我们如何才能在不影响科学的情况下实现实验室脱碳？

“高度遏制。”即使在你确定它的含义之前，这个短语也会引起焦虑——而且细节并不能让人安心。高密闭实验室是科学家对死亡率极高的病原体进行诊断或研究的一类实验室，这些条件需要在操作和测试中进行更高水平的审查。安全处理这些病毒或病原体事关生死存亡，这意味着几乎没有余地从根本上改变流程和程序以符合环境标准。

认识到减少碳排放的必要性，WSP 的客户之一这样的实验室“不断发展，提高效率，并寻找减少水和能源消耗的方法，”亚特兰大科技设计高级副总裁 Leslie Gartner 表示。 “但首要标准不是能源效率。而是遏制。”

当迈向净零的进程一头扎进有益于人类活动时会发生什么适合地球上的健康、福利和条件吗？这个问题在科学实验室中绝非假设，科学实验室对脱碳提出了一些最艰巨的挑战。从寻找致命疾病的治疗方法到发明中和污染物或扭转环境破坏的材料，实验室中进行的研究和开发的性质可能会使气候义务与相互竞争的必要性相互冲突。

在这些情况下，我们如何协调相互冲突的优先事项，以便净零目标和持续科学和医学进步的需求不会相互矛盾？

为什么实验室脱碳如此困难

要找到答案，首先要了解实验室中温室气体排放的来源，以及为什么在实验室中管理这些排放源与在任何其他商业建筑中管理这些排放源不同。

首先，建筑物的结构和组件材料中含有碳 - 实验室通常使用大型大量的混凝土、钢材和玻璃。虽然木材等替代品越来越多地用于其他类型的建筑，但实验室环境需要保持无菌，不能受到湿度或温度波动的影响，并且必须遵守许多其他条件，如果没有这些碳密集型材料，这些条件很难实现。

还有操作碳的问题，这个问题在 24/7 运行且必须符合严格的科学协议的实验室中显得尤为重要。最大的排放源是用于加热和冷却设施以及为实验室设备和现场废物处理系统供电的能源。温室气体排放的另一个来源是制冷系统的泄漏，尽管制冷系统的使用量很小，但对全球变暖的影响却不成比例。

“平均而言，实验室每平方米的能耗是典型办公楼的三到四倍”

Chris Davy，首席制药公司英国WSP生命科学d顾问

这意味着，当设施规划者（建筑师以及机械、电气、结构、管道和声学工程师）设计或改造可持续实验室和研究园区时，他们面临着传统建筑固有的所有障碍，以及保证科学家安全、防止污染和满足质量控制措施以免损害研究完整性的额外复杂性。

每次的挑战都是不同的：实验室总是定制的，并且对于实验室内发生的活动高度专业化。不处理传染性或危险材料的学术研究机构有一条更容易实现净零排放的途径：例如，从碳基燃料转向可再生能源电力。但即使在这些情况下，设施规划团队也必须确保替代燃料能够提供实验室所需的高水平电力。 “我们使用气体进行消毒，并且Gartner 表示，“建筑物的内部结构——它们如何运行以及它们如何产生电力和能源——是我们看到巨大变化的地方。”

实验室可以实现无化石燃料吗？

替代燃料问题经常成为实验室中气候友好型实践的制约因素，尤其是在某些领域。戴维指出，政府当局可能要求在实验室中使用某些类型的能源，以用于高度监管的行业，例如制药业。变量可以包括对温度或实验室工作人员处理危险物质的环境条件的严格控制，或要求频繁换气或相对较低湿度的洁净室要求。然而，这些历史性且常常武断的指导方针正在受到挑战，以发现是否可以使用更少的能源来实现相同的产品质量。

用一张白纸迈向净零总是更容易，但这并不是必需的，根据 Gartner 的说法。 “我们可以做很多事情：减少所需的能源量、改变燃料混合物、增加电气化系统的使用、减少制冷剂——对于现有建筑来说，实现净零排放就是实施能源或水零排放战略。”

他提到了国际可持续实验室研究所的工作，该研究所使用美国同行数据库来维护实验室基准测试工具，实验室可以通过该工具将其能源使用情况与类似设施进行比较。它的指导帮助他们找到机会，例如用更新、更节能的型号更换冰箱，这甚至可能减少满足研究要求所需的冰箱数量。

从这个意义上说，可持续发展的前期投资可以通过长期节省来抵消，不仅是能源方面的节省，还有设备和维护方面的节省。有时人们忽视的是，可持续发展往往与合规性相一致通过减少对能源密集型流程的依赖来满足质量和安全要求。例如，在制药行业，从批量生产转向连续生产可以提高产品质量并减少设施的环境足迹。

