Este es el segundo artículo de una serie de entrevistas de cuatro partes que destaca el trabajo de los 27 finalistas de MIT Climate Grand Challenges , que recibieron un total de 2,7 millones de dólares en financiación inicial para avanzar en sus proyectos. En abril, el Instituto nombrará un subconjunto de los finalistas como proyectos emblemáticos multianuales.

El mes pasado, el Panel Intergubernamental sobre el Cambio Climático (IPCC), un organismo de expertos de las Naciones Unidas que representa a 195 gobiernos, publicó su último informe científico sobre las crecientes amenazas que plantea el cambio climático y pidió reducciones drásticas en las emisiones de gases de efecto invernadero para evitar la resultados más catastróficos para la humanidad y los ecosistemas naturales.

Llevar la economía global a cero emisiones netas de dióxido de carbono para mediados de siglo es complejo y exige nuevas ideas y enfoques novedosos. La primera competencia MIT Climate Grand Challenges se enfoca en cuatro áreas problemáticas, incluida la eliminación de gases de efecto invernadero de la atmósfera y la identificación de soluciones económicas y efectivas para administrar y almacenar estos gases. Los otros temas de investigación de Climate Grand Challenges abordan el uso de datos y ciencia para pronosticar riesgos relacionados con el clima, descarbonizar industrias y procesos complejos, y construir equidad y equidad en las soluciones climáticas .

En las siguientes conversaciones preparadas para MIT News, profesores de tres de los equipos que trabajan para resolver "Eliminar, administrar y almacenar gases de efecto invernadero" explican cómo se basan en procesos geológicos, biológicos, químicos y oceánicos para desarrollar técnicas innovadoras para eliminación, gestión y almacenamiento de carbono. Sus respuestas han sido editadas por su extensión y claridad.

Evolución dirigida de la fijación biológica de carbono.

Se estima que la demanda agrícola aumentará en un 50 por ciento en las próximas décadas, mientras que al mismo tiempo se proyecta que el cambio climático reducirá drásticamente el rendimiento y la previsibilidad de los cultivos, lo que requerirá una aceleración drástica del desmonte. Sin una intervención inmediata, esto tendrá un impacto terrible en el hábitat silvestre, robará los medios de subsistencia de cientos de millones de agricultores de subsistencia y creará cientos de gigatoneladas de nuevas emisiones. Matthew Shoulders , profesor asociado del Departamento de Química, habla sobre el grupo de trabajo que lidera en colaboración con Ed Boyden, la profesora de neurotecnología Y. Eva Tan e investigadora del Instituto Médico Howard Hughes en el Instituto McGovern para la Investigación del Cerebro, que tiene como objetivo reducir enormemente las emisiones de carbono de la agricultura al aliviar los cuellos de botella bioquímicos centrales en el proceso fotosintético utilizando la biología sintética más sofisticada disponible para la ciencia. .

P: Describa los dos caminos que ha identificado para mejorar la productividad agrícola y la resiliencia climática.

A:En primer lugar, las cianobacterias crecen millones de veces más rápido que las plantas y decenas de veces más rápido que las microalgas. La ingeniería de estas cianobacterias como fuente de productos alimenticios clave utilizando biología sintética permitirá la producción de alimentos utilizando menos tierra, de una manera fundamentalmente más resistente al clima. En segundo lugar, la fijación de carbono, o el proceso por el cual el dióxido de carbono se incorpora a los compuestos orgánicos, es el paso limitante de la fotosíntesis y se vuelve aún menos eficiente con el aumento de las temperaturas. Las mejoras en Rubisco, la enzima que interviene en este proceso central, mejorarán los rendimientos de los cultivos y brindarán resiliencia climática a los cultivos necesarios para 2050. Nuestro equipo, dirigido por Robbie Wilson y Max Schubert, ha creado nuevos métodos de evolución dirigida adaptados a ambas estrategias, y ya han descubierto resultados iniciales prometedores.

