[ad_1]
Это вторая статья из серии интервью, состоящей из четырех частей, в которой рассказывается о работе 27 MIT Climate Grand Challenges. финалисты, которые получили в общей сложности 2,7 миллиона долларов стартового финансирования для продвижения своих проектов. В апреле Институт назовет часть финалистов многолетними флагманскими проектами.
В прошлом месяце Межправительственная группа экспертов по изменению климата (МГЭИК), экспертный орган Организации Объединенных Наций, представляющий 195 правительств, опубликовала свое последний научный отчет о растущих угрозах, связанных с изменением климата, и призвал к резкому сокращению выбросов парниковых газов, чтобы предотвратить самые катастрофические последствия для человечества и природных экосистем.
Довести глобальную экономику до нулевых выбросов углекислого газа к середине века сложно и требует новых идей и новаторских подходов. Первый в истории Массачусетский технологический институт Климатические грандиозные вызовы конкуренция сосредоточена на четырех проблемных областях, включая удаление парниковых газов из атмосферы и определение эффективных, экономичных решений для управления и хранения этих газов. Другие темы исследований Climate Grand Challenges касаются использования данных и науки для прогнозирования рисков, связанных с климатом, обезуглероживания сложных отраслей и процессов, а также обеспечение равенства и справедливости в решениях по борьбе с изменением климата.
В следующих беседах, подготовленных для Новости Массачусетского технологического института, Преподаватели трех команд, работающих над решением «Удаление, управление и хранение парниковых газов», объясняют, как они используют геологические, биологические, химические и океанические процессы для разработки революционных методов удаления, управления и хранения углерода. Их ответы были отредактированы для увеличения длины и ясности.
Направленная эволюция биологической фиксации углерода
По оценкам, спрос на сельскохозяйственную продукцию в ближайшие десятилетия вырастет на 50 процентов, в то время как изменение климата, по прогнозам, одновременно резко снизит урожайность и предсказуемость, что потребует резкого ускорения расчистки земель. Без немедленного вмешательства это окажет ужасное воздействие на дикую среду обитания, лишит средств к существованию сотен миллионов фермеров, ведущих натуральное хозяйство, и создаст сотни гигатонн новых выбросов. Мэтью Шоулдерс, доцент кафедры химии, рассказывает о рабочей группе, которую он возглавляет в партнерстве с Эдом Бойденом, профессором нейротехнологии Y. Eva Tan и исследователем Медицинского института Говарда Хьюза в Институте исследований мозга Макговерна, целью которой является значительно сократить выбросы углерода в сельском хозяйстве за счет устранения основных биохимических узких мест в процессе фотосинтеза с использованием самой сложной синтетической биологии, доступной науке.
Вопрос: Опишите два пути, которые вы определили для повышения продуктивности сельского хозяйства и устойчивости к изменению климата.
А: Во-первых, цианобактерии растут в миллионы раз быстрее, чем растения, и в десятки раз быстрее, чем микроводоросли. Разработка этих цианобактерий в качестве источника основных пищевых продуктов с использованием синтетической биологии позволит производить продукты питания с использованием меньшего количества земли и принципиально более устойчивым к климату образом. Во-вторых, фиксация углерода, или процесс включения углекислого газа в органические соединения, является лимитирующей стадией фотосинтеза и становится еще менее эффективной при повышении температуры. Усовершенствования Rubisco, фермента, опосредующего этот центральный процесс, повысят урожайность сельскохозяйственных культур и обеспечат устойчивость сельскохозяйственных культур к изменению климата к 2050 году. Наша команда под руководством Робби Уилсона и Макса Шуберта создала новые методы направленной эволюции, адаптированные для обеих стратегий, уже обнаружили многообещающие ранние результаты. Применение направленной эволюции к фотосинтезу, фиксации углерода и производству продуктов питания может привести ко второй зеленой революции.
Вопрос: Какие партнеры вам понадобятся для ускорения разработки ваших решений?
