Ahorra muchos kilovatios hora: el Gran Colisionador de Hadrones está apagado. El administrador CERN es uno de los mayores consumidores de energía de Francia. La organización de aceleradores de partículas utiliza 1,3 teravatios hora de electricidad al año, aproximadamente un tercio del consumo anual de energía de Ámsterdam.
El CERN no está solo. Prácticamente todos los principales experimentos de física, desde los aceleradores de partículas hasta los telescopios (espaciales), consumen energía. En los últimos años, esto ha recibido una atención cada vez mayor por parte de la propia comunidad. Esto se desprende, entre otras cosas, de publicaciones científicas con análisis cuantitativos de CO2huella de los experimentos actuales y de futuras instalaciones, que aún están en la fase de diseño. El co2la huella es la emisión total de gases de efecto invernadero, convertida en CO2equivalente, donde los gases de efecto invernadero que no contienen CO2 se convierten, como el metano, en cuánto CO2 que tendría la misma contribución al calentamiento global.
Telescopios de emisión
Los autores argumentan que el CO2las emisiones y el otro impacto ambiental de la investigación científica tanto como sea posible. «Es importante que los científicos actúen», dijo la astrónoma Annie Hughes en una conferencia de prensa sobre las emisiones de los observatorios a fines de marzo. “Si nosotros como científicos no respondemos a los informes y advertencias de nuestros [klimaatwetenschappelijke] colegas, entonces es como si tu padre te dijera que no fumes mientras él mismo enciende un cigarrillo”.
Lo que ayuda a estos defensores es el aumento de los precios de la energía. Esto significa que mantener bajo el consumo de energía también asegura que se reduzcan los costos.
El estudio de Hughes y sus colegas del Instituto de Investigación en Astrofísica y Planetología de Toulouse encontró que todos los observatorios astronómicos que operaron en 2019 produjeron colectivamente alrededor de 20 millones de toneladas de CO2equivalente durante su vida. Esto es comparable a las emisiones anuales de Estonia o Croacia, por ejemplo. Para este cálculo, que apareció en Naturaleza Astronomíalos investigadores observaron el CO2emisiones de la construcción y uso de telescopios en la Tierra y misiones espaciales, que incluyeron el lanzamiento.
Estimación más precisa
Para simplificar su estimación, los investigadores asumieron que el CO2emisiones de las instalaciones es proporcional a su coste o peso. Cuanto más caro o más pesado sea un telescopio, más CO2se le cobraron las emisiones. Eso proporciona una estimación aproximada, reconocen los investigadores. Pueden estar equivocados hasta en un 80 por ciento. Por ejemplo, estiman que las emisiones del telescopio espacial James Webb, que se lanzó el año pasado, oscilan entre 310.000 y 1,2 millones de toneladas de CO.2-equivalente. Para una estimación más precisa, los investigadores necesitarían mucha más información de la que está disponible públicamente.
Por lo tanto, los investigadores piden a todas las instituciones de investigación y agencias de financiación que publiquen un cálculo detallado del CO total (previsto) para cada proyecto.2huella, desde la construcción hasta la demolición.
A pesar de la estimación muy aproximada, según los investigadores, el cálculo muestra que el CO anual2las emisiones de los observatorios astronómicos deben reducirse hasta veinte veces si quieren cumplir los objetivos climáticos.
Datos de emisiones inesperadas
Un experimento futuro que requiera tal CO extendido2-cálculo se ha llevado a cabo es el proyecto Giant Array for Neutrino Detection (Grand). Este experimento detectará partículas cósmicas con 200.000 antenas de la década de 1930.
Tres investigadores, incluidos dos grandes físicos, calcularon el CO2huella de todo lo involucrado: desde la construcción del experimento y el software necesario para el análisis de datos, hasta las emisiones del transporte de las piezas, el viaje y el almacenamiento de datos.
Suman casi 500 toneladas de CO2equivalente por año durante los primeros cuatro años, en los que se instalan las primeras trescientas antenas. La segunda fase de más de cinco años, con diez mil antenas, es buena para más de 1.000 toneladas de CO2equivalente por año. En la fase final, en la que se completará el experimento, habrá más de 13.400 toneladas de CO2equivalente por año, que es comparable a la producción de mil automóviles, escriben los investigadores.
Los físicos ya fantasean con el próximo acelerador de partículas
En todas las fases, la tecnología digital, como computadoras, software de simulación, procesamiento y almacenamiento de datos, resultó ser responsable de gran parte de las emisiones. “No esperábamos eso”, envía un correo electrónico a la física Kumiko Kotera de la Universidad de París. “Creemos que la gente es consciente de las emisiones causadas por los viajes y la producción del equipo de medición, pero olvida que las grandes cantidades de datos de medición que deben procesarse y almacenarse también pueden generar una enorme cantidad de CO2huella.»
Tras la publicación de Kotera y sus colegas, se elaboró un «plan de política verde» para Grand. Establece, por ejemplo, que los viajes deben reducirse al mínimo haciendo que los socios locales realicen la mayor cantidad de trabajo posible en el sitio. Además, los datos se almacenarán en centros con el menor CO posible2huella. También habrá un plan de reciclaje de los equipos de medición.
