Con un massiccio, sforzo a livello nazionale gli Stati Uniti potrebbero raggiungere l'azzeramento delle emissioni nette di gas serra entro il 2050 utilizzando la tecnologia esistente e a costi allineati con la spesa storica per l'energia, secondo uno studio condotto dai ricercatori della Princeton University.

La nuova ricerca "Net-Zero America" ​​delinea cinque percorsi tecnologici distinti per gli Stati Uniti per decarbonizzare l'intera economia. La ricerca è il primo studio a quantificare e mappare con questo grado di specificità, le infrastrutture da costruire e gli investimenti necessari per far funzionare il Paese senza emettere nell'atmosfera più gas serra di quanti ne vengono rimossi ogni anno. È anche il primo a individuare in che modo i posti di lavoro e la salute saranno influenzati in ogni stato a un livello altamente granulare, a volte fino alla contea.

I cinque scenari dello studio descrivono in modo molto dettagliato, livello di stato per stato la portata e il ritmo della tecnologia e della mobilitazione dei capitali necessari in tutto il paese, ed evidenziare le implicazioni per l'uso del suolo, industrie energetiche storiche, occupazione, e salute. I primi risultati sono stati pubblicati il ​​15 dicembre riconoscendo l'urgenza di ridurre le emissioni di gas a effetto serra e la necessità di un immediato intervento federale, stato, e gli sforzi di politica locale. Le pubblicazioni su riviste seguiranno all'inizio del 2021.

Nell'ultima decade, c'è stato un flusso di ricerca dalle università e impegni dalle città, aziende e stati che indagano e promulgano sforzi per decarbonizzare i sistemi energetici e industriali. Il compito è mantenere l'aumento della temperatura globale ben al di sotto dei 2 gradi Celsius per evitare i peggiori effetti del cambiamento climatico. L'obiettivo di un'economia a "emissioni zero" significa emettere nell'atmosfera non più gas serra di quanti ne vengano permanentemente rimossi attraverso processi naturali guidati dalla tecnologia o potenziati. In caso di successo, la strategia fermerebbe l'accumulo di gas serra nell'atmosfera, che è essenziale per limitare il riscaldamento globale.

La ricerca passata ha sondato se il net-zero è tecnologicamente possibile e quanto potrebbe costare arrivarci. Ma un pezzo mancante è stato un dettaglio che potrebbe informare i funzionari e le autorità locali responsabili di prendere decisioni su aree importanti per la transizione, come l'ubicazione e l'uso del suolo, insieme alle informazioni per le comunità e le parti interessate che modellano e sono interessate da queste decisioni.

"La maggior parte degli studi non fornisce questa alta risoluzione geografica per ogni stato del paese, rendendo difficile apprezzare tangibilmente ciò che servirà per arrivare a net-zero. La nostra ricerca aiuta a rendere vivido e reale un futuro zero-net per le persone, "ha detto Eric Larson, un ricercatore capo dello studio e un ingegnere di ricerca senior presso l'Andlinger Center for Energy and the Environment. "A meno che non ci rimbocchiamo le maniche e non capiamo davvero cosa dobbiamo fare entro quando, non saremo in grado di raggiungere i nostri obiettivi, " ha detto Larson, che guida anche il gruppo di analisi dei sistemi energetici del centro.

Lo studio della Princeton University è stato condotto da docenti e ricercatori dell'Andlinger Center for Energy and the Environment e dell'High Meadows Environmental Institute (HMEI). I capi del progetto includono Larson, Jesse Jenkins, assistente professore di ingegneria meccanica e aerospaziale e il Centro Andlinger per l'energia e l'ambiente, e Chris Greig, Theodora D. &William H. Walton III Senior Research Scientist presso l'Andlinger Center. La ricerca è un progetto in corso della Carbon Mitigation Initiative di HMEI, un programma di ricerca incentrato sullo studio e sulla lotta ai cambiamenti climatici, ed è allineato con il Rapid Switch dell'Andlinger Center, un'ampia iniziativa di ricerca che studia come accelerare gli sforzi di decarbonizzazione a livello globale.

La nuova ricerca, che ha coinvolto dieci ricercatori di Princeton e otto collaboratori esterni, delinea cinque percorsi attraverso i quali gli Stati Uniti potrebbero decarbonizzare l'intera economia nei prossimi 30 anni.

John Holdren, ex consigliere scientifico del presidente Obama ed ex direttore dell'Office of Science and Technology Policy della Casa Bianca, ha definito lo studio straordinario e ha affermato di aver richiamato l'attenzione sui settori in cui le misure politiche sono maggiormente necessarie.

"Tutti coloro che sono seriamente interessati alla questione cruciale del futuro energetico-climatico di questo paese, non ultima la nuova amministrazione Biden-Harris, devono comprendere i risultati di questo straordinario studio, "disse Holdren, che è professore alla Kennedy School of Government di Harvard e al Dipartimento di Scienze della Terra e dei pianeti, e la John A. Paulson School of Engineering and Applied Science.

