Un effort important mais abordable est nécessaire pour que l’Amérique atteigne des émissions nettes nulles d’ici 2050, selon une étude de Princeton

https://environmenthalfcentury.princeton.edu/research/2020/big-affordable-effort-needed-america-reach-net-zero-emissions-2050-princeton-study

Traduction

Avec un effort national massif, les États-Unis pourraient atteindre des émissions nettes nulles de gaz à effet de serre d’ici 2050 en utilisant la technologie existante et à des coûts alignés sur les dépenses historiques en énergie, selon une étude menée par des chercheurs de l’Université de Princeton

La nouvelle recherche «Net-Zero America» décrit cinq voies technologiques distinctes permettant aux États-Unis de décarboner l’ensemble de leur économie. La recherche est la première étude à quantifier et cartographier avec ce degré de spécificité, les infrastructures à construire et les investissements nécessaires pour faire fonctionner le pays sans émettre plus de gaz à effet de serre dans l’atmosphère qu’il n’en est retiré chaque année. C’est aussi le premier à déterminer comment les emplois et la santé seront affectés dans chaque État à un niveau très granulaire, parfois jusqu’au comté.

Les cinq scénarios de l’étude décrivent à un niveau très détaillé, état par état, l’échelle et le rythme de la technologie et de la mobilisation des capitaux nécessaires à travers le pays, et mettent en évidence les implications pour l’utilisation des terres, les industries énergétiques en place, l’emploi et la santé. Les premiers résultats ont été publiés le 15 décembre, en reconnaissance de l’urgence de réduire les émissions de gaz à effet de serre et de la nécessité d’efforts immédiats d’élaboration de politiques aux niveaux fédéral, étatique et local. Journal…

Au cours de la dernière décennie, il y a eu une vague de recherche des universités et des engagements des villes, des entreprises et des États pour enquêter et promulguer des efforts pour décarboner l’énergie et les systèmes industriels. La tâche est de maintenir la hausse de la température mondiale bien en dessous de 2 degrés Celsius pour éviter les pires effets du changement climatique. L’objectif d’une économie à «émissions nettes nulles» consiste à ne pas émettre dans l’atmosphère plus de gaz à effet de serre qu’il n’en est définitivement éliminé grâce à la technologie ou à des processus naturels améliorés. En cas de succès, la stratégie arrêterait l’accumulation de gaz à effet de serre dans l’atmosphère, ce qui est essentiel pour limiter le réchauffement climatique.

Des recherches antérieures ont cherché à savoir si le net zéro était technologiquement possible et ce qu’il pourrait en coûter pour y parvenir. Mais une pièce manquante est un détail qui pourrait informer les responsables locaux et les autorités responsables de la prise de décisions sur les domaines importants pour la transition, tels que le choix du site et l’utilisation des terres, ainsi que des informations pour les communautés et les parties prenantes qui façonnent et sont affectées par ces décisions.

«La plupart des études ne fournissent pas cette haute résolution géographique pour chaque État du pays, ce qui rend difficile d’apprécier de manière tangible ce qu’il faudra pour atteindre le zéro net. Notre recherche contribue à rendre un avenir net zéro vivant et réel pour les gens », a déclaré Eric Larson, chercheur principal de l’étude et ingénieur de recherche principal au Andlinger Center for Energy and the Environment. «À moins de retrousser nos manches et de vraiment comprendre ce que nous devons faire pour le moment, nous ne pourrons pas atteindre nos objectifs», a déclaré Larson, qui dirige également le groupe d’analyse des systèmes énergétiques du centre.

L’étude de l’Université de Princeton a été menée par des professeurs et des chercheurs du Andlinger Center for Energy and the Environment et du High Meadows Environmental Institute (HMEI). Les responsables du projet incluent Larson, Jesse Jenkins, professeur adjoint de génie mécanique et aérospatial et le Andlinger Center for Energy and the Environment, et Chris Greig, Theodora D. ’78 & William H. Walton III ’74 Senior Research Scientist à Andlinger Centre. La recherche est un projet en cours de la Carbon Mitigation Initiative de HMEI, un programme de recherche axé sur l’étude et la lutte contre le changement climatique, et est aligné sur le Rapid Switch du Andlinger Center, une vaste initiative de recherche visant à accélérer les efforts de décarbonation à l’échelle mondiale.

La nouvelle recherche, qui a impliqué dix chercheurs de Princeton et huit collaborateurs externes, définit cinq voies par lesquelles les États-Unis pourraient décarboner l’ensemble de l’économie au cours des 30 prochaines années.

