La maggior parte delle strategie per combattere il cambiamento climatico si concentra sulla riduzione delle emissioni di gas serra sostituendo le fonti di energia senza carbonio ai combustibili fossili, ma una task force commissionata nel giugno 2016 dall'ex segretario all'Energia degli Stati Uniti Ernest Moniz ha proposto un quadro nel dicembre 2016 per valutare la ricerca e lo sviluppo su due strategie aggiuntive:riciclare l'anidride carbonica e rimuovere grandi quantità di anidride carbonica dall'atmosfera. Queste strategie sono state sviluppate sotto un unico quadro con l'obiettivo di produrre una riduzione complessiva delle emissioni per la Terra di almeno un miliardo di tonnellate di anidride carbonica all'anno.

I membri della task force hanno affermato che questi approcci integrerebbero gli approcci privi di carbonio basati sull'elettrificazione, compresa l'energia eolica e solare, promuovendo strategie a basse emissioni di carbonio che trattengono combustibili liquidi e gassosi per usi distributivi di energia nei trasporti, edifici, e industria. Queste strategie potrebbero anche consentire la rimozione netta complessiva del carbonio dall'atmosfera, se in futuro il mondo vorrà ridurre la concentrazione globale di anidride carbonica. La task force ha preso in considerazione solo le tecnologie che hanno il potenziale per ottenere riduzioni sulla scala di un miliardo di tonnellate di CO2 all'anno, che rappresenta circa il 2,5 per cento delle emissioni globali annuali (circa 40 miliardi di tonnellate oggi).

Arun Majumdar, un professore della Stanford University che ha presieduto la Task Force del Comitato consultivo del Segretario per l'energia, ha affermato che le vie di ricerca su così vasta scala potrebbero potenzialmente includere l'utilizzo di colture agricole per immagazzinare più carbonio nel suolo, riutilizzare l'anidride carbonica per formare plastica e combustibili, e immagazzinare anidride carbonica in enormi serbatoi sotterranei mentre produce alcuni combustibili.

"Siamo entusiasti di essere stati in grado di fornire i primi passi verso una strategia coerente di opportunità di ricerca, " Ha detto Majumdar. "La gamma di opzioni che sono mature per la ricerca è davvero impressionante".

La task force, composto da partecipanti provenienti da otto università, focalizzato su interi sistemi. In un esempio, le piante vengono modificate per aumentare la loro efficienza nel catturare l'anidride carbonica dall'atmosfera durante la fotosintesi e per sviluppare radici più profonde per immagazzinare il carbonio nel suolo.

Alla fine del processo, l'atmosfera è stata ripulita dall'anidride carbonica, e il carbonio è stato trasferito dall'atmosfera al suolo.

Sally Benson, un professore di Stanford e un membro della task force, ha affermato che sono ancora necessarie molte ricerche su questo processo e su altri inclusi nel rapporto. "Ognuna delle strategie che abbiamo esaminato ha la sua frontiera di ricerca, " lei disse.

Poiché queste strategie si basano su soluzioni a livello industriale come la rimozione dell'anidride carbonica nella ciminiera o la modifica dei metodi di coltivazione per trattenere il carbonio nel suolo, richiedono lo sviluppo di nuove tecnologie e nuovi processi industriali.

"Il bisogno è urgente, e dobbiamo sviluppare e utilizzare molteplici strategie per combattere il cambiamento climatico, " ha detto il membro della task force Emily A. Carter, preside della School of Engineering and Applied Science e direttore fondatore dell'Andlinger Center for Energy and the Environment presso la Princeton University. "Ma perseguire queste strade di ricerca non andrà a beneficio solo del cambiamento climatico. Come abbiamo visto per più di un secolo, gli investimenti nella ricerca scientifica e ingegneristica ripagano in nuove tecnologie, nuove industrie, lavori, e benefici per la società ben oltre la spesa iniziale e in modi che non possiamo prevedere".

Le raccomandazioni della task force sono state consegnate in un rapporto al Segretario per l'Energia Ernest J. Moniz il 13 dicembre, 2016. Giovanni Tedesco, professore emerito ed ex rettore presso il Massachusetts Institute of Technology e presidente del Comitato consultivo del Segretario per l'energia, ha affermato in una lettera a Moniz che il rapporto "ha dipinto un'agenda scientificamente interessante per la decarbonizzazione che dovrebbe interessare la comunità scientifica in senso lato".