Poiché tutti e cinque gli scenari portano il Paese a zero emissioni nette, i ricercatori sono neutrali su quale sia il "migliore" o più probabile che venga implementato. È stato riscontrato che tutti i percorsi implicano la spesa annuale per l'energia all'interno della gamma storica di ciò che il paese spende in energia ogni anno, circa il 4-6% del prodotto interno lordo, o PIL.

"I percorsi di azzeramento richiedono di spendere una frazione del PIL simile a quella che spendiamo oggi per l'energia, ma dobbiamo spostare immediatamente gli investimenti verso nuove infrastrutture pulite invece che sui sistemi esistenti, " ha detto Jenkins.

Secondo la ricerca, seguendo un percorso "business as usual" senza sforzi concertati di decarbonizzazione, il paese spenderebbe circa 9,4 trilioni di dollari in energia nel prossimo decennio. In tutti e cinque gli scenari net-zero, si stima che i costi del sistema energetico siano solo del 3% circa (o 300 miliardi di dollari) in più per il decennio, e questa percentuale si riduce ulteriormente se i prezzi del petrolio e del gas sono superiori a quelli modellati.

"Ora abbiamo un buon corpo di prove che mostrano, 'sì, è conveniente.' Possiamo farlo, " disse Larson. "E, Certo, ci sono costi significativi per non fare nulla. La scienza del clima ha dimostrato che il riscaldamento incontrollato danneggerà le comunità qui in America e in tutto il mondo dai cambiamenti nel modello di malattia allo spostamento di milioni di persone dall'innalzamento del livello del mare e alle inondazioni da tempeste più intense".

Gli scenari che i dettagli della nuova ricerca includono uno scenario di "alta elettrificazione" o E+, che comporta l'elettrificazione aggressiva degli edifici e dei trasporti, in modo che il 100% delle auto siano elettriche entro il 2050. Lo scenario di "elettrificazione meno elevata" o E-, si elettrizza a un ritmo più lento e utilizza più combustibili liquidi e gassosi più a lungo. Un altro scenario, indicato come E-B+, consente di utilizzare molta più biomassa nel sistema energetico, quale, a differenza degli altri quattro scenari, richiederebbe la conversione di alcuni terreni attualmente utilizzati per l'agricoltura alimentare per coltivare colture energetiche. Il percorso E+ RE+ è uno scenario “tutto rinnovabile” ed è anche il più restrittivo tecnologicamente. Presuppone che non verranno costruite nuove centrali nucleari, non consente lo stoccaggio sotterraneo di anidride carbonica, ed elimina tutto l'uso di combustibili fossili entro il 2050. Si basa invece su un massiccio e rapido dispiegamento di energia eolica e solare e una maggiore produzione di idrogeno per raggiungere gli obiettivi di carbonio. Lo scenario E+ RE-, a confronto, si basa su "rinnovabili limitate, " vincolando la costruzione annuale di turbine eoliche e centrali solari a non essere più veloce dei tassi più veloci raggiunti dal paese in passato, ma rimuove altre restrizioni. Questo scenario dipende maggiormente dall'espansione delle centrali elettriche con cattura del carbonio e nucleare.

"Dal momento che arrivare a zero sembra conveniente, la prossima domanda chiave è se lo faremo, come vogliamo farlo? Tutti trarranno beneficio dalla limitazione del cambiamento climatico, ma i diversi scenari hanno effetti irregolari mentre si svolgono. Chi ne beneficia di più, e chi paga di più? Possiamo farlo in modo equo, e in modo che un numero sufficiente di persone veda chiaramente i vantaggi dell'esistenza di una duratura coalizione di sostegno?", ha affermato Jenkins.

Ha detto che queste domande sono molto diverse da quelle che i ricercatori in materia di energia e clima di solito affrontano, ecco perché la ricerca Net-Zero America ha richiesto una grande squadra con diversi background disciplinari e competenze per svolgere l'indagine. In tutti e cinque gli scenari, i ricercatori hanno riscontrato importanti benefici sanitari ed economici in tutto il paese. In ogni percorso, entro il 2030 il carbone non sarà più utilizzato per la produzione di energia, e vi è una associata riduzione delle emissioni di ossidi di azoto, ossidi di zolfo e particolato fine provenienti da centrali elettriche. Ridurre l'esposizione al particolato fine evita 100, 000 morti premature, che equivale a quasi 1 trilione di dollari in benefici per l'inquinamento atmosferico, entro la metà del secolo rispetto a un percorso "business as usual".

