De flesta strategier för att bekämpa klimatförändringarna är inriktade på att minska utsläppen av växthusgaser genom att ersätta fossila bränslen utan koldioxidutsläpp. men en arbetsgrupp som beställdes i juni 2016 av den tidigare USA:s energiminister Ernest Moniz föreslog i december 2016 ett ramverk för att utvärdera forskning och utveckling på ytterligare två strategier:återvinning av koldioxid och avlägsnande av stora mängder koldioxid från atmosfären. Dessa strategier utvecklades under ett enda ramverk med målet att producera en total utsläppsminskning för jorden på minst en miljard ton koldioxid per år.

Arbetsgruppens medlemmar sa att dessa tillvägagångssätt skulle komplettera koldioxidfria tillvägagångssätt baserade på elektrifiering, inklusive vind- och solenergi, genom att främja lågkoldioxidstrategier som behåller flytande och gasformiga bränslen för distribution av energi inom transporter, byggnader, och industri. Dessa strategier kan också möjliggöra total nettoavskiljning av kol från atmosfären, om världen någon gång i framtiden vill minska den globala koncentrationen av koldioxid. Arbetsgruppen övervägde endast tekniker som har potential att uppnå minskningar i storleksordningen en miljard ton CO2 per år, vilket representerar cirka 2,5 procent av de årliga globala utsläppen (cirka 40 miljarder ton idag).

Arun Majumdar, en professor vid Stanford University som var ordförande för Task Force för Secretary of Energy Advisory Board, sa att forskningsvägar i så stor skala potentiellt skulle kunna innefatta användning av jordbruksgrödor för att lagra mer kol i jorden, återanvändning av koldioxid för att bilda plast och bränsle, och lagring av koldioxid i massiva underjordiska reservoarer samtidigt som en del bränslen produceras.

"Vi är glada över att ha kunnat ge de första stegen mot en sammanhängande strategi för forskningsmöjligheter, Majumdar sa. "Utbudet av alternativ som är mogna för forskning är verkligen imponerande."

Arbetsgruppen, består av deltagare från åtta universitet, fokuserat på hela system. I ett exempel, växter modifieras för att öka sin effektivitet när det gäller att fånga upp koldioxid från atmosfären under fotosyntesen och för att utveckla djupare rötter för att lagra kolet i jorden.

I slutet av processen, atmosfären har skurats av koldioxiden, och kol har överförts från atmosfären till marken.

Sally Benson, en Stanford-professor och en arbetsgruppsmedlem, sade att det fortfarande behövs en hel del forskning om denna process och andra som ingår i rapporten. "Var och en av strategierna vi granskade har sin egen forskningsfront, " Hon sa.

Eftersom dessa strategier förlitar sig på lösningar på industrinivå som att ta bort koldioxid vid skorstenen eller ändra jordbruksmetoder för att behålla kol i jorden, de kräver utveckling av ny teknik och nya industriella processer.

"Behovet är akut, och vi måste utveckla och använda flera strategier för att bekämpa klimatförändringar, " sa arbetsgruppmedlemmen Emily A. Carter, dekanus för School of Engineering and Applied Science och grundare av Andlinger Center for Energy and the Environment vid Princeton University. "Men att följa dessa forskningsvägar kommer inte bara att gynna klimatförändringarna. Som vi har sett i mer än ett sekel, investeringar i vetenskap och ingenjörsforskning lönar sig i ny teknik, nya industrier, jobb, och samhällsnytta långt utöver den ursprungliga kostnaden och på sätt som vi inte kan förutse."

Arbetsgruppens rekommendationer levererades i en rapport till energisekreterare Ernest J. Moniz den 13 december, 2016. John Deutch, en emeritusprofessor och tidigare provost vid Massachusetts Institute of Technology och ordförande för Secretary of Energy Advisory Board, sade i ett brev till Moniz att rapporten "har målat upp en vetenskapligt intressant agenda för avkarbonisering som borde vara av intresse för det vetenskapliga samfundet som är stort."

Arbetsgruppen - bestående av experter från Duke, Harvard, Georgia Tech, MIT, Princeton, Stanford, University of Illinois och Washington University, samt en tidigare tjänsteman från ExxonMobil - varnade för att utvecklingen av system för att minska CO2-utsläppen i en sådan skala skulle vara svår och komplex. Medlemmarna sa också att några av teknikerna kan få oväntade resultat och uppmanade regeringen att investera i forskning för att utvärdera effekterna av tekniken, både avsedd och oavsiktlig, utöver deras förmåga att minska atmosfärisk CO2.

Att vidta åtgärder för att minska atmosfärisk koldioxid skulle kräva ett brett samarbete mellan akademiska forskare, regering och politiska ledare, och industri, rapporten avslutades. En bilaga till rapporten analyserar teknikflödet från labb till samhället och fann att alla dessa grupper spelar en avgörande roll i utvecklingen av ny teknik.

Arbetsgruppen gav fem rekommendationer om forskning och utveckling:

• Förbättra och utöka systemmodelleringen. Medlemmar fann att på grund av komplexiteten i storskalig CO2-minskning, Det behövs förbättrade modeller baserade på en systemansats för att utvärdera påverkan på atmosfären, ekologiska system, och ekonomin.
• Utnyttja det naturliga biologiska kretsloppet där växter absorberar och lagrar atmosfärisk CO2. Det finns ett behov av att utvärdera hur man kan optimera grödor för att absorbera större mängder koldioxid och lagra mer kol i jorden under långa perioder, utan en större ökning av nödvändiga resurser såsom vatten och gödningsmedel; hur man främjar jordbrukstekniker som förlänger den tid som kol finns kvar i jorden; och hur man använder olika biologiska resurser, som jättekelp, som lager för biobränslen.
• Utforska syntetisk omvandling av CO2 till användbara bränslen och produkter. Koldioxid kan omvandlas till värdefulla kemikalier och bränslen men det kräver energi för att göra det. En kritisk del av detta system skulle vara billig kolfri energi för att driva denna omvandling. Arbetsgruppen rekommenderade att forskarvärlden ska bedriva forskning för att utforska bättre material och system som tillåter reaktioner som skulle göra CO2-omvandling billigare och effektivare.
• Utvärdera lagringen av CO2 i geologiska formationer. Tidigare arbete med förbättrad oljeutvinning (EOR) fokuserade på att minimera lagringen av CO2 för att utvinna kolväten. Arbetsgruppen rekommenderade att utveckla avancerad EOR där man skulle samoptimera CO2-lagring och kolväteutvinning på ett sådant sätt att betydligt mer kol skulle lagras än vad som utvinns i fossila bränslen.
• Studera förbättrade metoder för att separera och fånga upp koldioxid från en blandning av gaser, en process som för närvarande är för dyr och energikrävande. Både upptäckt av förbättrade ämnen för att absorbera koldioxid och utveckling av processer som kan separera och lagra koldioxid i stor skala behövs. Förbättrade sorbenter skulle minska kostnaderna för "direkt luftinfångning, " vilket innebär att koldioxid absorberas direkt från luften och koncentreras för användning eller lagring.

"Vår rapport bör hjälpa människor att uppskatta den enorma ansträngning som kommer att krävas för att omkonfigurera vårt energisystem för att göra det hållbart inför klimatförändringarna, geopolitisk stabilitet, och ansvarsfull användning av mark, sa Robert Socolow, en professor emeritus i mekanik och rymdteknik och meddirektör för Carbon Mitigation Initiative vid Princeton Environmental Institute. "Vår rapport ger en användbar struktur för att ta itu med plus och minus med flera mindre bekanta tillvägagångssätt."