John Holdren, ancien conseiller scientifique du président Obama et ancien directeur du Bureau de la politique scientifique et technologique de la Maison Blanche, a qualifié l’étude de remarquable et a déclaré qu’elle attirait l’attention sur les domaines dans lesquels des mesures politiques sont les plus nécessaires.

«Tous ceux qui s’intéressent sérieusement à la question cruciale de l’avenir énergétique et climatique de ce pays – notamment la nouvelle administration Biden-Harris – doivent comprendre les résultats de cette étude extraordinaire», a déclaré Holdren, qui est professeur à la Kennedy School of Government de Harvard et Département des sciences de la Terre et des planètes, et la John A. Paulson School of Engineering and Applied Science.

Étant donné que les cinq scénarios conduisent le pays à des émissions nettes nulles, les chercheurs sont neutres quant à savoir lequel est le «meilleur» ou le plus susceptible d’être mis en œuvre. Toutes les voies se sont avérées impliquer des dépenses annuelles en énergie dans la fourchette historique de ce que le pays dépense en énergie chaque année, environ 4 à 6% du produit intérieur brut, ou PIB.

«Les trajectoires nettes nulles exigent de dépenser une fraction similaire du PIB que nous dépensons aujourd’hui en énergie, mais nous devons immédiatement déplacer les investissements vers de nouvelles infrastructures propres au lieu des systèmes existants», a déclaré Jenkins.

Selon la recherche, suivant une voie «business-as-usual» sans efforts de décarbonisation concertés, le pays dépenserait environ 9,4 billions de dollars en énergie au cours de la prochaine décennie. Dans les cinq scénarios à zéro net nul, les coûts du système énergétique sont estimés à seulement 3% (ou 300 milliards de dollars) de plus pour la décennie, et ce pourcentage diminue davantage si les prix du pétrole et du gaz sont plus élevés que ceux modélisés.

Le graphique illustre les dépenses énergétiques annuelles des États-Unis, en pourcentage du PIB, historiquement et pour chacun des cinq scénarios à zéro net à venir jusqu’en 2050. Le graphique montre que les coûts annuels du système énergétique pour les trajectoires à zéro net sont comparables aux dépenses dans l’histoire récente, mais plus élevé que pour le scénario de référence. La modélisation suppose les mêmes prix bas du pétrole et du gaz pour le scénario net zéro et le scénario de référence. La demande de pétrole et de gaz étant plus élevée dans le scénario de référence, il est plausible que les prix du pétrole et du gaz soient également plus élevés. Si tel était le cas, parvenir à un avenir net zéro pourrait être moins coûteux que de ne pas poursuivre les efforts de décarbonisation.

«Nous avons maintenant un bon corpus de preuves qui montre que« oui, c’est abordable. »Nous pouvons le faire», a déclaré Larson. «Et, bien sûr, il y a des coûts importants à ne rien faire. La science du climat a montré qu’un réchauffement incontrôlé nuirait aux communautés ici en Amérique et partout dans le monde, des changements dans les schémas de la maladie au déplacement de millions de personnes de l’élévation du niveau de la mer et inondations causées par des tempêtes plus intenses. »

Les scénarios que la nouvelle recherche détaille incluent un scénario «haute électrification» ou E +, qui implique une électrification agressive des bâtiments et des transports, de sorte que 100% des voitures soient électriques d’ici 2050. Le scénario «moins haute électrification» ou E-, électrifie à un taux plus lent et utilise plus de combustibles liquides et gazeux pendant plus longtemps. Un autre scénario, noté E-B +, permet d’utiliser beaucoup plus de biomasse dans le système énergétique, ce qui, contrairement aux quatre autres scénarios, nécessiterait de convertir certaines terres actuellement utilisées pour l’agriculture alimentaire pour cultiver des cultures énergétiques. La voie E + RE + est un scénario «entièrement renouvelable» et est également le plus restrictif sur le plan technologique. Il suppose qu’aucune nouvelle centrale nucléaire ne sera construite, interdit le stockage souterrain du dioxyde de carbone et élimine toute utilisation de combustibles fossiles d’ici 2050. Il repose plutôt sur un déploiement massif et rapide de l’énergie éolienne et solaire et sur une production accrue d’hydrogène pour atteindre les objectifs de carbone. Le scénario E + RE-, en comparaison, repose sur des «énergies renouvelables limitées», contraignant la construction annuelle d’éoliennes et de centrales solaires à ne pas être plus rapide que les taux les plus rapides atteints par le pays dans le passé, mais supprime d’autres restrictions. Ce scénario dépend plus fortement de l’expansion des centrales électriques avec captage du carbone et électronucléaire.

