En stor, men overkommelig indsats, der er nødvendig for, at Amerika kan nå netto-nul-emissioner i 2050, viser undersøgelse

Med en massiv, landsdækkende indsats, at USA kunne nå netto-nul-emissioner af drivhusgasser i 2050 ved hjælp af eksisterende teknologi og til omkostninger, der er tilpasset de historiske udgifter til energi, ifølge en undersøgelse ledet af Princeton University-forskere.

Den nye "Net-Zero America"-forskning skitserer fem forskellige teknologiske veje for USA til at dekarbonisere hele sin økonomi. Forskningen er den første undersøgelse, der kvantificerer og kortlægger med denne grad af specificitet, den infrastruktur, der skal bygges, og de investeringer, der skal til for at drive landet uden at udlede flere drivhusgasser til atmosfæren, end der fjernes fra det hvert år. Det er også den første til at udpege, hvordan job og sundhed vil blive påvirket i hver stat på et meget detaljeret niveau, nogle gange ned til amtet.

Undersøgelsens fem scenarier beskriver en meget detaljeret, stat-for-stat niveau omfanget og tempoet for teknologi og kapitalmobilisering, der er nødvendig i hele landet, og fremhæve konsekvenserne for arealanvendelsen, etablerede energiindustrier, beskæftigelse, og sundhed. De første resultater blev offentliggjort den 15. december, i erkendelse af, at det haster med at reducere drivhusgasemissionerne og behovet for øjeblikkelig føderal, stat, og lokale politiske indsatser. Tidsskriftspublikationer vil følge i begyndelsen af ​​2021.

I løbet af det sidste årti, der har været en strøm af forskning fra universiteter og løfter fra byer, virksomheder og stater, der undersøger og promulgerer bestræbelser på at dekarbonisere energi og industrielle systemer. Opgaven er at holde den globale temperaturstigning til et godt stykke under 2 grader celsius for at undgå de værste konsekvenser af klimaforandringerne. Målet med en "netto-nul emission" økonomi betyder, at der ikke udsendes flere drivhusgasser til atmosfæren, end der permanent fjernes fra den gennem teknologidrevne eller forbedrede naturlige processer. Hvis det lykkes, strategien ville stoppe opbygningen af ​​drivhusgasser i atmosfæren, som er afgørende for at begrænse den globale opvarmning.

Tidligere forskning har undersøgt, om net-nul er teknologisk muligt, og hvad det kan koste at komme dertil. Men en manglende brik har været en detalje, der kunne informere lokale embedsmænd og myndigheder, der er ansvarlige for at træffe beslutninger om vigtige områder for overgangen, såsom placering og arealanvendelse, sammen med information til de samfund og interessenter, der former og påvirkes af disse beslutninger.

"De fleste undersøgelser giver ikke denne høje geografiske opløsning for hver stat i landet, gør det svært at forstå, hvad der skal til for at nå netto-nul. Vores forskning hjælper med at gøre en netto-nul fremtid levende og virkelig for mennesker, " sagde Eric Larson, en ledende forsker i undersøgelsen og en senior forskningsingeniør ved Andlinger Center for Energi og Miljø. ”Medmindre vi bretter ærmerne op og virkelig forstår, hvad vi skal gøre, når, vi vil ikke være i stand til at nå vores mål, sagde Larson, der også leder centrets Energisystemanalysegruppe.

Princeton University-undersøgelsen blev ledet af fakultetet og forskere ved Andlinger Center for Energy and the Environment og High Meadows Environmental Institute (HMEI). Projektlederne inkluderer Larson, Jesse Jenkins, adjunkt i maskin- og rumfartsteknik og Andlinger Center for Energi og Miljø, og Chris Greig, Theodora D. &William H. Walton III seniorforsker ved Andlinger Center. Forskningen er et igangværende projekt af HMEI's Carbon Mitigation Initiative, et forskningsprogram med fokus på at studere og håndtere klimaændringer, og er tilpasset Andlinger Centers Rapid Switch, et bredt forskningsinitiativ, der undersøger, hvordan man kan accelerere dekarboniseringsindsatsen globalt.

Den nye forskning, som involverede ti Princeton-forskere og otte eksterne samarbejdspartnere, opstiller fem veje, hvormed USA kan dekarbonisere hele økonomien i de næste 30 år.

John Holdren, tidligere videnskabsrådgiver for præsident Obama og tidligere direktør for Det Hvide Hus Office of Science and Technology Policy, kaldte undersøgelsen bemærkelsesværdig og sagde, at den gjorde opmærksom på de områder, hvor der er størst behov for politiske foranstaltninger.

