Environmental sustainability in basic research: a perspective from HECAP+

Seit Jahrzehnten werden die ehrgeizigsten Fragen der Physik durch den Bau von Maschinen von gewaltigem Ausmaß beantwortet. Dies sind nicht die Mikroskope eines Biologielabors oder die Teleskope einer Astronomieabteilung, sondern riesige unterirdische Tunnel und massive Detektoren, die darauf ausgelegt sind, Teilchen zusammenzuschlagen oder auf das leise Flüstern des Kosmos zu hören. Wissenschaftler in Feldern wie der Hochenergiephysik, der Kosmologie und der Kernphysik nutzen diese Werkzeuge, um die grundlegenden Gesetze des Universums zu verstehen. Die Arbeit erfordert immense Mengen an Elektrizität, um die Maschinen anzutreiben, gewaltige Rechenleistung, um die resultierenden Daten zu sortieren, und häufige Reisen für Forscher, um sich zu treffen und ihre Erkenntnisse auszutauschen. Lange Zeit lag der Fokus fast ausschließlich auf der Wissenschaft selbst, wobei die Umweltkosten des Betriebs dieser Operationen wie ein Hintergrunddetail behandelt wurden, vergleichbar mit der Stromrechnung für ein Zuhause.

Die Klimakrise hat jedoch eine Abrechnung erzwungen. Die wissenschaftliche Gemeinschaft, die die Ursprünge des Universums erforscht, wendet ihren Blick nun nach innen, um ihren eigenen Fußabdruck zu untersuchen. Eine neue Perspektive der HECAP+-Gemeinschaft – einer Gruppe, die Hochenergiephysik, Kosmologie, Astropartikelphysik und Kernphysik umfasst – bietet eine nüchterne Einschätzung darüber, wie ihre Arbeit den Planeten beeinflusst. Die Autoren, ein Zusammenschluss von Forschern und Experten, argumentieren, dass die Werkzeuge und Praktiken der Grundlagenforschung signifikant zu den weltweiten Treibhausgasemissionen beitragen. Sie schlagen nicht vor, die Wissenschaft zu stoppen; stattdien schlagen sie einen grundlegenden Wandel in der Art und Weise vor, wie diese Wissenschaft geplant, finanziert und durchgeführt wird. Das Ziel ist es, das Streben nach Wissen mit der dringenden Notwendigkeit, das Klima zu schützen, in Einklang zu bringen, um sicherzustellen, dass das Bestreben, das Universum zu verstehen, nicht auf Kosten des Planeten geschieht, der es beherbergt.

Das Dokument beginnt mit der Feststellung des Ausmaßes des Problems. Es vergleicht die von einem einzelnen Forscher in diesen Bereichen erzeugten Emissionen mit dem Durchschnittsmenschen auf der Erde. Die Daten zeigen eine drastische Disparität: Ein Forscher an einer großen Einrichtung wie dem CERN, der Europäischen Organisation für Kernforschung, erzeugt allein durch seine Arbeit etwa fünfzehn Tonnen CO2-Äquivalent pro Jahr. Dies ist mehr als das Doppelte des weltweiten Durchschnitts pro Person. Wenn die Forscher aufschlüsseln, woher diese Verschmutzung kommt, stellen sie fest, dass es nicht nur die riesigen Teilchenbeschleuniger sind. Ein erheblicher Teil stammt von den Computern, die für die Analyse der Daten benötigt werden, der Energie, die zum Heizen und Kühlen der Laboratorien verwendet wird, dem Essen, das auf Konferenzen serviert wird, und den Reisen, die erforderlich sind, um die internationalen Kollaborationen am Laufen zu halten. Das Papier betont, dass dies Entscheidungen sind und keine unvermeidlichen Konsequenzen. Die Art und Weise, wie ein Detektor entworfen wird, die Software, die zur Datenverarbeitung genutzt wird, und die Art der Speisen, die bei einer Tagung serviert werden, haben alle messbare Umweltkosten.

Eine der überraschendsten Erkenntnisse betrifft die Computer. Da Experimente immer mehr Daten generieren, wächst der Bedarf an Rechenleistung exponentiell. Das Papier stellt fest, dass für einige Forscher der Stromverbrauch ihrer Computer den Großteil ihrer arbeitsbezogenen Emissionen ausmacht. Hier geht es nicht nur darum, das Licht auszuschalten; es geht um die Effizienz des Codes selbst. Die Autoren weisen darauf hin, dass das Schreiben von Software, die effizienter ist, den Energiebedarf für Simulationen drastisch senken kann. Sie heben auch die Hardware hervor und merken an, dass die Herstellung von Computerchips und Servern einen großen Teil ihrer Lebenszyklus-Emissionen verursacht. Das Dokument schlägt vor, dass die längere Nutzung und Reparatur von Geräten anstatt deren Ersatz ein wirkungsvolles Mittel ist, um diesen Einfluss zu reduzieren.

Der Energieverbrauch ist eine weitere zentrale Säule der Diskussion. Das Papier beschreibt, wie Einrichtungen Wege erforschen, ihren Betrieb mit erneuerbarer Energie zu speisen. Es hebt ein Projekt im Nahen Osten hervor, bei dem ein Teilchenbeschleuniger fast vollständig durch Solarenergie betrieben wird, was beweist, dass selbst groß angelegte wissenschaftliche Instrumente mit sauberer Energie laufen können. Die Autoren diskutieren auch das Potenzial, Abwärme aus Rechenzentren zu nutzen, um nahegelegene Gebäude zu erwärmen, wodurch ein Nebenprodukt der Computerarbeit in eine nützliche Ressource verwandelt wird. Sie mahnen jedoch zur Vorsicht und stellen fest, dass der bloße Wechsel zu grüner Energie kein Allheilmittel ist. Der Übergang erfordert eine sorgfältige Planung, um sicherzustellen, dass die Energie verfügbar ist, wenn sie benötigt wird, und dass die Infrastruktur, die sie unterstützt, nicht neue Umweltprobleme schafft.

