Forscher der König-Abdullah-Universität für Wissenschaft und Technologie haben eine neue Methode zur Kohlendioxidbindung entwickelt, die oxalatproduzierende Pflanzen und Mikroben nutzt. Damit wollen sie Wüsten in Kohlenstoffspeicher verwandeln. Um dies umzusetzen, begann das Team im Nordwesten Saudi-Arabiens mit Experimenten. Sie pflanzten stickstoffbindende Hülsenfrüchte wie Akazien an, um das Wachstum von Wüstenpflanzen zu fördern.
Die Reduzierung von Emissionen allein reicht nicht aus, um die extrem hohen CO₂-Konzentrationen in der Atmosphäre zu senken. Wir müssen die bereits vorhandenen Kohlendioxidkonzentrationen in der Umwelt entfernen und speichern. Ein Team von Pflanzenwissenschaftlern der King Abdullah University of Science and Technology (KAUST) veröffentlichte kürzlich einen Artikel, in dem es darlegt, dass Trockengebiete das Potenzial besitzen, Kohlendioxid zu binden.
Laut den Forschern ist es möglich, ein arides Ökosystem in ein effektives Kohlenstoffspeichersystem umzuwandeln . Dies könnte durch die Verbesserung der Bodengesundheit, die Steigerung der Photosynthese-Effizienz und die Erhöhung der Wurzelbiomasse erreicht werden. Erreicht werden kann dies durch die gezielte Auswahl optimaler Kombinationen aus Bodenmikroben, Bodentyp und der richtigen Pflanzenmischung, um einen natürlich vorkommenden biogeochemischen Prozess einzubinden und zu fördern. Der hier diskutierte Oxalat-Carbonat-Weg trägt zur Bildung unterirdischer Kohlenstoffsenken bei.
Heribert Hirt , Hauptautor und Pflanzenwissenschaftler an der KAUST, sagte: „Die Wiederbegrünung von Wüsten durch die Wiederherstellung von Ökosystemfunktionen, einschließlich der Kohlenstoffbindung, sollte der bevorzugte Ansatz sein. Der Vorteil der Rückgewinnung arider Regionen für die Wiederbegrünung und Kohlenstoffbindung besteht darin, dass sie nicht mit Flächen konkurrieren, die für Landwirtschaft und Nahrungsmittelproduktion genutzt werden.“
Bedeutung von Oxalaten
Das Verfahren nutzt Pflanzen, die an Trockenheit angepasst sind und Oxalate produzieren – Ionen aus Kohlenstoff und Sauerstoff , die mit Nierensteinen oder Gicht in Verbindung gebracht werden. Bestimmte Bodenmikroben sind ausschließlich auf Oxalate als Kohlenstoffquelle angewiesen. Dadurch setzen sie Carbonatmoleküle im Boden frei.
Karbonat zersetzt sich oft schnell, aber wenn diese Pflanzen-Mikroben-Systeme in alkalischen und kalziumreichen Böden kultiviert werden, reagiert das Karbonat mit Kalzium und es entstehen dauerhafte Kalziumkarbonatablagerungen.
Der natürliche Kohlenstoffkreislauf umfasst normalerweise den Austausch von Kohlendioxid zwischen Atmosphäre, Ozeanen und terrestrischen Ökosystemen. Durch menschliche Aktivitäten hat sich jedoch ein erheblicher Überschuss an CO₂ in der Atmosphäre angesammelt.
Siehe auch : 6 Vorteile und Nachteile der Kohlenstoffabscheidung
Bäume vs. Trockengebiete
Bäume gelten oft als ideale Lösung zur Kohlenstoffbindung, doch die Herausforderung besteht darin, dass Aufforstung häufig mit der Landwirtschaft um wertvolles Ackerland konkurriert. Die Umwandlung von Wüsten in Kohlenstoffspeichersysteme ist hingegen ein neues Konzept. In Trockengebieten, die etwa ein Drittel der Erdoberfläche ausmachen und derzeit nicht landwirtschaftlich genutzt werden, bietet sich ein enormes Potenzial.
