他們致力于在不影響研究的情況下減少溫室氣體排放。

對(duì)于科研人員及其所屬單位來(lái)說(shuō)，減少航空旅行、提高基礎(chǔ)設(shè)施的能源效率以及安裝太陽(yáng)能電池板等，顯然是他們可以采取的用以減少碳足跡的舉措。除了這些，他們也能通過(guò)一系列行動(dòng)來(lái)踐行低碳理念，小到減少一次性塑料和其他消耗品的使用，關(guān)閉沒(méi)在用的儀器，大到利用廢熱，將計(jì)算設(shè)施選址于可再生能源供電之處。從系統(tǒng)層面看，一些措施能夠鼓勵(lì)碳減排行為——例如，對(duì)于求職演說(shuō)（應(yīng)聘學(xué)術(shù)界崗位時(shí)進(jìn)行的科研報(bào)告），無(wú)論是面談抑或遠(yuǎn)程，都一視同仁，因?yàn)楹笠环N報(bào)告形式可能減少空中旅行帶來(lái)的碳排放。

漢娜 · 約翰遜（Hannah Johnson）指出：“我們面對(duì)的一大挑戰(zhàn)是獲得學(xué)術(shù)機(jī)構(gòu)、資助團(tuán)體以及其他國(guó)家和國(guó)際科學(xué)單位自上而下的支持?！奔s翰遜在荷蘭烏得勒支的馬克西瑪公主兒科腫瘤中心擔(dān)任成像組技術(shù)員，也是荷蘭綠色實(shí)驗(yàn)室的成員。荷蘭綠色實(shí)驗(yàn)室是一個(gè)志愿者組織，旨在促進(jìn)可持續(xù)性的科學(xué)實(shí)踐。

南丹麥大學(xué)教授阿斯特麗德 · 艾?；舳鳎ˋstrid Eichhorn）致力于研究量子引力，同時(shí)也是歐洲科學(xué)與人文學(xué)會(huì)聯(lián)盟氣候可持續(xù)性委員會(huì)的成員。根據(jù)她的說(shuō)法，在某個(gè)時(shí)刻，政府可能會(huì)制定支持氣候可持續(xù)性的法律?！拔覀円砸环N積極主動(dòng)的姿態(tài)，以不影響研究與合作質(zhì)量的方式做出改變，我們現(xiàn)在理應(yīng)抓住這個(gè)機(jī)會(huì)，而非等待外部監(jiān)管?！?/p>

2021年聯(lián)合國(guó)政府間氣候變化專(zhuān)門(mén)委員會(huì)（IPCC）的一份特別報(bào)告指出，如果人類(lèi)設(shè)法將全球碳排放量限制在300吉噸（1吉噸=109噸）二氧化碳當(dāng)量（CO2e），就會(huì)有83%的概率將升溫幅度控制在2015年《巴黎協(xié)定》設(shè)定的1.5°C范圍內(nèi)。這一目標(biāo)意味著，到2050年每人每年的碳排放量不超過(guò)1.2噸CO2e。艾?；舳鞅硎荆蒲腥藛T對(duì)平均排放量的估計(jì)值遠(yuǎn)高于1.2噸，而且差異很大，部分原因在于計(jì)量方法不同且不完整。她引用了歐洲科學(xué)家的估計(jì)值——每年7噸到18噸。

美國(guó)布魯克海文國(guó)家實(shí)驗(yàn)室（BNL）的榮譽(yù)高級(jí)科學(xué)家托馬斯 · 羅瑟（Thomas Roser）指出，可以肯定的是，在全球碳排放的宏偉計(jì)劃中，科學(xué)界對(duì)溫室氣體的貢獻(xiàn)很小。不過(guò)即便如此，他們?nèi)载?fù)有“道德責(zé)任”。根據(jù)羅瑟的觀點(diǎn)，對(duì)于像高能物理學(xué)這樣的“奢侈領(lǐng)域”，氣候可持續(xù)性的道德重任尤為重大，除了知識(shí)和一些派生之物外，它沒(méi)有社會(huì)效益?！翱茖W(xué)界可以成為社會(huì)其他領(lǐng)域的榜樣，節(jié)能技術(shù)的發(fā)展可能是一項(xiàng)重要紅利。”

萬(wàn)物碳中和

科學(xué)設(shè)施通常將可再生能源作為其可持續(xù)發(fā)展計(jì)劃的一部分。羅瑟對(duì)此持懷疑態(tài)度：“如果一個(gè)科學(xué)設(shè)施轉(zhuǎn)向使用可再生能源，它就會(huì)從社會(huì)的其他部分奪取這種能源?！蔽覀兊哪繕?biāo)應(yīng)當(dāng)是各方面、全社會(huì)都實(shí)現(xiàn)碳中和，而在此之前，科學(xué)設(shè)施需要努力提高能源效率和能源回收率。