Una fábrica de Higgs verde
Los físicos de los aceleradores de partículas tampoco se quedan quietos. Ya están fantaseando con otro acelerador de partículas de un billón de dólares que consume mucha energía. Con ello quieren producir partículas de Higgs -que fueron descubiertas en 2012- en una cadena de montaje para poder estudiarlas en detalle.
Hay varios diseños sobre la mesa para tal fábrica de Higgs. El que elija marca una gran diferencia para el CO2huella de la máquina, descubrió dos físicos de partículas quien examinó cinco diseños en octubre. Dos de ellos, como el LHC, son circulares: el FCC del CERN en Ginebra y el CEPC. Los otros tres son lineales: ILC de Japón, CLIC de CERN y C de EE. UU.3.
Los físicos de partículas adoptaron un enfoque especial para su comparación. Calcularon el consumo de energía y CO para cada diseño.2Huella por partícula de Higgs producida. Patrick Janot, físico de partículas del CERN, explica: «Hacemos esto porque la capacidad de hacer ciencia está directamente relacionada con la cantidad de higgs: cuantos más higgs, mejor es el resultado científico».
La FCC lo hace mejor
Los aceleradores circulares destacan en la prueba de consumo de energía porque producen partículas de Higgs más rápido que los aceleradores lineales. La FCC se destaca con 3 megavatios-hora de electricidad por bosón de Higgs. En la parte inferior está la C.3 a 16 megavatios hora, más de cinco veces más que la FCC.
La FCC lo hace aún mejor si incluye el origen del poder. En el CERN, el 90 por ciento de la electricidad proviene del CO2-Fuentes libres, como la energía nuclear. Como resultado, el CO2La huella de la FCC es solo un 2 por ciento de la de la ILC, la alternativa menos sostenible. Eso demuestra que es mejor construir su acelerador en un país donde el CO2Las emisiones de la producción de electricidad son bajas.
Si le toca a Janot, el CO2La huella es uno de los criterios de decisión más importantes a la hora de elegir, diseñar y optimizar un acelerador de partículas.
Emisiones excesivas
“No creo que el diseño de la fábrica de higgs con el CO más pequeño2la huella se construirá por definición”, dice el físico de partículas Tristan du Pree, de Nikhef y la Universidad de Twente, que está involucrado en el diseño de FCC. “Pero aquellos con niveles exorbitantes de CO2se excluyen las emisiones. En mi opinión, por ejemplo, CLIC no funciona debido al consumo de energía”.
“Este análisis es una buena manera de iniciar la conversación sobre el CO2huella de los aceleradores de partículas”, dice la física de partículas Caterina Vernieri, quien está involucrada en el diseño de C3. “Pero hay más aspectos, que los investigadores no han analizado, que debemos tener en cuenta para hacer una mejor estimación del CO2huella.»
El científico más sostenible es el que no investiga
Vernieri, por ejemplo, no está del todo de acuerdo con la suposición de que más partículas de Higgs es la mejor manera de lograr mejores resultados científicos. “En los aceleradores lineales puedes obtener más información de las partículas de Higgs que tienes, incluso si haces menos. Eso no está incluido en el cálculo”.
Además, en ninguna parte se menciona que el C3los físicos están buscando formas de construir un parque solar al lado, por ejemplo, para que la máquina pueda funcionar completamente con electricidad verde, dice Vernieri. “Y estamos trabajando en la automatización para que pocas personas tengan que estar presentes en el experimento, lo que ahorra emisiones de los viajes”.
Janot y su colega no incluyeron en su estimación las emisiones asociadas con los viajes de los investigadores involucrados, la construcción, el análisis de datos, el almacenamiento de datos y las simulaciones. Defienden esta elección al final del artículo, donde muestran que estas emisiones son pequeñas en comparación con las de la electricidad utilizada para hacer funcionar un acelerador. Janot: “Este último domina el CO total2huella y, por lo tanto, es el factor más importante si desea optimizar una máquina”.
Reducir
Lo que estas primeras estimaciones del CO2La huella de los experimentos y observatorios es que son cálculos complejos si quieres realizarlos con precisión. Esto hace que sea difícil comparar correctamente diferentes diseños. Pero está claro que algo tiene que cambiar si los físicos y los astrónomos quieren cumplir los objetivos climáticos.
Una forma relativamente sencilla de salvar el clima, defendida por Hughes y sus colegas, es disminuir el ritmo al que se construyen nuevos observatorios astronómicos. Y Vernieri considera esencial comenzar a buscar nuevas técnicas para los experimentos de física de partículas. “Porque construir aceleradores de partículas cada vez más grandes que funcionen con energías aún más altas no es sostenible ni sustentable”.
Los físicos enfatizan que luchar por CO cada vez más pequeño2huella no debe paralizar la investigación. Después de todo, el científico más sostenible es el que no investiga. DuPree. “Espero que se construya otro acelerador de partículas en un futuro cercano”.