At transformere kulstoføkonomien

De fleste strategier til bekæmpelse af klimaændringer koncentrerer sig om at reducere drivhusgasemissioner ved at erstatte fossile brændstoffer med ikke-kulstofenergikilder, men en taskforce bestilt i juni 2016 af den tidligere amerikanske energiminister Ernest Moniz foreslog i december 2016 en ramme for evaluering af forskning og udvikling på to yderligere strategier:genanvendelse af kuldioxid og fjernelse af store mængder kuldioxid fra atmosfæren. Disse strategier blev udviklet under en enkelt ramme med det mål at producere en samlet emissionsreduktion for Jorden på mindst en milliard tons kuldioxid om året.

Taskforcemedlemmer sagde, at disse tilgange ville supplere kulstoffri tilgange baseret på elektrificering, herunder vind- og solenergi, ved at fremme kulstoffattige strategier, der tilbageholder flydende og gasformige brændstoffer til distribution af energi til transport, bygninger, og industri. Disse strategier kunne også muliggøre en samlet nettofjernelse af kulstof fra atmosfæren, hvis verden på et fremtidigt tidspunkt ønsker at reducere den globale koncentration af kuldioxid. Taskforcen overvejede kun teknologier, der har potentiale til at opnå reduktioner i størrelsesordenen en milliard tons CO2 om året, som repræsenterer omkring 2,5 procent af de årlige globale emissioner (ca. 40 milliarder tons i dag).

Arun Majumdar, en professor ved Stanford University, der var formand for Task Force for Secretary of Energy Advisory Board, sagde, at forskningsmuligheder i så stor skala potentielt kunne omfatte udnyttelse af landbrugsafgrøder til at lagre mere kulstof i jorden, genbruge kuldioxid til at danne plastik og brændstoffer, og lagring af kuldioxid i massive underjordiske reservoirer, mens der produceres nogle brændstoffer.

"Vi er glade for at have været i stand til at give de første skridt mod en sammenhængende strategi for forskningsmuligheder, " sagde Majumdar. "Rækken af ​​muligheder, der er modne til forskning, er virkelig imponerende."

Taskforcen, består af deltagere fra otte universiteter, fokuseret på hele systemer. I et eksempel planter modificeres for at øge deres effektivitet i at opfange kuldioxid fra atmosfæren under fotosyntese og for at udvikle dybere rødder til at lagre kulstoffet i jorden.

Ved slutningen af ​​processen, atmosfæren er blevet renset for kuldioxid, og kulstof er blevet overført fra atmosfæren til jorden.

Sally Benson, en Stanford-professor og et taskforce-medlem, sagde, at der stadig er behov for en hel del forskning om denne proces og andre inkluderet i rapporten. "Hver af de strategier, vi har gennemgået, har sin egen forskningsfront, " hun sagde.

Fordi disse strategier er afhængige af løsninger på industriniveau, såsom fjernelse af kuldioxid ved skorstenen eller ændring af landbrugsmetoder for at fastholde kulstof i jorden, de kræver udvikling af ny teknologi og nye industrielle processer.

"Behovet er akut, og vi skal udvikle og bruge flere strategier til at bekæmpe klimaændringer, " sagde taskforcemedlem Emily A. Carter, dekan for School of Engineering and Applied Science og stiftende direktør for Andlinger Center for Energy and the Environment ved Princeton University. "Men at forfølge disse forskningsmuligheder vil ikke kun gavne klimaændringer. Som vi har set i mere end et århundrede, investering i videnskab og ingeniørforskning betaler sig i nye teknologier, nye industrier, job, og samfundsmæssige fordele langt ud over den oprindelige udgift og på måder, vi ikke kan forudsige."

Taskforcens anbefalinger blev leveret i en rapport til energiminister Ernest J. Moniz den 13. december, 2016. John Deutch, en emeritus professor og tidligere prost ved Massachusetts Institute of Technology og formand for Secretary of Energy Advisory Board, sagde i et brev til Moniz, at rapporten "har malet en videnskabeligt interessant dagsorden for dekarbonisering, som burde være af interesse for det videnskabelige samfund, der skriver stort."