羅瑟建議，只要條件滿足，我們不妨使用永磁體而非耗電量大的電磁鐵。這是提高實(shí)驗(yàn)粒子物理學(xué)能量效率的一個(gè)例子。他指著能量回收型直線加速器（CBETA）說(shuō)道，科技進(jìn)步使制造精密的永磁體成為可能。多個(gè)永磁體黏合在一起，并用金屬絲墊片進(jìn)行微調(diào)，可以產(chǎn)生強(qiáng)度和方向精確到10–4的磁場(chǎng)。羅瑟表示，永磁體具備靜態(tài)存儲(chǔ)環(huán)和固定磁場(chǎng)，是“同步加速器光源的重要機(jī)遇”。它們還獲得了用于癌癥放射治療的專(zhuān)利。CBETA的另一個(gè)可持續(xù)方面是能量回收，電子在加速時(shí)收集的能量到減速時(shí)被移除，之后又被重新利用。“CBETA顯著降低了能源消耗，且仍保持原來(lái)水平的性能。沒(méi)人愿意犧牲性能?！?/p>

計(jì)算是一個(gè)不斷增長(zhǎng)的耗能排碳領(lǐng)域。劍橋大學(xué)計(jì)算生物學(xué)博士后洛伊克 · 蘭內(nèi)隆格（Lo?c Lannelongue）表示，科學(xué)家們傾向于認(rèn)為，計(jì)算工作花不了什么錢(qián)，占不了什么資源，經(jīng)濟(jì)成本非常低，而且有大量超級(jí)計(jì)算機(jī)可供使用?！昂苌儆腥艘?yàn)橛X(jué)得計(jì)算成本高昂而放棄開(kāi)展它?！?/p>

2020年，蘭內(nèi)隆格從他的博士研究中抽出兩周時(shí)間創(chuàng)建了一個(gè)碳足跡計(jì)算器?，F(xiàn)在那個(gè)計(jì)算器成了他博士工作的一個(gè)重要小項(xiàng)目。他對(duì)計(jì)算器做出改進(jìn)以擴(kuò)展其用途，并撰寫(xiě)論文，還就此主題進(jìn)行演講。蘭內(nèi)隆格說(shuō)道：“如果人們意識(shí)到碳成本的存在，他們就會(huì)更謹(jǐn)慎，我不會(huì)再僅僅因?yàn)槲視?huì)理論計(jì)算，所以就去做理論計(jì)算?！?/p>

根據(jù)蘭內(nèi)隆格的說(shuō)法，個(gè)人可以采取的減少碳足跡的其他措施包括優(yōu)化代碼和更新軟件。使用最新版本基因組分析軟件包進(jìn)行特定計(jì)算，所產(chǎn)生的碳排放量?jī)H為最初商業(yè)版本的1/4?！按斯ぞ弑澈蟮膱F(tuán)隊(duì)正提高其效率。我們不必權(quán)衡取舍，因?yàn)橛?jì)算與低碳可以兼得?！?/p>

對(duì)于機(jī)構(gòu)來(lái)說(shuō)，通過(guò)修改冷卻設(shè)計(jì)，以及將計(jì)算中心定位至有可再生能源可供使用的地方，可減少計(jì)算工作的碳排放。例如，歐洲核子研究中心（CERN）通過(guò)冷卻計(jì)算機(jī)走廊而非整個(gè)房間等措施，提升了現(xiàn)有數(shù)據(jù)中心的效率。實(shí)驗(yàn)室信息技術(shù)部副主任鮑勃 · 瓊斯（Bob Jones）表示：“升級(jí)使PUE從1.7降至1.5?！盤(pán)UE指電源使用效率，是設(shè)施使用的總能量與輸送至其計(jì)算設(shè)備的能量之比。將于2023年晚些時(shí)候在CERN開(kāi)放的新數(shù)據(jù)中心的PUE為1.1。CERN計(jì)劃回收新中心產(chǎn)生的熱量。類(lèi)似地，目前冷卻大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)（LHC）產(chǎn)生的一些熱水也被轉(zhuǎn)移到鄰近城鎮(zhèn)使用。

