Koldioxid (CO2) och andra växthusgaser i atmosfären kan minskas på två sätt – genom att minska våra utsläpp, eller genom att ta bort det från atmosfären, till exempel genom växter, havet, och jord.

Det historiska Parisavtalet satte ett mål att begränsa den framtida globala medeltemperaturökningen till långt under 2°C och fortsätta ansträngningar för att ytterligare begränsa den genomsnittliga ökningen till 1,5°C över förindustriella nivåer. Ändå lämnades tidpunkten och detaljerna för dessa ansträngningar till enskilda länder.

I en ny studie, publicerad i tidningen Naturkommunikation , forskare från International Institute for Applied Systems Analysis (IIASA) använde en global modell av kolsystemet som står för kolutsläpp och upptag genom både naturliga och antropogena aktiviteter.

"Studien visar att det kombinerade energi- och markanvändningssystemet borde ge noll netto antropogena utsläpp långt före 2040 för att säkerställa att ett mål på 1,5°C uppnås år 2100, " säger Michael Obersteiner, programdirektör för IIASA Ecosystems Services and Management, en studiemedförfattare.

Enligt studien, fossilbränsleförbrukningen skulle sannolikt behöva minskas till mindre än 25 % av den globala energiförsörjningen år 2100, jämfört med 95 % idag. På samma gång, förändrad markanvändning, som avskogning, måste minskas. Detta skulle leda till en minskning av kumulativa utsläpp med 42% i slutet av seklet jämfört med ett scenario som vanligt.

"Denna studie ger en bred redovisning av koldioxiden i vår atmosfär, var det kommer ifrån och vart det tar vägen. Vi tar inte bara hänsyn till utsläpp från fossila bränslen, men också jordbruk, markanvändning, matproduktion, bioenergi, och kolupptag av naturliga ekosystem, " förklarar Världsbankens konsult Brian Walsh, som ledde studien samtidigt som han arbetade som IIASA-forskare.

Den jämför fyra olika scenarier för framtida energiutveckling, med en rad blandningar av förnybar och fossil energi. I ett "högförnybart" scenario där vind, sol, och bioenergi ökar med cirka 5 % per år, nettoutsläppen kan nå en topp 2022, visar studien. Men utan betydande tekniker för negativa utsläpp, den vägen skulle fortfarande leda till en global medeltemperaturhöjning på 2,5°C, missade Parisavtalets mål.

Walsh noterar att scenariot med hög förnybar energi är ambitiöst, men inte omöjligt – den globala produktionen av förnybar energi ökade med 2,6 % mellan 2013 och 2014, enligt IEA. I kontrast, studien visar att fortsatt beroende av fossila bränslen (med tillväxttakt för förnybara energikällor mellan 2 % och 3 % per år), skulle få koldioxidutsläppen att nå sin topp först i slutet av århundradet, orsakar en uppskattad global temperaturökning på 3,5°C år 2100.

Författarna noterar att inte bara blandningen av energi har betydelse, men också den totala mängden energi som förbrukas. Studien omfattade även intervall för hög energiförbrukning och låg energiförbrukning.

Studien kompletterar en stor mängd IIASA-forskning om klimatpolitik och möjligheterna att uppnå mål.

"Tidigare arbete med begränsningsstrategier av IIASA har visat vikten av åtgärder på efterfrågesidan, inklusive effektivitet, bevarande, och beteendeförändring. Framgång inom dessa områden kan förklara skillnaden mellan att nå 1,5C istället för 2C, " säger IIASAs energiprogramdirektör Keywan Riahi, som också bidragit till det nya arbetet.

En ny modell

Studien är ett av de första publicerade resultaten från den nyutvecklade FeliX-modellen, en systemdynamikmodell av social, ekonomisk, och miljömässiga jordsystem och deras ömsesidiga beroenden. Modellen är gratis tillgänglig för nedladdning och användning på http://www.felixmodel.com/.

"Jämfört med andra klimat- och integrerade utvärderingsmodeller, FeliX-modellen är mindre detaljerad, men det ger en unik systemisk bild av hela kolcykeln, som är avgörande för vår förståelse av framtida klimatförändringar och energi, " säger programdirektör för IIASA Ecosystem Services and Management.