Pendekatan utama untuk mencapai pelepasan karbon bersih-sifar bergantung pada menukar pelbagai bahagian ekonomi, seperti kenderaan peribadi dan pemanasan, untuk dijalankan melalui elektrik yang dijana daripada sumber boleh diperbaharui. Tetapi karbon tidak boleh dikeluarkan dari semua bahagian masyarakat. Plastik, yang terdapat di mana-mana di dunia moden, tidak boleh dinyahkarbon kerana ia diperbuat daripada molekul berasaskan karbon.
Dipimpin oleh ahli kimia Wendy Shaw dari Pacific Northwest National Laboratory (PNNL), usaha berbilang institusi telah menghasilkan pelan hala tuju baharu untuk mengurangkan pelepasan dalam segmen ekonomi yang sukar untuk dielektrik. Pendekatan pelbagai rupa termasuk membangunkan bahan api bukan karbon, mencari sumber karbon bukan fosil, dan mengekalkan karbon dalam permainan sebaik sahaja ia memasuki kitaran, dengan idealnya menghasilkan pelbagai kegunaan setiap atom karbon.
Karbon guna tunggal tidak lagi boleh tersebar secara meluas, tegas pengarang peta jalan. Karbon mesti disimpan dalam permainan melalui ekonomi bulat di mana setiap atom karbon digunakan berkali-kali. Karbon boleh digunakan semula dalam sektor perindustrian yang sama atau bertindak sebagai bahan mentah untuk sektor perindustrian baharu. Sebagai contoh, membangunkan proses kitar semula polimer dan menggunakan semula bahan berasaskan karbon dengan cekap akan menjadi pusat kepada pelepasan karbon bersih-sifar masa depan.
"Kami memerlukan penyelesaian baru dan kreatif untuk merealisasikan matlamat penyahkarbonan kami," kata Pengarah PNNL Steven Ashby. “Kerjasama adalah kunci untuk mempercepatkan penyelidikan saintifik yang diilhamkan penggunaan dalam pemangkinan dan sains pemisahan yang akan menyokong penyelesaian ini. Saya sangat menantikan keputusan ini dan penggunaannya dalam penerbangan, trak tugas berat dan pengangkutan marin."
Idea-idea itu muncul daripada bengkel mengenai "Menutup Kitaran Karbon," yang dihoskan bersama oleh PNNL, Makmal Kebangsaan Ames, Makmal Kebangsaan Argonne, Makmal Kebangsaan Brookhaven, Makmal Kebangsaan Lawrence Berkeley, Makmal Kebangsaan Oak Ridge dan Makmal Pemecut Kebangsaan SLAC. Pemimpin dari setiap makmal termasuk Shaw, James Morris, Max Delferro, Sanjaya Senanayake, Francesca Toma, Michelle Kidder, dan Simon Bare, masing-masing.
"Memajukan teknologi kitar semula dan penukaran karbon adalah kunci kepada masa depan tenaga bersih, dan Argonne komited untuk menyokong pembangunannya," kata Pengarah Argonne Paul Kearns. "Saya memuji para penyelidik yang bekerjasama di seluruh kompleks makmal kebangsaan Jabatan Tenaga untuk memacu inovasi transformatif ini untuk mencapai sifar bersih menjelang 2050."
Pelan jalan ke penyahkarbonan
Hidrogen dan ammonia kedua-duanya berpotensi sebagai bahan api bebas karbon. Walau bagaimanapun, kedua-duanya mempunyai cabaran yang jelas untuk pelaksanaan. Khususnya, kos untuk menyimpan dan mengangkut hidrogen menjadikannya tidak praktikal dengan teknologi semasa. Usaha untuk membangunkan molekul dan bahan pembawa untuk membolehkan pengangkutan hidrogen yang selamat dan berpatutan akan melengkapkan matlamat Hydrogen Earthshot Jabatan Tenaga untuk menghasilkan hidrogen secara baharu pada harga $1/kilogram atau kurang. Pengurangan kos ini boleh membantu mewujudkan sistem berasaskan hidrogen yang berdaya maju.
Menggunakan karbon daripada pelbagai sumber adalah penting kepada pendekatan yang dicadangkan. Karbon akan terus menjadi penting untuk banyak sektor ekonomi kritikal. Sektor-sektor ini adalah calon untuk kitaran karbon bulat melalui kitar semula dan menggabungkan pelbagai sumber karbon. Sumber karbon berharga yang mungkin termasuk biojisim, sisa makanan dan sisa plastik.
Menjadikan proses ini realiti memerlukan pemisahan dan penukaran yang berkesan dan cekap kerana campuran kompleks membentuk kebanyakan aliran karbon bukan fosil.
"Karbon harus dilihat sebagai komoditi berharga yang mesti dipelihara dan digunakan semula," kata Shaw, Ketua Sains dan Teknologi Pegawai Direktorat Sains Fizikal dan Pengiraan PNNL. "Visi kami adalah untuk mengubah peranan karbon dalam ekonomi kami dengan menggunakan semula setiap atom karbon beberapa kali dalam ekonomi bulat."
Mengubah bahan buangan "tradisional" secara berkesan kepada bahan boleh guna semula masih kritikal. Menggabungkan langkah pengasingan dan penukaran melalui pengasingan reaktif boleh memberikan pendekatan praktikal. Pemisahan reaktif menggabungkan tindak balas kimia dengan pemisahan penulenan dan boleh memberikan pengukuhan proses, menukar karbon bukan fosil dengan lebih cekap.
"Kami memerlukan perkembangan sains asas baharu untuk menghasilkan pendekatan industri bersepadu," kata Morris. "Teknologi yang terhasil akan mewujudkan peluang ekonomi baharu, pembangunan pendidikan, dan pertumbuhan pekerjaan tambahan."
Pelan hala tuju membentangkan masa depan tanpa pembaziran, di mana karbon dianggap sebagai komoditi berharga dan bukannya sumber boleh guna. Membawa sumber karbon yang mampan ke dalam ekonomi bulatan karbon adalah penting untuk masa depan ini.
Artikel penuh boleh didapati di Kajian Alam Semula Jadi Kimia.