AI碳足迹:不容忽视的隐性排放源

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作者：微信文章


研究背景导读



人工智能（AI）技术的迅猛发展与广泛应用，正在推动各行业掀起新一轮数字化转型浪潮。然而，人工智能快速发展带来的环境外部性同样不容忽视，尤其是其巨大的能源消耗和隐藏碳排放问题。以GPT-4和Gemini Ultra为代表的大型模型，在训练过程中需要消耗数百万千瓦时电力，释放出数万吨 CO2当量。随着全球数据中心的扩张，这些环境负担进一步加剧。若不采取针对性的缓解措施，人工智能的持续扩张不仅可能危及全球碳中和目标，还会加剧能源不平等，进一步加剧生态压力。



图1. 展示了AI碳足迹的主要来源（A）、D-CAIS理论框架（B）以及相应的可持续减排策略（C）。其中，图1（A）详细阐述了当前AI发展中构成碳足迹的三大直接排放源（左栏）与三大间接排放源（右栏），并通过两个具体案例（浅蓝色文字）凸显管理AI碳排放的紧迫性。图1（B）揭示了AI碳排放的因果过程及其与生态环境的反馈耦合关系。图1（C）板块则详细说明了基于图1（B）构建的双循环可持续减排策略，该策略旨在通过降低AI技术自身的直接碳排放（内循环），以及通过AI技术赋能其他行业实现碳抵消（外循环）来达成目标。


文章内容概要

中国科学院武汉文献情报中心联合武汉大学等单位在Eco-Environment & Health期刊上发表了题为“AI Carbon Footprint: The Non-Negligible Hidden Emission Source”的评述论文，深入探讨了人工智能（AI）的迅猛发展与隐藏碳足迹之间的复杂关系，同时为平衡AI发展与可持续发展目标之间的协调，该研究提出了双循环AI可持续性（D- CAIS）框架，强调通过优化内部能源使用和跨行业碳减排来实现可持续发展。

D- CAIS 框架和机制路径

AI碳足迹来源于直接排放和间接排放两个方面。其中直接排放包括训练和部署大模型、数据中心冷却以及GPU制造等环节；间接排放则涉及供应链和模型迭代优化过程中的能耗。基于AI碳足迹排放途径，我们提出了D-CAIS框架，该框架通过双重治理机制，概述了一条减轻人工智能环境影响的结构化路径。包括一个内部循环，专注于技术侧的碳减排（例如，提高计算效率和减少直接排放），以及一个外部循环，促进人工智能在各行业的碳减排应用，从而形成间接排放抵消循环。同时该框架纳入了理论反馈回路，以捕捉人工智能创新与环境监管之间的动态共同进化关系，形成旨在实现可持续人工智能发展的递归结构。

AI碳足迹的内外循环策略

人工智能的内部循环通过轻量化模型、低能耗算法和优化处理器提升能效。向可再生能源转型和升级数据中心基础设施是关键举措。例如，阿里巴巴的人工智能驱动冷却系统将能耗降低20%以上，同时减少碳排放和运营成本。这些综合措施使人工智能基础设施与低碳目标相契合。外部循环则通过人工智能驱动的优化赋能高排放行业（如能源、交通）。如腾讯的“碳直播”等项目促进跨领域知识共享，全球协作推动技术扩散与互操作性；CPUE 等工具和绿色认证将两个循环串联起来，强化了创新赋能反馈链中的可持续转型。

存在挑战和未来展望

尽管D- CAIS 框架前景广阔，但仍面临诸多挑战。首先是，数据获取有限且透明度不足，制约了对人工智能能耗与碳排放的精准评估，阻碍了有效政策的制定。其次是，发达国家与发展中国家在碳排放不平等和技术差距上的差异，可能加剧数字鸿沟与环境不平等，凸显国际支持机制的必要性。此外，政策对快速演进技术的适应缓慢，凸显了前瞻性治理的紧迫性。未来研究与政策应聚焦两大方向：一是将人工智能系统与可再生能源基础设施深度融合，利用AI优化能源管理；二是建立全球人工智能碳审计标准，确保可持续性指标的互操作性，推动低碳人工智能发展的统一路径。使人工智能发展与气候目标保持同步，不仅有助于技术进步，更能确保其发展真正服务于可持续发展。


文章引用

Chao He, Fang Yue, Lanchun Li, Yun Tang, Qian Wu, Wei Chen*, AI carbon footprint: The non-negligible hidden emission source, Eco-Environment & Health (Eco-Environ. Health), 2025, 4(4), 100197

https://doi.org/10.1016/j.eehl.2025.100197


作者简介



何超（第一作者），武汉大学地理学博士，近年来，以气候变化情境下大气污染物暴露风险评估与减污降碳协同增效为研究对象，累计发表科研文章80余篇，主持和参与入多项国家级和省部级项目，入选2024中国知网高被引学者Top1%。担任《生态学杂志》,《地球科学与环境学报》,《Eco-Environment & Health》首届青年编委。

撰文：吴倩（武汉大学资源与环境科学学院）




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