Visione zero: Perché dobbiamo smettere di rilasciare CO2 nel lungo termine
Ogni obiettivo climatico prevede un budget per le emissioni. Per raggiungere l'obiettivo dei due gradi, dobbiamo decarbonizzare completamente l'economia nei prossimi 50 anni. Per raggiungere questo obiettivo, non è sufficiente rendere più efficienti i processi esistenti. Abbiamo bisogno di cambiamenti di vasta portata in quasi tutti gli aspetti della nostra società.
Mercoledì prossimo, l'ETH di Zurigo ospiterà il terzo "Il giro del clima". Il tema ruota attorno alla "Visione Zero" ed esplora i possibili percorsi verso una riduzione delle emissioni di CO2-neutrale. In questo articolo vorrei discutere il background scientifico di questa visione.
Un bilancio delle emissioni globali di CO2-emissioni
Le ricerche degli ultimi dieci anni hanno chiaramente dimostrato che possiamo emettere solo una quantità limitata di CO2-è deciso. Quanto questo sia esattamente è determinato dalla cosiddetta sensibilità climatica e dalla capacità di assorbimento delle foreste e degli oceani, cioè dalla forza della CO2-Affondamento. La sensibilità climatica descrive quanto la Terra si riscalda quando la CO2-La concentrazione di CO nell'atmosfera aumenta. E la forza della concentrazione di CO2-Il bacino di raccolta determina la quantità di CO2 nell'atmosfera aumenta per una data quantità di emissioni.
Supponiamo che le foreste e gli oceani continuino ad assorbire circa la metà della CO2-e che la Terra si riscalderà di circa tre gradi Celsius se le emissioni di CO2-La concentrazione di CO2 nell'atmosfera raddoppia rispetto all'epoca preindustriale. Una stima basata su alcune ipotesi semplificative (si veda il riquadro alla fine dell'articolo) mostra quindi che l'obiettivo dei due gradi ci consente un budget di circa 800 gigatonnellate di carbonio (Gt C). Vale a dire 800 miliardi di tonnellate di C o circa 3000 miliardi di tonnellate di CO2. Le simulazioni effettuate con i più recenti modelli climatici, che consentono anche la retroazione tra il clima e il ciclo del carbonio, producono un dato molto simile. Possiamo visualizzare le emissioni a cui abbiamo diritto come una torta che possiamo mangiare lentamente. A prima vista, la torta sembra durare a lungo - dopo tutto, grazie ai forti pozzi di assorbimento nei mari e nelle foreste, è due volte più grande di quanto sarebbe se non ci aiutassero a rimuovere la CO2nel campus.
Più della metà già consumata
Tuttavia, se calcoliamo la quantità di CO2 che l'umanità ha emesso negli ultimi 150 anni bruciando combustibili fossili e abbattendo le foreste, e che purtroppo ne rimane solo meno della metà. In particolare, abbiamo già utilizzato più di 500 Gt C di questo budget, lasciandoci solo circa 300 Gt C [1]. Se assumiamo le emissioni odierne (circa 10 Gt C all'anno) e le loro tendenze, avremo esaurito il budget in meno di tre decenni [2]. Dopodiché, non ci saranno più emissioni nette di CO2 nell'atmosfera, altrimenti aumentiamo notevolmente la probabilità di superare l'obiettivo dei due gradi.
Ciò significa che a partire dalla seconda metà di questo secolo, il contributo globale di CO2-Le emissioni devono arrivare a zero. Di conseguenza, non dovremmo essere interessati a un valore di CO2-basso, ma su una base di CO2-orientarsi verso un futuro libero.
Quale tasso di riduzione è realistico?
Un percorso di riduzione rapido consentirebbe alle generazioni future di continuare a emettere CO2 potrebbe essere emessa. Tuttavia, percorsi di riduzione così rapidi sono molto difficili da realizzare. Abbiamo un forte effetto "lock-in", dovuto al fatto che negli ultimi decenni abbiamo investito pesantemente in infrastrutture alimentate da combustibili fossili in tutto il mondo e continuiamo a farlo. Con una vita media delle centrali elettriche a combustibili fossili di diversi decenni, non è facile per le nuove fonti energetiche penetrare in questo mercato, anche se i prezzi sono ora abbastanza competitivi (cfr. post sul blog di Tony Patt). Inoltre, le turbine eoliche, i pannelli solari e l'intera infrastruttura associata devono essere prima costruiti e installati. Ciò richiede la costruzione di nuove fabbriche, la formazione di nuovi specialisti e ingenti investimenti. Tutto ciò richiede tempo. In base alla velocità di diffusione sul mercato delle nuove tecnologie in passato, possiamo stimare che sarà molto difficile raggiungere un tasso di riduzione superiore al sei per cento all'anno.
