FCC)控制频谱并将其划分为不同的块,然后分配或出售给不同的公司和行业。 2016年,FCC为5G开放了大量的高频段频谱。

  由于毫米波只能行进很短的距离信号传输,因此,小型蜂窝基站塔之际需要相距250米之内,例如,未来城市中屋顶、电话杆、树木和路灯上都可能布满5G微基站,以确保城市全面覆盖5G信号。

  基站容纳大量天线,这增加了网络的容量。这些天线使用“波束成形”来协调大量传输,防止它们相互干扰,并将聚焦数据发送给特定的个人用户。这使小型小区能够同时处理许多不同的数据流。小型基站通常通过光纤电缆或无线微波连接到5G网络和互联网。他们还需要电源,典型的小型电池可能需要200到1000瓦的功率。

  为了使网络能够响应所有类型的需求,“网络切片”可创建满足不同需求和要求的自包含网络或切片。例如,一个网络切片可能只需要低安全性和低带宽,而另一个则需要高安全性和高可靠性。

  在难以建造足够的蜂窝塔的地方,卫星可以提供5G覆盖,如果自然灾害或恐怖袭击摧毁了陆地上的通信基础设施,卫星可以接管关键功能。最近,埃隆·马斯克(Elon Musk)的公司SpaceX发射了595颗小型卫星(最终目标为30000个),这些卫星在地球上空500到2000公里的低地球轨道(LEO)内运行。

  5G如何帮助环境?

  据联合国称,到2050年,全球68%的人口将生活在城市中。城市政府和企业正在寻求5G、人工智能(AI)和物联网技术,以创建将传感器、摄像机和智能手机连接在一起的智慧城市。这些网络的连通性和速度将使城市得到更好的管理、更加高效和可持续。

  减少能源消耗和排放

  但5G基础设施系统本身很耗电,目前各国都在寻求技术突破,以降低5G系统本身运行的能耗。

  由于节约能源也意味着减少温室气体排放,因此,GE的数字发电厂软件有望每年减少3%的碳排放量和67000吨煤炭的燃料使用量。领先的信息和通信技术提供商埃里克森(Ericcson)进行的一项研究预测,到2030年,物联网可以将碳排放量减少15%。

  通过使更多的人可以远程工作或访问娱乐,并避免通勤和乘飞机飞行,5G将节省能源并减少车辆和飞机的温室气体排放。

  减少水和食物浪费

  传感器还可以优化农业用水。一家创新型农业公司Arable使用智能农业传感器,该传感器结合了天气信息以及土壤和作物状况,可以更好地管理灌溉并提高灌溉效率。系统还监控植物的压力、营养和害虫,以帮助提升收获。

  5G最终可以用于标记所有生产食品的位置、跟踪收获日期或识别特定动物,然后在将食品运输到工厂时跟踪智能标签。其他传感器系统可以监控工厂的状况、评估食品的质量和法规要求。自动化透明的系统可以确保正确的成分在正确的时间交付并正确包装。这将有助于减少食物浪费,很大程度地提高食物安全性,评估食物的可持续性,并使供应链能够更快地响应供需问题。

  为了防止污水污染印第安纳州南本德的圣约瑟夫河,在人孔中安装了智能下水道技术。该技术将污水溢流减少了70%(每年超过10亿加仑),为城市节省了超过5亿美元。

  澳大利亚的新兴企业Myriota和澳大利亚海洋科学研究所(AIMS)正在将海洋浮标与卫星连接的IoT传感器一起使用,以实时跟踪洋流、海表水温和海洋气压。这有助于研究人员更好地监视海洋中不断变化的状况并了解海洋的行为。

  国际自然保护联盟使用5G地理定位技术来跟踪濒危动物的位置和活动。在中国成都大熊猫繁育研究基地,5G被用于监测熊猫状况并鼓励繁育。熊猫每年仅排卵一次,并且仅在24到36个小时内能繁殖,因此繁殖它们具有挑战性。该技术可以识别大熊猫交配的呼唤,并循环播放,以促进大熊猫们彼此交配。

  由于5G是一项新技术,因此它对环境的长期影响尚不清楚。但是,由于5G的能源使用以及制造新的基础设施和大量新设备的影响,人们已经担心5G可能对环境产生负面影响。

  当前,信息和通信技术约占全球用电量的4%,占全球碳排放量的1.4%。但埃里克森(Ericcson)的一份报告预测,到2025年底,5G的用户将达到26亿。到那时,全球移动用户总数预计将达到58亿。

  处理云计算和网站并存储我们的信息的数据存储中心会消耗大量能源,占网络总能源消耗的80%。其中大约一半用于保持基站中的传输设备降温。伯克利实验室的一份报告发现,2014年美国数据中心的耗电量为700亿千瓦时;今年,他们预计将消耗730亿千瓦时。小型蜂窝基站的功耗可能是4G基站的三倍。

