用于环境的人工智能:… · ELECTE

导言

在环境挑战日益加剧的时代，人工智能（AI）正在成为对抗气候变化和保护生态系统的有力盟友。2025年是关键的一年，先进的AI技术终于从承诺走向具体应用，为监测、预测和缓解环境影响提供创新解决方案。

本文探讨了人工智能为环境管理带来变革的主要创新，提供了成功实施的具体实例，并概述了技术与可持续发展之间协同作用的未来前景。

人工智能在应对气候变化方面的潜力

人工智能为应对环境挑战提供了前所未有的工具。根据最近的研究，到 2030 年，人工智能可帮助减少全球温室气体排放量达 10%，这一数值相当于整个欧盟的年排放量。

人工智能具有处理海量数据、识别复杂模式和生成准确预测的能力，因此特别适用于以下领域：

分析气候和气象数据以预测极端事件
优化自然资源和能源的使用
监测和保护生态系统
促进向循环经济的转型

2025 年人工智能在环境领域的主要应用

1.先进的生态系统监测

基于人工智能的环境监测系统是最有前途的应用之一。通过分析高分辨率卫星图像并结合机器学习算法，Envirosensing 等平台正在彻底改变对森林砍伐的监测。这些系统可以

精确追踪森林覆盖的变化
及早识别森林砍伐风险
为受欧盟EUDR法规约束的企业实现尽职调查流程自动化

在意大利，环境部启动了一项 5 亿欧元的投资，用于开发先进的综合监测系统，该系统利用航空航天遥感、现场传感器和人工智能分析来预测水文地质危害和识别环境犯罪。

2.气候变化预测和适应

人工智能正在改变我们预测和应对气候变化的能力：

先进气候模型：深度学习算法正在显著提高气候预测的精确度，识别出传统模型可能无法察觉的复杂模式。
早期预警系统：由IBM和SEEDS开发的“Sunny Lives”等平台利用AI分析卫星图像，评估当地自然灾害风险，为建筑物分配相对风险评分。
气候情景模拟：AI能够模拟不同的气候变化情景，评估潜在适应和缓解策略的有效性。

3.优化能源资源

在能源领域，AI正在推动向更高效、更可持续系统的转型：

AI驱动的智能电网：实时平衡能源供需的智能系统，促进可再生能源的整合。
可再生能源发电预测：提高风能和太阳能发电预测精度的算法，减少对化石能源作为备用的依赖。
能源效率：基于AI的能源管理系统，优化建筑物、工业流程和交通运输中的能耗。

4.可持续农业管理

人工智能驱动的精准农业正在彻底改变农业领域：

土壤状况监测：物联网传感器结合AI算法实时分析土壤健康状况，包括微生物群，实现精准干预并减少化肥使用。
水资源优化管理：AI系统精确判定灌溉需求，减少水资源浪费。
作物病害预测：算法能够及早识别潜在病害，实现预防性干预并减少农药使用。

5.污染检测和管理

人工智能正在大大提高我们监测和管理污染的能力：

空气质量监测：物联网传感器网络结合AI实时分析城市地区的大气污染物水平。
污染源识别：应用于卫星图像或无人机的计算机视觉算法，用于识别非法污染源。
废物管理优化：通过AI引导的机器人改进垃圾分类和回收的智能系统。

挑战与伦理考虑

尽管人工智能具有变革潜力，但其在环境领域的应用也面临着巨大挑战：

人工智能的环境足迹：比较分析

人工智能本身的环境足迹值得关注，但通过与其他技术和领域的比较分析，我们就能正确看待其实际影响。

根据最近的数据，像 GPT-3 这样复杂的人工智能模型的训练消耗了约 1 287 兆瓦时，产生了约 550 吨二氧化碳。这个数字看似很高，但应该与其他部门进行比较：

交通运输：交通运输行业约占意大利温室气体排放量的26%。往返纽约和旧金山550次航班产生的排放量相当于训练GPT-3所产生的排放量。
视频流媒体：根据国际能源署的估算，一小时的视频流媒体平均产生36至100克二氧化碳。考虑到全球消耗的数十亿小时流媒体，累计影响相当可观。
日常使用与训练对比：《科学报告》（Scientific Reports）近期发表的一项研究表明，尽管训练成本在能耗方面较高，但在处理复杂任务时，AI在能源效率方面可能优于人工劳动，处理一段复杂文本所排放的二氧化碳量比人工少130至1500倍。

