Met een enorme, landelijke inspanning die de Verenigde Staten tegen 2050 zouden kunnen bereiken met behulp van bestaande technologie en tegen kosten die in lijn zijn met historische uitgaven aan energie, Dat blijkt uit een onderzoek onder leiding van onderzoekers van Princeton University.

Het nieuwe "Net-Zero America"-onderzoek schetst vijf verschillende technologische routes voor de Verenigde Staten om hun hele economie koolstofarm te maken. Het onderzoek is de eerste studie die met deze mate van specificiteit kwantificeert en in kaart brengt, de infrastructuur die moet worden gebouwd en de investeringen die nodig zijn om het land te runnen zonder meer broeikasgassen in de atmosfeer uit te stoten dan er elk jaar uit worden verwijderd. Het is ook de eerste die aangeeft hoe banen en gezondheid in elke staat op een zeer gedetailleerd niveau zullen worden beïnvloed, soms naar de provincie.

De vijf scenario's van de studie beschrijven op een zeer gedetailleerde, per staat de schaal en het tempo van de mobilisatie van technologie en kapitaal die in het hele land nodig is, en de implicaties voor het landgebruik te benadrukken, gevestigde energie-industrieën, werkgelegenheid, en gezondheid. De eerste resultaten werden op 15 december vrijgegeven. in erkenning van de urgentie om de uitstoot van broeikasgassen te verminderen en de noodzaak van onmiddellijke federale, staat, en lokale beleidsinspanningen. Tijdschriftpublicaties volgen begin 2021.

Over de afgelopen tien jaar, er is een stortvloed aan onderzoek van universiteiten en toezeggingen van steden geweest, bedrijven en staten die inspanningen onderzoeken en afkondigen om energie en industriële systemen koolstofarm te maken. De taak is om de mondiale temperatuurstijging ruim onder de 2 graden Celsius te houden om de ergste effecten van klimaatverandering te voorkomen. Het doel van een economie zonder uitstoot betekent dat er niet meer broeikasgassen in de atmosfeer worden uitgestoten dan er permanent uit worden verwijderd door middel van technologiegedreven of verbeterde natuurlijke processen. Indien succesvol, de strategie zou de ophoping van broeikasgassen in de atmosfeer stoppen, die essentieel is om de opwarming van de aarde te beperken.

Eerder onderzoek heeft onderzocht of netto-nul technologisch mogelijk is en wat het zou kunnen kosten om daar te komen. Maar een ontbrekend stuk was een detail dat lokale functionarissen en autoriteiten zou kunnen informeren die verantwoordelijk zijn voor het nemen van beslissingen over belangrijke gebieden voor de overgang, zoals locatie en landgebruik, samen met informatie voor de gemeenschappen en belanghebbenden die deze beslissingen vormgeven en erdoor worden beïnvloed.

"De meeste studies bieden deze hoge geografische resolutie niet voor elke staat in het land, waardoor het moeilijk is om tastbaar te waarderen wat er nodig is om netto-nul te bereiken. Ons onderzoek helpt om een ​​netto-nul toekomst levendig en echt te maken voor mensen, " zei Eric Larson, een hoofdonderzoeker van de studie en een senior onderzoeksingenieur bij het Andlinger Centrum voor Energie en Milieu. "Tenzij we onze mouwen opstropen en echt begrijpen wat we tegen wanneer moeten doen, we zullen onze doelen niet kunnen bereiken, " zei Larson, die ook de Energy Systems Analysis Group van het centrum leidt.