P: ¿Qué socios necesitará para acelerar el desarrollo de sus soluciones?

A:Ya nos hemos asociado con institutos agrícolas líderes con gran experiencia en la transformación de plantas y capacidad de prueba de campo, lo que permite la integración de nuestras enzimas fijadoras de dióxido de carbono mejoradas en una amplia gama de plantas de cultivo. En la etapa de implementación, estaremos posicionados para asociarnos con múltiples grupos industriales para lograr una agricultura mejorada a escala. Las asociaciones con las principales empresas de semillas de todo el mundo serán clave para aprovechar los canales de distribución en las cadenas de suministro de fabricación y las redes de agricultores, agrónomos y minoristas autorizados. El apoyo de los gobiernos locales también será fundamental cuando los subsidios para las semillas sean necesarios para que los agricultores se ganen la vida, como las comunidades de pequeños agricultores y de agricultura de subsistencia. Adicionalmente,

Estrategias para reducir el metano atmosférico

El metano, uno de los gases de efecto invernadero más potentes, es emitido por una variedad de actividades humanas y procesos naturales que incluyen la agricultura y la gestión de desechos, la producción de combustibles fósiles y el cambio de las prácticas de uso de la tierra, sin una única fuente dominante. Junto a un grupo diverso de profesores e investigadores de las facultades de Humanidades, Artes y Ciencias Sociales; Arquitectura y Urbanismo; Ingenieria; y la ciencia; además del MIT Schwarzman College of Computing, Desiree Plata , profesora asociada en el Departamento de Ingeniería Civil y Ambiental, encabeza la Red de metano del MIT , un enfoque integrado para formular nuevas tecnologías escalables, modelos comerciales y soluciones de políticas para reducir los niveles de contaminación atmosférica. metano.

P: ¿Cuál es el problema que está tratando de resolver y por qué es un "gran desafío"?

R: Eliminar el metano de la atmósfera, o evitar que llegue allí en primer lugar, podría cambiar las tasas de calentamiento global en el transcurso de nuestras vidas, ahorrando hasta medio grado de calentamiento para 2050. Las fuentes de metano se distribuyen en el espacio y el tiempo. y tienden a ser muy diluidos, lo que hace que la eliminación de metano sea un desafío que supera los límites de las capacidades de la ciencia y la ingeniería contemporáneas. Debido a que las principales fuentes de metano atmosférico están vinculadas a nuestra economía y cultura, desde la limpieza de humedales para el cultivo hasta la extracción de gas natural y la producción de lácteos y carne, las implicaciones sociales y económicas de un sistema de gestión de metano fundamentalmente modificado son de gran alcance. Sin embargo, estos problemas son tratables y podrían reducir significativamente los efectos del cambio climático a corto plazo.

P: ¿Qué se sabe sobre el rápido aumento del metano atmosférico y qué preguntas quedan sin respuesta?

A:El seguimiento del metano atmosférico es un desafío en sí mismo, pero ha quedado claro que las emisiones son grandes, aceleradas por la actividad humana y causan daños de inmediato. Si bien se han logrado algunos avances en las mediciones satelitales de las emisiones de metano, existe la necesidad de traducir esos datos en soluciones procesables. Quedan varias preguntas clave en torno a la mejora de la precisión del sensor y el diseño de la red de sensores para optimizar la ubicación, mejorar el tiempo de respuesta y detener las fugas con controles autónomos en el terreno. Preguntas adicionales involucran el despliegue de sistemas de oxidación de metano de bajo nivel y nuevos materiales catalíticos en minas de carbón, establos lecheros y otras fuentes enriquecidas; evaluar las estrategias de política y los impactos socioeconómicos de las nuevas tecnologías con miras a las vías de descarbonización;

Implementación de tecnologías versátiles de captura y almacenamiento de carbono a escala