А: Мы уже установили партнерские отношения с ведущими сельскохозяйственными институтами, имеющими большой опыт в трансформации растений и проведении полевых испытаний, что позволило интегрировать наши улучшенные ферменты, связывающие углекислый газ, в широкий спектр сельскохозяйственных культур. На этапе развертывания мы сможем сотрудничать с несколькими отраслевыми группами, чтобы добиться масштабного улучшения сельского хозяйства. Партнерские отношения с крупными семеноводческими компаниями по всему миру будут иметь ключевое значение для использования каналов сбыта в производственных цепочках поставок и сетях фермеров, агрономов и лицензированных розничных продавцов. Поддержка со стороны местных органов власти также будет иметь решающее значение в тех случаях, когда субсидии на семена необходимы фермерам, чтобы зарабатывать на жизнь, например, мелким фермерским хозяйствам и общинам, занимающимся натуральным хозяйством. Кроме того, наше исследование обеспечивает доступную платформу, которая способна обеспечить и улучшить поглощение углекислого газа в различных организмах, расширяя сферу нашего партнерства для широкого круга компаний, заинтересованных в промышленных микробиологических применениях, включая водоросли и цианобактерии, а также в улавливании и хранении углерода. .
Стратегии по снижению содержания метана в атмосфере
Метан, один из самых мощных парниковых газов, выбрасывается в атмосферу в результате целого ряда видов деятельности человека и естественных процессов, включая сельское хозяйство и управление отходами, производство ископаемого топлива и изменение практики землепользования, при этом нет единого доминирующего источника. Вместе с разнообразной группой преподавателей и исследователей из школ гуманитарных, гуманитарных и социальных наук; Архитектура и планирование; Инженерия; и наука; плюс Колледж вычислительной техники им. Шварцмана Массачусетского технологического института, Дезире Плата, доцент кафедры гражданской и экологической инженерии, возглавляет сеть метана Массачусетского технологического института, комплексный подход к формулированию масштабируемых новых технологий, бизнес-моделей и политических решений для снижения уровня атмосферных выбросов. метан.
Вопрос: Какую проблему вы пытаетесь решить и почему это «большая задача»?
А: Удаление метана из атмосферы или прекращение его попадания туда может изменить темпы глобального потепления на протяжении всей нашей жизни и к 2050 году сократить потепление на полградуса. Источники метана распределены в пространстве и времени и имеют тенденцию быть очень разбавленным, что делает удаление метана проблемой, которая раздвигает границы возможностей современной науки и техники. Поскольку основные источники атмосферного метана связаны с нашей экономикой и культурой — от расчистки водно-болотных угодий для выращивания до добычи природного газа и производства молочных и мясных продуктов — социальные и экономические последствия фундаментально измененной системы управления метаном имеют далеко идущие последствия. Тем не менее, эти проблемы решаемы и могут значительно уменьшить последствия изменения климата в ближайшем будущем.
Вопрос: Что известно о стремительном росте содержания метана в атмосфере и какие вопросы остаются без ответа?
А: Отслеживание атмосферного метана само по себе является сложной задачей, но стало ясно, что выбросы велики, ускоряются в результате деятельности человека и сразу же наносят ущерб. Хотя в спутниковых измерениях выбросов метана достигнут некоторый прогресс, необходимо преобразовать эти данные в действенные решения. Остается несколько ключевых вопросов, связанных с повышением точности датчиков и проектированием сети датчиков для оптимизации размещения, улучшения времени отклика и предотвращения утечек с помощью автономных средств управления на земле. Дополнительные вопросы включают развертывание систем низкоактивного окисления метана и новых каталитических материалов на угольных шахтах, молочных фермах и других обогащенных источниках; оценка политических стратегий и социально-экономического воздействия новых технологий с прицелом на пути декарбонизации; и масштабирование технологий с жизнеспособными бизнес-моделями, которые стимулируют экономику при одновременном сокращении выбросов парниковых газов.