De studie van Princeton University werd geleid door docenten en onderzoekers van het Andlinger Centre for Energy and the Environment en het High Meadows Environmental Institute (HMEI). De projectleiders zijn onder meer Larson, Jesse Jenkins, universitair docent werktuigbouwkunde en ruimtevaarttechniek en het Andlinger Centrum voor Energie en Milieu, en Chris Greig, de Theodora D. &William H. Walton III Senior Research Scientist bij het Andlinger Center. Het onderzoek is een lopend project van HMEI's Carbon Mitigation Initiative, een onderzoeksprogramma gericht op het bestuderen en aanpakken van klimaatverandering, en is afgestemd op de Rapid Switch van het Andlinger Center, een breed onderzoeksinitiatief dat onderzoekt hoe de inspanningen voor decarbonisatie wereldwijd kunnen worden versneld.

Het nieuwe onderzoek, waarbij tien Princeton-onderzoekers en acht externe medewerkers betrokken waren, beschrijft vijf wegen waarlangs de Verenigde Staten de hele economie in de komende 30 jaar koolstofvrij kunnen maken.

John Holden, voormalig wetenschappelijk adviseur van president Obama en voormalig directeur van het Witte Huis Office of Science and Technology Policy, noemde de studie opmerkelijk en zei dat het de aandacht vestigde op de gebieden waar beleidsmaatregelen het meest nodig zijn.

"Iedereen die serieus geïnteresseerd is in de cruciale kwestie van de toekomst van het energieklimaat van dit land - niet in het minst de nieuwe regering Biden-Harris - moet de bevindingen van deze buitengewone studie begrijpen, " zei Holden, die professor is aan Harvard's Kennedy School of Government en Department of Earth and Planetary Sciences, en de John A. Paulson School of Engineering and Applied Science.

Omdat alle vijf scenario's het land naar een netto-nuluitstoot brengen, de onderzoekers zijn neutraal over wat het "beste" is of het meest waarschijnlijk zal worden geïmplementeerd. Alle trajecten bleken betrekking te hebben op jaarlijkse uitgaven aan energie binnen het historische bereik van wat het land elk jaar aan energie uitgeeft, ongeveer 4-6% van het bruto binnenlands product, of BBP.

"Netto-zero-routes vereisen een vergelijkbaar deel van het BBP dat we vandaag aan energie besteden, maar we moeten investeringen onmiddellijk verschuiven naar nieuwe schone infrastructuur in plaats van bestaande systemen, ' zei Jenkins.

Volgens het onderzoek is het volgen van een "business-as-usual"-traject zonder gezamenlijke inspanningen om de CO2-uitstoot te verminderen, het land zou de komende tien jaar ongeveer 9,4 biljoen dollar aan energie uitgeven. In alle vijf netto-nulscenario's, de kosten van het energiesysteem worden geschat op slechts ongeveer 3% (of $ 300 miljard) meer voor het decennium, en dit percentage krimpt verder als de olie- en gasprijzen hoger zijn dan gemodelleerd.

"We hebben nu een goede hoeveelheid bewijs dat laat zien, 'Ja, het is betaalbaar.' We kunnen het, "zei Larson. "En, natuurlijk, er zijn aanzienlijke kosten om niets te doen. Klimaatwetenschap heeft aangetoond dat ongecontroleerde opwarming gemeenschappen hier in Amerika en over de hele wereld zal schaden, van veranderingen in het ziektepatroon tot de verplaatsing van miljoenen mensen door de stijging van de zeespiegel en overstromingen door hevigere stormen."

