Nel 2015 Accordo di Parigi Per quanto riguarda i cambiamenti climatici, quasi tutti i paesi della Terra si sono impegnati a mantenere le temperature globali "ben al di sotto" di 2C rispetto ai livelli preindustriali ea "proseguire gli sforzi per limitare ulteriormente la temperatura a 1.5C".

Tuttavia, al momento, gli scienziati avevano solo modellato il sistema energetico e le vie di mitigazione del carbonio per raggiungere l'obiettivo 2C. Pochi studi hanno esaminato come il mondo potrebbe limitare il riscaldamento a 1.5C.

Ora un documento in Nature Climate Change presenta i risultati di un nuovo esercizio di modellazione utilizzando sei diversi "modelli di valutazione integrata" (IAM) per limitare le temperature globali in 2100 al di sotto di 1.5C.

I risultati suggeriscono che 1.5C è realizzabile se le emissioni globali raggiungono il picco nei prossimi anni e quantità massicce di carbonio vengono risucchiate dall'atmosfera nella seconda metà del secolo attraverso una tecnologia proposta nota come bioenergia con cattura e stoccaggio del carbonio (BECCS).

Definizione dell'obiettivo 1.5C

Una sfida con l'obiettivo di limitare il riscaldamento a 1.5C al di sopra dei livelli pre-industriali è che lo era non chiaramente definito nel testo dell'accordo di Parigi. Ad esempio, gli scienziati non sono d'accordo su quali, esattamente, le temperature pre-industriali erano e il modo migliore per definirli, così come quale set di dati da utilizzare.

Non vi è neppure un chiaro consenso se l'obiettivo dovrebbe essere quello di mirare ad avere anche quote del mondo che raggiungono il riscaldamento 1.5C da 2100, o cercare di provare ad evitare che le temperature superino 1.5C puntando a un riscaldamento ancora più basso. Perché incertezze nella sensibilità al clima Significa che potremmo avere qualsiasi cosa tra il riscaldamento di 1.5C e 4.5C per il raddoppio delle emissioni di CO2, gli scienziati tendono a pianificare di evitare il caso peggiore in cui la sensibilità al clima si colloca nella fascia più alta dell'intervallo.

Nel caso dell'obiettivo 2C, la lingua "ben al di sotto" dell'accordo di Parigi è stata interpretata come garanzia che non esiste più di una probabilità 33% di superare 2C e, quindi, una probabilità di 66% di rimanere al di sotto di esso. Ma l'obiettivo 1.5C potrebbe essere interpretato poiché entrambi mirano a una probabilità di 50% di rimanere sotto 1.5C, o una probabilità di 66% simile al target 2C. Questo può sembrare una piccola distinzione, ma ha un grande impatto sul bilancio del carbonio risultante e facilità nel raggiungere l'obiettivo.

Nel loro nuovo documento, una squadra di ricercatori di energia 23 sceglie l'interpretazione più rigorosa del bersaglio, mirando a una probabilità di 66% di evitare più del riscaldamento di 1.5C nell'anno 2100. Tuttavia, consentono alle temperature di superare 1.5C nel corso del secolo, purché diminuiscano al di sotto di 1.5C entro l'anno 2100. Questo è noto come scenario di "overshoot".

1.5C è possibile solo in alcuni percorsi futuri

Per valutare percorsi percorribili per limitare il riscaldamento a 1.5C, i ricercatori usano il nuovo Percorsi socioeconomici condivisi (SSP) sviluppati in preparazione del prossimo rapporto di valutazione del comitato intergovernativo sul cambiamento climatico (IPCC) previsto per il prossimo decennio. Questi SSP - che Carbon Brief esplorerà in modo più approfondito nelle prossime settimane - presentano cinque possibili mondi futuri che differiscono nella loro popolazione, crescita economica, domanda di energia, uguaglianza e altri fattori.

Ogni mondo potrebbe avere più traiettorie climatiche differenti, anche se alcune avranno un tempo molto più facile per ridurre le emissioni rispetto ad altre. La nuova traiettoria climatica associata ad evitare più del riscaldamento 1.5C in 2100 si chiama Representative Concentration Pathway 1.9 ("RCP1.9"), che è un mondo in cui il forzante radiativo dai gas serra è limitato a non più di 1.9 watt per metro quadrato (W / m2) sopra i livelli preindustriali. Questo è inferiore all'intervallo di RCP precedentemente utilizzati dai modellatori climatici, che passavano da 2.6 a 8.5W / m2.

