原文作者：Chris Woolston
随着推动可持续发展的努力不断增加，研究人员正在取得进展——但以环保方式进行科学研究并不总是容易的。
英国诺丁汉大学的碳中和实验室所消耗的电量不到同等规模的典型实验室的 40%。
作为加利福尼亚州圣地亚哥一家非盈利组织 My Green Lab 的首席执行官，James Connelly密切关注科学设备和产品的营销宣传：“超高效。”“低影响。”“可再生。”这些词可能会让那些关心可持续性的科学家感到安慰，但并不是每种产品都名副其实。“出于某种原因，在科学行业，一家公司是可以的在没有任何实际意义、验证或确认的情况下，为其产品贴上绿叶标签的。” Connelly说。
英国剑桥Babraham研究所细胞生物学家Joanne Durgan表示，研究人员对可持续性的兴趣日益浓厚。毕竟，他们对地球面临的各种威胁有着深刻独到的理解。“作为科学家，我习惯于收集和分析数据，这让我看到了问题的规模和紧迫性。”她说。“但了解最佳选择有点超出我们的专业范围。”她说，如果科学家真的想减少对环境的影响，他们需要采取像研究一样基于证据、以结果为导向的方法。
RSC Sustainability的 2024 年报告列出了一些令人大开眼界的统计数据：在一所典型的大学中，研究实验室至少占能源和水资源使用量的 60%1。而且，根据不同研究领域，研究人员与工作相关的碳足迹是《巴黎协定》中规定的人均气候维护指南的 7-25 倍。
“我合作过的大多数科学家都非常了解环境问题，并且普遍热衷于做正确的事情。” Durgan说。“可能就是很难去理解如何能最好地应对这种影响。”
拥抱可持续解决方案
在某些领域，这种意识正在转化为行动，皇家化学会可持续发展报告1的主要作者、荷兰格罗宁根大学绿色化学博士生Thomas Freese说。领先的研究型大学正在减少对环境的影响，资助者正在提高标准，有科学家正在修改方案使他们的研究更高效、更少浪费、更可持续。“这是知识界的草根运动。” Freese说。
越来越多研究人员试图传递这样的信息：科研可以更可持续而无需牺牲成果的范围或质量。在Babraham姆研究所担任绿色实验室计划指导委员会主席的Durgan 是他们中的一员。这项计划是一项跨学科努力，旨在减少全校研究对地球的影响。作为该计划的一部分，该研究所为其频繁使用的高压灭菌器改装了一个使用循环水的系统，每周可节省约 32000 升水2。
为了宣传这些理念，Durgan 和共同作者们为那些想要限制对环境影响的科学家制定了一项行动计划2。大部分建议都是针对实验室研究人员的，但该团队强调，可持续性几乎是任何科学领域的一个问题，包括那些大部分工作都在计算机上进行的科学领域。例如，天文学家是所有科学领域中每年碳足迹最大的科学家之一——每位研究人员的二氧化碳当量排放量高达 37 吨1——主要是因为运行他们用于研究的超级计算机需要消耗能源。
细胞生物学家Joanne Durgan在英国剑桥Babraham姆研究所领导了一项倡议，旨在提高超低温冰箱的温度以节省能源。
通风柜也是节能工作的首要目标。根据 RSC 可持续发展报告所述，典型的通风柜每年消耗的能源是普通家庭的 3.5 倍1。马萨诸塞州剑桥市的哈佛大学估计，每年运行通风柜的成本超过 4500 美元，这对实验室的预算是个不小的负担。在不进行实验时，只需关闭通风柜前面的滑动窗，就可以将气流速率降低三分之二，同时能源消耗也会减少1。哈佛大学在 2015-16 年发起了一项关闭通风柜的计划，每年可减少近 20 万美元的能源成本3。
Durgan 提醒说，其他措施并不总是如此明显直接。“你可以考虑用可重复使用的玻璃器皿代替一些塑料制品。”她说。“但这会用掉水，而且给玻璃消毒需要能源。”Durgan 补充说，如果研究结果不可靠，以可持续为名的任何削减都可能导致更多的浪费。“我们越努力确保我们的数据可靠且可重复，国际研究界试图追踪或跟进这些发现所浪费的集体时间和资源就越少。”她说。
不幸的是，Connelly说，科学家不能简单地通过看制造商标签来确定哪些产品能提高效率，同时无损于研究结果。有种做法被称为“漂绿”，公司可以将可持续声明贴在实际上产生浪费的产品上。“公司在用自己的标准，” Connelly说。“没有第三方验证，你得够聪明才知道哪些标准可信，哪些不是。”
支持可持续运动
My Green Lab 还通过一项认证计划提供了实现科学可持续发展的路线图，该计划要求实验室在能源、水和用品的使用方面达到一定的标准和基准。那些想要通过这一程序的实验室必须提交申请并缴纳费用，目前学术实验室费用为 500 美元，商业实验室费用为 4000 美元。到目前为止，已有 47 个国家的约 1200 个实验室通过了认证。并非所有实验室都能获得认证，但成功的申请者将获得一块墙牌。认证有效期为两年；如果实验室想在之后继续维持认证，须再次通过这一程序。
“这类项目的价值超出了认证成本。”德克萨斯农工大学微生物学家Davida Smyth 说，她于 2020 年与他人合著了一篇关于让研究实验室更具可持续性的挑战的论文4。认证“向你的同事、其他实验室、你的学生、机构和其他地方发出了信号。这必须是一项共同努力”。
