趙家緯、黃翰榆:數位化浪潮下,永續轉型如何乘浪而行? | 台灣環境資訊協會-環境資訊中心

趙家緯、黃翰榆:數位化浪潮下,永續轉型如何乘浪而行?

2018年09月28日
文:趙家緯(臺大風險中心博士後研究員)、黃翰榆(臺大風險中心助理研究員)

移動式裝備的大量普及化,輔以人工智慧與物聯網技術的發展,全球進入高度數位化時代。依據貝爾實驗室的預測,2030年時美國在運輸、通信、能源、工業生產等基礎設施的數位化程度,將由今日的20%急劇提升至60%,意即無論是自駕車、3D列印生產、智慧電網均將成為市場主流(Saniee et al. 2017)。但另一方面,聯合國於2015年通過2030永續發展目標,提出17項全球邁向永續發展的核心目標,藉此引領政府、地方政府、企業、公民團體等行動者,在未來十五年間的決策、投資與行動方向,可達成在環境涵容能力下滿足全球人類基本社會需求的永續願景。因此如何促使數位化趨勢,有助於永續發展目標的落實,為國際研究社群極為關注的議題。

永續導向數位革命展望

知名的德國全球變遷諮詢委員會(Germany Advisory Council on Global Change, WBGU )既規劃於2019年出版〈數位化與永續轉型〉(Digitization and the Transformation towards Sustainability)旗艦報告,探討可有效因應數位化對環境、勞動市場、貧富差距等潛在影響之治理機制。而由奧地利應用系統分析研究院、斯德哥爾摩韌性研究中心、聯合國永續發展研究網絡三個知名永續發展領域的研究機構領銜進行的「2050世界願景」 (The World in 2050)旗艦研究計畫,於2018年7 月聯合國SDG高階政策論壇舉辦期間所發表〈落實永續發展目標的關鍵轉型〉(Transformations to Achieve the Sustainable Development Goals)首份報告中,亦將永續導向的數位化科技與創新與「能源轉型」、「循環經濟」等,並列為全球推動永續發展的六大關鍵行動之一(如圖1)。強調全球應掌握數位化革命所創造之綜合效益,藉由前瞻規劃與建立適當治理機制,提早因應科技創新於就業、階級差距與倫理上的潛在負面影響。該報告中列舉出數位基礎設施的建構、開放的線上服務以及利用數位化系統提升能資源效率等發展方向,以促使數位化可創造公眾利益。而面對其潛在負面影響,則是提出可避免網路服務壟斷的稅制與管制工具、弭平數位落差的教育體制等政策配套(見表1)。

落實永續發展目標的六大關鍵轉型行動(譯自TWI2050)
圖1:落實永續發展目標的六大關鍵轉型行動(譯自TWI2050)

表1:永續數位轉型(譯自TWI2050)

永續數位轉型  四大原則

範例
數位基礎設施
  • 普及化的高品質與低價格的行動寬頻網路
線上服務
  • 可協助公共服務與參與的線上治理管道
  • 加速貿易與商業服務的線上支付系統
  • 可確保網路隱私權的管制方式
  • 建構健保與教育相關的全國性線上平台
有助提升能資源效率的數位系統
  • 智慧電網與協助打造智慧城市的物聯網
永續導向數位革命的政策工具
  • 可因應數位化下所得差距加劇的配套措施。
  • 可避免網路服務壟斷的稅制與管制工具。
  • 弭平數位落差的教育體制。
  • 符合人類價值與永續發展典範的新興數化技術發展。

物聯網促使製程創新

當台灣討論永續發展議題之時,一大關鍵乃是如何促使耗能產業願意改善其製程,整體性提升能源與資源效率。而德國知名智庫國際前瞻永續研究院(International Institute for Advanced Sustainability Studies,IASS)的「數位化與其對永續性之衝擊」(Digitalisation and Impacts on Sustainability)研究團隊指出,數位化革命對工業部門在環境面的影響上,則可藉由導入工業物聯網提升資源效率、永續能源整合與透明度(Niehoff and Beier, 2018)。

在資源效率方面,藉由導入3D列印技術於工業製程後,有助削減原物料的需求。如依據評估,美國航空製造業藉由導入此技術,可將飛機機體的重量削減9%~17%。藉此技術,2050年時美國航空製造業每年可減2萬噸的金屬物料需求,並藉由機體輕量化減少6.4%的燃料消耗(Huang et al. 2016)。實際案例上,目前奇異公司(General Electric)已於其最新的LEAP 引擎製造時,導入以3D列印所設計的燃料噴嘴,不僅增進噴嘴耐用性,更減少25%的重量,並藉由流體最佳化設計,提升燃燒效率,進而減少引擎的燃料消耗(Ford and Despeisse, 2016) 。

在能源方面,根據澳洲研究機構的調查,藉由強化製程控制,可協助食品加工、飲料、金屬製品等製造業節能4%以上,且此類節能投資只要兩年即可回收。另一方面,數位化的即時監控與連結可以協助切換設備的能源消耗,並轉移至離峰或是再生能源供應充足的時段,有助於推動需量反應(IEA, 2017)。根據IEA的統計,全球有50%以上的需量反應收入主要來自於工業部門,隨著數位化技術的導入將有望更加擴大電力調配的規模,並透過虛擬電廠(virtual power plant)所涵蓋的資訊平台、監測、用戶(aggregators)等網絡能夠有效地協助該措施的應用與整併分散式的再生能源系統。