Taskforcen - bestående af eksperter fra Duke, Harvard, Georgia Tech, MIT, Princeton, Stanford, University of Illinois og Washington University, samt en tidligere embedsmand fra ExxonMobil - advarede om, at udviklingen af ​​systemer til at reducere CO2-emissioner i en sådan skala ville være vanskelig og kompleks. Medlemmerne sagde også, at nogle af teknikkerne kunne have uventede resultater og opfordrede regeringen til at investere i forskning for at evaluere virkningerne af teknologierne, både tilsigtet og utilsigtet, ud over deres evne til at reducere atmosfærisk CO2.

At tage skridt til at reducere atmosfærisk CO2 ville kræve et bredt samarbejde mellem akademiske forskere, regering og politiske ledere, og industri, rapporten konkluderede. Et appendiks til rapporten analyserer strømmen af ​​teknologi fra laboratorier til samfundet og fandt, at alle disse grupper spiller en afgørende rolle i udviklingen af ​​ny teknologi.

Taskforcen fremsatte fem anbefalinger om forskning og udvikling:

• Forbedre og udvide systemmodellering. Medlemmerne fandt ud af, at på grund af kompleksiteten af ​​storstilet CO2-reduktion, forbedrede modeller baseret på en systemtilgang er nødvendige for at evaluere påvirkninger af atmosfæren, økologiske systemer, og økonomien.
• Udnyt det naturlige biologiske kredsløb, hvor planter absorberer og lagrer atmosfærisk CO2. Der er behov for at evaluere, hvordan man kan optimere afgrøder til at absorbere større mængder kuldioxid og lagre mere kulstof i jorden i lange perioder, uden en større stigning i nødvendige ressourcer såsom vand og gødning; hvordan man fremmer landbrugsteknikker, der forlænger den tid, kulstof forbliver i jorden; og hvordan man bruger forskellige biologiske ressourcer, såsom kæmpe tang, som et lager for biobrændstoffer.
• Udforsk syntetisk omdannelse af CO2 til nyttige brændstoffer og produkter. Kuldioxid kan omdannes til værdifulde kemikalier og brændstoffer, men det kræver energi at gøre det. En kritisk del af dette system ville være billig kulstoffri energi til at drive denne konvertering. Taskforcen anbefalede, at det videnskabelige samfund forfølger forskning for at udforske bedre materialer og systemer, der muliggør reaktioner, der ville gøre CO2-omdannelse billigere og mere effektiv.
• Evaluer lagringen af ​​CO2 i geologiske formationer. Tidligere arbejde med forbedret olieudvinding (EOR) fokuserede på at minimere lagringen af ​​CO2 for at udvinde kulbrinter. Taskforcen anbefalede at udvikle avanceret EOR, hvor man ville samoptimere CO2-lagring og kulbrinteudvinding på en sådan måde, at der ville blive lagret væsentligt mere kulstof, end der udvindes i fossile brændstoffer.
• Undersøg forbedrede metoder til at adskille og opfange kuldioxid fra en blanding af gasser, en proces, der i øjeblikket er for dyr og energikrævende. Der er behov for både opdagelse af forbedrede stoffer til at absorbere kuldioxid og udvikling af processer, der er i stand til at separere og lagre kuldioxid i stor skala. Forbedrede sorbenter ville reducere omkostningerne ved "direkte luftindfangning, " som involverer at absorbere kuldioxid direkte fra luften og koncentrere det til brug eller opbevaring.

"Vores rapport skal hjælpe folk med at værdsætte den enorme indsats, der vil kræves for at omkonfigurere vores energisystem for at gøre det bæredygtigt i lyset af klimaændringer, geopolitisk stabilitet, og ansvarlig brug af jord, " sagde Robert Socolow, en professor emeritus i mekanik og rumfartsteknik og meddirektør for Carbon Mitigation Initiative ved Princeton Environmental Institute. "Vores rapport giver en nyttig struktur til at adressere plusser og minusser ved flere mindre velkendte tilgange."