Die Hanffeldexperimente gehen über das Testen hinaus, welche Zusätze die Erträge steigern und Kohlenstoff binden und untersuchen, wie viel Gesteinsstaub für beste Ergebnisse aufgebracht werden sollte. Einige Abschnitte erhielten 20 Tonnen Gesteinsstaub pro Hektar, während andere 40 Tonnen erhielten, was es den Forschern ermöglichte, ein genaueres Bild der Beziehung zwischen Staub, Boden und Feldfrüchten zu erhalten. Die Forschung trägt zu einer wachsenden Zahl wissenschaftlicher Arbeiten bei, die das Potenzial dieser Bodenverbesserungen zeigen, eine der vielen Maßnahmen zu werden, die zur Lösung unserer Klimakrise erforderlich sind.
Die Landwirtschaft ist für fast ein Viertel der weltweiten Kohlendioxidemissionen verantwortlich, was den Agrarsektor zu einem wichtigen Bestandteil der Bemühungen macht, bis 2050 Netto-Null zu erreichen und die globale Erwärmung auf 1,5 Grad Celsius zu begrenzen einige der drastischeren Folgen des Klimawandels abwenden. Um den Kohlenstoff in der Atmosphäre zu reduzieren, schlugen Wissenschaftler einst vor, die Ozeane mit Eisen auszusäen. Diese Taktik wurde als umweltschädlich und ineffektiv kritisiert und hat sich nicht durchgesetzt. Aber das Säen von Böden mit kohlenstoffbindendem Gesteinsstaub könnte es.
Neben Houlton testen Wissenschaftler vom Vereinigten Königreich bis Kanada verschiedene Bodenverbesserungen auf landwirtschaftlichen Flächen und bewerten, wie viel Kohlenstoff sie durch einen Prozess namens Enhanced Weathering speichern. Während Houltons Forscher Basalt auf Hanf in New York und auf Luzerne- und Olivenbäume in Kalifornien anwenden, verteilen Wissenschaftler des Leverhulme Center for Climate Change Mitigation der University of Sheffield in Großbritannien Basalt auf Maisfeldern in Illinois und auf Zuckerrohr in Australien. In Ontario, Kanada, setzen Forscher Wollastonit aus einer nahegelegenen Mine auf Soja- und Luzernefelder ein.
Nach Angaben des Zwischenstaatlichen Ausschusses für Klimaänderungen der Vereinten Nationen (IPCC) entziehen Gesteine der Atmosphäre auf natürliche Weise 1 Gigatonne (1 Milliarde Tonnen) Kohlendioxid pro Jahr (eine Zahl, die sich im Laufe der Zeit geändert hat). Das Hinzufügen von Gesteinsstaub zu landwirtschaftlichen Flächen beschleunigt die chemischen Reaktionen, die Kohlenstoff – für Tausende von Jahren – im Boden einschließen. Auf Ackerland weltweit angewendet, könnte Gesteinsstaub theoretisch dazu beitragen, jedes Jahr schätzungsweise 2 bis 4 Milliarden Tonnen Kohlendioxid aus der Luft zu saugen, das sind 34 bis 68 Prozent der weltweiten Treibhausgasemissionen, die jährlich durch die Landwirtschaft verursacht werden. Und obwohl es unrealistisch sein mag, so viel Land zu behandeln, hat der Prozess das Potenzial, schnell zu wachsen, da Gesteinsstaub nicht knapp ist und die Landwirte keine neue Ausrüstung kaufen müssen, um ihn auszubringen: Sie haben bereits Dünger ausgebracht Geräte in ihren Scheunen.
„Dies ist eine unglaublich aufregende Technologie, die der Gesellschaft viele Vorteile bringt, und ehrlich gesagt könnten wir sie sehr schnell einsetzen“, sagt Houlton.
Basalt, das im Cornell-Projekt verwendete Additiv, ist ein Nebenprodukt des Bergbaus und der Herstellung und ist auf der ganzen Welt zu finden. Einige Schätzungen zeigen, dass genügend Basaltgesteinsstaub gelagert wird, um die Ackerflächen des Planeten mehrere Jahre lang zu behandeln.
„Gesteinsabbau ist eines der größten Dinge, die wir als Spezies tun“, sagt Phil Renforth, ein Ingenieur an der Heriot-Watt University in Edinburgh, der an der Kohlenstoffabscheidung arbeitet. „Massenmäßig betreiben wir mehr als doppelt so viel Gesteinsabbau wie die Nahrungsmittelproduktion.“
Basalt enthält unter anderem Magnesium, Kalzium und Kieselsäure. Wenn das Gestein pulverisiert und auf Böden aufgebracht wird, werden Magnesium und Kalzium aus der Kieselsäure freigesetzt und lösen sich im Wasser auf, während es sich durch den Boden bewegt. Die Mineralien im Boden reagieren mit Wasser und Kohlenstoff, die sonst in die Atmosphäre zurückkehren würden, und bilden Bikarbonate, die Tausende von Jahren im Wasser hängen können und schließlich in die Ozeane gelangen, wo sie als Kalkstein ausfallen und bleiben können auf dem Meeresboden seit Millionen von Jahren.
