Chemisch onderzoek milieuvriendelijker maken lijkt heel eenvoudig: vervang de zuurkast door een beeldscherm. Digitale chemie heeft geen grondstoffen, oplosmiddelen en laboratoria nodig én produceert geen afval. Dat is uiteraard te kort door de bocht, want PC’s, rekencentra, dataopslag en AI draaien op elektriciteit. De vraag is dan ook hoe dat stroomverbruik het milieu belast, en in hoeverre schermwerk in de praktijk daadwerkelijk labwerk vervangt en onderzoek efficiënter maakt.   

Zwitserse onderzoekers hebben vorig jaar een poging gedaan om de milieukant van computationele chemie in kaart te brengen. Dat lukt maar deels, omdat er weinig over wordt gepubliceerd. Sommige papers vermelden hooguit het type computerchip (CPU of GPU) en de rekentijd, waarmee je het energieverbruik kunt schatten. De Zwitsers schrijven dat veel chemisch onderzoek wordt gedreven door vergroening en klimaat, maar stroomverbruik en CO₂-uitstoot van het rekenwerk krijgt nog nauwelijks aandacht. Ze pleiten daarom ‘voor meer bewustwording en rapportage van de middelen die worden gebruikt in digitale studies.’  

Rond het optimaliseren van chemische reacties is wel een en ander bekend. Als chemici met een nieuwe reactie een hogere opbrengst willen behalen, kunnen ze heel veel parameters variëren, zoals oplosmiddelen, temperatuur en concentraties. In een vergelijkende studie uit 2021 hadden ervaren chemici gemiddeld 60 experimenten nodig om 95 % reactie-opbrengst te bereiken. De computer deed het beter: Bayesiaanse optimalisatie met machine learning haalde hetzelfde doel in 25 experimenten. De uitstoot van deze chemische exercitie op een MacBook laptop is minder dan een grammetje CO₂. Verwaarloosbaar weinig, helemaal in vergelijking met het uitvoeren van extra lab-experimenten.  

Op afstand 

Slim gebruik van digitale chemie heeft dus duidelijk voordelen, maar daarmee is het pleit nog niet beslecht. ICT heeft namelijk ook minder opvallend energieverbruik. Veel berekeningen, modelleerwerk en dataopslag doen onderzoekers niet op een PC, maar op afstand in een rekencentrum. Een server- en datacentrum dat stroom betrekt van een gas- of kolencentrale levert een grotere uitstoot dan eentje die werkt op stroom van zon of wind. Door een andere rekenlocatie te kiezen kunnen emissies van digitale werkzaamheden 70 maal lager uitvallen.  

Nog een voorbeeld van verborgen energieverbruik is de opkomst van machine learning en AI in het lab. Die ontwikkeling heeft duidelijk voordelen: slim gebruik van machine learning kan chemische processen simuleren en zo energievretende kwantumchemische simulaties op supercomputers vervangen. Dat is altijd goed voor de energierekening en het milieu.  

‘Door een andere rekenlocatie te kiezen kunnen emissies van digitale werkzaamheden 70 maal lager uitvallen’ 

Tegelijkertijd kost het trainen en gebruiken van dat soort tools ook de nodige energie. Zo is er bijvoorbeeld gerekend aan de milieu-impact van BLOOM (BigScience Large Open-access Multilingual Language Model). Daarbij keken onderzoekers ook naar de uitstoot van de productie van server-hardware en computernetwerken. Ze komen zo uit op 50 ton CO₂-equivalenten voor het trainen van BLOOM. De Zwitserse onderzoekers waarschuwen dat de wens om alsmaar betere en complexere algoritmes te ontwikkelen uiteindelijk meer rekenkracht en stroom gaat vragen.  

Verwarming 

Het is uiteraard zinloos om de milieu-impact van digitale chemie te bespreken zonder een blik op het totaalplaatje. Chemici zorgen namelijk ook voor uitstoot via verwarming, verlichting, gebruik van apparatuur en chemicaliën. In 2024 hielden Franse onderzoekers de carbon footprint van drie chemische laboratoria tegen het licht, met opgeteld 766 medewerkers en 591 zuurkasten.  

Ze komen zo uit op een gemiddelde emissie van 5,6 ton CO₂-equivalenten per chemicus per jaar. Ter vergelijking: de jaarlijkse uitstoot van een gemiddelde Nederlander is zo’n 8 ton CO₂-equivalenten, dat is inclusief gas en elektra, vakantie en uitstoot van in het buitenland geproduceerde producten.   

Congressen 

Het leeuwendeel (30 à 40 procent) van de lab-uitstoot komt op conto van inkopen, zoals apparaten, chemicaliën, oplosmiddelen en gassen. Verwarming is ook een grote post (20 à 30 procent), vooral in labs met veel zuurkasten waar warme of gekoelde lucht met de afzuiging naar buiten verdwijnt. De Zwitserse onderzoekers leggen vooral nadruk op de milieugevolgen van congresreizen. De uitstoot daarvan – zeker als wetenschappers het vliegtuig pakken – kan oplopen tot 3 ton CO₂ per persoon per congres.  

Of digitale chemie een manier is om te vergroenen door labonderzoek te vervangen hangt kortom helemaal af van de precieze inzet in een project, maar ook of servers en datacentra op groene energie draaien. De Zwitserse onderzoekers geven enkele tips, zoals het gebruik van software (CodeCarbon) die emissies van digitaal werk kan schatten. Verder helpt het verhuizen van rekenkracht naar groene datacentra en het delen met collega’s van computercode en AI-modellen. Simpelweg wissen van oude en ‘vergeten’ Gigabytes aan data reduceert ook uitstoot. En af en toe een virtueel congresbezoek blijft een snelle winstpakker.