La carriera di Jacobson si è concentrata sulla migliore comprensione dei problemi dell'inquinamento atmosferico e del riscaldamento globale e sullo sviluppo di soluzioni energetiche pulite e rinnovabili su larga scala.[2] A tal fine, ha sviluppato modelli computerizzati[3] per studiare gli effetti dei combustibili fossili, dei biocarburanti e della combustione di biomasse sull'inquinamento atmosferico, sul tempo atmosferico e sul clima.
Uno dei principali usi di questi modelli è stato quello di esaminare gli impatti delle particelle di carbonio nero e marrone derivanti dalla combustione causata dall'uomo sulla salute e sul clima. Ha concluso che tali particelle possono essere la seconda causa principale del riscaldamento globale dopo l'anidride carbonica.[4] A causa del loro breve tempo nell'aria e del loro forte impatto sulla salute, ha anche ipotizzato che il controllo delle loro emissioni possa essere il metodo più veloce per rallentare il riscaldamento globale e migliorerà anche la salute delle persone.[5]
Nel 2009 Jacobson e Mark Delucchi hanno pubblicato un articolo su Scientific American proponendo che il mondo dovrebbe passare a energia pulita e rinnovabile al 100%, ovvero energia eolica, idrica e solare, in tutti i settori energetici.[6] I suoi studi prevedono piani tecnici ed economici per convertire le infrastrutture energetiche di ciascuno dei 50 Stati Uniti, di 143 altri paesi e di dozzine di città a sistemi alimentati con il 100% di vento, acqua e luce solare (WWS) per tutti gli scopi.[7]
Lo studio del 2015 di Jacobson alla Stanford University sulla transizione dei 50 stati americani al WWS è stato citato nella House Resolution 540 (2015)[8] come base scientifica per la prima proposta di legge negli Stati Uniti affinché il paese passi a "100% di energia pulita e rinnovabile." Molte delle ipotesi del Green New Deal sembrano essere basate sui suoi studi.[9] Anche la legislazione proposta per gli stati per passare al 100% di energia rinnovabile proviene dal lavoro di Jacobson. Ad esempio, il disegno di legge S5527 del Senato di New York del 2015 afferma: "Questo disegno di legge si basa sullo studio Jacobson sul vento, l'acqua e il sole (WWS) dei professori di Stanford e Cornell."[10]
Le soluzioni di energia pulita e rinnovabile di Jacobson escludono l'energia nucleare, la cattura del carbonio e la bioenergia.[11] Ciò ha generato critiche da parte di alcuni sostenitori e scienziati che supportano queste tecnologie.[12][13] Jacobson ha pubblicato le risposte a molte di queste critiche.[14][15] Almeno altri 17 gruppi di ricerca indipendenti supportano i suoi risultati secondo cui l'energia può essere fornita con fonti rinnovabili in tutto il mondo. Inoltre, oltre 60 paesi ora hanno leggi o impegni per passare al 100% di elettricità rinnovabile.[16]
Jacobson ha pubblicato studi sul ruolo del carbonio nero e di altri componenti chimici dell'aerosol sui climi globali e regionali.[17][18]
Jacobson sostiene una rapida transizione verso il 100% di energia rinnovabile al fine di limitare i cambiamenti climatici, i danni causati dall'inquinamento atmosferico e i problemi di sicurezza energetica. Jacobson ha co-fondato il Solutions Project senza scopo di lucro nel 2011 insieme a Marco Krapels, Mark Ruffalo e Josh Fox. Il Solutions Project è stato avviato per combinare scienza, affari e cultura nel tentativo di educare il pubblico e i responsabili politici sulla capacità degli Stati e delle comunità statunitensi di passare a un "mondo rinnovabile al 100%".
Jacobson ha pubblicato articoli sulla transizione a sistemi di energia rinnovabile al 100%, inclusa l'integrazione della rete di energia rinnovabile. Ha concluso che l'energia eolica, idrica e solare (WWS) può essere ampliata in modi convenienti per soddisfare la domanda mondiale di energia in tutti i settori energetici. Nel 2009 Jacobson e Mark A. Delucchi hanno pubblicato "A path to sustainable energy by 2030" in Scientific American.[6] L'articolo ha affrontato diverse questioni relative alla transizione al 100% WWS, come l'energia richiesta in un mondo 100% elettrico, l'impronta spaziale mondiale dei parchi eolici, la disponibilità di materiali scarsi necessari per fabbricare nuovi sistemi e la capacità di produrre energia affidabile su richiesta. Jacobson ha aggiornato e ampliato questo studio del 2009 con il passare degli anni, includendo un articolo in due parti sulla rivista scientifica Energy Policy nel 2010.[19] Jacobson e il suo collega hanno stimato che 3,8 milioni di turbine eoliche da 5 Megawatt (MW), 49.000 centrali solari a concentrazione da 300 MW, 40.000 centrali fotovoltaiche da 300 MW, 1,7 miliardi di impianti fotovoltaici su tetto da 3 kW, 5350 centrali geotermiche da 100 MW e circa 270 nuove centrali idroelettriche da 13[20] 00 MW sarebbero necessarie per alimentare l'intero pianeta. Tutto ciò richiederebbe circa l'1% della superficie terrestre.
