La stabilizzazione delle temperature globali richiederà profonde riduzioni dell'anidride carbonica (CO ₂ ) emissioni in tutto il mondo. Recenti valutazioni integrate del cambiamento climatico globale mostrano che la CO ₂ le emissioni devono avvicinarsi allo zero netto entro la metà del secolo per evitare di superare l'obiettivo climatico di 1,5°C. Però, "emissioni impegnate, " quelle emissioni previste dalle infrastrutture esistenti per i combustibili fossili che operano come hanno storicamente, minacciano già quel traguardo di 1,5°C. Con la vita media di una centrale a carbone di oltre 40 anni, le centrali elettriche proposte o in costruzione non fanno che aumentare tale onere, aumentando ulteriormente la sfida di raggiungere l'azzeramento delle emissioni nette entro il 2050.

La profonda decarbonizzazione necessaria per l'azzeramento delle emissioni nette richiederà che le infrastrutture di energia fossile esistenti e proposte seguano uno dei due percorsi:ritirarsi prematuramente o catturare e immagazzinare le loro emissioni, impedendo così il loro rilascio nell'atmosfera. Cattura e stoccaggio del carbonio (CCS), rappresenta l'unico grande percorso praticabile per gli impianti a combustibili fossili per essere net-zero, a corto di essere chiuso.

In un punto di vista Articolo recentemente pubblicato su Scienze e tecnologie ambientali , Haibo Zhai delinea come gli Stati Uniti e la Cina, i due più grandi emettitori del mondo, dovrebbero affrontare le loro emissioni impegnate. "In entrambi i paesi, I retrofit CCS delle infrastrutture esistenti sono essenziali per ridurre le emissioni a zero, " disse Zhai, Professore Associato di Ricerca in Ingegneria e Politiche Pubbliche presso la Carnegie Mellon University. Però, le differenze nelle flotte di centrali elettriche e il mix energetico nei due paesi indicano percorsi separati per raggiungere una profonda decarbonizzazione.

Negli Stati Uniti., il panorama energetico è cambiato radicalmente negli ultimi due decenni. Il carbone è stata la principale fonte di elettricità (51% della produzione totale di energia nel 2000) per la maggior parte del ventesimo secolo, ma è stato recentemente sostituito dal gas naturale economico e abbondante, nonché dalla crescita delle energie rinnovabili. Il carbone ha rappresentato solo il 27% della produzione di energia degli Stati Uniti nel 2019. Si prevede che il declino del carbone continuerà a favore di alternative più economiche, a causa della flotta degli Stati Uniti relativamente vecchia (40 anni) e inefficiente (efficienza del 32%) di centrali a carbone.

Zhai non vede i retrofit CCS alle centrali a carbone statunitensi come un approccio alla decarbonizzazione a livello di flotta, anche se esiste la possibilità di una cattura parziale negli impianti più efficienti. Lo sviluppo del CCS dovrebbe invece essere focalizzato sul retrofit degli impianti a gas naturale a ciclo combinato. "Il gas naturale ha contribuito a ridurre l'intensità di carbonio del settore energetico degli Stati Uniti, ma questa ondata di nuovi impianti a gas rappresenta ancora una quantità significativa di emissioni impegnate, " disse Zhai.

La Cina è l'opposto degli Stati Uniti in termini di mix energetico e infrastrutture per l'energia fossile. Il carbone fornisce quasi il 65% dell'elettricità della nazione. Gli impianti a carbone in Cina hanno un'età media di soli 12 anni e un'efficienza molto più elevata (spesso superiore al 40%) rispetto agli Stati Uniti. "È improbabile che una flotta così giovane venga gradualmente eliminata, " ha detto Zhai. "Qualsiasi percorso per la Cina per raggiungere una profonda decarbonizzazione deve includere retrofit CCS alle sue centrali a carbone di recente costruzione".

Nonostante la necessità di CCS, la tecnologia non è stata dimostrata su larga scala e rimane molto costosa. Attualmente nel mondo operano solo due progetti CCS su scala commerciale:Petra Nova negli Stati Uniti e Boundary Dam in Canada. Le attuali tecnologie CCS hanno costi energetici e di capitale elevati associati alla separazione della CO ₂ flussi di rifiuti fuori processo.

CCS, secondo Zhai, attualmente si trova sulla parte ripida della "curva di apprendimento". Con qualsiasi tecnologia, le implementazioni uniche sono sempre costose. Però, apprendimento a livello di settore, attraverso sviluppi tecnologici come materiali e processi di separazione migliorati, espansione della catena di approvvigionamento, e l'aumento dell'efficienza operativa, rende le ultime implementazioni più economiche. Scendere lungo la curva di apprendimento rappresenta una sorta di dilemma dell'uovo e della gallina per CCS:essere ampiamente diffuso, deve essere economico. E affinché il CCS sia economico, deve essere stato distribuito.

Perciò, c'è una forte ragione per cui i governi dovrebbero incentivare l'adozione anticipata del CCS attraverso normative, economico, e mezzi politici, sostiene Zhai. Indica casi di studio di altre tecnologie a basse emissioni di carbonio, come i pannelli solari fotovoltaici, che sono diventati competitivi in ​​termini di costi dopo che gli incentivi hanno contribuito a ridurre i costi iniziali elevati. Poiché l'implementazione anticipata è necessaria per rendere economica l'implementazione futura, il momento di agire è adesso, lui dice.

"Se accetti la premessa che le emissioni impegnate sono un problema, non c'è altra scelta che CCS, " ha detto. "E sono necessari incentivi per avviare l'implementazione di CCS sulla scala necessaria per affrontare il problema".

Negli Stati Uniti., Zhai punta agli incentivi per il retrofit di impianti alimentati a gas naturale con CCS, aspettandosi che le forze di mercato affrontino le emissioni impegnate dagli impianti a carbone, mentre la vecchia flotta di carbone continua a scomparire. L'articolo di Zhai indica un credito d'imposta per il sequestro del carbonio negli Stati Uniti come una delle principali leve politiche per incentivare questi sforzi CCS.

In Cina, d'altra parte, Lo sviluppo del CCS per il retrofit delle centrali a carbone dovrebbe essere l'obiettivo principale. Là, Zhai osserva che il sistema nazionale di scambio di quote di emissione, dove gli emettitori possono acquistare o vendere CO ₂ crediti di emissione, sarà la principale leva politica che può stimolare lo sviluppo di tecnologie di mitigazione. In entrambi i casi, gli attuali costi elevati della CCS indicano le politiche governative come un passo fondamentale per superare le costose fasi iniziali di implementazione.

I principali co-benefici dell'incentivazione dello sviluppo del CCS per l'infrastruttura esistente per i combustibili fossili sono il ruolo che il CCS avrà probabilmente in alcune tecnologie a emissioni negative (NET) e una minore dipendenza da NET costosi in futuro. Bioenergia con CCS (BECCS), ad esempio, è delineato come l'opzione NET più importante. Però, un sottosistema chiave per qualsiasi BECCS è CCS. Sviluppando CCS ora, sostiene Zhai, significa che BECCS sarà pronto ad aiutare ad affrontare il cambiamento climatico globale in futuro.