Ett team ledd av forskare vid University of Virginia varnar för att när det gäller klimatförändringar, världen gör en satsning som den kanske inte kan täcka.

Lagets nya tidning in Naturens klimatförändringar utforskar hur planer på att undvika de värsta resultaten av en uppvärmning planet kan ge sina egna biverkningar.

Den handfull modeller som FN:s mellanstatliga panel för klimatförändringar och beslutsfattare runt om i världen litar på för att utveckla strategier för att uppfylla åtaganden om koldioxidneutralitet, antar alla att negativa utsläppstekniker kommer att finnas tillgängliga som en del av lösningen.

Negativa utsläppstekniker, kallas ofta NET, ta bort koldioxid från atmosfären. De tre mest studerade tillvägagångssätten är bioenergi med kolavskiljning och lagring, som innebär att odla grödor för bränsle, sedan samla in och begrava CO ₂ från den brända biomassan; plantera mer skog; och direkt luftinfångning, en konstruerad process för att separera CO ₂ från luften och förvara den permanent, troligen under jorden.

"Problemet är, ingen har provat dessa tekniker i demonstrationsskala, mycket mindre vid de enorma nivåer som krävs för att kompensera för nuvarande CO ₂ utsläpp, sade Andres Clarens, en professor vid UVA Engineerings institution för tekniska system och miljö och biträdande chef för UVA:s pan-University Environmental Resilience Institute. Institutet finansierade delvis den forskning som ledde till Naturens klimatförändringar papper.

"Vårt papper kvantifierar deras kostnader så att vi kan ha en ärlig konversation om det innan vi börjar göra det här i stor skala, sa Clarens.

Sedan Parisavtalet om att begränsa den globala uppvärmningen till 1,5 grader Celsius, klubbades av världsledare 2015, ett växande antal företag som BP och många institutioner och regeringar – inklusive UVA och Virginia – har förbundit sig att nå noll koldioxidutsläpp under de närmaste decennierna. Microsoft har lovat att radera sina koldioxidutsläpp sedan grundandet 1975.

Till Clarens, en ingenjör som studerar kolhantering, och hans forskarkollegor, detta är en uppmuntrande utveckling. Leds av Clarens Ph.D. student Jay Fuhrman, I gruppen ingår också ekonomen Haewon McJeon och beräkningsforskaren Pralit Patel från Joint Global Change Research Institute vid University of Maryland; UVA Joe D. och Helen J. Kington professor i miljövetenskap Scott C. Doney; och William M Shobe, forskningschef vid Weldon Cooper Center for Public Service och professor vid UVA:s Batten School of Leadership and Public Policy.

För forskningen, teamet använde en integrerad modell – en av dem som FN förlitar sig på – kallad Global Change Assessment Model. Modellen utvecklades vid University of Maryland, som samarbetar med Pacific Northwest National Laboratory för att driva Joint Global Change Research Institute. De jämförde effekterna av de tre negativa utsläppsteknikerna på den globala livsmedelsförsörjningen, vattenanvändning och energibehov. Arbetet tittade på vilken roll att ha direkt luftinfångning tillgängligt skulle ha för framtida klimatscenarier.

Biobränslen och återplantering av skog tar upp stora mark- och vattenresurser som behövs för jordbruk och naturområden; biobränslen bidrar också till föroreningar från gödsling. Direkt luftinfångning använder mindre vatten än att plantera biobränslen och träd, men det kräver fortfarande mycket vatten och ännu mer energi – till stor del levererad av fossila bränslen, uppväga några av fördelarna med att avlägsna koldioxid. Tills nyligen, direkt luftteknik ansågs också vara för dyr för att inkluderas i utsläppsminskningsplaner.

Teamets analys visar att direkt luftinfångning kan börja ta bort upp till tre miljarder ton koldioxid från atmosfären per år till 2035 – mer än 50 % av USA:s utsläpp 2017, det senaste året för vilket tillförlitliga uppgifter fanns tillgängliga. Men även om statliga subventioner gör ett snabbt och utbrett antagande av direkt luftinfångning möjlig, vi kommer att behöva biobränslen och återplantering av skog för att möta CO ₂ reduktionsmål. Analysen visade att priserna på baslivsmedelsgrödor fortfarande kommer att öka ungefär trefaldigt globalt i förhållande till 2010 års nivåer och femdubblas i många delar av världen där det redan finns orättvisor i kostnaden för klimatförändringar.

"Direkt luftinfångning kan mildra - men inte eliminera - de skarpaste avvägningarna som är ett resultat av markkonkurrens mellan jordbruksmark och mark som behövs för nya skogar och bioenergi, " skrev Fuhrman och Clarens i en blogg som åtföljde publiceringen av tidningen.

Kostnaderna som återstår ökar med tiden, bestämmer sig, mångsidiga åtgärder för att minska koldioxidutsläppen och ta bort den från atmosfären desto mer brådskande, hävdar forskarna.

"Vi måste gå bort från fossila bränslen ännu mer aggressivt än vad många institutioner överväger, ", sa Clarens. "Negativa utsläppstekniker är FN:s bakstopp och många länder förväntar sig en dag kommer att rädda oss, men de kommer att ha biverkningar som vi måste vara beredda på. Det är en enorm chansning att sitta på händerna under det kommande decenniet och säga, vi har det här eftersom vi kommer att distribuera den här tekniken 2030, men sedan visar det sig att det är vattenbrist, och vi kan inte göra det."

"Innan vi slår vad om huset, låt oss förstå vad konsekvenserna kommer att bli, " Fuhrman tillade. "Denna forskning kan hjälpa oss kringgå några av de fallgropar som kan uppstå från dessa initiativ."