Om vi ​​ska begränsa globala temperaturökningar till 2 grader över förindustriella nivåer, enligt klimatavtalet från Paris, det kommer att krävas mycket mer än en övergång till koldioxidneutrala energikällor som vind och sol. Det kommer att kräva koldioxidnegativ teknik, inklusive energikällor som faktiskt minskar koldioxidnivåerna i atmosfären.

Medan de flesta klimatforskare och -aktivister är överens om att koldioxidnegativa lösningar kommer att behövas för att uppfylla villkoren i Parisavtalets mål, hittills har de flesta av dessa lösningar setts som opraktiska på kort sikt, speciellt för stora, kolberoende länder som Kina.

Nu, forskare från Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences och Harvard-China Project on Energy, Ekonomi och miljö, i samarbete med kollegor från Tsinghua University i Peking och andra institutioner i Kina, Australien och USA, har analyserat den tekniska och ekonomiska livskraften för Kina att gå mot koldioxidnegativ elproduktion.

Forskningen publiceras i Proceedings of the National Academy of Sciences .

"Det här dokumentet ger ett djärvt förslag att inte bara Kina kan gå mot negativ kolkraft utan att det kan göra det på ett ekonomiskt konkurrenskraftigt sätt, sa Michael McElroy, Gilbert Butler professor i miljöstudier vid Harvard och en senior medförfattare till artikeln.

"Systemet vi beskriver erbjuder inte bara ett koldioxidnegativt alternativ för att generera elektricitet på lång sikt utan ger också betydande på kort sikt fördelar för att minska luftföroreningarna i Kina, sa Xi Lu, Docent vid School of Environment vid Tsinghua University och första författare till artikeln. Lu är också en före detta SEAS doktorand och postdoktor.

Strategin McElroy, Lu och deras kollegors layout involverar kombinationen av två former av grön energi:kol-bioenergiförgasning och kolavskiljning och lagring.

Bioenergi ett av de viktigaste verktygen i den koldioxidnegativa verktygslådan.

Bioenergi kommer från den bästa CO ₂ skrubbers på planeten — växter. Som de flesta av oss lärde oss i grundskolan, växter använder fotosyntes för att omvandla CO ₂ till organiskt kol och syre. Kolet som lagras i växter kan omvandlas tillbaka till energi genom förbränning (a.k.a., brand); jäsning, som vid framställning av etanol; eller genom en process som kallas förgasning, som omvandlar kolrika material till kolmonoxid, väte och koldioxid för bränslen och industrikemikalier.

Processen att omvandla biomassa till energi och sedan fånga upp och lagra avfallet CO ₂ är en av de mest omtalade strategierna för negativ kolkraft. Det är känt som BECCS, bioenergi med avskiljning och lagring av kol. Problemet är, i de flesta applikationer är BECCS inte särskilt effektivt och kräver enorma mängder mark för att odla de växter som behövs för att driva planeten, vilket sannolikt skulle resultera i global mat- och vattenbrist.

Men tänk om det fanns ett sätt att göra processen mer praktisk och effektiv?

Lu, McElroy och deras internationella team vände sig till en osannolik lösning för grön energi:kol.

"Om du försöker göra det här med biobränsle enbart, det är inte särskilt effektivt, ", sade McElroy. "Tillsatsen av kol ger en energikälla som är verkligen viktig. Om du kombinerar biobränsle med kol och förgasar blandningen, du kan i princip utveckla en ren vätekälla i processen."

Genom att modellera olika förhållanden mellan biobränsle och kol, forskarna fann att så länge som minst 35 procent av blandningen är biomassa och avfallskolet fångas upp, den genererade kraften skulle faktiskt minska CO ₂ i atmosfären. Vid det förhållandet, forskarna fann att den utjämnade kostnaden för el inte skulle vara mer än 9,2 cent per kilowattimme. Ett koldioxidpris på cirka 52 USD per ton skulle göra detta system kostnadskonkurrenskraftigt med nuvarande koleldade kraftverk i Kina.

En nyckelkomponent i denna strategi är användningen av skörderester – resterna av växter efter att åkrar har skördats – som biobränsle.

Säsongsbetonade jordbruksbränder, när bönder sätter eld på sina åkrar för att rensa stubb efter en skörd, är en viktig källa till luftföroreningar i Kina. Att samla in stubben och använda den som biobränsle skulle inte bara minska koldioxiden ₂ men avsevärt förbättra luftkvaliteten i landet. Förgasning möjliggör också enklare avlägsnande av luftföroreningar från avfallsströmmen.

Forskarna erkänner att det kommer att ta tid att utveckla ett system för att samla in biomassan och leverera den till kraftverk, men de hävdar att systemet inte behöver implementeras på en gång.

"Eftersom vi har undersökt hela skalan av kol-till-biomassa-förhållanden, vi har visat hur Kina kan gå stegvis mot en allt mer koldioxidnegativ energikälla, " sa Chris P. Nielsen, Verkställande direktör för Harvard-Kina-projektet och medförfattare till studien. "Först, små mängder biobränsle skulle kunna användas för att minska de positiva nettoutsläppen av koldioxid. Sedan, systemet skulle kunna växa mot koldioxidneutralitet och så småningom till ett koldioxidnegativt system. Du behöver inte göra allt från början."

"Denna studie ger viktig information för beslutsfattare som vill implementera koldioxidnegativa energimöjligheter i Kina, sa Lu.