De scenario's die de nieuwe onderzoeksdetails omvatten een "hoge elektrificatie" of E+ scenario, waarbij gebouwen en transport op agressieve wijze worden geëlektrificeerd, zodat in 2050 100% van de auto's elektrisch is. Het "minder hoge elektrificatie" of E-scenario, elektrificeert langzamer en gebruikt langer meer vloeibare en gasvormige brandstoffen. Een ander scenario, genoteerd als E-B+, zorgt ervoor dat veel meer biomassa kan worden gebruikt in het energiesysteem, die, in tegenstelling tot de andere vier scenario's, zou vereisen dat een deel van het land dat momenteel wordt gebruikt voor voedsellandbouw moet worden omgezet in energiegewassen. De E+ RE+-route is een scenario van "alle hernieuwbare energiebronnen" en is ook technologisch het meest beperkend. Het gaat ervan uit dat er geen nieuwe kerncentrales zullen worden gebouwd, verbiedt ondergrondse opslag van koolstofdioxide, en elimineert het gebruik van fossiele brandstoffen tegen 2050. Het vertrouwt in plaats daarvan op massale en snelle inzet van wind en zon en een grotere productie van waterstof om de koolstofdoelstellingen te halen. Het E+ RE- scenario, ter vergelijking, vertrouwt op "beperkte hernieuwbare energiebronnen, " de jaarlijkse bouw van windturbines en zonne-energiecentrales te beperken tot niet sneller dan de snelste snelheden die het land in het verleden heeft behaald, maar verwijdert andere beperkingen. Dit scenario hangt sterker af van de uitbreiding van elektriciteitscentrales met koolstofafvang en kernenergie.

"Sinds het bereiken van netto-nul betaalbaar lijkt, de volgende belangrijke vraag is of we dit gaan doen, hoe willen we het doen? Iedereen heeft baat bij het beperken van de klimaatverandering, maar de verschillende scenario's hebben ongelijke effecten als ze zich afspelen. Wie profiteert meer, en wie betaalt meer? Kunnen we het eerlijk doen, en zodat genoeg mensen duidelijke voordelen zien dat er een blijvende coalitie van steun is?" zei Jenkins.

Hij zei dat die vragen heel anders zijn dan die waar energie- en klimaatonderzoekers zich doorgaans mee bezighouden. daarom vereiste Net-Zero America-onderzoek een groot team met diverse disciplinaire achtergronden en vaardigheden om het onderzoek uit te voeren. In alle vijf scenario's de onderzoekers vonden grote gezondheids- en economische voordelen in het hele land. Op elk pad, tegen 2030 wordt steenkool niet meer gebruikt voor energieopwekking, en er is een bijbehorende vermindering van de uitstoot van stikstofoxiden, zwaveloxiden en fijnstof uit elektriciteitscentrales. Het verminderen van blootstelling aan fijnstof vermijdt 100, 000 vroegtijdige sterfgevallen, wat overeenkomt met bijna $ 1 biljoen aan voordelen voor luchtvervuiling, tegen het midden van de eeuw vergeleken met een "business-as-usual"-traject.

De acties om een ​​netto-nuluitstoot te bereiken, creëren ongeveer 500, 000 tot 1 miljoen nieuwe energiebanen in het hele land alleen al in de jaren 2020, met netto banenstijgingen in bijna elke staat. De scenario's die meer afhankelijk zijn van wind en zon zorgen voor meer energiebanen. In bijna alle staten, het banenverlies in de winningsindustrieën wordt ruimschoots gecompenseerd door een toename van de bouw en productie in de schone energiesector. In sommige staten waar de economie sterk afhankelijk is van steenkool en olie, zullen aanzienlijke banenverschuivingen en -overgangen plaatsvinden. zoals West Virginia en Louisiana. De onderzoekers zeiden dat de gedetailleerde bevindingen nuttig zijn om te bepalen waar en wanneer dislocatie zal plaatsvinden en openbare beleidsstrategieën kunnen informeren om deze overgangen effectief te beheren.

"Deze bevindingen kunnen kritisch beleid informeren dat kan helpen de effecten van de overgang te beheersen en een rechtvaardiger schone energie-economie en samenleving te creëren, " zei Erin Mayfield, een postdoctoraal onderzoeker bij HMEI die de analyse van werkgelegenheid en luchtverontreiniging in het onderzoek leidde.

In alle netto-nul scenario's, de vereiste schaal van investeringen en het tempo van de bouw van nieuwe infrastructuur vereisen dat snelle verandering onmiddellijk begint, aldus de onderzoekers.