"Alle seriøst interesserede i det afgørende spørgsmål om dette lands energi-klimafremtid - ikke mindst den nye Biden-Harris-administration - har brug for at forstå resultaterne af denne ekstraordinære undersøgelse, sagde Holdren, som er professor ved Harvards Kennedy School of Government og Department of Earth and Planetary Sciences, og John A. Paulson School of Engineering and Applied Science.

Fordi alle fem scenarier bringer landet til netto-nul-emissioner, forskerne er neutrale med hensyn til, hvad der er "bedst" ​​eller mest sandsynligt at blive implementeret. Alle veje viste sig at involvere årlige udgifter til energi inden for det historiske område af, hvad landet bruger på energi hvert år, omkring 4-6 % af bruttonationalproduktet, eller BNP.

"Net-nul-veje kræver at bruge en tilsvarende brøkdel af BNP, som vi bruger på energi i dag, men vi er nødt til øjeblikkeligt at flytte investeringer mod ny ren infrastruktur i stedet for eksisterende systemer, " sagde Jenkins.

Ifølge undersøgelsen, at følge en "business-as-usual"-vej uden samordnet dekarboniseringsindsats, landet ville bruge omkring 9,4 billioner dollars på energi i løbet af det næste årti. I alle fem net-nul scenarier, energisystemomkostningerne anslås til kun at være omkring 3 % (eller 300 milliarder dollars) mere i årtiet, og denne procentdel falder yderligere, hvis olie- og gaspriserne er højere end modelleret.

"Vi har nu en god mængde beviser, der viser, 'Ja, det er overkommeligt.' Vi kan gøre det, sagde Larson. Og, selvfølgelig, der er betydelige omkostninger ved ikke at gøre noget. Klimavidenskab har vist, at ukontrolleret opvarmning vil skade samfund her i Amerika og over hele verden fra ændringer i sygdomsmønster til fordrivelse af millioner af mennesker fra havniveaustigninger og oversvømmelser fra mere intense storme."

Scenarierne, som den nye forskning beskriver, inkluderer et "høj elektrificering" eller E+ scenarie, som involverer aggressiv elektrificering af bygninger og transport, således at 100% af bilerne er elektriske i 2050. Den "mindre høje elektrificering" eller E-scenario, elektrificerer i langsommere hastighed og bruger mere flydende og gasformigt brændstof i længere tid. Et andet scenarie, noteret som E-B+, gør det muligt at bruge meget mere biomasse i energisystemet, hvilken, i modsætning til de andre fire scenarier, ville kræve at konvertere noget land, der i øjeblikket bruges til fødevarelandbrug, til at dyrke energiafgrøder. E+ RE+-vejen er et "al-vedvarende energi"-scenarie og er også det mest teknologisk restriktive. Det antager, at der ikke vil blive bygget nye atomkraftværker, tillader underjordisk opbevaring af kuldioxid, og eliminerer al brug af fossilt brændstof inden 2050. Den er i stedet afhængig af massiv og hurtig udbredelse af vind- og solenergi og større produktion af brint for at nå kulstofmålene. E+ RE- scenariet, til sammenligning, er afhængig af "begrænset vedvarende energi, "at begrænse den årlige konstruktion af vindmøller og solenergianlæg til ikke at være hurtigere end de hurtigste satser, landet har opnået i fortiden, men fjerner andre restriktioner. Dette scenarie afhænger i højere grad af udbygningen af ​​kraftværker med kulstoffangst og atomkraft.

"Da det ser overkommeligt ud at nå nul, Det næste nøglespørgsmål er, om vi skal gøre dette, hvordan vil vi gøre det? Alle vil drage fordel af at begrænse klimaændringer, men de forskellige scenarier har ujævne effekter, efterhånden som de udspiller sig. Hvem gavner mere, og hvem betaler mere? Kan vi gøre det retfærdigt, og så nok mennesker ser klare fordele ved, at der er en vedvarende koalition af støtte?" sagde Jenkins.

Han sagde, at disse spørgsmål er meget forskellige fra dem, som energi- og klimaforskere typisk adresserer, Derfor krævede Net-Zero America-forskning et stort hold med forskellig disciplinær baggrund og færdigheder til at udføre undersøgelsen. I alle fem scenarier, forskerne fandt store sundhedsmæssige og økonomiske fordele over hele landet. På hver vej, i 2030 bruges kul ikke længere til elproduktion, og der er en tilhørende reduktion i emissioner af nitrogenoxider, svovloxider og fine partikler fra kraftværker. Ved at reducere eksponeringen for fine partikler undgås 100, 000 for tidlige dødsfald, hvilket svarer til næsten 1 billion USD i luftforureningsfordele, i midten af ​​århundredet sammenlignet med en "business-as-usual"-vej.