氟化氣體

由于歐洲核子研究中心主要由來(lái)自法國(guó)的核能提供動(dòng)力，其巨大能耗并非溫室氣體排放的主要貢獻(xiàn)者。根據(jù)他們2021年的環(huán)境報(bào)告，大約80% 的溫室氣體排放來(lái)自LHC實(shí)驗(yàn)中用于粒子檢測(cè)和探測(cè)器冷卻的氟化氣體，以及電源電氣絕緣的氟化氣體。氟化氣體的升溫潛力是二氧化碳的數(shù)千倍。

大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)實(shí)驗(yàn)中的大約 20個(gè)探測(cè)器系統(tǒng)使用各種氣體混合物作為活性介質(zhì)來(lái)探測(cè)碰撞產(chǎn)生的粒子。這些氣體包括氫氟碳化物和全氟化碳，以及二氧化碳、氖氣、氬氣和氧氣。粒子物理學(xué)家比阿特麗斯 · 曼德利（Beatrice Mandelli）表示，如此選擇旨在“滿足特定實(shí)驗(yàn)的要求，包括時(shí)間分辨率、效率、倍率能力等”。氣體泄漏會(huì)對(duì)環(huán)境造成危害。

一種氣體檢測(cè)器主要包含四氟乙烷以及少量異丁烷和六氟化硫。曼德利是負(fù)責(zé)監(jiān)督CERN氣體探測(cè)器系統(tǒng)的團(tuán)隊(duì)一員。根據(jù)她的說(shuō)法，探測(cè)器系統(tǒng)選擇的氣體混合物允許初步電離和電子雪崩，且能抑制電火花產(chǎn)生。四氟化碳被用于不同類(lèi)型的氣體檢測(cè)器，可提供高時(shí)間分辨率，減緩檢測(cè)器老化。四氟乙烷常見(jiàn)于制冷領(lǐng)域，雖然工業(yè)界已經(jīng)找到了它的替代品，但粒子探測(cè)器仍離不開(kāi)它。

曼德利表示：“我們的需求非常具體。幾何形狀和電子器件是定制的，探測(cè)器必須能夠運(yùn)行多年。幾十年前設(shè)計(jì)探測(cè)器時(shí)，沒(méi)有人意識(shí)到溫室氣體排放問(wèn)題。”

為減少排放，CERN關(guān)閉了檢測(cè)器系統(tǒng)從而使氣體混合物得以再循環(huán)，回收了氟化氣體，并于加速器關(guān)閉時(shí)修復(fù)泄漏。針對(duì)正在進(jìn)行的環(huán)保替代品研究，曼德利表示，未來(lái)的探測(cè)器將不會(huì)使用溫室氣體，因?yàn)槌嗽斐森h(huán)境污染，它們還可能變得更難獲得，因?yàn)楣I(yè)界正在遠(yuǎn)離含氟氣體，而且《京都議定書(shū)》要求逐步淘汰它們。

在位于美國(guó)新墨西哥州的洛斯阿拉莫斯國(guó)家實(shí)驗(yàn)室（LANL），研究人員試圖尋找氟化氣體的替代品，但遇到了困難。

約翰 · 查龍科（John Charonko）在 LANL領(lǐng)導(dǎo)一個(gè)研究重氣體和輕氣體混合的小組。在混合過(guò)程中，垂直管里的六氟化硫被推下5.3米，與空氣混合。團(tuán)隊(duì)之所以使用六氟化硫，是因?yàn)樗亍o(wú)毒且便宜。查龍科說(shuō)道，這些實(shí)驗(yàn)類(lèi)似于美國(guó)國(guó)家點(diǎn)火裝置研究的慣性約束聚變過(guò)程。它們還與理解天體物理過(guò)程有關(guān)，例如白矮星演化和超新星爆炸。

根據(jù)拜登于2021年12月簽署的行政命令，LANL正致力于到2035年實(shí)現(xiàn)無(wú)碳污染的電力供應(yīng)，到2050年實(shí)現(xiàn)凈零排放。此外，LANL計(jì)劃建設(shè)一個(gè)約0.2平方千米的光伏農(nóng)場(chǎng)，同時(shí)也正考慮開(kāi)發(fā)用于現(xiàn)場(chǎng)發(fā)電的微型核反應(yīng)堆。目前，該實(shí)驗(yàn)室的工作重點(diǎn)是翻新建筑物以提高能源效率并采購(gòu)無(wú)碳電力。另一方面，LANL也將目光投向了交通領(lǐng)域。實(shí)驗(yàn)室可持續(xù)發(fā)展團(tuán)隊(duì)的香農(nóng) · 布萊爾（Shannon Blair）表示，鼓勵(lì)員工減少碳排的可行方法包括，為校園交通提供電動(dòng)自行車(chē)，只向拼車(chē)群體提供停車(chē)位，以及將實(shí)驗(yàn)室用車(chē)換成電動(dòng)汽車(chē)等?！拔覀兊恼?chē)隊(duì)有1 500輛汽車(chē)。它占我們總排放量的2%。這個(gè)數(shù)值很小，卻也是顯而易見(jiàn)的?！?/p>