I sei IAM trovano tutti gli scenari 1.5C fattibili in SSP1, che è un percorso incentrato sullo "sviluppo inclusivo e sostenibile". Quattro dei sei modelli individuano percorsi in SSP2, che è uno scenario intermedio in cui le tendenze seguono in gran parte gli schemi storici. Nessun modello mostra percorsi 1.5C praticabili in SSP3, che è un mondo di "rivalità regionale" e "nazionalismo risorgente" con scarsa cooperazione internazionale.

Infine, solo uno dei modelli ha un percorso 1.5C in SSP4, che è un mondo di "alta disuguaglianza", mentre due modelli hanno percorsi fattibili in SSP5, un mondo di "rapida crescita economica" e "stili di vita ad alta intensità energetica".

Le emissioni devono raggiungere il picco rapidamente

Per limitare il riscaldamento al di sotto di 1.5C, tutti i modelli esaminati dai ricercatori richiedono che il picco delle emissioni globali di 2020 diminuisca bruscamente in seguito. Dopo 2050, il mondo deve ridurre a zero le emissioni nette di CO2 e le emissioni devono essere sempre più negative durante la seconda metà del secolo 21st.

Anche con queste rapide riduzioni, tutti gli scenari considerati superano ancora il riscaldamento 1.5C negli 2040, prima di passare a 1.3-1.4C sopra i livelli pre-industriali di 2100. I modelli con riduzioni più rapide - generalmente associati a SSP1 - hanno una temperatura inferiore rispetto a quelli con riduzioni più graduali.

La figura seguente mostra sia le emissioni di CO2 (a sinistra) che il riscaldamento globale al di sopra del preindustriale (a destra) su tutti i modelli 1.5C esaminati. Le linee sono colorate in base all'SSP utilizzato.

Emissioni CO2 in gigatoni (Gt) CO2 (a sinistra) e temperatura superficiale media globale rispetto a preindustriale (a destra) in tutti gli scenari RCP1.9 / 1.5C inclusi in Rogelj et al 2018. Dati disponibili in Database IIASA SSP. Chart by Carbon Brief utilizzando Highcharts.

I modelli mostrano un 1.5C rimanente "bilancio del carbonio"Da 2018 a 2100 tra -175 e 400 gigatonnellate di CO2 (GtCO2). Questo intervallo è coerente con le stime dal Rapporto di valutazione 5th dell'IPCC.

L'ampia gamma è in gran parte il risultato delle differenze nelle emissioni di gas serra non CO2, come il metano e il protossido di azoto, che variano di un fattore compreso tra due e tre nei modelli di 2100. Alcuni modelli con emissioni non CO2 più alte hanno un bilancio di carbonio residuo inferiore a zero, richiedendo più CO2 per essere rimosso dall'atmosfera che aggiunto alla fine del secolo. In queste simulazioni, il bilancio del carbonio per 1.5C è già stato esaurito.

La stima centrale tra i modelli è che il rimanente budget in carbonio 2018-2100 è intorno a 230 GtCO2. Al ritmo attuale delle emissioni, ciò consentirebbe circa sei anni fino all'esaurimento dell'intero budget 1.5C, con un intervallo da zero a 11 anni su tutti i modelli.

Sostituzione di combustibili fossili con fonti rinnovabili

Lo studio esplora i diversi modi in cui è possibile soddisfare il fabbisogno energetico globale, riducendo al contempo le emissioni di gas serra per raggiungere l'obiettivo 1.5C. Limitare il riscaldamento al di sotto di 1.5C richiede che il mondo elimini rapidamente tutti i tipi di combustibili fossili - o almeno quelli senza accompagnamento cattura e stoccaggio del carbonio (CCS). Allo stesso tempo, il mondo ha bisogno di accelerare rapidamente l'uso di fonti di energia zero e net-negative - cose come BECCS che generano energia mentre rimuovono CO2 dall'atmosfera.

La figura seguente mostra l'uso di fonti rinnovabili (a sinistra), BECC Netto negativo (centro) e carbone senza CCS (a destra) su tutti i modelli 1.5C. I colori mostrano quali SSP utilizzano le simulazioni del modello.

Uso globale di energia primaria negli exajoule (EJ) per le rinnovabili non biomasse (a sinistra), BECCS (centro) e carbone senza CCS (a destra) in tutti gli scenari RCP1.9 / 1.5C. Adattato da Figura 2 in Rogelj et al 2018.

