La plupart des stratégies de lutte contre le changement climatique se concentrent sur la réduction des émissions de gaz à effet de serre en substituant des sources d'énergie non carbonées aux combustibles fossiles, mais un groupe de travail commandé en juin 2016 par l'ancien secrétaire américain à l'Énergie Ernest Moniz a proposé un cadre en décembre 2016 pour évaluer la recherche et le développement sur deux stratégies supplémentaires :recycler le dioxyde de carbone et éliminer de grandes quantités de dioxyde de carbone de l'atmosphère. Ces stratégies ont été développées dans un cadre unique dans le but de produire une réduction globale des émissions pour la Terre d'au moins un milliard de tonnes de dioxyde de carbone par an.

Les membres du groupe de travail ont déclaré que ces approches compléteraient les approches sans carbone basées sur l'électrification, dont l'énergie éolienne et solaire, en favorisant des stratégies bas carbone qui retiennent les carburants liquides et gazeux pour les usages distributifs de l'énergie dans les transports, immeubles, et de l'industrie. Ces stratégies pourraient également permettre l'élimination globale nette du carbone de l'atmosphère, si, à l'avenir, le monde souhaite réduire la concentration mondiale de dioxyde de carbone. Le groupe de travail n'a considéré que les technologies qui ont le potentiel de réaliser des réductions de l'ordre d'un milliard de tonnes de CO2 par an, ce qui représente environ 2,5 % des émissions mondiales annuelles (environ 40 milliards de tonnes métriques aujourd'hui).

Arun Majumdar, un professeur de l'Université de Stanford qui a présidé le groupe de travail du secrétaire du Conseil consultatif de l'énergie, a déclaré que les voies de recherche à une si grande échelle pourraient potentiellement inclure l'utilisation de cultures agricoles pour stocker plus de carbone dans le sol, réutiliser le dioxyde de carbone pour former des plastiques et des carburants, et stocker le dioxyde de carbone dans d'énormes réservoirs souterrains tout en produisant des carburants.

"Nous sommes ravis d'avoir pu fournir les premiers pas vers une stratégie cohérente d'opportunités de recherche, " a déclaré Majumdar. " La gamme d'options mûres pour la recherche est vraiment impressionnante. "

Le groupe de travail, composé de participants de huit universités, concentré sur des systèmes entiers. Dans un exemple, les plantes sont modifiées pour augmenter leur efficacité à capter le dioxyde de carbone de l'atmosphère pendant la photosynthèse et pour développer des racines plus profondes pour stocker le carbone dans le sol.

À la fin du processus, l'atmosphère a été nettoyée du dioxyde de carbone, et le carbone a été transféré de l'atmosphère au sol.

Sally Benson, un professeur de Stanford et un membre du groupe de travail, a déclaré que de nombreuses recherches sont encore nécessaires sur ce processus et sur d'autres inclus dans le rapport. "Chacune des stratégies que nous avons examinées a sa propre frontière de recherche, " elle a dit.

Parce que ces stratégies reposent sur des solutions au niveau de l'industrie telles que l'élimination du dioxyde de carbone à la cheminée ou la modification des méthodes agricoles pour retenir le carbone dans le sol, ils nécessitent le développement de nouvelles technologies et de nouveaux procédés industriels.

« Le besoin est urgent, et nous devons développer et utiliser de multiples stratégies pour lutter contre le changement climatique, " a déclaré Emily A. Carter, membre du groupe de travail, doyen de l'École d'ingénierie et des sciences appliquées et directeur fondateur du Centre Andlinger pour l'énergie et l'environnement à l'Université de Princeton. "Mais poursuivre ces voies de recherche ne profitera pas seulement au changement climatique. Comme nous l'avons vu depuis plus d'un siècle, l'investissement dans la recherche scientifique et technique porte ses fruits dans les nouvelles technologies, nouvelles industries, travaux, et des avantages sociétaux bien au-delà de la dépense initiale et d'une manière que nous ne pouvons pas prévoir."

Les recommandations du groupe de travail ont été présentées dans un rapport au secrétaire à l'Énergie Ernest J. Moniz le 13 décembre. 2016. John Deutch, professeur émérite et ancien doyen du Massachusetts Institute of Technology et président du Secretary of Energy Advisory Board, a déclaré dans une lettre à Moniz que le rapport "a dressé un programme scientifiquement intéressant pour la décarbonisation qui devrait intéresser la communauté scientifique au sens large".

