Das Treibhausgas Kohlendioxid gilt als einer der Hauptverursacher des Klimawandels. Jetzt haben Wissenschaftler einen Weg gefunden, das Treibhausgas zu binden und gleichzeitig ausgelaugte Böden zu regenerieren.
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Chemiker des amerikanischen Pacific Northwest National Laboratory (PNL) gelang es, die natürliche Pufferfähigkeit der Böden so zu erhöhen, dass diese zusätzliches Kohlendioxid aus der umgebenden Luft aufnahmen. „Global betrachtet enthalten die Böden vier mal so viel Kohlenstoff wie die Atmosphäre, die Hälfte davon in Form von organischer Materie“, erklärt Projektleiter Jim Amonette. Bis vor rund 30 Jahren setzte die Bodenbearbeitung mehr Kohlenstoff frei als die Verbrennung von fossilen Brennstoffen. Einige intensiv landwirtschaftlich genutzte Böden haben auf diese Weise rund ein Drittel ihres Kohlenstoffgehalts verloren.
Ungenutztes Speicherreservoir
„Diese kohlenstoffarmen Böden stellen ein gewaltiges potenzielles Reservoir dar, das dazu beitragen kann, den Anstieg des atmosphärischen Kohlendioxids zu verlangsamen“, so der Forscher. „Die Menge des pro Jahr in den Boden aufgenommenen Kohlenstoffs ist unglaublich. Heute wird 99 Prozent davon als Kohlendioxid von der Bodenoberfläche wieder abgegeben. Wenn wir den Anteil des im Boden verbleibenden Kohlenstoffs nur um einen kleines bisschen erhöhen könnten, würde das einen großen Unterschied bedeuten.“
Enzym als Katalysator
Die Experimente von Amonette förderten die Aktivität der Tyrosinase, eines Enzyms, das den natürlichen Prozess der Humusbildung im Boden katalysiert. Dieser Vorgang bewirkt die Umwandlung von Kohlenstoff aus abgestorbenen Pflanzenteilen oder Mikroben in Humus, ein sehr stabiles organisches Material. Tyrosinase erhöht die Reaktionsrate zwischen Sauerstoff und wichtigen Humusvorstufen wie Phenolen und Hydyroxybenzolsäuren, aus denen Quinone gebildet werden. Diese Quinone reagieren wiederum mit Aminosäuren zu komplexen, haltbaren so genannten humischen Polymeren.
„Weil humische Polymere weniger leicht durch Mikroorganismen abgebaut werden als ihre Vorläufermoleküle, können sie über Jahrzehnte, wenn nicht gar Jahrhunderte erhalten bleiben“, erklärt Amonette. Die Humifizierungsrate hängt von Faktoren wie der Enzymstabilität, der Bodenfeuchtigkeit, dem pH-Wert des Bodens, der Sauerstoffsättigung und der Mikrobenpopulation der Böden ab. Amonettes Versuche dienten dazu, die Wichtigkeit dieser Faktoren zu ermessen und zu erforschen, wie sie manipuliert werden könnten, um die Humifikation zu verstärken.
Flugasche fördert CO2-Bindung
Im Labor platzierte der Forscher dazu 72 Bodenproben in speziell konstruierten Zylindern, in denen unterschiedliche Feuchte- und Sauerstoffregimes eingestellt, verschiedene Zusatzstoffe erprobt und die Gasdurchflussraten gemessen wurden. Er stellte fest, dass ein alkalisches, poröses Material, die so genannte „Flugasche“, den normalen Humifikationsprozess beschleunigen kann, indem sie die Reaktion der Quinone mit den Aminosäuren verbessert.
Gleichzeitig förderte die Flugasche die Bildung von Bodenporen, die die humischen Polymere vor der Zersetzung schützen. „Häufige Zyklen von Nässe und Trocknung scheinen ebenfalls wichtig zu sein, um eine reichhaltige Mikrobengemeinschaft zu erhalten. Diese liefert viele der humischen Vorläufer und trägt zur Bildung von Bodenaggregaten bei.“ Im nächsten Monat sollen die Laborergebnisse im Freiland getestet werden.
(Pacific Northwest National Laboratory, 08.04.2004 – NPO)
