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可促进科学可持续发展的DIY方法

May 19, 2020 No Comments

虽然一次性塑料制品在某些实验中是必需的,但科学家正在致力于减少这些塑料废弃物。

虽然一次性塑料制品在某些实验中是必需的,但科学家正在致力于减少这些塑料废弃物。

 

科研实验室是庞大塑料废弃物的制造者,但科学家日益认识到这些塑料废物对环境的影响。

Cristina Azevedo作为一名博士后研究员,用过数以百计的一次性塑料管。这位伦敦大学学院(University College London)的生物化学家在Falcon试管(Falcon tube)中培养酵母菌,一想到那些塑料废物就像无法抓到的瘙痒一般,特别是当她回忆起自己的博士研究是在可重复使用的玻璃瓶中培养细菌时,更是如此。Azevedo提到,她的工作使其很困扰,周围到处都能看到因为无菌的需要而被大量丢弃的塑料制品。

有这种想法的并不止她一人,科学家日益认识到研究所取得的成果与在这期间他们对环境造成的影响是不成比例的。学术研究中设备能源的消耗量是商业建筑中设备能源的消耗量的3到6倍,其中大部分是由于制冷和通风系统所产生的。这些设备也是塑料废物的巨大制造者,当中国停止接收来自美国和欧洲国家的几种塑料的回收利用时,导致更多的可回收废物被堆积至当地的垃圾填埋场,这个问题在2017年变得非常严重。

在组织机构层级上,许多场所正在加紧实施更优化的废物管理方式,并寻求更绿色的能量来源。例如,伦敦大学学院(University College London)正致力于在2024年之前废除一次性塑料制品,并在2030年之前实现碳平衡(carbon-neutral)。但是并非所有这些努工作都能最终轻易地转化到个人实验室,超低温冷冻箱和一次性塑料枪头仍然是某些敏感性实验的必需品。但是,当涉及到大多数标准的科学实验时,小小的改变可以起到很大的作用。

位于印度班加罗尔鲁尔的印度科学研究所(Indian Institute of Science)的初级研究员Leeba Ann Chacko是另一位酵母菌的研究者,她通过改用玻璃培养皿培养微生物来减少塑料制品的消耗。她现在每周只产生几百克的废物,而不是一大袋的垃圾。Chacko表明,刚开始的时候,她很担心污染和费用问题,但这是一个快速的过渡,并且使她思考为什么大家不早点开始做这件事情。

这种努力除了减少研究人员对环境的影响外,还有利于他们资金的长远发展。更多无形的好处则包括更高的可重复性和职业福利。例如,当Azevedo在里斯本的António Xavier化学和生物技术研究所(António Xavier Chemical and Biological Technology Institute)应聘当前职务——生物农药部门主任时,可持续发展的工作经历促使她的简历脱颖而出。

此外这些研究人员表明,可持续发展是简单的,并且需要有责任心的科学。Azevedo则表示,他们是由公共资金资助的,因此他们在使用这笔钱的时候需要考虑环境和地球未来的社会责任。

 

从小做起

德克萨斯州休斯敦市莱斯大学(Rice University)的机械工程师Dan Preston在大学期间,在塔斯卡卢萨的阿拉巴马州工业评估中心(Alabama Industrial Assessment Center)做了一份兼职工作,因此他被吸引到实验室节能工作中,在那里他与为当地工厂提供节能倡导的研究人员一起工作。

作为剑桥麻省理工学院(MIT)的博士后研究员,Preston有机会将节能知识付诸于行动。Preston的研究在很大程度上依赖于处理通风橱中的化学品。他注意到,通风橱的窗户经常被打开,这就造成了通风系统能量的浪费,并且他想知道是否可以发明出一个简单的解决方案。Preston等人参加了由MIT绿色实验室(MIT Green Labs)赞助的比赛,该项目是由环境健康与安全研究室建立的,旨在帮助全校各部门和实验室以可持续发展的方式运作。他们赢得了大约5000美元的奖金,用于开发一种简单且隐蔽的传感器,他们将其命名为移动和窗框高度(motion and sash height, MASH)报警器,如果窗框被过度打开,就会向用户发出警报。他和他的团队还成立了实验室能源评估中心(Lab Energy Assessment Center, LEAC),对实验室进行评估并提供节能建议。