Nella maggior parte dei modelli, l'utilizzo complessivo di energia aumenta effettivamente tra 2018 e 2100, tra -22% e + 83%, con un aumento centrale di 22%.

Tuttavia, i modelli mostrano anche che l'efficienza energetica è abbastanza importante nel breve periodo - almeno, mentre la maggior parte dell'energia proviene dai combustibili fossili. Ciò è particolarmente importante nei settori dei trasporti e dell'edilizia, dove la decarbonizzazione rapida è più difficile che nella produzione di energia.

I modelli mostrano una 60-80% stimata di tutta l'energia proveniente dalle rinnovabili a livello globale da 2050. Alcuni modelli mostrano anche un ruolo molto più grande per l'energia nucleare, sebbene altri non lo facciano.

Per limitare il riscaldamento a 1.5C, l'utilizzo del carbone senza cattura del carbonio diminuisce di circa 80% di 2040, mentre l'olio viene per lo più eliminato gradualmente da 2060. Ciò richiederebbe la maggior parte dei veicoli a benzina o diesel per essere eliminati gradualmente da 2060, con veicoli elettrici o altri veicoli a basso consumo di carbonio a basso consumo che costituiscono la maggior parte delle vendite ben prima di quella data. Il futuro utilizzo di gas naturale è più misto nei modelli, con alcuni aumenti che mostrano e alcuni diminuiscono entro la metà del secolo.

Le emissioni devono essere negative

Emissioni negative sono necessari nella seconda metà del secolo per estrarre il CO2 extra dall'atmosfera. Questo perché le emissioni non possono cadere abbastanza velocemente nei modelli per evitare di superare il budget di carbonio ammissibile per evitare il riscaldamento di 1.5C.

La maggior parte dei modelli emette all'incirca 50-200% di CO2 in più rispetto al budget di carbonio ammissibile nel corso del secolo, prima di estrarre nuovamente CO2 extra.

I modelli presumono un'adozione diffusa di BECCS a partire da 2030 e 2040 per poi aumentare rapidamente. Con 2050, molti modelli hanno BECCS che produce più di 100 exajoule (EJ), approssimativamente la stessa quantità di energia a livello globale che il carbone fornisce oggi. Con 2100, BECCS sarà intorno a 200EJ rispetto a 300EJ per tutte le energie rinnovabili non biomasse.

La figura seguente mostra la quantità di CO2 sequestrata da CCS (sia da BECCS che da combustibili fossili) su tutti i modelli. La cattura del carbonio aumenta dopo 2020 e potrebbe essere 20 GtCO2 o superiore entro la fine del secolo, che rappresenta circa la metà delle emissioni globali di CO2 in 2018.

CO2 annuale sequestrato per cattura e stoccaggio del carbonio in gigatoni (Gt) CO2 per anno e SSP su tutti gli scenari RCP1.9 / 1.5C. Adattato da Figura 3 in Rogelj et al 2018.

I modelli producono stime delle variazioni globali della copertura forestale tra -2% e 26% tra oggi e 2100, con la maggior parte dei modelli che mostrano aumenti significativi nella copertura forestale. Sia i BECC che l'imboschimento richiedono molta terra. La maggior parte dei modelli mostra un declino negli scenari di terreni coltivati ​​a livello globale all'incirca uguale all'area attualmente utilizzata per l'agricoltura in tutta l'Unione europea.

Tuttavia, la maggior parte dei modelli utilizzati nello studio non include l'imboschimento come opzione di mitigazione esplicita, quindi l'imboschimento e altri Tecnologie "naturali" a emissioni negative potrebbe potenzialmente svolgere un ruolo più ampio in futuro. Le tecnologie specifiche utilizzate per le future emissioni negative possono essere diverse e in qualche modo meno dipendenti dal BECCS, ma gli approcci non BECCS sono ampiamente esclusi dai modelli a causa delle incertezze in termini di costo ed efficacia su scala.

Allo stesso modo, la quantità di BECCS utilizzata differisce notevolmente tra i modelli e tra i provider di servizi condivisi, con SSP1 che richiede le emissioni meno negative e SSP5 che richiede il massimo a causa delle riduzioni più ridotte delle emissioni e del consumo energetico complessivo.

Dr Joeri Rogelj, l'autore principale della carta dal Istituto Internazionale per analisi dei sistemi applicati (IIASA) in Austria, dice a Carbon Brief:

"Questo indica che un focus su stili di vita sostenibili che limitano la domanda di energia può ridurre fortemente la dipendenza da BECCS."

