Environmental sustainability in basic research: a perspective from HECAP+

Decennialang werden de meest ambitieuze vragen in de natuurkunde beantwoord door machines van een verbluffende schaal te bouwen. Dit zijn niet de microscopen van een biologielaboratorium of de telescopen van een astronomieafdeling, maar enorme ondergrondse tunnels en massieve detectoren die ontworpen zijn om deeltjes op elkaar te laten botsen of om te luisteren naar de zwakke fluisteringen van het kosmos. Wetenschappers in velden zoals hogere energiesofysica, kosmologie en kernfysica gebruiken deze instrumenten om de fundamentele wetten van het universum te begrijpen. Het werk vereist enorme hoeveelheden elektriciteit om de machines aan te drijven, enorme rekenkracht om de resulterende data te sorteren, en frequente reizen voor onderzoekers om elkaar te ontmoeten en hun bevindingen te delen. Lange tijd lag de focus bijna volledig op de wetenschap zelf, waarbij de milieukosten van het draaien van deze operaties werden behandeld als een achtergronddetail, vergelijkbaar met de elektriciteitsrekening voor een woning.

De klimaatcrisis heeft echter geleid tot een rekenschap. De wetenschappelijke gemeenschap die de oorsprong van het universum bestudeert, richt haar blik nu naar binnen om de eigen voetafdruk te onderzoeken. Een nieuw perspectief van de HECAP+-gemeenschap — een groep die hoogenergetische fysica, kosmologie, astropartikel fysica en kernfysica omvat — biedt een nuchtere beoordeling van hoe hun werk impact heeft op de planeet. De auteurs, een coalitie van onderzoekers en experts, stellen dat de instrumenten en praktijken van fundamenteel onderzoek aanzienlijk bijdragen aan de wereldwijde broeikasgasemissies. Ze suggereren niet om de wetenschap te stoppen; in plaats daarvan stellen ze een fundamentele verschuiving voor in de manier waarop deze wetenschap wordt gepland, gefinancierd en uitgevoerd. Het doel is om het streven naar kennis af te stemmen op de dringende noodzaak om het klimaat te beschermen, om ervoor te zorgen dat de zoektocht naar begrip van het universum niet ten koste gaat van de planeet die het huisvest.

Het document begint met het vaststellen van de omvang van het probleem. Het vergelijkt de emissies gegenereerd door een individuele onderzoeker in deze velden met de gemiddelde persoon op aarde. De gegevens onthullen een scherp contrast: een onderzoeker bij een grote faciliteit zoals CERN, de Europese Organisatie voor Nucleaire Onderzoek, genereert ongeveer vijftien ton CO2-equivalent per jaar puur door hun werk. Dit is meer dan het dubbele van de wereldwijde gemiddelde per persoon. Wanneer de onderzoekers uitsplitsen waar deze vervuiling vandaan komt, ontdekken ze dat het niet alleen de gigantische deeltjesversnellers zijn. Een aanzienlijk deel komt van de computers die nodig zijn om de data te analyseren, de energie die wordt gebruikt om laboratoria te verwarmen en te koelen, het voedsel dat tijdens conferenties wordt geserveerd, en de reizen die nodig zijn om de internationale samenwerkingen draaiende te houden. Het artikel benadrukt dat dit keuzes zijn, en geen onvermijdelijke consequenties van het bedrijven van wetenschap. De manier waarop een detector wordt ontworpen, de software die wordt gebruikt om data te verwerken, en het type voedsel dat bij een bijeenkomst wordt geserveerd, hebben allemaal meetbare milieukosten.

Een van de meest verrassende bevindingen heeft betrekking op de computers. Naarmate experimenten meer data genereren, groeit de vraag naar rekenkracht exponentieel. Het artikel merkt op dat voor sommige onderzoekers de elektriciteit die door hun computers wordt verbruikt, de overgrote meerderheid van hun werkgerelateerde emissies beslaat. Dit gaat niet alleen over het uitdoen van lichten; het gaat over de efficiëntie van de code zelf. De auteurs wijzen erop dat het schrijven van software die efficiënter is, de benodigde energie voor het draaien van simulaties drastisch kan verminderen. Ze benadrukken ook de hardware, waarbij ze opmerken dat de productie van computerchips en servers een groot deel van hun levensloopemissies creëert. Het document suggereert dat het langer in gebruik houden en repareren van apparatuur in plaats van het vervangen ervan een krachtige manier is om deze impact te verkleinen.

Energieverbruik is een ander belangrijk onderdeel van de discussie. Het artikel beschrijft hoe faciliteiten manieren verkennen om hun activiteiten te voeden met hernieuwbare energie. Het belicht een project in het Midden-Oosten waar een deeltjesversneller bijna volledig door zonne-energie wordt aangedreven, wat bewijst dat zelfs grootschalige wetenschappelijke instrumenten op schone energie kunnen draaien. De auteurs bespreken ook het potentieel van het gebruik van restwarmte van datacentra om nabijgelegen gebouwen te verwarmen, waardoor een bijproduct van computing wordt omgezet in een nuttig hulpmiddel. Ze zijn echter voorzichtig om op te merken dat het simpelweg overstappen op groene energie geen wondermiddel is. De transitie vereist zorgvuldige planning om ervoor te zorgen dat de energie beschikbaar is wanneer dat nodig is en dat de infrastructuur die dit ondersteunt geen nieuwe milieuproblemen creëert.

