Um die Menge an Kohlendioxid in der Atmosphäre zu senken, müssen nicht nur die Emissionen reduziert werden, wir müssen auch den überschüssigen Kohlenstoff, der bereits emittiert wurde, auffangen und speichern. In einem am 21. September in der Zeitschrift Trends in Plant Science veröffentlichten Perspektivpapier schlägt ein Team von Pflanzenwissenschaftlern vor, dass trockene Gebiete wie Wüsten eine Antwort auf das Problem der Kohlenstoffabscheidung sein könnten. Die Forscher schlagen vor, trockenes Land in Kombination mit bestimmten Pflanzen und Böden zu nutzen, um effiziente Kohlenstoffabscheidungssysteme zu schaffen und so eine Lösung bereitzustellen, die nicht mit landwirtschaftlichen Flächen konkurriert.
Die jährliche Wachstumsrate des atmosphärischen Kohlenstoffspeichers (blauer Pfeil) ist die Differenz zwischen den Emissionen fossiler Brennstoffe (96 Milliarden Tonnen Kohlenstoff), Landnutzungsänderungen (12 Milliarden Tonnen Kohlenstoff) und der Absorption von Kohlenstoff durch terrestrische (31 Milliarden Tonnen Kohlenstoff) und ozeanische (29 Milliarden Tonnen Kohlenstoff) Kohlenstoffspeicher. Hier werden nur terrestrische Kohlenstoffflüsse dargestellt. Bildquelle: Trends in Plant Science, Hirtetal.
Die Autoren glauben, dass wir trockene Ökosysteme in effiziente Kohlenstoffabscheidungssysteme mit verbesserter Bodengesundheit, erhöhter Photosyntheseeffizienz und erhöhter Wurzelbiomasse umwandeln können, indem wir die ideale Kombination von Pflanzen, Bodenmikroben und Bodentypen entwickeln, um einen natürlich vorkommenden biogeochemischen Prozess namens Oxalat-Karbonat-Weg zu fördern und eine unterirdische Kohlenstoffsenke zu schaffen.
„Die Wiederbegrünung von Wüsten durch die Wiederherstellung von Ökosystemfunktionen, einschließlich der Kohlenstoffbindung, sollte der bevorzugte Ansatz sein“, schrieb das Team unter der Leitung des leitenden Autors Heribert Hitt, einem Pflanzenwissenschaftler an der King Abdullah University of Science and Technology. „Der Vorteil der Rückgewinnung trockener Gebiete zur Wiederbegrünung und Kohlenstoffbindung besteht darin, dass sie nicht mit Land konkurrieren, das für die Landwirtschaft und Nahrungsmittelproduktion genutzt wird.“
Die Rolle von Oxalat bei der Kohlenstoffbindung
Diese Methode nutzt die Fähigkeit dürreangepasster Pflanzen, Oxalat zu produzieren – ein Ion, das Kohlenstoff und Sauerstoff enthält, mit dem Sie vielleicht vertraut sind, wenn Sie das Pech haben, Nierensteine oder Gicht zu haben. Einige Bodenmikroorganismen nutzen Oxalat als einzige Kohlenstoffquelle und scheiden Karbonatmoleküle in den Boden aus. Karbonate werden normalerweise schnell abgebaut, aber wenn diese Pflanzen-Mikroben-Systeme in alkalischen und kalziumreichen Böden wachsen, reagieren die Karbonate mit dem Kalzium und bilden stabile Kalziumkarbonat-Niederschläge.
Kohlenstoff zirkuliert auf natürliche Weise zwischen der Atmosphäre, den Ozeanen und terrestrischen Ökosystemen, aber menschliches Handeln hat zur Ansammlung von überschüssigem Kohlendioxid in der Atmosphäre geführt. „...selbst wenn es uns gelingt, die CO2-Emissionen zu reduzieren, werden die Klimaauswirkungen des steigenden CO2 für mindestens 1.000 Jahre unumkehrbar bleiben, es sei denn, CO2 kann aus der Atmosphäre abgeschieden werden“, schrieben die Forscher.
Kohlenstoffabscheidung aus trockenem Land im Vergleich zu Bäumen
Bäume gelten als ideales System zur Kohlenstoffbindung, doch die Aufforstung konkurriert direkt mit der Landwirtschaft um Ackerland. Im Gegensatz dazu bedecken Trockengebiete etwa ein Drittel der Landfläche, werden jedoch nicht landwirtschaftlich genutzt.
Derzeit gibt es in trockenen Ökosystemen nur wenige Pflanzen, wobei Wasserknappheit der größte limitierende Faktor ist. Einige Pflanzen haben sich jedoch an das Leben in Dürreperioden angepasst, indem sie unterschiedliche Mechanismen entwickelt haben, um mit Wasserknappheit und extremen Temperaturen umzugehen. Einige an trockene Umgebungen angepasste Pflanzen verfügen über spezielle Wurzelsysteme, die sich tief in den Boden graben, um verborgene Wasserquellen zu erschließen, während andere verschiedene Formen der Photosynthese nutzen, um den Wasserverlust während der heißesten Tageszeiten zu minimieren. Es gibt auch Pflanzen, sogenannte „Oxalat“-Pflanzen, die große Mengen Oxalat produzieren, das in Dürrezeiten in Wasser umgewandelt werden kann. Wenn Oxalatpflanzen unter bestimmten Bedingungen wachsen, wird ein Teil des Kohlenstoffs in diesen Oxalaten als Kohlenstoffablagerungen unter der Erde abgelagert, und die Autoren hoffen, diesen Mechanismus zur Kohlenstoffbindung nutzen zu können.
„Insgesamt kann bei dieser Form der Kohlenstofffixierung jedes sechzehnte photosynthetisch fixierte Kohlenstoffatom im Carbonat fixiert werden“, schreiben die Autoren.
Die Ausweitung dieses natürlich vorkommenden biogeochemischen Prozesses in Trockengebieten könnte diese derzeit unproduktiven und degradierten Ökosysteme in Kohlenstoffsenken verwandeln und Böden und Pflanzen gesünder machen, sagen die Autoren. Sie empfehlen, mit „Fruchtbarkeitsinseln“ zu beginnen, kleinen Flecken wiederbegrünten Lebensraums, von denen aus sich Pflanzen und Mikroorganismen ausbreiten und einen Vegetationsteppich bilden können.
Die Autoren schätzen, dass diese Methoden die von Pflanzen und Böden gebundene Kohlenstoffmenge in weniger als 10 Jahren deutlich erhöhen könnten. Sie stellen jedoch fest, dass der Erfolg und die Geschwindigkeit der vorgeschlagenen Methode von der Wachstumsrate der Pflanzen abhängen (die unter wasserarmen Bedingungen tendenziell sehr langsam sind) und „... auch von den finanziellen und politischen Mitteln abhängen, um diese Technologie in verschiedenen trockenen Ländern anzuwenden“.