Studie quantifiziert Vorteile einer verbesserten Bewitterung

Laut einer neuen Studie, die diese Klimavorteile erstmals erfolgreich quantifiziert hat, kann die Ausbringung von gemahlenem Silikatgestein auf landwirtschaftlichen Feldern im Mittleren Westen erhebliche Mengen Kohlendioxid einfangen und verhindern, dass es sich in der Atmosphäre ansammelt.

In Zusammenarbeit mit Eion Corp. entwickelten Forscher der University of Illinois Urbana-Champaign und des Leverhulme Center for Climate Change Mitigation (LC3M) eine neue Methode zur Berechnung des CO2-Reduktionspotenzials von Basaltgesteinszusätzen, die auf Ackerlandböden angewendet werden verbesserte Verwitterung.

Durch den traditionellen Reihenanbau werden große Mengen an aus dem Boden stammendem Kohlenstoff als CO2 in die Atmosphäre freigesetzt, ein Treibhausgas, das eine der Hauptursachen für den Klimawandel darstellt. Bei verstärkter Verwitterung wird Silikatgestein auf Ackerland aufgetragen, um den Kohlenstoff einzufangen, bevor er in die Atmosphäre gelangt. Wenn das Gestein verwittert, werden Kalzium und Magnesium freigesetzt und reagieren mit gelöstem CO2 unter Bildung von Bikarbonat, wodurch das Gas im Wesentlichen eingeschlossen und unschädlich ins Grundwasser abgeleitet wird.

Die Quantifizierung seines CO2-Abscheidungspotenzials war jedoch bisher eine Herausforderung. Das Team aus Illinois konnte sowohl die Verwitterungsrate als auch das Kohlendioxid-Reduktionspotenzial der auf Mais- und Miscanthusfelder angewendeten Basaltgesteinszusätze berechnen. Diese Faktoren sind von entscheidender Bedeutung für die Bemühungen zur Optimierung der Kohlenstoffbindung und für Landwirte, die Kohlenstoffgutschriften verdienen möchten.

„Zusätzlich zur Reduzierung der Emissionen brauchen wir dringend wirksame Möglichkeiten, um atmosphärisches Kohlendioxid zu reduzieren. Unsere Ergebnisse deuten darauf hin, dass die Anwendung von Basalt in landwirtschaftlichen Betrieben eine Win-Win-Situation für Landwirte und für den Planeten sein könnte, da sie die Erträge verbessert und CO2 senkt“, heißt es in der Studie Co-Autor Evan DeLucia, emeritierter Direktor am Institute for Sustainability, Energy, and Environment (iSEE), G. William Arends emeritierter Professor für Pflanzenbiologie und Co-Forscher am Center for Advanced Bioenergy and Bioproducts Innovation (CABBI) in Illinois .

Der Durchbruch – das Ergebnis einer fünfjährigen Studie der Illinois Energy Farm – wurde in veröffentlicht Biologie des globalen Wandels. Die Studie wurde von DeLucia und Ilsa Kantola, Forschungswissenschaftlerin am iSEE und am Carl R. Woese Institute for Genomic Biology (IGB), geleitet.

Die Arbeit ist Teil der Partnerschaft von iSEE mit dem Leverhulme Centre an der University of Sheffield im Vereinigten Königreich, das verbesserte Verwitterung zur Kohlendioxidentfernung an Feldstandorten auf der ganzen Welt untersucht: Malaysia, Australien, Großbritannien und die Vereinigten Staaten.

In diesem Fall haben Forscher vier Jahre lang wiederholt fein gemahlenen Basalt auf zwei Feldern der Energiefarm ausgebracht – ein Feld mit einer Mais-/Sojabohnen-Fruchtfolge und das andere mit Miscanthus x giganteus, einem mehrjährigen Gras, das sich als produktive Bioenergiepflanze entwickelt fossile Brennstoffe zu ersetzen.

Das Mahlen des Basalts beschleunigt einen natürlichen Verwitterungsprozess, der zwei chemische Reaktionen beinhaltet. Erstens löst sich atmosphärisches CO2 im Regenwasser unter Bildung von Kohlensäure. Anschließend reagiert die Säure mit dem Gesteinsstaub im Boden und bildet Bikarbonat, eine lösliche Verbindung, die mit dem Bodenwasser ausgewaschen wird. Dadurch wird das CO2 aus der Atmosphäre in den Wasserkreislauf umgeleitet, wo es harmlos in die Wasserstraßen gelangen und möglicherweise zur Bekämpfung der Ozeanversauerung beitragen kann. Basalt enthält sowohl Kalzium und Magnesium als auch Phosphor und kleinere Nährstoffe, die bei der Verwitterung freigesetzt werden und die Bodenfruchtbarkeit fördern.

Das Team aus Illinois berechnete die CO2-Reduktion und Verwitterungsrate des Basalts, indem es die Veränderung der Seltenerdelemente im Boden durch die Zugabe von Basalt maß und diese mit dem Kalzium und Magnesium im System verglich. Die Seltenerdelemente sind „klebrig“ und reichern sich in winzigen Mengen im Boden an, wenn mehr Basalt ausgebracht wird, und Kalzium und Magnesium werden durch Verwitterung freigesetzt, wobei ein Teil von den Pflanzen aufgenommen wird.

Der Unterschied bei den Seltenerdelementen gibt an, wie viel Basalt und damit wie viel Kalzium und Magnesium eingesetzt wurde; und die Differenz zwischen der erwarteten Menge an Kalzium und Magnesium und der tatsächlichen Menge im Boden gibt den Forschern Aufschluss darüber, wie viel durch Reaktionen im Boden verbraucht wurde.

Die Berechnungen zeigten, dass eine verstärkte Verwitterung den Nettokohlenstoffverlust in die Atmosphäre in Maisanbauflächen um 42 % reduzierte. In Kombination mit konservierender Bodenbearbeitung oder Zwischenfrüchten könnte die Basaltanwendung Mais zu einer Netto-Kohlenstoffsenke machen.

In Miscanthus-Parzellen, die bereits mehr CO2 speicherten, als sie vor der Zugabe von Basalt ausstießen, führte eine verstärkte Verwitterung zu einer mehr als verdoppelten Kohlenstoffspeicherung. Das Ergebnis trägt zu den potenziellen Klimavorteilen dieser erneuerbaren Bioenergiepflanze bei, einem von drei Zielen, die CABBI in seiner vom US-Energieministerium finanzierten Arbeit anstrebt.

Methoden zur Kohlendioxidentfernung sind ein entscheidender Bestandteil von Klimaschutzstrategien, und da gesellschaftliche und politische Bemühungen zur Reduzierung der Kohlenstoffemissionen in die Atmosphäre verzögert werden, wächst der Druck, diese Strategien bald umzusetzen.

Landwirte, Landbesitzer und andere, die Emissionsgutschriften anstreben, möchten alle wissen, wie viel Basaltgestein sie ausbringen müssen und wie lange die Wirkung anhält. Beide Faktoren hängen von der Zusammensetzung des Gesteins und den Umgebungsbedingungen am Einsatzort ab.

„Während wir nach neuen Wegen suchen, CO2-Emissionen auszugleichen, müssen wir in der Lage sein, diese CO2-Einsparungen zu quantifizieren, um unsere Optionen besser vergleichen zu können“, sagte Kantola.