Aktionerne for at opnå netto-nul-emissioner skaber cirka 500, 000 til 1 million nye energijob over hele landet alene i 2020'erne, med nettojobstigninger i næsten alle stater. Scenarierne, der i højere grad er afhængige af vind og sol, ser flere energijobs skabt. I næsten alle stater, Tab af arbejdspladser i fossile udvindingsindustrier er mere end opvejet af en stigning i byggeri og fremstilling i sektoren for ren energi. Betydelige jobforskydninger og overgange vil forekomme i nogle stater, hvor økonomien er stærkt afhængig af kul og olie, såsom West Virginia og Louisiana. Forskerne sagde, at de granulære resultater er nyttige til at identificere hvor og hvornår dislokation vil forekomme og kan informere offentlige politiske strategier for effektivt at styre disse overgange.

"Disse resultater kan informere kritiske politikker, der kan hjælpe med at håndtere virkningerne af overgangen og skabe en mere retfærdig ren energiøkonomi og samfund, " sagde Erin Mayfield, en postdoc-forsker ved HMEI, der ledede beskæftigelses- og luftforureningsanalysen i undersøgelsen.

I alle net-nul scenarier, den påkrævede omfang af investeringer og tempoet i opbygningen af ​​ny infrastruktur kræver, at hurtige ændringer starter med det samme, sagde forskerne.

"Vi har alle de teknologier, vi har brug for for at komme i gang. Vi skal implementere dem meget hurtigere, end vi er i dag, og vi skal også investere for at skabe reelle muligheder for de mindre modne teknologier, som vil være nødvendige på længere sigt, sagde Greig.

Vind- og solenergi, sammen med elektrificering af bygninger og biler, skal vokse hurtigt i dette årti, for at nationen kan være på en netto-nul-bane. Forskerne sagde, at 2020'erne også skal bruges til at fortsætte med at udvikle teknologier, såsom dem, der fanger kulstof på naturgas- eller cementfabrikker eller dem, der spalter vand for at producere brint, så de er overkommelige at implementere i stor skala i 2030'erne. Men i de næste mange år, forskerne sagde, at det meste af de store investeringer drejer sig om ren elektricitet og elektrificering og er ens på tværs af alle scenarierne.

Ifølge undersøgelsen, USA bliver nødt til at udvide sine eltransmissionssystemer med 60 % inden 2030, og skal muligvis tredobles inden 2050. Elektrificerende bygninger, primært ved at tilføje varmepumper til vand- og rumvarme, og elektrificerende transport er endnu et skridt, der skal accelereres i 2020'erne for at sætte scenen for nogen af ​​ruterne.

"Det nuværende elnet tog 150 år at bygge. Nu, at nå netto-nul-emissioner i 2050, vi skal bygge den mængde transmission igen i de næste 15 år og så bygge så meget mere igen i de 15 år efter det. Det er en enorm mængde forandring, " sagde Jenkins.

Et kritisk spørgsmål for at drive denne dagsorden for ren energi er, hvor nye solpaneler og vindmøllefabrikker bygges, og hvor selve sol- og vindmølleparkerne er placeret, sammen med biobrændstofproduktionsanlæg. Forskningen leverer by- og regionskort, der viser, hvor det er billigst at bygge disse faciliteter, og hvor de integreres mest effektivt i energisystemet. Men dette tager ikke højde for de sociale og menneskelige aspekter af, hvor man skal bygge ny infrastruktur.

"Individer og lokalsamfund over hele landet vil blive påvirket af netto-nul overgange på forskellige måder. Alle amerikanere vil være afgørende partnere i denne overgang, og vi skal være følsomme over for fællesskabernes behov og værdier, når vi planlægger og implementerer den meget betydningsfulde infrastruktur og andre udviklinger, der er nødvendige for at nå netto-nul, sagde Greig.

Forskerne sagde, at de håber, at rapporten vil ved at tilbyde en række forskellige futures, give tillid til, at USA har adskillige ægte veje til at nå netto-nul-emissioner, og hjælpe med at vejlede investerings- og politiske prioriteter over de næste par år. De sagde, at forskningen giver indsigt i, hvordan man træffer beslutninger på kort sigt, der er i overensstemmelse med eliminering af netto-kulstofemissioner 30 år fra nu.

"Ingen af ​​Princeton-scenarierne vil vise sig at være 'rigtige' men sammen giver de et overbevisende billede af mulige veje fremad, sagde Holdren.

"Motivationen er at give en detaljeret vejledning til beslutningstagere om, hvad der skal til for at gøre disse netto-nul løfter til virkelighed, med fokus på de handlinger, vi skal tage i dag, som vil have varige konsekvenser længe efter, at den administrerende direktør er pensioneret, eller politikeren er ude af kontoret, " sagde Jenkins.