Existe un consenso cada vez mayor de que simplemente capturar las emisiones actuales de dióxido de carbono ya no es suficiente: es igualmente importante apuntar a las fuentes distribuidas, como los océanos y el aire, donde el dióxido de carbono se ha acumulado a partir de emisiones pasadas. Betar Gallant , Profesora Asociada de Ingeniería Mecánica del American Bureau of Shipping Career Development, habla sobre su trabajo con Bradford Hager , Profesor Cecil e Ida Green de Ciencias de la Tierra en el Departamento de Ciencias Terrestres, Atmosféricas y Planetarias, y T. Alan Hatton, el Profesor de Ingeniería Química Ralph Landau y director de la Escuela de Práctica de Ingeniería Química, para avanzar drásticamente la cartera de tecnologías disponibles para la captura de carbono y el almacenamiento permanente a escala. (Un equipo dirigido por el profesor asistente Matěj Peč de EAPS también está abordando la captura y el almacenamiento de carbono).

P: Los procesos de captura y almacenamiento de carbono existen desde hace varias décadas. ¿Qué avances está buscando hacer a través de este proyecto?

R: Los paradigmas de captura actuales son costosos, ineficientes y complejos. Buscamos abordar este desafío mediante el desarrollo de una nueva generación de tecnologías de captura que funcionan con insumos de energía renovable, son lo suficientemente versátiles para adaptarse a las demandas industriales emergentes, se adaptan y responden a las diversas necesidades de la sociedad y se pueden implementar fácilmente en un panorama más amplio.

Los nuevos enfoques requerirán el rediseño de todo el proceso de captura, lo que requerirá esfuerzos de ciencia e ingeniería básicos que son ampliamente de naturaleza interdisciplinaria. Al mismo tiempo, las tecnologías establecidas se han optimizado en gran medida para la integración con centrales eléctricas que queman carbón o gas natural. Las aplicaciones futuras deben alejarse de los emisores heredados en el sector de la energía hacia sectores difíciles de mitigar, como la producción de cemento, hierro y acero, productos químicos y de hidrógeno. Será igualmente importante desarrollar y optimizar sistemas destinados a concentraciones mucho más bajas de dióxido de carbono, como en los océanos o el aire. Nuestro esfuerzo ampliará los estudios de ciencias básicas, así como los impactos humanos del almacenamiento, incluida la forma en que la participación y la educación del público pueden modificar las actitudes hacia una mayor aceptación del almacenamiento geológico de dióxido de carbono.

P: ¿Cuáles son los impactos esperados de la solución propuesta, tanto positivos como negativos?

R: La energía renovable no puede desplegarse lo suficientemente rápido en todas partes, ni puede suplantar todas las fuentes de emisiones, ni puede dar cuenta de las emisiones pasadas. La captura y el almacenamiento de carbono (CCS, por sus siglas en inglés) proporciona un método demostrado para abordar las emisiones que, sin duda, se producirán antes de que se complete la transición a la energía con bajas emisiones de carbono. CCS puede tener éxito incluso si otras estrategias fallan. También permite que las naciones en desarrollo, que pueden necesitar adoptar energías renovables en escalas de tiempo más largas, vean un desarrollo económico equitativo mientras evitan los impactos climáticos más dañinos. Y, CCS permite la viabilidad futura de muchas industrias centrales y modos de transporte, muchos de los cuales no tienen alternativas claras antes de 2050, y mucho menos 2040 o 2030.

Los riesgos percibidos de posibles fugas y terremotos asociados con el almacenamiento geológico se pueden minimizar eligiendo formaciones geológicas adecuadas para el almacenamiento. A pesar de que CCS proporciona un camino bien entendido para eliminar suficiente dióxido de carbono ya emitido a la atmósfera, algunos ambientalistas se oponen enérgicamente, temiendo que CCS recompense a las compañías petroleras y desincentive la transición de los combustibles fósiles. Creemos que es más importante tener en cuenta la necesidad de cumplir los objetivos climáticos clave por el bien del planeta y dar la bienvenida a quienes puedan ayudar.