Развертывание универсальных технологий улавливания и хранения углерода в масштабе
Растет консенсус в отношении того, что просто фиксировать текущие выбросы углекислого газа уже недостаточно — не менее важно ориентироваться на распределенные источники, такие как океаны и воздух, где углекислый газ аккумулировался в результате прошлых выбросов. Бетар Галлант, адъюнкт-профессор машиностроения Американского бюро судоходства, обсуждает свою работу с Брэдфордом Хагером, профессором наук о Земле Сесила и Иды Грин в Департаменте наук о Земле, атмосфере и планетах, и Т. Аланом Хаттоном, Ральф Ландау, профессор химического машиностроения и директор Школы химического машиностроения, чтобы значительно расширить портфель технологий, доступных для улавливания и постоянного хранения углерода в масштабе. (Группа под руководством доцента Матея Печа из EAPS также занимается улавливанием и хранением углерода.)
Вопрос: Процессы улавливания и хранения углерода существуют уже несколько десятилетий. Какие достижения вы стремитесь сделать с помощью этого проекта?
А: Сегодняшние парадигмы захвата являются дорогостоящими, неэффективными и сложными. Мы стремимся решить эту проблему, разрабатывая новое поколение технологий улавливания, которые работают с использованием возобновляемых источников энергии, достаточно универсальны для удовлетворения возникающих промышленных потребностей, адаптивны и реагируют на различные социальные потребности и могут быть легко развернуты в более широком ландшафте.
Новые подходы потребуют перепроектирования всего процесса захвата, что потребует фундаментальных научных и инженерных усилий, которые носят широко междисциплинарный характер. В то же время существующие технологии были в основном оптимизированы для интеграции с электростанциями, работающими на угле или природном газе. Будущие приложения должны перейти от устаревших источников выбросов в энергетическом секторе к секторам, в которых трудно смягчить последствия, таким как производство цемента, железа и стали, химическая промышленность и производство водорода. Не менее важной станет разработка и оптимизация систем, предназначенных для гораздо более низких концентраций углекислого газа, например, в океанах или воздухе. Наши усилия будут расширять фундаментальные научные исследования, а также влияние хранения на человека, в том числе то, как участие общественности и образование могут изменить отношение к более широкому принятию геологического хранения двуокиси углерода.
Вопрос: Каковы ожидаемые последствия предлагаемого вами решения, как положительные, так и отрицательные?
А: Возобновляемая энергия не может быть развернута достаточно быстро повсеместно, она не может заменить все источники выбросов и не может учесть прошлые выбросы. Улавливание и хранение углерода (CCS) представляет собой продемонстрированный метод борьбы с выбросами, которые, несомненно, произойдут до завершения перехода на низкоуглеродную энергетику. CCS может добиться успеха, даже если другие стратегии потерпят неудачу. Это также позволяет развивающимся странам, которым может потребоваться переход на возобновляемые источники энергии в более длительные сроки, обеспечить справедливое экономическое развитие, избегая при этом наиболее вредных воздействий на климат. И CCS обеспечивает будущую жизнеспособность многих основных отраслей и видов транспорта, многие из которых не имеют четких альтернатив до 2050 года, не говоря уже о 2040 или 2030 году.
Предполагаемые риски потенциальных утечек и землетрясений, связанные с геологическим хранилищем, можно свести к минимуму, выбрав подходящие геологические формации для хранения. Несмотря на то, что CCS обеспечивает хорошо понятный способ удаления достаточного количества углекислого газа, уже выброшенного в атмосферу, некоторые защитники окружающей среды решительно выступают против него, опасаясь, что CCS вознаграждает нефтяные компании и препятствует переходу от ископаемого топлива. Мы считаем, что важнее помнить о необходимости достижения ключевых климатических целей ради планеты и приветствовать тех, кто может помочь.
[ad_2]
Source