Reizen vormt een complexe uitdaging voor een gemeenschap die vertrouwt op internationale samenwerking. Het artikel erkent dat videobellen een goed alternatief is, maar dat het niet alle fysieke ontmoetingen kan vervangen, vooral niet voor het opbouwen van vertrouwen en het begeleiden van jonge wetenschappers. In plaats van reizen te verbieden, adviseren de auteurs een meer doordachte aanpak. Ze suggereren het prioriteren van treinreizen boven korte vluchten, die bijzonder koolstofintensief zijn, en het organiseren van conferenties op een manier die de noodzaak voor reizen over lange afstand minimaliseert. Ze wijzen er ook op dat het verminderen van reizen de wetenschap ook inclusiever kan maken, waardoor onderzoekers uit regio's met minder middelen meer volledig kunnen deelnemen zonder de last van dure en tijdrovende reizen.

Voedsel is een ander gebied waar kleine veranderingen een groot effect kunnen hebben. Het document wijst erop dat het voedsel dat bij conferenties en in laboratoriumkantines wordt geserveerd, aanzienlijk bijdraagt aan de emissies, vooral wanneer het vlees- en zuivelproducten bevat. De auteurs geven voorbeelden van conferenties die er succesvol in zijn geslaagd om over te stappen op plantaardige catering, wat aantoont dat het mogelijk is om grote groepen mensen te voeden zonder te vertrouwen op voedingsmiddelen met hoge emissies. Ze betogen dat het de standaard maken van plantaardige opties, in plaats van de uitzondering, een eenvoudige stap is die instellingen onmiddellijk kunnen nemen. Deze verschuiving adresseert ook kwesties van gelijkheid, aangezien plantaardige diëten vaak toegankelijker zijn voor mensen met verschillende culturele of religieuze dieetwensen.

Het artikel behandelt ook het probleem van afval, met name het elektronisch afval dat wordt gegenereerd door verouderde apparatuur. Het roept op tot een cultuur van "verminderen, hergebruiken, repareren en recyclen" binnen de onderzoeksgemeenschap. De auteurs beschrijven hoe sommige instellingen nieuwe toepassingen vinden voor oude materialen, zoals het hergebruiken van zware betonblokken van gedemonteerde experimenten om nieuwe structuren te bouwen. Ze dringen er bij financieringsinstanties en instellingen op aan om te eisen dat nieuwe projecten vanaf het begin een volledige beoordeling van hun milieueffect bevatten, inclusief hoe de apparatuur aan het einde van de levensduur wordt afgevoerd. Dit "levenscyclus"-denken zorgt ervoor dat de milieukosten in elke fase worden overwogen, van de winning van grondstoffen tot de uiteindelijke verwijdering van de machine.

Uiteindelijk is het document een oproep tot actie voor de gehele wetenschappelijke gemeenschap. Het betoogt dat wetenschappers een unieke verantwoordelijkheid hebben om het goede voorbeeld te geven. Omdat hun werk vaak door het publiek wordt gefinancierd en door overheden wordt ondersteund, moeten zij aantonen dat hun onderzoek duurzaam is. De auteurs stellen een reeks concrete stappen voor voor individuen, onderzoeksgroepen en instellingen. Deze variëren van eenvoudige persoonlijke keuzes, zoals het uitschakelen van apparatuur wanneer deze niet in gebruik is, tot grote beleidswijzigingen, zoals het verplicht stellen van milieueffectrapportages voor alle nieuwe projecten. Ze benadrukken dat deze veranderingen niet gaan over het beperken van wetenschappelijke vooruitgang, maar over het waarborgen dat wetenschap kan voortbestaan in een wereld die veilig en leefbaar is.

Het artikel sluit af met een boodschap van hoop en urgentie. Het erkent dat de weg vooruit moeilijk is en dat er geen gemakkelijke oplossingen zijn. Het benadrukt echter ook dat de wetenschappelijke gemeenschap een lange geschiedenis heeft van het oplossen van complexe problemen en het samenwerken over grenzen heen. Door diezelfde creativiteit en samenwerking toe te passen op de uitdaging van duurzaamheid, geloven de auteurs dat het vakgebied zichzelf kan transformeren. Ze zien dit niet als een last, maar als een kans om de wetenschap efficiënter, inclusiever en meer in lijn te brengen met de waarden van de samenleving die zij dient. Het document dient als een blauwdruk voor een toekomst waarin het streven naar kennis en de bescherming van de planeet geen concurrerende doelen zijn, maar wederzijds versterkende inspanningen.