而在不同工廠之間,業者亦可以透過雲端平台(例如:Materials Marketplace)進行交換有關可用剩餘原材料,以最大限度地提高資源使用率和減少貨運成本。通過將工業設備連接到網絡,企業可以從中辨識資源浪費的來源與提高能源的調度使用效率。例如工廠的餘熱,有機廢物和廢氣可以產生熱量或電力,從而降低購買其他形式的成本能源和工廠對環境的影響。對公司內部的營運來說,亦可以通過數據分析來衡量不同據點內的能源使用情形來提供節能的機會。雲端的工作人員可以從數據交流中有所受益和學習經驗,有效地降低能源成本與提供競爭優勢。

工業4.0下的彈性能源整合概念。UNIDO, 2017
工業4.0下的彈性能源整合概念。UNIDO, 2017

於製造業中導入物聯網,掌握製程中各單元的環境績效,可有助於建構更完整的環境管理系統。更重要的是,可在藉由掌握整個價值鏈導入物聯網後的大數據,促使價值鏈上各公司所提出的企業永續報告的資訊,更為透明化,以利不同利害相關人相互監督,激勵各企業提升環境績效,打造環境價值鏈(Niehoff and Beier, 2018)。

掌握轉型契機

根據國際前瞻永續研究院(IASS)研究群就德國與中國境內的自動化、機械工程、航太、ICT等產業所進行的調查,顯示多數業者也認為透過數位化科技可提高資源效率與增加再生能源的使用比例(Beier et al., 2017)。例如針對中國業者調查中顯示,八成以上的受訪者認為物聯網可有助於節約能源與物料消耗。而已導入環境管理系統的企業中,有84.5%以上的受訪者認為數位化有助於企業永續策略的落實(Beier et al., 2018)。同時,德國內的參與者有半數以上也認為工業4.0對於環境管理系統(EMS)會帶來影響(Niehoff and Beier, 2018)。

由前述的國際趨勢與業者調查可知,若有適當的引導政策,則可促使產業再導入數位化技術之時,亦提升其能資源效率。而根據過往國內學者調查,現行產業節能投資意願偏低,多僅願意投資回收期短於兩年的節能措施。然而現在多數製造業均積極因應智慧製造之風潮,導入物聯網於產業製程之中,開啟一扇台灣產業製程升級的機會之窗。若政府可於各項智慧工廠的推動計畫之中,引導產業認知到數位化對於提升能資源使用效率之助益,進一步以有助提升能資源效率的數位系統為關鍵輔導或補助重點,則將有助於克服現行節能投資意願不足之困境。藉由掌握這波席捲全球的數位化風潮,加速推動能源轉型以及循環經濟,促使台灣踏上永續轉型之路。

台灣大學社會科學院風險社會與政策研究中心於 2018.10.03(三)上午舉辦「數位化浪潮下,永續轉型如何乘浪而行?」論壇。邀請到德國知名智庫國際前瞻永續研究院(International Institute for Advanced Sustainability Studies, IASS)的科學主任Ortwin Renn 、資深研究員Ilan Chabay與台大地理系簡旭伸教授擔任講者。Ortwin Renn 教授將分享IASS 與「數位化與永續轉型」有關的初步研究成果,Ilan Chabay教授為〈落實永續發展目標的關鍵轉型〉(Transformations to Achieve the Sustainable Development Goals)報告的共同作者,將分享該報告中所提出的「永續導向的科技與創新」概念與落實機制。簡旭伸教授將於本次論壇中,分析獨裁政府 (如中國) 與民主政府 (如台灣) 所進行的不同數理治理策略、理論化威權智慧( authoritarian smart) 與民主智慧 (democratic smart),並且以此分析人類文明面對數位化浪潮下,如何擷取機會與迎接挑戰,共同為全球永續發展盡份心力。
活動報名連結:https://bit.ly/2zxzIhE

參考資料

  • Beier, G.; Niehoff, S.; Xue, B. 2018. More Sustainability in Industry through Industrial Internet of Things? Appl. Sci. 8, 219
  • Ford, S. & Despeisse, M. 2016. Additive manufacturing and sustainability: an exploratory study of the advantages and challenges.” Journal of Cleaner Production, 137: 1573-1587. 
  • German Advisory Council on Global Change (WBGU). 2018. Digitalization: What we need to talk about. 
  • Huang,R., M. Riddle, D. Graziano, J. Warren, S. Das, S. Nimbalkar, J.Cresko, E. Masanet. 2016. Energy and emissions saving potential of additive manufacturing: the case of lightweight aircraft components. J. Cleaner Production, 135 (2016), pp. 1159-1170
  • International Energy Agency(IEA). 2017. Digitalization& Energy. Paris:IEA
  • Niehoff, S.; Beier, G. 2018. Industrie 4.0 and a sustainable development: A short study on the perception and expectations of experts in Germany. Int. J. Innov. Sustain. Dev, Vol. 12, No. 3, 360-374.  
  • Saniee, I., Kamat, S., Prakash, S. & Weldon, M. 2017. Will productivity growth return in the new digital era? An analysis of the potential impact on productivity of the fourth industrial revolution. Bell Labs Technical Journal, Vol.20. pp 4-20. 
  • TWI2050 - The World in 2050. 2018. Transformations to Achieve the Sustainable Development Goals. Report prepared by The World in 2050 initiative. International Institute for Applied Systems Analysis (IIASA), Laxenburg, Austria. www.twi2050.org. 
  • United Nations Industrial Development Organization (2017) Accelerating clean energy through Industry 4.0: manufacturing the next revolution. Vienna:UNIDO