Le graphique résume les principales caractéristiques de chacune des trajectoires net-zéro que la nouvelle recherche présente, par rapport au scénario de référence, un scénario de statu quo sans effort de décarbonisation concerté. Chacune des voies du net zéro fournit un moyen de décarboner l’ensemble de l’économie américaine au milieu du siècle, mais utilise un mélange différent de technologies pour y parvenir. Le graphique est une gracieuseté des chercheurs

«Étant donné que le net-zéro semble abordable, la question clé suivante est de savoir si nous allons le faire, comment voulons-nous le faire? Tout le monde bénéficiera de la limitation du changement climatique, mais les différents scénarios ont des effets inégaux à mesure qu’ils se déroulent. Qui en profite le plus et qui paie le plus? Pouvons-nous le faire équitablement, et pour qu’un nombre suffisant de personnes voient clairement les avantages qu’il existe une coalition de soutien durable? » dit Jenkins.

Il a déclaré que ces questions sont très différentes de celles que les chercheurs en énergie et en climat abordent généralement, c’est pourquoi la recherche de Net-Zero America a nécessité une grande équipe avec des compétences et des compétences disciplinaires diverses pour mener l’enquête. Dans les cinq scénarios, les chercheurs ont découvert des avantages sanitaires et économiques majeurs à travers le pays. Sur chaque filière, d’ici 2030, le charbon n’est plus utilisé pour la production d’électricité, et il y a une réduction associée des émissions d’oxydes d’azote, d’oxydes de soufre et de particules fines provenant des centrales électriques. La réduction de l’exposition aux particules fines évite 100 000 décès prématurés, ce qui équivaut à près de 1 billion de dollars en avantages pour la pollution de l’air, d’ici le milieu du siècle par rapport à une voie «business-as-usual».

Les mesures visant à atteindre des émissions nettes nulles créent environ 500 000 à 1 million de nouveaux emplois dans le domaine de l’énergie à travers le pays dans les années 2020 seulement, avec des augmentations nettes d’emplois dans presque tous les États. Les scénarios qui reposent davantage sur l’éolien et le solaire voient davantage d’emplois dans l’énergie créés. Dans presque tous les États, les pertes d’emplois dans les industries extractives fossiles sont plus que compensées par une augmentation de la construction et de la fabrication dans le secteur des énergies propres. Des suppressions d’emplois et des transitions importantes se produiront dans certains États où l’économie dépend fortement du charbon et du pétrole, comme la Virginie occidentale et la Louisiane. Les chercheurs ont déclaré que les résultats granulaires sont utiles pour identifier où et quand la dislocation se produira et peuvent éclairer les stratégies de politique publique pour gérer efficacement ces transitions.

La carte représente la ville de Saint-Louis, Missouri, et ses environs en 2050 dans le scénario E + ou haute électrification. Il montre où et quelle quantité d’énergie renouvelable pourrait être déployée au moindre coût, sous réserve des restrictions d’implantation supposées dans la modélisation, afin d’atteindre les objectifs de zéro net. La carte est un exemple de la spécificité qu’apporte la nouvelle recherche. Consultez le rapport complet pour les cartes d’autres villes des États-Unis. Le graphique est une gracieuseté des chercheurs.

«Ces résultats peuvent éclairer les politiques essentielles qui peuvent aider à gérer les effets de la transition et à créer une économie et une société à énergie propre plus juste», a déclaré Erin Mayfield, chercheuse postdoctorale à HMEI qui a dirigé l’analyse de l’emploi et de la pollution atmosphérique dans l’étude.

Dans tous les scénarios de zéro net, l’ampleur requise des investissements et le rythme de construction de nouvelles infrastructures exigent que le changement rapide commence immédiatement, ont déclaré les chercheurs.

«Nous avons toutes les technologies dont nous avons besoin pour démarrer. Nous devons les déployer beaucoup plus rapidement qu’aujourd’hui, et nous devons également investir pour créer de vraies options pour les technologies moins matures qui seront nécessaires à plus long terme », a déclaré Greig.