Jacobson e i suoi colleghi hanno quindi pubblicato documenti sulla transizione di tre stati Americani al 100% di energia rinnovabile/WWS entro il 2050.[21][22][23] Nel 2015, Jacobson è stato l'autore principale di due articoli sottoposti a revisione paritaria, uno dei quali ha esaminato la fattibilità della transizione di ciascuno dei 50 Stati Uniti a un sistema energetico al 100%, alimentato esclusivamente da vento, acqua e luce solare (WWS), e l'altro che ha fornito un metodo proposto per risolvere il problema dell'affidabilità della rete con quote elevate di fonti intermittenti.[24] Nel 2016 il comitato di redazione del PNAS ha selezionato lo studio di integrazione della griglia di Jacobson e dei suoi collaboratori come miglior articolo nella categoria "Scienze biologiche, agrarie e ambientali applicate" e gli ha conferito il Premio Cozzarelli.[20]
Jacobson ha anche pubblicato documenti per la transizione di 139[25] e 143 [26] paesi, nonché 54 paesi[27] e città e 74 aree metropolitane[28] al 100% di energia rinnovabile WWS per tutti gli scopi. Per il suo lavoro sulla risoluzione dell'inquinamento atmosferico e dei problemi climatici su larga scala, Jacobson ha ricevuto il premio Judi Friedman alla carriera nel 2018.[29]
Jacobson è co-fondatore dell'organizzazione no-profit The Solutions Project insieme a Marco Krapels, Mark Ruffalo e Josh Fox . Questa organizzazione "aiuta a educare il pubblico sulle tabelle di marcia per la transizione alle energie rinnovabili al 100% basate sulla scienza e facilita la transizione verso un mondo rinnovabile al 100%".[30]
Le soluzioni di energia rinnovabile di Jacobson escludono l'energia nucleare, la cattura del carbonio e la bioenergia.[31] Ciò ha provocato il respingimento da parte di alcuni scienziati.[12] 21 ricercatori hanno pubblicato una critica nel 2017 del documento "100% Renewable" di Jacobson degli Stati Uniti.[13] Jacobson e i suoi coautori hanno pubblicato delle risposte all'articolo critico[14][15] e hanno anche chiesto alla rivista e agli autori di correggere "false affermazioni fattuali" di errori di modellazione o di ritirare l'articolo. Dopo che entrambi hanno rifiutato, Jacobson ha intentato una causa contro gli Atti della National Academy of Sciences e Christopher Clack come principale autore dell'articolo per diffamazione.[32] Jacobson ha archiviato la sua causa senza pregiudizi nel 2018 perché "è diventato chiaro [...] che è possibile che questo caso non possa avere fine per anni".[33]
Mark Z. Jacobson: Strong radiative heating due to the mixing state of black carbon in atmospheric aerosols. In: Nature 409, (2001) 695-697, DOI: 10.1038/35055518.
David G. Streets et al.: Recent Reductions in China's Greenhouse Gas Emissions. In: Science 294, (2001), 1835-1837, DOI: 10.1126/science.1065226.
Mark Z. Jacobson: Control of fossil-fuel particulate black carbon and organic matter, possibly the most effective method of slowing global warming. In: Journal of Geophysical Research 107, Issue D19, (2002), 16-22, DOI: 10.1029/2001JD001376.
Mark Z. Jacobson, W. G. Colella, D. M. Golden: Cleaning the Air and Improving Health with Hydrogen Fuel-Cell Vehicles. In: Science 308, No. 5730, (2005), 1901-1905, DOI: 10.1126/science.1109157.
Mark Z. Jacobson, Mark A. Delucchi: Providing all global energy with wind, water, and solar power, Part I: Technologies, energy resources, quantities and areas of infrastructure, and materials. In: Energy Policy 39, Vol. 3, (2011), 1154–1169, DOI: 10.1016/j.enpol.2010.11.040.