Le groupe de travail - composé d'experts de Duke, Harvard, Géorgie Tech, MIT, Princeton, Stanford, Université de l'Illinois et Université de Washington, ainsi qu'un ancien fonctionnaire d'ExxonMobil - a averti que le développement de systèmes pour réduire les émissions de CO2 à une telle échelle serait difficile et complexe. Les membres ont également déclaré que certaines des techniques pourraient avoir des résultats inattendus et ont exhorté le gouvernement à investir dans la recherche pour évaluer les impacts des technologies, à la fois intentionnel et involontaire, au-delà de leur capacité à réduire le CO2 atmosphérique.

Prendre des mesures pour réduire le CO2 atmosphérique nécessiterait une large coopération entre les chercheurs universitaires, les dirigeants gouvernementaux et politiques, et de l'industrie, le rapport a conclu. Une annexe au rapport analyse le flux de technologie des laboratoires vers la société et a constaté que tous ces groupes jouent un rôle essentiel dans le développement de nouvelles technologies.

Le groupe de travail a fait cinq recommandations concernant la recherche et le développement :

• Améliorer et étendre la modélisation des systèmes. Les membres ont constaté qu'en raison de la complexité de la réduction du CO2 à grande échelle, des modèles améliorés basés sur une approche systémique sont nécessaires pour évaluer les impacts sur l'atmosphère, systèmes écologiques, et l'économie.
• Exploitez le cycle biologique naturel dans lequel les plantes absorbent et stockent le CO2 atmosphérique. Il est nécessaire d'évaluer comment optimiser les cultures pour absorber de plus grandes quantités de dioxyde de carbone et stocker plus de carbone dans le sol pendant de longues périodes, sans augmentation majeure des ressources nécessaires telles que l'eau et les engrais; comment promouvoir des techniques agricoles qui prolongent le temps que le carbone reste dans le sol; et comment utiliser diverses ressources biologiques, comme le varech géant, comme stock pour les biocarburants.
• Explorez la transformation synthétique du CO2 en carburants et produits utiles. Le dioxyde de carbone peut être converti en produits chimiques et en carburants de valeur, mais il faut de l'énergie pour le faire. Une partie essentielle de ce système serait une énergie sans carbone bon marché pour conduire cette conversion. Le groupe de travail a recommandé que la communauté scientifique poursuive ses recherches pour explorer de meilleurs matériaux et systèmes permettant des réactions qui rendraient la conversion du CO2 moins chère et plus efficace.
• Évaluer le stockage du CO2 dans les formations géologiques. Les travaux antérieurs sur la récupération assistée du pétrole (EOR) se sont concentrés sur la minimisation du stockage de CO2 pour extraire les hydrocarbures. Le groupe de travail a recommandé de développer une EOR avancée où l'on co-optimiserait le stockage du CO2 et l'extraction d'hydrocarbures de telle sorte que beaucoup plus de carbone serait stocké que ce qui est extrait dans les combustibles fossiles.
• Étudier des méthodes améliorées pour séparer et capturer le dioxyde de carbone d'un mélange de gaz, un procédé actuellement trop coûteux et énergivore. La découverte de substances améliorées pour absorber le dioxyde de carbone et le développement de procédés capables de séparer et de stocker le dioxyde de carbone à grande échelle sont nécessaires. Des absorbants améliorés réduiraient le coût du « captage direct de l'air, " qui consiste à absorber le dioxyde de carbone directement de l'air et à le concentrer pour son utilisation ou son stockage.

"Notre rapport devrait aider les gens à apprécier l'immense effort qui sera nécessaire pour reconfigurer notre système énergétique afin de le rendre durable face au changement climatique, stabilité géopolitique, et l'utilisation responsable des terres, " dit Robert Socolow, professeur émérite de génie mécanique et aérospatial et codirecteur de la Carbon Mitigation Initiative au Princeton Environmental Institute. "Notre rapport fournit une structure utile pour aborder les avantages et les inconvénients de plusieurs approches moins familières."