Se limitiamo l'aumento della temperatura globale a 2 gradi sopra i livelli preindustriali, come previsto dall'accordo di Parigi sul clima, ci vorrà molto di più di una transizione verso fonti di energia a zero emissioni di carbonio come l'eolico e il solare. Richiederà tecnologie a emissioni zero, comprese le fonti energetiche che riducono effettivamente i livelli di anidride carbonica nell'atmosfera.

Mentre la maggior parte dei ricercatori e degli attivisti climatici concordano sul fatto che saranno necessarie soluzioni a emissioni zero per soddisfare i termini dell'obiettivo dell'accordo di Parigi, finora la maggior parte di queste soluzioni è stata considerata poco pratica a breve termine, soprattutto per grandi, paesi dipendenti dal carbone come la Cina.

Ora, ricercatori della Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences e dell'Harvard-China Project on Energy, Economia e Ambiente, in collaborazione con i colleghi della Tsinghua University di Pechino e di altre istituzioni in Cina, Australia e Stati Uniti, hanno analizzato la fattibilità tecnica ed economica per la Cina di passare alla generazione di energia elettrica a emissioni zero.

La ricerca è pubblicata su Atti dell'Accademia Nazionale delle Scienze .

"Questo documento suggerisce audacemente che non solo la Cina può muoversi verso una potenza di carbonio negativa, ma che può farlo in modo economicamente competitivo, " ha detto Michael McElroy, il Gilbert Butler Professor of Environmental Studies ad Harvard e co-autore senior dell'articolo.

"Il sistema che descriviamo non solo offre un'alternativa a emissioni zero per generare elettricità nel lungo periodo, ma porta anche un co-beneficio significativo a breve termine alla riduzione dell'inquinamento atmosferico in Cina, " ha detto Xi Lu, Professore Associato presso la School of Environment della Tsinghua University e primo autore dell'articolo. Lu è anche un ex studente laureato SEAS e borsista post-dottorato.

La strategia McElroy, Il layout di Lu e dei loro colleghi prevede la combinazione di due forme di energia verde:la gassificazione del carbone e la bioenergia e la cattura e lo stoccaggio del carbonio.

La bioenergia è uno degli strumenti più importanti nella cassetta degli attrezzi del carbonio negativo.

La bioenergia nasce dalla migliore CO ₂ scrubber sul pianeta:piante. Come molti di noi hanno imparato alle elementari, le piante usano la fotosintesi per convertire la CO ₂ in carbonio organico e ossigeno. Il carbonio immagazzinato nelle piante può essere riconvertito in energia attraverso la combustione (a.k.a., fuoco); fermentazione, come nella produzione di etanolo; o attraverso un processo noto come gassificazione, che converte i materiali ricchi di carbonio in monossido di carbonio, idrogeno e anidride carbonica per combustibili e prodotti chimici industriali.

Il processo di conversione della biomassa in energia e quindi la cattura e lo stoccaggio dei rifiuti CO ₂ è una delle strategie più discusse per il potere negativo del carbonio. È noto come BECCS, bioenergia con cattura e stoccaggio del carbonio. Il problema è, nella maggior parte delle applicazioni il BECCS non è molto efficiente e richiede enormi quantità di terreno per coltivare le piante necessarie per alimentare il pianeta, che probabilmente comporterebbe una carenza globale di cibo e acqua.

E se ci fosse un modo per rendere il processo più pratico ed efficiente?

Lu, McElroy e il loro team internazionale si sono rivolti a una soluzione improbabile per l'energia verde:il carbone.

"Se provi a farlo solo con i biocarburanti, non è molto efficace, " McElroy ha detto. "L'aggiunta di carbone fornisce una fonte di energia che è davvero importante. Se combini il biocarburante con il carbone e gassifichi la miscela, puoi essenzialmente sviluppare una fonte pura di idrogeno nel processo."

Modellando diversi rapporti tra biocarburante e carbone, i ricercatori hanno scoperto che finché almeno il 35 percento della miscela è biomassa e il carbonio di scarto viene catturato, la potenza generata ridurrebbe effettivamente la CO ₂ nell'atmosfera. A quel rapporto, i ricercatori hanno scoperto che il costo livellato dell'elettricità non sarebbe superiore a 9,2 centesimi per kilowattora. Un prezzo del carbonio di circa $ 52 per tonnellata renderebbe questo sistema competitivo in termini di costi con le attuali centrali elettriche a carbone in Cina.

Una componente chiave di questa strategia è l'uso dei residui colturali, i resti delle piante dopo la raccolta dei campi, come biocarburante.

Incendi agricoli stagionali, quando i contadini davano fuoco ai loro campi per eliminare le stoppie dopo il raccolto, sono una delle principali fonti di inquinamento atmosferico in Cina. Raccogliere quella stoppia e usarla come biocarburante non solo ridurrebbe la CO ₂ ma migliorare significativamente la qualità dell'aria nel paese. La gassificazione consente inoltre una più facile rimozione degli inquinanti atmosferici dal flusso di rifiuti.

I ricercatori riconoscono che lo sviluppo di un sistema per raccogliere la biomassa e consegnarla alle centrali elettriche richiederà tempo, ma sostengono che il sistema non deve essere implementato tutto in una volta.

"Poiché abbiamo studiato l'intera gamma di rapporti carbone/biomassa, abbiamo dimostrato come la Cina potrebbe muoversi in modo incrementale verso una fonte di energia sempre più carbon-negativa, " ha detto Chris P. Nielsen, Direttore esecutivo dell'Harvard-China Project e coautore dello studio. "Primo, piccole quantità di biocarburante potrebbero essere utilizzate per ridurre le emissioni nette positive di carbonio. Quindi, il sistema potrebbe crescere verso la neutralità del carbonio e infine verso un sistema negativo per il carbonio. Non devi fare tutto fin dall'inizio".

"Questo studio fornisce informazioni fondamentali per i responsabili politici che cercano di implementare opportunità energetiche a emissioni zero in Cina, " disse Lu.