Unterschiedliche Zusätze führen zu leicht unterschiedlichen chemischen Reaktionen in den Böden, und die Böden bieten unterschiedliche Bedingungen, wie beispielsweise unterschiedliche pH-Werte. Einige Zusätze, wie Wollastonit, können Kohlenstoff besser speichern, sind aber nicht so reichlich vorhanden. Andere können Schwermetalle enthalten, die Pflanzen und Grundwasser schädigen können. „Da ist die Chemie des Gesteins; es gibt die Verfügbarkeit des Gesteins; Und dann sind da noch die Kohlenstoffvorteile des Materials sowie das Potenzial für das, was ich als ‚negative Konsequenzen‘ bezeichnen würde“, sagt Houlton.
Die vielfältigen Flächen, auf denen Pflanzen angebaut werden, erfordern eine Reihe von Feldversuchen, um festzustellen, wie viel mehr Kohlenstoff im Boden verbleibt, aber die Ergebnisse sind ermutigend. Auf Parzellen in Kalifornien zeigen erste Ergebnisse eine Verdoppelung der Kohlenstoffaufnahme. Das ist überraschend, sagt Houlton, wenn man bedenkt, dass die Pflanzen unter den trockensten Bedingungen in der Geschichte des Staates angebaut wurden.
Der Direktor des Leverhulme Center, David Beerling, der seit fünf Jahren versucht, die verbesserte Verwitterung auf Ackerland zu untersuchen, veröffentlichte letztes Jahr einen Artikel in Natur das zeigte das Potenzial der Methode. Er und seine Kollegen fanden heraus, dass 1 Milliarde Tonnen Kohlendioxid aus der Atmosphäre entfernt werden könnten, wenn China, Indien und die Vereinigten Staaten Gesteinsstaub auf alle ihre landwirtschaftlichen Flächen aufbringen würden.
Die bisherigen Forschungsergebnisse sind signifikant genug, dass das IPCC in seinem jüngsten Bericht eine verbesserte Verwitterung erwähnte und die Methode der Verteilung von zermahlenem Gestein auf Böden als eine Möglichkeit auflistet, mehr Kohlenstoff zu binden und die Produktivität von Ackerland zu stimulieren.
Wissenschaftler wägen jedoch immer noch die Kosten und Vorteile solcher Anwendungen ab, einschließlich der Kosten für den Transport des Materials und einer besseren Berechnung der Kohlenstoffspeicherung und der Vorteile der Ernteerträge. Forscher könnten bald auf weitere Daten zurückgreifen: Ergebnisse von viel größeren Studien von Houlton und Beerling könnten bereits im nächsten Jahr veröffentlicht werden.
Gesteinsstaubanwendungen könnten nicht nur dem Klima zugute kommen – sie könnten auch Landwirten helfen. Feldversuche mit Mais und Luzerne zeigen eine Steigerung der Ernteerträge dank Gesteinsstaub, der andere essentielle Nährstoffe wie Phosphor und Kalium freisetzt. In einigen Fällen sind die Erträge um 30 Prozent höher, Ergebnisse, die Landwirte dazu verleiten könnten, den Input zu reduzieren und gleichzeitig die Ernte zu steigern. Auch auf den Hanffeldern in New York zeigen erste Gewichtsmessungen potenziell höhere Erträge.
Der Gesteinsstaub kann auch den Stickstoffkreislauf beeinflussen, betont Beerling, wodurch die Landwirte letztendlich weniger Stickstoffdünger ausbringen können. Dies könnte zu weniger Problemen mit der Nährstoffverschmutzung führen, insbesondere in den Staaten des Maisgürtels, wo Abflüsse in die Wasserscheide von Mississippi und in den Golf von Mexiko abfließen. Beerling und Forscher arbeiten derzeit an einer Karte mit verfügbarem Basalt und Nutzpflanzen, auf der es in 13 Bundesstaaten des Mittleren Westens angewendet werden könnte.
Die Reduzierung des atmosphärischen Kohlenstoffs bietet den Landwirten noch keine Einkommensquelle, obwohl die Biden-Regierung Anreize für „Carbon Farming“ geschaffen hat. Sowohl Houlton als auch Beerling möchten genau quantifizieren, wie viel Kohlenstoff eine Ernte einfangen kann, damit die Landwirte für die Menge an Kohlenstoff bezahlt werden könnten, die sie sequestrieren, wenn ein Markt Früchte trägt.
Um dies zu erreichen, untersucht Boudinot die Bodenwasserchemie der Hanffelder, um zu sehen, wie viel Bikarbonat sich in einem Fuß unter der Oberfläche gebildet hat. Diese Daten, zusammen mit Informationen aus den Versuchsflächen in Kalifornien und Ergebnissen aus den ersten fünf Jahren der Forschung unter der Leitung des Leverhulme Centers, könnten kritische Beweise für die Landwirte liefern.
„Was halten Sie von einer Kohlendioxid-Entfernungstechnologie, die Altgesteinsstaub wiederverwendet, Kohlenstoff einfängt, Böden verbessert, Böden wiederherstellt und die Erträge verbessert?“ fragt Beerling. „Es ist zumindest kurzfristig ein Kinderspiel, wenn Sie dieses Material haben und sich die Beweise stapeln. Warum würdest du es nicht tun?”
Diese Geschichte entstand in Zusammenarbeit mit dem Berichterstattungsnetzwerk für Lebensmittel und Umwelt, eine gemeinnützige investigative Nachrichtenorganisation.