  倡导向后碳经济转变的法国智囊团The Shift Project总裁在2019年说:“…每个字节的背后都有采矿和金属加工、石油开采和石化、制造和中间运输、公共工程(埋没电缆)以及用煤和天然气发电。因此,全球数字系统的碳足迹已经占全球温室气体排放量的4%,其能源消耗每年增加9%。”

  制造更多的物联网设备和手机以及小型蜂窝也意味着更多地开采和使用许多难以回收的不可再生金属。

  随着全球消费者转向5G手机,如果没有回购或回收计划,许多旧手机和IoT设备将被丢弃。这将导致大量的电子废物,这已经是一个巨大的全球性问题。

  5G的全面部署可能会对生态系统产生破坏性影响。旁遮普大学(Punjab University)的一项研究发现,麻雀在信号塔辐射下暴露5至30分钟会产生有问题的卵。在西班牙,蜂窝塔发出的微波辐射干扰了鸟类的筑巢、繁殖和栖息。同时,还发现无线频率会干扰鸟类的导航系统和昼夜节律,从而影响正常迁徙。

  到2025年,5G预计将需要安装7020万个小型蜂窝塔,。一项调查发现,许多运营商希望每平方公里部署100至350个小型蜂窝(室内和室外)。因此,无处不在的毫米波辐射会在鸟类、蜜蜂和其他物种上产生什么影响,目前尚未清楚。

  有一些策略可以并且应该采用,以减轻5G的环境影响并使之更具可持续性。

  哥伦比亚大学国际与公共事务学院环境科学与政策公共管理硕士课程主任史蒂夫·科恩(Steve Cohen)强调,由于5G会消耗大量电力,因此使我们的电气系统脱碳至关重要。

  更有效的冷却

  诺基亚在芬兰部署了液冷数据中心。使用水而不是空气来冷却仅要消耗传统空气冷却能量的10%。通过水冷,还可以将数据中心的废热用于基站附近建筑物中的水或空间供暖。此外,使用液体冷却的数据中心将碳排放量减少了90%。

  集成到电话、计算机和其他电子设备中的大多数传感器均由可能对环境或人体健康有害的贵金属组成。一些科学家正在研究可生物降解的传感器,这些传感器在不再需要时会溶解。这样的传感器可以基于可生物降解的纸或聚乳酸,并且已经在医学应用中使用。洛桑联邦理工学院的研究人员已经开发了可生物降解物质上的印刷湿度和温度传感器以及晶体管,最终可用于智能包装。

  科恩说:“我看到的5G比较大的危险可能是电子垃圾的有毒物质,手机中的某些稀土和其他物质可以很容易地重复利用和开采。应当要求出售它们的公司在最后将它们买回来,这被称为生产者责任。”他预计,像苹果公司一样,公司会更多地利用现有的电子设备,为消费者提供使用旧设备进行交易的折扣。

  一些公司正在共享5G网络基础设施,以潜在地削减30%的成本。管理咨询公司麦肯锡(McKinsey)发现,如果三个参与者共享网络,则建立小型基站的成本可以降低一半。在中国,两家公司已同意共同构建5G网络并共享网络基础架构。沃达丰和意大利电信正在共享一个网络,韩国的三家移动网络运营商也正在共享一个网络。除了削减成本外,网络共享还可以避免重叠的小型小区密集网络,并减少城市对设备和建筑的需求,从而减少对环境的影响。

  只有在室内和室外都有完整的5G时,才能充分发挥城市5G的潜力。这将需要将物联网的传输设备安装在建筑物、城市街道以及沿运输路线的道路上,以便可以管理交通和自动驾驶车辆。

  截至2020年6月,5G在一定程度上在38个国家可用。在美国,三大手机运营商(T-Mobile / Sprint,Verizon,AT&T)已在主要城市部署了一些5G。但是5G服务的范围仍然取决于更多新设备的可用性,即支持5G的手机和智能传感器。预计这些技术将在今年年底和2021年推出。目前普遍的想法是,要在全球范围内采用5G还需要三年的时间。

<p white-space:normal;background-color:#ffffff;letter-spacing:2px;"="" style="padding: 0px; margin-top: 0px; margin-bottom: 20px; font-family: 寰蒋闆呴粦, 瀹嬩綋, Arial; white-space: normal; background-color: rgb(255, 255, 255); box-sizing: border-box; outline: none; font-size: 18px; color: rgb(51, 51, 51);">  5G是否会对环境带来好处还是有待观察,演算也很复杂。科恩说:“你不能只看技术、能源使用和有毒物质的使用。” “这不是简单的分析。我认为,总的来说,人们花费越来越多的时间在信息和娱乐上,比人们所做的许多其他事情(如购物或开车出行)对环境的影响要小。我们必须将这项活动与您将要花费的其他时间进行比较,如果不这样做,将会对环境造成其他影响。那还会是什么?”


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