Trockene Ökosysteme sind für ihre spärliche Pflanzenwelt bekannt, vor allem aufgrund des Wassermangels. Bestimmte Pflanzen haben auf raffinierte Weise verschiedene Strategien entwickelt , um unter diesen schwierigen Bedingungen zu überleben und so Wassermangel und extreme Temperaturen erfolgreich zu überwinden.
Bestimmte Pflanzen, die in trockenen Gebieten gedeihen, besitzen bemerkenswerte Wurzelsysteme, um an unterirdische Wasserquellen zu gelangen. Darüber hinaus nutzen sie spezielle Formen der Photosynthese, die es ihnen ermöglichen, während der heißesten Tageszeiten Wasser zu sparen .
Dann gibt es noch die sogenannten oxalogenen Pflanzen, die in der Lage sind, erhebliche Mengen an Oxalaten zu produzieren , welche während Dürreperioden in Wasser umgewandelt werden können .
Mikroorganismen nutzen Kohlenstoff nicht nur für ihren eigenen Stoffwechsel, sondern geben ihn auch als Carbonat in den Boden ab . Dieses Carbonat kann als Calciumcarbonat ausfallen und ist über Jahrhunderte oder sogar Jahrtausende stabil. Das vorgeschlagene System zur Kohlenstoffbindung in Trockengebieten kombiniert oxalogene Pflanzen , die bis zu einem Viertel ihres Kohlenstoffs als Oxalsäure in den Boden abgeben, mit oxalotrophen Mikroorganismen.
Aus diesen Oxalaten wird ein Teil des Kohlenstoffs im Untergrund abgelagert, und das Team möchte diesen Mechanismus zur Kohlenstoffbindung nutzen. Laut dem Bericht gilt : „Insgesamt könnte bei dieser Form der Kohlenstoffbindung jedes sechzehnte photosynthetisch fixierte Kohlenstoffatom in Carbonaten gebunden werden.“
Fruchtbarkeitsinseln
Laut den Autoren ist es durch die Förderung dieses biogeochemischen Prozesses , der natürlicherweise in Trockengebieten vorkommt, möglich, diese unproduktiven und degradierten Ökosysteme in Kohlenstoffsenken mit blühenden Böden und Pflanzen zu verwandeln.
Die Autoren schlagen vor, Fruchtbarkeitsinseln als Ausgangspunkt zu nehmen . Es handelt sich dabei um kleine Gebiete mit revitalisiertem Lebensraum, von denen aus sich Pflanzen und Mikroorganismen ausbreiten und schließlich einen üppigen Vegetationsteppich bilden können.
Mitautor Hassan Boukcim hat bereits Experimente im Nordwesten Saudi-Arabiens begonnen, bei denen er stickstoffbindende Leguminosen wie Akazien anpflanzt, um das Wachstum anderer Wüstenpflanzen zu fördern. Die Autoren gehen davon aus, dass diese Ansätze innerhalb von zehn Jahren zu einem deutlichen Anstieg der in Pflanzen und Böden gespeicherten Kohlenstoffmenge führen könnten.
Sie weisen jedoch darauf hin, dass Erfolg und Geschwindigkeit dieser Methode von der Geschwindigkeit abhängen, mit der die Pflanzen unter trockenen Bedingungen wachsen, sowie von der Verfügbarkeit finanzieller Mittel und politischer Unterstützung in den verschiedenen Trockenländern.
„Im Rahmen des Native Genome Project der KAUST haben wir bereits einige einheimische oxalogene Pflanzenarten identifiziert, aber dieses Projekt wird nun erweitert, um Hunderte von einheimischen Pflanzen und Mikroben zu charakterisieren“, sagt Professor Hirt.
Das Team von Professor Hirt hat den Prozess der Saatgutbeschichtung revolutioniert, indem es nützliche Mikroben direkt auf einheimische Pflanzensamen aufträgt. Diese Samen werden in Baumschulen sorgfältig kultiviert, bevor sie in rauen Wüstengebieten ausgesät werden. Die Umwandlung von Wüsten in Kohlenstoffspeichersysteme mag daher unlösbar erscheinen, doch es ist besser, verschiedene Ansätze auszuprobieren, als gar nichts zu tun.
