Laut einer neuen Arbeit von Carnegie Staff Associate Lorenzo Rosa und Gastwissenschaftler Paolo Gabrielli sind technologische Innovationen und Investitionen erforderlich, um die Treibhausgasemissionen der Landwirtschaft auf Null zu reduzieren. Ihre Ergebnisse wurden kürzlich in veröffentlicht Umweltforschungsbriefe.
„Derzeit ist die Landwirtschaft für etwa 12 % aller globalen Treibhausgasemissionen verantwortlich“, erklärte Rosa. „Die Landwirtschaft trägt nicht nur erheblich zum Klimawandel bei, sie ist auch eines der ersten Opfer seiner Folgen, einschließlich Erwärmung, Dürre und veränderter Niederschlagsmuster.“
Rosa und Gabrielli machten sich daran, verschiedene Technologien zur Reduzierung der durch die Landwirtschaft freigesetzten Treibhausgasemissionen zu analysieren, um herauszufinden, wie weit diese Instrumente uns auf dem Weg zu null Emissionen bringen könnten. Die Reduzierung landwirtschaftlicher Emissionen stellt eine besondere Herausforderung dar, da die meisten landwirtschaftlichen Treibhausgasemissionen aus Methan und Lachgas stammen, die beide auf kurze Zeitskalen ein viel größeres Erwärmungspotenzial haben als Kohlendioxid.
Die Forscher untersuchten die Wirksamkeit verschiedener Methoden zur Reduzierung der Treibhausgasemissionen aus landwirtschaftlichen Aktivitäten, einschließlich der Nutzung alternativer Energiequellen auf dem Bauernhof, nachhaltigerer Düngemittel und Pestizide, die mit Netto-Null-Emissionen hergestellt werden, Düngemittelmanagement sowie Fütterungs- und Zuchtstrategien zur Reduzierung des Viehbestands Methanemissionen und alternative Reisanbautechniken, die das Wachstum von Methan produzierenden Mikroben in überfluteten Böden minimieren
Laut Rosa und Gabrielli basieren Dekarbonisierungsstrategien in der Landwirtschaft stark auf der Nutzung kohlenstofffreier Energiequellen. Um sie erfolgreich umzusetzen, müssten erneuerbare Energiesysteme in landwirtschaftliche Betriebe integriert und nachhaltige Methoden zur Herstellung von Düngemitteln, Pestiziden und anderen relevanten Chemikalien entwickelt werden. Die Umsetzung intelligenter und nachhaltiger Bewässerungspraktiken ist nicht nur für die Verbesserung der Wassernachhaltigkeit von entscheidender Bedeutung, sondern auch für die Reduzierung des Energieverbrauchs und der Methanemissionen im Zusammenhang mit dem Reisanbau.
Rosa und Gabrielli fanden heraus, dass Technologie Landwirten helfen könnte, die Treibhausgasbelastung in der Landwirtschaft um bis zu 45 % zu senken. Um jedoch CO2-Null-Emissionen zu erreichen, sind Strategien zur Kohlendioxidentfernung erforderlich, die teuer sind und derzeit nicht weit verbreitet sind.
Zu den Ansätzen, die sie als besonders vielversprechend erachteten, gehört eine Kombination aus nachhaltig erzeugter Bioenergienutzung und Techniken, die Emissionen aus diesen Energiequellen in langlebigen geologischen Formationen einfangen. Eine weitere vielversprechende Möglichkeit war die Idee, den natürlichen Gesteinserosionsprozess zu beschleunigen, wodurch auch Kohlendioxid aus der Atmosphäre entfernt wird. Zusammen könnten solche Technologien die Landwirtschaft von einem Sektor, der Kohlenstoff in die Atmosphäre abgibt, in einen Sektor verwandeln, der ihn entzieht. In der Studie werden auch neuartige Technologien erörtert, die über die Grenzen der traditionellen Landwirtschaft hinausgehen, wie etwa die Methanentfernung und die landwirtschaftliche Produktion einiger Lebensmittel.
Rosa und Gabrielli wiesen jedoch darauf hin, dass weitere Forschung erforderlich sei, um diese Taktiken erschwinglich und skalierbar zu machen und ihre umfassenderen Auswirkungen zu verstehen.
„Innovationen in den Bereichen Bewässerung und Düngemittel haben die weltweiten Ernteerträge verbessert, aber diese erhöhte Produktion ignoriert die Klimaauswirkungen der Strategien, von denen sie abhängt“, sagte Gabrielli. „Mit zunehmender Erwärmung wird es immer schwieriger, ausreichend Nahrung für eine wachsende Bevölkerung zu produzieren, und es werden neuartige Ansätze erforderlich sein, die den Klimaschutz berücksichtigen.“
Nachhaltige landwirtschaftliche Praktiken könnten laut Rosa und Gabrielli auch die Energiesicherheit, die Wasserknappheit und den Verlust der biologischen Vielfalt verbessern. Keine Emissionen aus der Landwirtschaft. Sie wiesen jedoch darauf hin, dass für den Erfolg ein interdisziplinäres Unterfangen erforderlich sei, das Pflanzenwissenschaften, Hydrologie, Ingenieurwesen, Wirtschaftswissenschaften und Politikwissenschaften einbeziehe.
Rosa kam letztes Jahr als Staff Associate zu Carnegie – ein prestigeträchtiges Programm, das jungen Wissenschaftlern die Freiheit und Unabhängigkeit geben soll, mutige und unkonventionelle Forschung zu betreiben. Sein allgemeines Forschungsprogramm zielt darauf ab, die durch den Klimawandel verursachten landwirtschaftlichen Herausforderungen zu verstehen und verschiedene Möglichkeiten zur Verbesserung der landwirtschaftlichen Nachhaltigkeit zu bewerten. Während seiner Zeit bei Carnegie befasste er sich unter anderem mit der Analyse von Bewässerungsstrategien, Techniken zur Bodenfeuchtigkeitsspeicherung und dem Bedarf an Wasserspeicherung sowie der Bewertung von Lösungen zur Reduzierung des CO2-Fußabdrucks der Düngemittelproduktion.
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Lorenzo Rosa et al., Netto-Null-Emissionen in der Landwirtschaft erreichen: eine Übersicht, Umweltforschungsbriefe (2023). DOI: 10.1088/1748-9326/acd5e8