Reisen stellt eine komplexe Herausforderung für eine Gemeinschaft dar, die auf internationale Zusammenarbeit angewiesen ist. Das Papier räumt ein, dass Videokonferenzen zwar eine gute Alternative sind, aber nicht alle persönlichen Treffen ersetzen können, insbesondere wenn es um den Aufbau von Vertrauen und die Mentorenschaft für junge Wissenschaftler geht. Anstatt das Reisen zu verbieten, empfehlen die Autoren einen durchdachteren Ansatz. Sie schlagen vor, Zugreisen gegenüber Kurzstreckenflügen vorzuziehen, die besonders kohlenstoffintensiv sind, und Konferenzen so zu organisieren, dass die Notwendigkeit von Langstreisen minimiert wird. Sie weisen auch darauf hin, dass die Reduzierung von Reisen die Wissenschaft inklusiver machen kann, indem sie Forschern aus Regionen mit weniger Ressourcen ermöglicht, ohne die Last teurer und zeitaufwendiger Reisen teilzunehmen.

Essen ist ein weiterer Bereich, in dem kleine Änderungen große Auswirkungen haben können. Das Dokument weist darauf hin, dass die bei Konferenzen und in Labor-Cafeterien servierten Speisen signifikant zu den Emissionen beitragen, insbesondere wenn sie Fleisch- und Milchprodukte enthalten. Die Autoren führen Beispiele für Konferenzen an, die erfolgreich auf eine pflanzliche Verpflegung umgestellt haben, und zeigen damit, dass es möglich ist, große Gruppen von Menschen zu verpflegen, ohne auf emissionsintensive Lebensmittel zurückzugreifen. Sie argumentieren, dass die Einführung pflanzlicher Optionen als Standard statt als Ausnahme ein einfacher Schritt ist, den Institutionen sofort umsetzen können. Dieser Wandel adressiert auch Fragen der Gerechtigkeit, da pflanzliche Ernährung oft für Menschen mit unterschiedlichen kulturellen oder religiösen Ernährungsbedürfnissen leichter zugänglich ist.

Das Papier befasst sich auch mit dem Thema Abfall, insbesondere dem Elektronikschrott, der durch veraltete Ausrüstung entsteht. Es fordet eine Kultur des „Reduzierens, Wiederverwendens, Reparierens und Recyclens“ innerhalb der Forschungsgemeinschaft. Die Autoren beschreiben, wie einige Institutionen neue Verwendungsmöglichkeiten für alte Materialien finden, wie etwa die Wiederverwendung schwerer Betonblöcke aus stillgelegten Experimenten zum Bau neuer Strukturen. Sie fordern Förderstellen und Institutionen auf, neue Projekte zu verpflichten, von Beginn an eine vollständige Bewertung ihrer Umweltauswirkungen vorzunehmen, einschließlich der Frage, wie die Ausrüstung am Ende ihrer Lebensdauer entsorgt wird. Dieses „Lebenszyklus-Denken“ stellt sicher, dass die Umweltkosten in jeder Phase berücksichtigt werden, von der Gewinnung der Rohstoffe bis zur endgültigen Entsorgung der Maschine.

Letztlich ist das Dokument ein Aufruf zum Handeln an die gesamte wissenschaftliche Gemeinschaft. Es argumentiert, dass Wissenschaftler eine besondere Verantwortung haben, mit gutem Beispiel voranzugehen. Da ihre Arbeit oft öffentlich finanziert und von Regierungen unterstützt wird, müssen sie zeigen, dass ihre Forschung nachhaltig ist. Die Autoren schlagen eine Reihe konkreter Schritte für Einzelpersonen, Forschungsgruppen und Institutionen vor. Diese reichen von einfachen persönlichen Entscheidungen, wie dem Ausschalten von Geräten, wenn sie nicht in Gebrauch sind, bis hin zu großen politischen Änderungen, wie der Forderung nach Umweltverträglichkeitsprüfungen für alle neuen Projekte. Sie betonen, dass diese Änderungen nicht darauf abzielen, den wissenschaftlichen Fortschritt einzuschränken, sondern darauf, sicherzustellen, dass die Wissenschaft in einer sicheren und bewohnbaren Welt fortbestehen kann.

Das Papier schließt mit einer Botschaft der Hoffnung und der Dringlichkeit. Es erkennt an, dass der Weg nach vorn schwierig ist und dass es keine einfachen Lösungen gibt. Es hebt jedoch auch hervor, dass die wissenschaftliche Gemeinschaft eine lange Geschichte darin hat, komplexe Probleme zu lösen und über Grenzen hinweg zusammenzuarbeiten. Durch die Anwendung derselben Kreativität und Zusammenarbeit auf die Herausforderung der Nachhaltigkeit glauben die Autoren, dass sich das Feld transformieren kann. Sie sehen dies nicht als Last, sondern als Chance, die Wissenschaft effizienter, inklusiver und besser auf die Werte der Gesellschaft auszurichten, der sie dient. Das Dokument dient als Blaupause für eine Zukunft, in der das Streben nach Wissen und der Schutz des Planeten keine konkurrierenden Ziele sind, sondern sich gegenseitig verstärkende Bemühungen.