"We hebben alle technologieën die we nodig hebben om aan de slag te gaan. We moeten ze veel sneller inzetten dan we nu zijn, en we moeten ook investeren om reële opties te creëren voor die minder volwassen technologieën die op de langere termijn nodig zullen zijn, " zei Greig.

Wind- en zonne-energie, samen met de elektrificatie van gebouwen en auto's, moet dit decennium snel groeien om de natie op een netto-nultraject te laten komen. De onderzoekers zeiden dat de jaren 2020 ook moeten worden gebruikt om technologieën te blijven ontwikkelen, zoals die welke koolstof opvangen bij aardgas- of cementfabrieken of die die water splitsen om waterstof te produceren, zodat ze betaalbaar zijn om in de jaren 2030 op grote schaal in te zetten. Maar voor de komende jaren de onderzoekers zeiden dat het grootste deel van de grote investeringen draait om schone elektriciteit en elektrificatie en vergelijkbaar is in alle scenario's.

Volgens het onderzoek is de Verenigde Staten zullen hun elektriciteitstransmissiesystemen tegen 2030 met 60% moeten uitbreiden, en tegen 2050 wellicht verdrievoudigd. Gebouwen elektrificeren, voornamelijk door het toevoegen van warmtepompen voor water- en ruimteverwarming, en elektrisch vervoer is een volgende stap die in de jaren 2020 moet worden versneld om de weg vrij te maken voor elk van de routes.

"Het huidige elektriciteitsnet heeft 150 jaar geduurd om te bouwen. Nu, om tegen 2050 tot nul uitstoot te komen, we moeten die hoeveelheid transmissie de komende 15 jaar opnieuw bouwen en dan in de 15 jaar daarna weer zoveel meer bouwen. Het is een enorme hoeveelheid verandering, ' zei Jenkins.

Een cruciaal punt voor het aandrijven van deze agenda voor schone energie is waar nieuwe productiefaciliteiten voor zonnepanelen en windturbines worden gebouwd, en waar de zonne- en windparken zelf staan, samen met fabrieken voor de productie van biobrandstoffen. Het onderzoek levert stads- en regiokaarten op die laten zien waar het het goedkoopst is om deze voorzieningen te bouwen en waar ze het meest efficiënt in het energiesysteem kunnen worden geïntegreerd. Maar dit houdt geen rekening met de sociale en menselijke aspecten van waar nieuwe infrastructuur moet worden gebouwd.

"Individuen en gemeenschappen in het hele land zullen op verschillende manieren worden beïnvloed door netto-nulovergangen. Alle Amerikanen zullen cruciale partners zijn in deze overgang, en we moeten rekening houden met de behoeften en waarden van gemeenschappen bij het plannen en implementeren van de zeer belangrijke infrastructuur en andere ontwikkelingen die nodig zijn om netto-nul te bereiken, " zei Greig.

De onderzoekers zeiden te hopen dat het rapport, door een verscheidenheid aan toekomsten te bieden, vertrouwen geven dat de Verenigde Staten verschillende echte wegen hebben om tot nul-emissies te komen, en helpen bij het sturen van investerings- en beleidsprioriteiten voor de komende jaren. Ze zeiden dat het onderzoek inzichten biedt over hoe op korte termijn beslissingen kunnen worden genomen die consistent zijn met het elimineren van de netto-koolstofuitstoot over 30 jaar.

"Geen van de Princeton-scenario's zal blijken te kloppen, ' maar samen geven ze een boeiend beeld van mogelijke paden voorwaarts, ' zei Holden.

"De motivatie is om besluitvormers gedetailleerde richtlijnen te geven over wat er nodig is om die netto-nul-toezeggingen te realiseren, met een focus op de acties die we vandaag moeten ondernemen en die blijvende gevolgen zullen hebben lang nadat de CEO met pensioen is of de beleidsmaker afwezig is, ' zei Jenkins.