Karbonfotavtrykket til en fremtidig Higgs-fabrikk kan variere med nesten en faktor 100, avhengig av valgt design og beliggenhet. Det er konklusjonen av en analyse utført av fysikere i Europa som har studert potensielle etterfølgere til CERNs Large Hadron Collider (LHC). Forskerne konkluderer med at den foreslåtte Future Circular Collider (FCC), som vil være basert på CERN og knyttet til LHC, ville være den mest miljøvennlige siden den ville forbruke mindre energi og produsere lavere karbonutslipp per produsert Higgs boson enn konkurrerende design (arxiv: 2208.10466).
Etter oppdagelsen av Higgs-bosonet i 2012 ved LHC, planlegger partikkelfysikere å bygge en kraftigere partikkelkolliderer. Den fremtidige maskinen, kjent som en Higgs-fabrikk, ville knuse elektroner med positroner for å tillate mer detaljert undersøkelse av egenskapene til Higgs-bosonet og andre partikler.
Det er for tiden fem forslag for en høyenergi positron-elektron kolliderer, med Internasjonal lineær kolliderer (ILC) i Japan, Cool Copper Collider (C3) i USA og Kompakt lineær kolliderer ved CERN alt basert på lineære akseleratorer. FCC og Kina Electron Positron Collider (CEPC) i Kina er i mellomtiden sirkulære kolliderere.
Det er forskjellige argumenter rundt fysikkmulighetene til de forskjellige kolliderdesignene, men CERN-partikkelfysiker Patrick Janot og hans kollega Alain Blondel hevder at på grunn av det høye energiforbruket til enhver fremtidig kolliderer, bør den betydelige miljøpåvirkningen av designene også vurderes.
"Vi foreslår at fremtidige høyenergifysikkprosjekter inkluderer ikke bare kostnadene og ytelsen til kollideren, men også dens karbonavtrykk per fysikkutfall, og å bruke disse dataene i utformingen og valget av den 'beste' kollideren." Janot fortalte Fysikkens verden.
Forskere analyserer karbonfotavtrykket til planlagt nøytrinoeksperiment
I sin analyse fant duoen at FCC var det mest energieffektive designet, og forbrukte 3 MWh strøm for hver Higgs-boson den produserte. Den nest beste var CEPC på 4.1 MWh per Higgs-boson, mens den mest energikrevende designen er C3 (18 MWh/Higgs-boson).
Forskerne undersøkte deretter karbonintensiteten til elektrisitetsproduksjonen i de forskjellige landene i håp om å være vertskap for en fremtidig høyenergikolliderer. FCC var igjen best, og slapp ut 0.17 tonn CO2 ekvivalenter (t CO2 ekv.) per produsert Higgs-boson. ILC ville i mellomtiden produsere rundt 50 ganger mer CO2 ekvivalenter (9.4 t CO2 ekv. per Higgs boson). FCCs lave utslipp skyldes delvis at rundt 80 % av energien som produseres i Frankrike er fra atomkraftverk, og derfor stort sett karbonfri.
Teamet fant ut at karbonavtrykket til FCC kunne forbedres ytterligere hvis designet økte antallet interaksjonspunkter fra to til fire. I dette scenariet ville hvert produserte Higgs-boson forbruke 1.8 MWh energi og slippe ut 0.1 tonn COXNUMX2 ekvivalenter.
Janot legger til at analysen fokuserer på miljøpåvirkningen av fysikkresultatet og energiforbruket ved drift av den foreslåtte Higgs-fabrikken. Han legger til at det er en del av en mye større mulighetsstudie på FCC, som blant annet skal dekke miljøpåvirkningen av ulike faser av prosjektet. Dette vil for eksempel omfatte tunnelbygging og installasjon og drift av kolliderene. Men han påpeker at «energiforbruket under drift er den største bidragsyteren til karbonavtrykket til en høyenergikolliderer».
Andre faktorer
Fysiker Kumiko Kotera fra Sorbonne University i Paris, som har utført en analyse av det potensielle karbonavtrykket til prosjektet Giant Array for Neutrino Detection (GRAND), fortalte Fysikkens verden at energiforbruk og karbonutslipp per Higgs boson er en fornuftig sammenligning. Kotera forklarte imidlertid at for å produsere en mer nøyaktig karbonfotavtrykksanalyse i tillegg til energiforbruket til kollideren, må energiforbruk relatert til dataanalyse og simuleringer, og andre koblede digitale teknologier, som datalagring, også vurderes.
CERN godkjenner videre arbeid med Future Circular Collider – men utsetter endelig beslutning
Kotera legger til at en fullstendig analyse også må ta hensyn til internasjonale reiser fra medlemmene, selv om hun mistenker at dette vil være mindre energikrevende enn kolliderende operasjoner og digitale teknologier.
Janot er enig i at mer kan gjøres, og legger til at CERN jobber med måter å redusere sitt karbonfotavtrykk. Disse inkluderer blant annet energigjenvinning, styring av strømforbruket for å maksimere bruken av lavkarbonkilder samt måter å utvikle internasjonale samarbeid som minimerer reiser.