La task force - composta da esperti della Duke, Harvard, Georgia Tech, MIT, Princeton, Stanford, Università dell'Illinois e Università di Washington, così come un ex funzionario di ExxonMobil - ha avvertito che lo sviluppo di sistemi per ridurre le emissioni di CO2 su tale scala sarebbe difficile e complesso. I membri hanno anche affermato che alcune delle tecniche potrebbero avere risultati inaspettati e hanno esortato il governo a investire nella ricerca per valutare gli impatti delle tecnologie, sia intenzionale che non intenzionale, oltre la loro capacità di ridurre la CO2 atmosferica.

Adottare misure per ridurre la CO2 atmosferica richiederebbe un'ampia cooperazione tra ricercatori accademici, leader del governo e delle politiche, e industria, concluso il rapporto. Un'appendice al rapporto analizza il flusso della tecnologia dai laboratori alla società e ha scoperto che tutti questi gruppi svolgono un ruolo fondamentale nello sviluppo di nuove tecnologie.

La task force ha formulato cinque raccomandazioni su ricerca e sviluppo:

• Migliorare ed espandere la modellazione dei sistemi. I membri hanno scoperto che, a causa della complessità della riduzione di CO2 su larga scala, sono necessari modelli migliorati basati su un approccio sistemico per valutare gli impatti sull'atmosfera, sistemi ecologici, e l'economia.
• Sfrutta il ciclo biologico naturale in cui le piante assorbono e immagazzinano la CO2 atmosferica. Occorre valutare come ottimizzare le colture per assorbire maggiori quantità di anidride carbonica e immagazzinare più carbonio nel suolo per lunghi periodi di tempo, senza un aumento importante delle risorse necessarie come acqua e fertilizzanti; come promuovere tecniche agricole che prolunghino il tempo di permanenza del carbonio nel suolo; e come utilizzare le varie risorse biologiche, come alghe giganti, come riserva per i biocarburanti.
• Esplora la trasformazione sintetica della CO2 in combustibili e prodotti utili. L'anidride carbonica può essere convertita in sostanze chimiche e combustibili preziosi, ma per farlo richiede energia. Una parte fondamentale di questo sistema sarebbe l'energia priva di carbonio a basso costo per guidare questa conversione. La task force ha raccomandato alla comunità scientifica di proseguire la ricerca per esplorare materiali e sistemi migliori che consentano reazioni che renderebbero la conversione della CO2 più economica ed efficiente.
• Valutare lo stoccaggio di CO2 nelle formazioni geologiche. Il lavoro passato sul recupero avanzato del petrolio (EOR) si è concentrato sulla riduzione al minimo dello stoccaggio di CO2 per estrarre gli idrocarburi. La task force ha raccomandato di sviluppare un EOR avanzato in cui si potrebbe co-ottimizzare lo stoccaggio di CO2 e l'estrazione di idrocarburi in modo tale da immagazzinare sostanzialmente più carbonio di quello estratto nei combustibili fossili.
• Studiare metodi migliorati per separare e catturare l'anidride carbonica da una miscela di gas, un processo attualmente troppo costoso e ad alta intensità energetica. Sono necessarie sia la scoperta di sostanze migliorate per assorbire l'anidride carbonica sia lo sviluppo di processi in grado di separare e immagazzinare l'anidride carbonica su larga scala. I migliori assorbenti ridurrebbero il costo della "cattura diretta dell'aria, " che comporta l'assorbimento di anidride carbonica direttamente dall'aria e la sua concentrazione per l'uso o lo stoccaggio.

"Il nostro rapporto dovrebbe aiutare le persone ad apprezzare l'immenso sforzo che sarà necessario per riconfigurare il nostro sistema energetico per renderlo sostenibile di fronte ai cambiamenti climatici, stabilità geopolitica, e uso responsabile del territorio, " ha detto Robert Socolow, professore emerito di ingegneria meccanica e aerospaziale e co-direttore della Carbon Mitigation Initiative presso il Princeton Environmental Institute. "Il nostro rapporto fornisce una struttura utile per affrontare i vantaggi e gli svantaggi di diversi approcci meno familiari".