L’énergie éolienne et solaire, ainsi que l’électrification des bâtiments et des voitures, doivent croître rapidement cette décennie pour que le pays soit sur une trajectoire de zéro net. Les chercheurs ont déclaré que les années 2020 doivent également être utilisées pour continuer à développer des technologies, telles que celles qui captent le carbone dans les usines de gaz naturel ou de ciment ou celles qui divisent l’eau pour produire de l’hydrogène, afin qu’elles soient abordables pour être déployées à grande échelle dans les années 2030. Mais pour les années à venir, les chercheurs ont déclaré que la plupart des gros investissements tournaient autour de l’électricité propre et de l’électrification et étaient similaires dans tous les scénarios.

Selon l’étude, les États-Unis devront étendre leurs systèmes de transport d’électricité de 60% d’ici 2030, et pourraient avoir besoin de le tripler d’ici 2050. L’électrification des bâtiments, principalement en ajoutant des pompes à chaleur pour le chauffage de l’eau et des locaux, et l’électrification des transports en est un autre. étape qui doit être accélérée dans les années 2020 pour préparer le terrain pour l’une des voies.

«Le réseau électrique actuel a mis 150 ans à être construit. Maintenant, pour arriver à des émissions nettes nulles d’ici 2050, nous devons reconstruire cette quantité de transmission au cours des 15 prochaines années, puis en reconstruire beaucoup plus dans les 15 années suivantes. C’est une énorme quantité de changement », a déclaré Jenkins.

Un problème critique pour conduire ce programme d’énergie propre est l’endroit où les nouvelles installations de fabrication de panneaux solaires et d’éoliennes sont construites, et l’emplacement des parcs solaires et éoliens eux-mêmes, ainsi que des usines de production de biocarburants. La recherche fournit des cartes des villes et des régions qui montrent où il est le moins coûteux de construire ces installations et où elles s’intègrent le plus efficacement dans le système énergétique. Mais cela ne tient pas compte des aspects sociaux et humains du lieu de construction de nouvelles infrastructures.

«Les individus et les communautés à travers le pays seront touchés par les transitions à zéro net de différentes manières. Tous les Américains seront des partenaires cruciaux dans cette transition, et nous devons être sensibles aux besoins et aux valeurs des communautés lors de la planification et de la mise en œuvre des infrastructures très importantes et des autres développements nécessaires pour atteindre le zéro net », a déclaré Greig.

Les chercheurs ont déclaré qu’ils espèrent que le rapport, en fournissant une variété d’avenirs, donnera l’assurance que les États-Unis disposent de plusieurs voies authentiques pour parvenir à zéro émission nette et aidera à orienter les investissements et les priorités politiques au cours des prochaines années. Ils ont déclaré que la recherche offre des informations sur la manière de prendre des décisions à court terme compatibles avec l’élimination des émissions nettes de carbone dans 30 ans.

«Aucun des scénarios de Princeton ne se révélera« juste », mais ensemble, ils fournissent une image convaincante des voies possibles à suivre», a déclaré Holdren.

«La motivation est de fournir des conseils granulaires aux décideurs sur ce qu’il faudrait pour faire de ces promesses de zéro net une réalité, en mettant l’accent sur les mesures que nous devons prendre aujourd’hui et qui auront des impacts durables longtemps après le départ du PDG ou le le décideur politique est absent », a déclaré Jenkins.

Vous voulez en savoir plus sur la recherche? Téléchargez le rapport « Net-Zero America » (fichier PDF, 345 pages, 81 Mo).

Le financement de la recherche a été fourni par BP par le biais de la Carbon Mitigation Initiative du High Meadows Environmental Institute de Princeton, ExxonMobil via le Princeton E-ffiliates Partnership au Andlinger Center for Energy and the Environment, avec un soutien en nature de l’Université du Queensland.

En plus de Larson, Greig, Jenkins et Mayfield, d’autres collaborateurs de recherche comprennent: Andrew Pascale et Chuan Zhang, tous deux associés de recherche postdoctorale au Centre Andlinger pour l’énergie et l’environnement; Stephen Pacala, professeur Frederick D. Petrie en écologie et biologie évolutive; Robert Socolow, professeur de génie mécanique et aérospatial, émérite;

Robert Williams, chercheur scientifique principal, émérite; et Joshua Drossman, classe ORFE de 22, tous de l’Université de Princeton. Les collaborateurs supplémentaires incluent: EJ Baik de l’Université de Stanford, Rich Birdsey du US Forest Service (retraité), Rick Duke de Gigaton Strategies, Ryan Jones et Ben Haley d’Evolved Energy Research, Emily Leslie d’Energy Reflections et Keith Paustian et Amy Swan de Université d’État du Colorado.

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