Una conseguenza interessante dell'obiettivo 1.5C è un uso ridotto di combustibili fossili combinato con CCS, rispetto a quanto riscontrato negli scenari 2C. Ciò è dovuto al fatto che i combustibili fossili con CCS producono ancora emissioni di metano dovute all'estrazione di carbone o alla manipolazione del gas, nonché emissioni di CO2 dovute a catture e perdite imperfette. Queste emissioni extra possono diventare troppo importanti per consentire su larga scala in un mondo 1.5C.

Molto più difficile da raggiungere 1.5C rispetto a 2C

Oltre a esplorare i dettagli di ciò che sarebbe necessario per limitare il riscaldamento a 1.5C, il documento lo confronta anche con gli scenari 2C esistenti in una serie di diverse categorie. La figura seguente mostra la differenza tra gli scenari 1.5C e 2C tra le metriche di riduzione economica e CO2. Ogni linea tratteggiata rappresenta un aumento di 100% del costo o dello sforzo in un mondo 1.5C rispetto a un mondo 2C.

Incrementi relativi dei costi e metriche di riduzione CO2 per scenari 1.5C rispetto agli scenari 2C per vari provider di servizi condivisi. Ogni linea tratteggiata rappresenta un aumento di 100% del costo o della riduzione, fino ad un aumento di 500%. Tratto dalla figura 4 in Rogelj et al 2018.

Gli aumenti maggiori riguardano i prezzi del carbonio, che devono essere tra il 200% e il 400% in più, e nei costi a breve termine, che sono 200% superiori al 300%. Questi aumenti dei costi a breve termine sono determinati dalle riduzioni più severe delle emissioni a breve termine necessarie. Si prevede inoltre che i costi a lungo termine si aggirino intorno al 200%.

Per le metriche di riduzione CO2, un mondo 1.5C richiede riduzioni da circa due a tre volte maggiori di CO2 da edifici e trasporti rispetto a un mondo 2C. Questi settori sono più difficili da decarbonizzare rispetto alla generazione di energia in quanto implicano la combustione diretta dei combustibili fossili che sono meno facilmente sostituibili.

Difficile, ma possibile?

I nuovi scenari in questo studio sono importanti perché mostrano che ci sono possibili traiettorie e percorsi tecnologici che possono limitare il riscaldamento al di sotto di 1.5C in 2100. Tuttavia, tutti i modelli includevano il surriscaldamento 1.5C del riscaldamento a metà del secolo. La maggior parte si basa anche su enormi quantità di ancora non dimostrata emissioni negative più tardi nel secolo per consentire una riduzione più graduale delle emissioni nel prossimo futuro.

As Dott. Glen Peters, ricercatore senior presso il Centro CICERO per la ricerca internazionale sul clima in Norvegia, che non è stato coinvolto nello studio, dice a Carbon Brief:

"Limitare la temperatura a 1.5C si sta avvicinando a ciò che i modelli possono fornire, con solo alcune ipotesi socioeconomiche, tecnologiche e di risorse suscettibili ai percorsi 1.5C. Come trasformare i risultati del modello in una trasformazione della società vitale rimane l'elefante nella stanza. Gli scenari 1.5C richiedono riduzioni radicali nel consumo di combustibili fossili senza sosta, rapida espansione delle fonti energetiche non fossili e rimozione del biossido di carbonio su scala planetaria. Non riuscire a soddisfare nessuno di quei blocchi fondamentali renderà 1.5C rapidamente irrealizzabile. "

Nota: Accompagnare la pubblicazione dello studio è un nuovo aggiornamento Emissioni SSP e database degli scenari, che include i dati per tutti gli scenari SSP.

Rogelj, J. et al. (2018) Scenari per limitare l'aumento della temperatura media globale al di sotto di 1.5C, Nature Climate Change,

doi:10.1038/s41558-018-0091-3

Questo articolo è originariamente apparso su Carbon Brief

Circa l'autore

Zeke Hausfather copre la ricerca in scienze del clima ed energia con un focus negli Stati Uniti. Zeke ha conseguito un master in scienze ambientali presso la Yale University e la Vrije Universiteit di Amsterdam e sta completando un dottorato in scienze climatiche all'Università della California, a Berkeley. Ha trascorso gli ultimi anni di 10 lavorando come scienziato dei dati e imprenditore nel settore del cleantech.

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