Durgan 表示，奖牌、贴纸和其他形式的认可会很有意义，但科学界可能需要更强大的激励机制来吸引更多实验室参与这项运动。她赞赏了伦敦 Wellcome 基金会今年 4 月发布的《研究和创新实践环境可持续性协议》。Wellcome 基金会是英国支出最大的慈善机构，也是全球生物医学科学的主要资助者（见 go.nature.com/4d4dpqs）。到 2025 年底，Wellcome 将只资助那些获得一定程度认证的实验室，例如来自 My Green Labs 或伦敦大学学院的 LEAF（实验室效率评估框架）项目（见 go.nature.com/4etcnwe）。同样，英国癌症研究中心（已设定目标，到 2030 年将其直接和间接碳排放量减少 50%）将要求所有资助申请者到 2026 年获得 LEAF 认证。
杜尔根说，资助机构实际上是唯一能够带来大规模变革的实体。“那些可能不太关心环保的人现在有了战略原因，要更加注重可持续，因为资金将取决于此。”
格罗宁根大学博士生Thomas Freese表示，通过采取节能措施，他所在的机构每年可节省 44 万多美元。
Connelly对惠康基金会要求认证的举措表示赞赏，但他认为其他机构，如美国国立卫生研究院（NIH），也需要效仿，推动可持续科学的发展。在美国，NIH 是“房间里的大象”，该机构对美国生物医学研究有着巨大的影响力。“我们需要该机构的领导力，推动更广泛的学术行业发生变革。”
NIH外部研究办公室在给《自然》的一份声明中表示，他们未要求实验室认证，但“会在同行评审时考虑科学环境，并通过资助监督程序监控获资助后所有要求的遵守情况”。
节约成本也可以作为一种激励。Freese说，在格罗宁根大学，获得 LEAF 认证的 46 个实验室通过采用投资最少的节能措施，每年总成本节省超过 44万 美元——平均每个实验室节省超过 9500 美元。
个别实验室报告的结果甚至更令人印象深刻。2022 年，爱尔兰戈尔韦海洋研究所的研究化学家 Jane Kilcoyne 通过提高冰柜温度、尽可能关闭通风柜以及仅在需要时订购和准备溶液和试剂等方式，实现了每年节省 16000 美元（见《自然》，https://doi.org/nhhm；2022 年）。
未来愿景
尽管遭遇了一些挫折，但可持续性也为英国诺丁汉大学独一无二的碳中和实验室节省了开支。该实验室于 2017 年正式开放，据报道耗资 2080 万美元，大部分资金来自跨国制药公司葛兰素史克。该建筑部分由太阳能电池板和生物燃料供热系统供电，设计耗电量不到同等规模典型实验室耗电量的 40%。实验室主任、化学家 Peter Licence 表示：“我们通过不从电网购买电力来抵消（用于建设的）碳排放。整个概念就是一个实验。”
不过，实验室名副其实还需要一段时间。最初的愿望是在 25 年内实现净碳中和，让节省的能源能抵消建造实验室用的能源。“目前，我们稍稍落后于目标，因为一些使用生物质的机械、电气和热电联产装置出现了一些技术问题，”莱森斯说。“我非常有信心能在 25 年的时限里实现碳中和。但就目前情况来看，我认为我们可能比投资回报计划落后了三、四或五年。”
他说，碳中和实验室通过合作实现了效率提升。“我们共享很多东西，比如通风柜和光谱仪。”Licence 说。共享需要更多的规划和耐心，但有助于节省能源和空间，同时促进对话和协作。“整栋建筑的设计旨在让人们以不同的方式思考。学生和学者们分享想法、共同努力，而且以比传统、老派的化学系更快、更开放的方式来转化知识。”
碳中和实验室鼓励科学家减少使用剧毒溶剂，包括一些几十年来一直作为标准方案的化学品。“如果我想进行的反应需要使用二氯甲烷，那么我就会挑战一下自己，寻找替代品。” Licence说。
但他说，研究人员从未被要求因可持续的名义缩减他们的雄心或限制他们的范围。“科学会证明自己。”他说。“碰巧的是，我们在世界上最可持续的化学实验室里从事了这样的科学。”
在科学家对其方案进行任何更改之前，他们应该确信他们的结果不会受到影响。“如果你的研究需要你使用 20 升溶剂或 20 个移液器吸头，你绝对应该这样做。” Freese说。“如果这意味着你的结果变得更有意义和可重复，你不应该对进行更多实验感到不好意思。”
Durgan 表示，许多科学家可以通过重新思考他们计划和执行实验的方法来减少对环境的影响。通过更仔细的规划和深思熟虑，他们可以减少多余的测试或实验，这不仅能节省能源和资源，也节省了时间金钱。“对选择做什么实验以及如何作实验，在前期保持尽可能的批判思考，无论如何都是科学研究的好方法。”
Chris Woolston是蒙大拿州比林斯的一名自由撰稿人。
2. Durgan, J., Rodríguez-Martínez, M. & Rouse, B. Immunol. Cell Biol. 101, 289–301 (2023).
3. Gilly, Q. Reducing Laboratory Energy through Financial Incentives: A Pilot Study at the Harvard University Faculty of Arts & Sciences (Harvard Univ., 2023).
4. Banks, M., Metz, M. & Smyth, D. S. Environ. Sci. Policy Sustain. Dev. 62, 4–13 (2020).
原文以The trials and triumphs of sustainable science为标题发布在2024年9月25日出版的《自然》增刊“自然聚焦-绿色实验室”上。
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