Le azioni per azzerare le emissioni nette creano circa 500, Da 000 a 1 milione di nuovi posti di lavoro nel settore dell'energia in tutto il paese solo negli anni 2020, con aumenti di posti di lavoro netti in quasi tutti gli stati. Gli scenari che dipendono maggiormente dall'eolico e dal solare vedono la creazione di più posti di lavoro nel settore dell'energia. In quasi tutti gli stati, le perdite di posti di lavoro nelle industrie estrattive fossili sono più che compensate da un aumento dell'edilizia e della produzione nel settore dell'energia pulita. In alcuni stati in cui l'economia dipende fortemente da carbone e petrolio, si verificheranno significative dislocazioni e transizioni di posti di lavoro. come la Virginia Occidentale e la Louisiana. I ricercatori hanno affermato che i risultati granulari sono utili per identificare dove e quando si verificherà la dislocazione e possono informare le strategie di politica pubblica per gestire efficacemente queste transizioni.

"Questi risultati possono informare le politiche critiche che possono aiutare a gestire gli effetti della transizione e creare un'economia e una società di energia pulita più giuste, " ha detto Erin Mayfield, un ricercatore post-dottorato presso HMEI che ha guidato l'analisi dell'occupazione e dell'inquinamento atmosferico nello studio.

In tutti gli scenari net-zero, la portata richiesta degli investimenti e il ritmo di costruzione di nuove infrastrutture richiedono che il rapido cambiamento inizi immediatamente, hanno detto i ricercatori.

"Abbiamo tutte le tecnologie di cui abbiamo bisogno per iniziare. Dobbiamo distribuirle molto più rapidamente di quanto non lo siamo oggi, e dobbiamo anche investire per creare opzioni reali per quelle tecnologie meno mature che saranno necessarie a lungo termine, " ha detto Greig.

Energia eolica e solare, insieme all'elettrificazione di edifici e automobili, deve crescere rapidamente in questo decennio affinché la nazione sia su una traiettoria di zero. I ricercatori hanno affermato che gli anni 2020 devono essere utilizzati anche per continuare a sviluppare tecnologie, come quelli che catturano il carbonio negli impianti di gas naturale o cemento o quelli che scindono l'acqua per produrre idrogeno, in modo che siano convenienti da implementare su larga scala negli anni '30. Ma per i prossimi anni, i ricercatori hanno affermato che la maggior parte del grande investimento ruota attorno all'elettricità pulita e all'elettrificazione ed è simile in tutti gli scenari.

Secondo la ricerca, gli Stati Uniti dovranno espandere i propri sistemi di trasmissione dell'energia elettrica del 60% entro il 2030, e potrebbe essere necessario triplicarlo entro il 2050. Edifici elettrizzanti, principalmente aggiungendo pompe di calore per il riscaldamento dell'acqua e degli ambienti, e il trasporto elettrizzante è un altro passo che deve essere accelerato negli anni 2020 per preparare il terreno per uno qualsiasi dei percorsi.

"Ci sono voluti 150 anni per costruire l'attuale rete elettrica. Ora, per arrivare a zero emissioni nette entro il 2050, dobbiamo ricostruire quella quantità di trasmissione di nuovo nei prossimi 15 anni e poi ricostruire molto di più nei 15 anni successivi. È una quantità enorme di cambiamento, " ha detto Jenkins.

Un problema critico per guidare questa agenda di energia pulita è dove vengono costruiti nuovi impianti di produzione di pannelli solari e turbine eoliche, e dove sono situati gli stessi parchi solari ed eolici, insieme agli impianti di produzione di biocarburanti. La ricerca fornisce mappe della città e della regione che mostrano dove è meno costoso costruire queste strutture e dove si integrano nel sistema energetico in modo più efficiente. Ma questo non tiene conto degli aspetti sociali e umani di dove costruire nuove infrastrutture.

"Gli individui e le comunità in tutto il paese saranno influenzati dalle transizioni net-zero in modi diversi. Tutti gli americani saranno partner cruciali in questa transizione, e dobbiamo essere sensibili ai bisogni e ai valori delle comunità quando pianifichiamo e implementiamo l'infrastruttura molto significativa e altri sviluppi necessari per arrivare a net-zero, " ha detto Greig.

I ricercatori hanno affermato di sperare che il rapporto sarà, fornendo una varietà di futures, fornire fiducia che gli Stati Uniti hanno diversi percorsi genuini per arrivare a emissioni nette zero, e contribuire a guidare gli investimenti e le priorità politiche nei prossimi anni. Hanno detto che la ricerca offre spunti su come prendere decisioni a breve termine coerenti con l'eliminazione delle emissioni nette di carbonio tra 30 anni.

"Nessuno degli scenari di Princeton si rivelerà 'giusto, ' ma insieme forniscono un quadro avvincente dei possibili percorsi da seguire, " disse Holden.

"La motivazione è quella di fornire una guida granulare per i decisori su ciò che sarebbe necessario per trasformare in realtà questi impegni zero-net, con un focus sulle azioni che dobbiamo intraprendere oggi che avranno impatti duraturi molto tempo dopo che l'amministratore delegato è andato in pensione o il decisore politico è fuori ufficio, " ha detto Jenkins.