在約翰遜位于荷蘭烏得勒支的工作場(chǎng)所，超低溫冰箱消耗的能源相當(dāng)于60個(gè)普通荷蘭家庭的用電量。如果把這類(lèi)冰箱的工作溫度從常規(guī)的 -80°C提高到-70°C，可減少約30%的能耗。“我們?cè)跉W洲面臨著巨大的能源危機(jī)，因此可持續(xù)發(fā)展社區(qū)正試圖引起各方關(guān)注，并推動(dòng)機(jī)構(gòu)參與到減排大業(yè)中來(lái)?！?/p>

成本和碳的效率

幾年前，雙子座天文臺(tái)的望遠(yuǎn)鏡配備了太陽(yáng)能電池板和節(jié)能設(shè)備，包括變壓器、冷卻系統(tǒng)、LED燈和運(yùn)動(dòng)傳感器。太陽(yáng)能電池板提供了雙子南座望遠(yuǎn)鏡（位于智利帕穹山）所需能量的20%，雙子北座望遠(yuǎn)鏡（位于夏威夷莫納克亞山）所需能量的12%，以及天文臺(tái)夏威夷辦事處的 20%。美國(guó)國(guó)家科學(xué)基金會(huì)（NSF）國(guó)家光學(xué)-紅外天文學(xué)研究實(shí)驗(yàn)室（NOIRLab）的運(yùn)營(yíng)副主任英格 · 喬根森（Inger Jorgensen）表示，配置升級(jí)旨在降低運(yùn)營(yíng)成本，不過(guò)也減少了設(shè)施的碳足跡，到明年就會(huì)收回成本。在2021年向NSF申請(qǐng)為期5年的續(xù)期撥款時(shí)，NOIRLab提議，將員工差旅減少至新冠疫情前水平的一半，并將因此省下的470萬(wàn)美元用于額外的節(jié)能設(shè)備。NSF同意了此項(xiàng)提議。喬根森表示，新的改變將使NOIRLab的碳排放量減少30%——從2019年的8 700噸CO2e降至2027年底的6 200噸CO2e。這一減少量相當(dāng)于500戶普通家庭一年的排放量。“每一件小事都有所助益，而且它們可以做到?！?/p>

資助機(jī)構(gòu)的力量

艾?；舳鞯热硕枷ＭY助機(jī)構(gòu)介入，并利用其影響力推動(dòng)研究人員和單位減少溫室氣體排放。第一步工作：資助機(jī)構(gòu)要求申請(qǐng)人估計(jì)他們研究計(jì)劃的碳足跡。艾?；舳髦赋?，雖然全球越來(lái)越多高校和科研單位正在這樣做，但由于缺少標(biāo)準(zhǔn)化，所以很難對(duì)其進(jìn)行比較。蘭內(nèi)隆格表示：“當(dāng)資助機(jī)構(gòu)說(shuō)，你必須估算自己工作的碳足跡時(shí)，每個(gè)申請(qǐng)人就都會(huì)照做。我還沒(méi)有看到這類(lèi)強(qiáng)制性的要求，但形勢(shì)正朝那個(gè)方向發(fā)展?！?/p>

此外，資助機(jī)構(gòu)也可獎(jiǎng)勵(lì)那些包含減排方式的提案。約翰遜建議，對(duì)踐行可持續(xù)發(fā)展的單位予以表彰，或許是一種良好的激勵(lì)措施。

另一方面，減少差旅也是重要的減排手段。有助于減少差旅的措施包括，限制科學(xué)家為申請(qǐng)撥款而作當(dāng)面報(bào)告的次數(shù)，以線上方式開(kāi)展資助相關(guān)工作和崗位面試同樣會(huì)減少差旅，單位放寬參加會(huì)議的交通方式要求，并將碳預(yù)算納入決策。

艾?；舳髋袛?，遠(yuǎn)程會(huì)議最多可減少98%的排放量。若依據(jù)與會(huì)者的出發(fā)地選定會(huì)議地，也能把會(huì)議的碳足跡減少20%。艾?；舳髡f(shuō)道：“科學(xué)界的減排需要?jiǎng)?chuàng)造力和文化變革。”

資料來(lái)源 Physics Today