“如果你削减成本，你就会增加碳排放。如果你削减碳排放，你往往会真正降低成本。净零排放的商业案例开始得到更好的理解和阐明。”

Claire Gott，英国 WSP 行业主管

简而言之，这就是净零实验室的商业案例。正如克莱尔·戈特（Claire Gott）所说：“我们发现我们的客户有这样的雄心，并且知道他们需要实现这一目标，即使他们不一定知道如何实现。”那么，这个过程是什么样的呢？ Leslie Gartner 建议从目标和时间表等基本基准开始。一位 WSP 客户知道短期内无法实现净零排放，因此转而考虑在 10 年、15 年或 20 年内可以做什么。团队审查了现有技术和预期出现的技术，以及可能尚未在每个实验室设置中发挥作用的替代净化方法或新兴燃料来源。思考可以立即采取哪些行动以及在中期采取哪些解决方案有助于确定预算参数，为未来的举措提供资金。

“最初的过程比您想象的更熟悉，”Gartner 说。 “你从熟悉的基础开始，但最终会得到以前从未取得过的成果。”

新兴技术

我们的目标不仅仅是实现指定的环境目标，而是更具战略性地考虑让实验室设计为未来做好准备。戴维解释了如何将这一概念应用到世界上最大的诊断制造商之一的项目中。科进研究了供应链对其运营的影响，考虑了不同地区的分销挑战以及气候变化对每个地区的影响，然后对不同的场景进行了建模帮助他们增强应对未来颠覆的能力。

采取灵活、长期的方法对于科学建筑尤其重要，因为后来可能成为关键的技术在设计时可能并不可行。废物处理——实验室中的一个热点气候问题——正在成为面向未来的思维的试验场。传统上，这意味着使用天然气作为燃料，在高达 1800°C 的温度下进行焚烧。替代方案包括化学水解和氢动力熔炉，目前正处于测试阶段。 “焚烧仍然是处理废物的有效方法，但随着改用氢气，它可以变得更加环保，”戴维说。 “我们在氢气的设计和输送以及碳捕获、使用和储存方面做了很多项目，因此我们也可以将其应用于实验室，使它们能够在未来适应电力和氢气。”

另一个值得研究的领域是实验室生成的数据，这些数据通过维持实验的最佳气压、温度和光照水平，为更智能的建筑管理提供信息，并为可持续发展做出贡献。问题在于，帮助实验室正常运转的系统通常无法相互通信。解决脱节问题需要一种新的互操作性方法——一种能够正面解决安全风险的方法。科进美国中部地区创新咨询业务总监妮可·哈默 (Nicole Hammer) 表示：“我们与每一位客户的互动都会体现这一点。” “我们必须确保，当我们开始利用可用数据的力量时，我们的做法符合客户的网络安全和网络标准，以便整个设计稳健且安全。”

与净零转换的其他方面一样，Hammer 让客户首先确定所需的结果，以便建筑物的设计能够捕获数据，从而告知实现目标的进展情况。解决方案开发也在这里opment 强调为未来做好准备，以便实验室随着时间的推移而发展或变化的能力不受限制。

碳中和化学

虽然现有设施并非不可能进行创新，但全新的实验室建设正在设定更雄心勃勃的标准。在英国诺丁汉大学，葛兰素史克资助了一个碳中和化学实验室，该实验室由天然材料建造，通过太阳能和可持续生物质等可再生能源满足其能源需求。它于 2017 年开业，产生的多余能源将在 25 年内偿还其结构内的碳。

与此同时，在剑桥，阿斯利康 (AstraZeneca) 为其新研发园区设定了两到三年内实现碳中和的目标。为此，它重新设计了供暖和制冷系统，并安装了欧洲最大的地热源泵。 “如果你尽早进行投资，并且你的目标是建筑物的每一部分——包括戴维说，“无论是它的结构、制造方式，还是提供能量的方式，都有可能达到碳中和。如果你从整体上看，甚至比这更激进。”

但他补充道，研究组织不一定需要大企业预算来资助有意义的变革——格拉斯哥大学对其列入遗产名录的约瑟夫·布莱克大楼的化学实验室进行了复杂的改造，以大幅减少能源和水的使用。 “如果你有正确的领导力和雄心，这是可能的，”他说。 “这似乎是不变的。”

脱碳 多伦多证券交易所：WSP 威士普