当通风橱被过度打开时节能装置(图左侧)会发出报警信号

当通风橱被过度打开时节能装置(图左侧)会发出报警信号


以MIT的一个实验室为例,据LEAC团队估计,该实验室每年的电费支出约为3万美元,并且排放出163吨二氧化碳(carbon dioxide, CO2)。通过将冰箱的温度从- 80 ℃提高到- 70 ℃、如果用LED灯泡取代顶灯并关闭一个通风橱,该实验室每年可以减少8 %的能源使用量、减少约13吨CO2排放并且节省约2500美元。Preston表明,很多人都对这些微小变化所带来的影响感到惊讶。

大学的资金可以为提供另一种渠道以支持可持续发展。David Waterman和Brenda Lemos是马萨诸塞州沃尔瑟姆市布兰迪斯大学(Brandeis University)的分子和细胞生物学专业的研究生。当2017年中国宣布不再接受来自美国和欧洲的塑料废物时,两人 (通过搜集观点和建议)整理出了一个回收公司的商业提案,并在一个名为SPROUT计划(一个支持学生创业者的大学奖励计划)的一部分风险投资者小组面前进行了答辩。由此获得的资金支持和指导使得该团队得以成立环保实验室再利用(GreenLabs Recycling)公司,该公司主要回收和储存一次性移液枪枪头的塑料盒。

据Waterman回忆,为创业提案答辩就像论文答辩的反面,因为你是世界上研究材料的专家。他感觉到更大的压力,不过确实也利用了博士的软技能,比如如何讲述一个令人信服的故事。

环保实验室再利用公司目前在波士顿地区有16家客户,每周大约收到1400公斤的塑料枪头盒。研究人员经常会咨询他们如何才能得到该公司的服务,但Lemos解释,研究人员和公司首先需要与他们的设备管理者进行交流才能解决这个问题。虽然科研人员都知道科学的回收利用不足,但设备管理者对这个问题却不太熟悉。所以,当试图让人们为回收利用付费时,初始阶段会有脱节。

在MIT环境健康与安全研究室(environmental health and safety office)的支持下,Preston等人扩大了LEAC的范围,以增加其评估的实验室数量。该团队还将MASH的组装说明开源化,因此任何人都可以用50美元左右的价格建造自己的报警系统。Preston提出,与本科生合作是LEAC致力的一个重要部分。他们认为这除了可以节约能源,也可以激励和教育下一代有能源意识的研究人员。

 

每一步都很重要

科罗拉多大学博尔德分校(University of Colorado Boulder)绿色实验室计划的项目负责人Kathryn Ramirez-Aguilar表示,即使研究人员没有这种大规模变动所需的支持或资金,也可以改变他们自己实验室的能源用量,一个简单的方式就是共享设备。

在Ramirez-Aguilar所在的大学里,每个实验室都共享一台低使用率的仪器。一些部门和研究小组已经非正式地开始了上述过程,而有些实验室则通过聘用管理人员以维护共享仪器,并为用户制定便于理解的备忘录从而将这些筹备正式化。上述安排节省了研究经费,并有助于使用者共享很多被安置在独立的实验室或公共区域的仪器的专业经验。这么做还可以节约实验室空间,因为实验室往往是校园中花费最大、耗费能源最多的区域。Ramirez-Aguilar指出,仅仅因为更有效地利用了空间而无需再建一整栋实验楼,所带来的影响是无法想象的。

伦敦大学学院的可持续发展实验室(University College London’s sustainable-labs)的顾问Martin Farley认为,这种影响可以通过减少重复失败实验的必要性延伸到科学的可重复性和效率方面。研究需要巨大的能源和材料投入,而产生的数据则相当于这些材料的投资。他提出,任何能够更好地促进数据利用的方法,或者是减少实验错误和重复的技术,都会变得更具有可持续性。

此外,共享的仪器可能比非共享实验室的设备能得到更好的维护,Farley补充指出,拥有这些共享设备的研究人员在实验设计方面得到了更好的支持,因为他们更了解设备的实际作用。

底线是:当提及可持续发展时,每个研究人员都可以有所作为,并且每一小步都是对其有帮助的。Preston指出,无论是选择在自己的实验室中倡导可持续发展,还是想通过LEAC这样的组织与许多不同的实验室合作,都能实现实质性的改变。无论哪种方式,都可以产生巨大的影响。

 

 

原文检索:
Jyoti Madhusoodanan. (2020) DIY approaches to sustainable science. Nature, 581: 228-229.
郭庭玥/编译

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