Visione zero
Anche se seguiamo questo percorso di riduzione ottimistico, avremo esaurito il budget globale prima della fine del secolo. Nell'assegnare le quote di emissione ai singoli Paesi, tuttavia, dobbiamo ancora tenere conto del fatto che i Paesi sviluppati avranno probabilmente a disposizione in futuro una quantità di emissioni proporzionalmente inferiore a causa delle loro emissioni passate [3]. E se non riusciamo a realizzare l'inversione di tendenza nelle emissioni di CO2-a livello globale, allora l'obiettivo dei due gradi può essere raggiunto solo con "emissioni negative", vale a dire che possiamo ottenere solo emissioni nette di CO2 dall'atmosfera. Questo è già tecnologicamente possibile oggi [5], ma è molto costoso e non è ancora chiaro dove la CO2 dovrebbe quindi essere immagazzinata.
Conclusione
Per la Svizzera, vedo la necessità di una completa decarbonizzazione della nostra società nella seconda metà di questo secolo [4]. Abbiamo quasi 50 anni per realizzare questo processo, ma la strada è lunga e non finisce nel 2030, bensì continua fino a quando le emissioni non saranno ridotte a zero.
Ringraziamenti: desidero ringraziare il Prof. Reto Knutti per il suo prezioso contributo a questo testo.
Ulteriori informazioni
[1] A causa delle grandi incertezze, questa cifra di 500 Gt C è stata deliberatamente scelta con cautela. L'IPCC ha stimato le emissioni antropiche totali a 555 Gt C.
IPCC AR5, WG1, Summary for Policy Makers, scrive: "Dal 1750 al 2011, le emissioni di CO2 derivanti dalla combustione di combustibili fossili e dalla produzione di cemento hanno rilasciato nell'atmosfera 375 [345-405] Gt C, mentre si stima che la deforestazione e altri cambiamenti nell'uso del suolo abbiano rilasciato 180 [100-260] GtC. Il risultato è un'emissione antropica cumulativa di 555 [470 - 640] GtC".
[2] CO2-: pagina esternaCollegamento a
[3] globale su CO2-caffè e la sua distribuzione
[4] globale sul tema della Visione Zero
[5] Climeworks: pagina esternaStoccaggio della CO2
All'autore
Semplice stima della CO2-bilanci
Il riscaldamento della Terra, ?T, può essere ben stimato in prima approssimazione dalla sensibilità climatica, g, la variazione della CO2 Concentrazione, ?CO2atm può essere stimata, vale a dire.
?T = g - ?CO2atm(1)
Il cambiamento della CO in atmosfera2-La concentrazione dipende dalle emissioni cumulative e dalla forza della CO2-e di pozzi di assorbimento. Se assumiamo anche che la forza di questi pozzi sia costante, il risultato è una semplice stima:
?CO2atm≈ faria - ∫Ffoss (2)
per cui faria rappresenta la "frazione aviotrasportata", cioè la proporzione di emissioni che rimangono in atmosfera in una società 1-faria rappresenta la quota assorbita dagli oceani e dalle foreste. Se combiniamo le due equazioni, otteniamo:
?T ≈ g - faria - ∫Ffoss(3)
Ciò significa che il riscaldamento globale è direttamente proporzionale alle emissioni cumulative. Il fattore di proporzionalità è dato dal prodotto della sensibilità climatica e della frazione aerodispersa. La prima è di circa 3°C per raddoppio della CO preindustriale.2-cioè circa 3°C per 580 Gt C, mentre la frazione aerodispersa è rimasta abbastanza costante intorno al 50% negli ultimi decenni. Se ora vogliamo conoscere il budget delle emissioni per uno specifico obiettivo climatico, dobbiamo risolvere il punto (3) in base alle emissioni cumulative, vale a dire.
∫Ffoss ≈ ?T /(g - faria) (4)
Questo si traduce nell'obiettivo dei 2°C:
∫Ffoss ≈ 2°C /(3°/580 Gt C - 0,5) = 780 Gt C
Le incertezze sono notevoli. Inoltre, ho fatto delle ipotesi molto semplificative. In particolare, ho trascurato il fatto che la frazione aerodispersa aumenta con l'aumentare delle emissioni, mentre la sensibilità climatica, o più precisamente il forcing radiativo, aumenta con l'aumentare della CO atmosferica.2 diminuisce. Inoltre, ho utilizzato la cosiddetta sensibilità climatica di equilibrio, mentre si dovrebbe utilizzare la cosiddetta sensibilità climatica transitoria. Infine, ho trascurato il ruolo del metano, del protossido di azoto e di altri gas serra. In altre parole, questa derivazione serve a illustrare il concetto e non a determinare il bilancio esatto.
Per una discussione più approfondita e una derivazione molto più precisa, rimando a MacDougall e Friedlingstein, (2015) (Journal of Climate, pagina esternaDOI). Vedi anche pagina esternaqui.