可持续能源对数据中心的作用

为托管人工智能系统的数据中心提供电力是环境可持续发展面临的一项重要挑战。一些能源解决方案正在成为减少碳足迹的可行替代方案：

1. 数据中心的核能

由于 "容量因子"（持续发电能力）高、二氧化碳排放量低，核能在数据中心正经历着复兴。据 IdTechEx 称，2024 年的数据中心通过探索不同的选择，重新点燃了对这种能源的兴趣：

小型模块化反应堆(SMR):与传统核电站相比,这些紧凑型反应堆凭借工业规模的生产流程,承诺实现更低的成本和更短的建造时间。
核能的优势:核能在发电过程中零二氧化碳排放,能量密度高,能够为人工智能数据中心提供所需的高功率,而不会像太阳能和风能等可再生能源那样出现典型的波动。

BCS 咨询公司首席执行官詹姆斯-哈特（James Hart）指出，"人工智能的指数级增长给数据中心行业带来了挑战"，并强调了对核能等稳定、低排放能源的需求。

2. 热电联产系统:无与伦比的效率

热电联产（CHP）系统是为托管 IA 系统的数据中心供电的最有效解决方案之一，与其他能源相比具有显著优势：

更高的能源效率:分别生产电力和热能的总体效率为40%-55%,而热电联产系统能够达到80%-90%的惊人效率,通过回收原本会散失的热量并将其用于其他用途。
降低燃料消耗:根据美国能源部的数据,要获得相同数量的可用能源,热电联产所需的燃料比分别发电和产热的方式最多可减少40%。
大幅降低二氧化碳排放:由于效率更高,与传统发电方式相比,热电联产设施能够将温室气体排放量减少多达30%。
数据中心的理想应用:服务器产生的热量可以被回收,用于附近建筑的供暖或其他工业流程,形成能源效率的良性循环。
电网独立性与韧性:热电联产系统提供能源独立性和更强的韧性,这对需要保证运营连续性的数据中心尤为宝贵。
三联产:热电联产的高级演化形式,在发电和产热的基础上增加了制冷能力,这对需要高效制冷系统的数据中心尤为有利。

热电联产是传统能源技术与可再生能源技术之间的理想桥梁，它作为分布式发电运行，与光伏发电类似，但具有不受天气影响连续运行的优势。此外，热电联产发电厂可以利用各种燃料，包括沼气和可再生生物质，为实现零排放的未来铺平了道路。

根据 Geoside 的一份报告，"能源生产过程效率的提高可减少二氧化碳和温室气体的排放，从而降低对环境的影响"，这凸显了热电联产在能源转型中的关键作用。

3. 太阳能及其他可再生能源

大型科技公司正在大力投资可再生能源：

未来承诺:根据Business Critical Services Consulting的数据,到2033年,数据中心使用的能源中将有90%来自可再生能源,谷歌和微软等公司已经宣布了到2030年实现全天候零碳排放能源使用的目标。
专用太阳能项目:众多科技公司正在建设专门为其数据中心供电的太阳能设施,通常与储能系统结合使用,以确保供电的连续性。

这些能源的互补性至关重要：核能可以提供持续的基本负荷，而太阳能等可再生能源可以满足高峰需求，热电联产系统可以最大限度地提高整体效率。

此外，人工智能产业在减少对环境的影响方面也取得了重大进展：

能效提升:数据中心正在不断升级设备,以提高能源使用效率。
可再生能源的采用:许多科技公司已承诺使用100%可再生能源为其数据中心供电。
更高效的算法:研究正朝着需要更少计算能力即可获得相似或更好结果的人工智能算法方向发展。

准确性和可靠性

人工智能结果的质量在很大程度上取决于输入数据的质量。在环境方面，数据可能不完整或不准确，这是一个巨大的挑战。

公平与无障碍

基于人工智能的环境解决方案有可能主要由拥有更多资源的国家和组织使用，从而可能扩大现有的技术差距。

人工智能对环境的未来：实现负责任的人工智能

为了最大限度地发挥人工智能在环境保护方面的潜力，必须采取 "负责任的人工智能 "方法，即

在技术创新与环境可持续性之间取得平衡
确保人工智能使用的透明度和问责制
促进国际合作,共享数据、资源和专业知识
确保人工智能为环境带来的益处得到公平分配

常见问题：人工智能对环境的影响

人工智能真的像人们所说的那样污染环境吗?

不，在公开辩论中，人工智能对环境的影响往往被高估。虽然训练大型人工智能模型需要大量能源，但这种影响必须与人工智能在能源优化、减排和创新气候解决方案方面带来的好处相比较。布里斯托尔大学 2021 年的一项研究表明，以前对人工智能能源影响的许多估计都被高估了 90 倍。

为什么公众讨论中人工智能对环境的影响会被如此高估?

由于心理、经济和社会因素的综合作用，人工智能对环境的影响被高估了。对未知的恐惧和某种技术恐惧症自然而然地助长了对这一新兴技术的批判态度，而媒体的煽情则放大了危言耸听的数据，以引起更多的参与。此外，传统行业的经济利益也将人工智能视为一种竞争威胁。

一个关键因素是观念上的不匹配：数据中心是可见的物理结构，消耗大量能源，而人工智能产生的环境效益（如优化运输或减少废物）是分散的，不那么明显。除此之外，与其他行业相比，高度自动化的数据中心创造的就业机会相对较少，这就使人们对其环境影响与当地社会经济效益之间的关系产生了不利的看法。

人们往往错误地认为人工智能的影响实际上取决于所使用的能源组合，而事实上，如果采用有效的能源组合，这种影响会大大降低。最后，几乎总是缺乏比较背景：人工智能的生态足迹很少与其他行业（如运输、重工业或甚至其他日常数字活动（视频流、在线游戏））的生态足迹进行比较，从而导致人们对其在全球排放总体情况中的相关性产生扭曲的认识。

人工智能的影响与其他日常数字活动相比如何?

人工智能的碳足迹与许多日常数字活动相当或更低。例如，一小时的高清视频流大约会产生 36-100 克二氧化碳，而人工智能模型的一次推理所消耗的能量比人类执行相同任务的能量还要少。训练阶段的强度更大，但与持续使用相比，它只是一次性活动。

考虑到人工智能的能耗,将其用于环境目的是否是一种矛盾?

不，这并不矛盾。虽然人工智能会消耗能源，但它在优化能源效率和减少各部门（能源、运输、制造）排放方面的潜力，可以带来大大超过其直接影响的减排效果。研究表明，到 2030 年，人工智能可帮助全球减排高达 10%。

我们如何减少人工智能对环境的影响?

我们可以通过各种策略减少人工智能对环境的影响：

开发需要更少计算能力的更高效算法
部署能耗更低的人工智能专用硬件
采用平衡性能与能耗的"绿色AI"实践
推动科技公司在其人工智能模型碳足迹方面的透明度

‍与被取代的传统流程相比,人工智能对环境的危害更大吗?

不，在大多数情况下，人工智能比传统流程更高效。例如，在运输优化方面，人工智能可以通过更高效的路线和更少的交通拥堵减少多达 10% 的排放。在农业领域，人工智能可以减少高达 30% 的水和化肥使用量。这些效率收益通常超过人工智能本身的碳足迹。

结论

在应对气候变化和保护环境方面，人工智能是一个功能强大、用途广泛的工具。2025 年，我们正在目睹一些具体应用的出现，它们已经产生了重大的积极影响。

虽然人工智能会消耗能源，但其影响与许多日常数字活动相当或更小，而且其在其他领域的减排潜力远远超过其直接碳足迹。将人工智能的能源成本与其通过优化、预测和资源管理产生的环境效益进行比较至关重要。

为了充分发挥人工智能在这一领域的潜力，需要采取一种平衡的方法，不仅要考虑技术上的可能性，还要考虑人工智能在伦理、社会和环境方面的影响。

环境可持续发展的未来将越来越取决于我们能否负责任地将人工智能融入环境管理战略，使这项技术真正成为地球的盟友。

资料来源

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