Het verlagen van de hoeveelheid koolstofdioxide in de atmosfeer vereist niet alleen het verminderen van de uitstoot, we moeten ook de overtollige koolstof die al is uitgestoten, opvangen en opslaan. In een perspectiefartikel dat op 21 september in het tijdschrift Trends in Plant Science werd gepubliceerd, suggereert een team van plantenwetenschappers dat dorre gebieden zoals woestijnen een antwoord kunnen zijn op het probleem van koolstofafvang. De onderzoekers stellen voor om droge gronden te gebruiken in combinatie met specifieke planten en bodems om efficiënte koolstofafvangsystemen te creëren, wat een oplossing oplevert die niet concurreert met landbouwgrond.
Het jaarlijkse groeipercentage van de koolstofvoorraad in de atmosfeer (blauwe pijl) is het verschil tussen de uitstoot van fossiele brandstoffen (96 miljard ton koolstof), de verandering in landgebruik (12 miljard ton koolstof) en de opname van koolstof door terrestrische (31 miljard ton koolstof) en oceanische (29 miljard ton koolstof) koolstofvoorraden. Hier worden alleen terrestrische koolstoffluxen weergegeven. Bron afbeelding: Trends in Plant Science, Hirtetal.
De auteurs geloven dat we dorre ecosystemen kunnen transformeren in efficiënte koolstofafvangsystemen met verbeterde bodemgezondheid, verhoogde fotosynthetische efficiëntie en verhoogde wortelbiomassa door de ideale combinatie van planten, bodemmicroben en bodemtypen te ontwikkelen om een natuurlijk voorkomend biogeochemisch proces te bevorderen dat de oxalaat-carbonaatroute wordt genoemd om een ondergrondse koolstofput te creëren.
"Het vergroenen van woestijnen door het herstellen van ecosysteemfuncties, inclusief koolstofvastlegging, zou de voorkeursaanpak moeten zijn", schreef het team, onder leiding van senior auteur Heribert Hitt, een plantenwetenschapper aan de King Abdullah University of Science and Technology. "Het voordeel van het terugwinnen van dorre gebieden voor vergroening en koolstofvastlegging is dat ze niet concurreren met land dat wordt gebruikt voor landbouw en voedselproductie."
De rol van oxalaat bij koolstofvastlegging
Deze methode maakt gebruik van het vermogen van planten die zijn aangepast aan de droogte om oxalaat te produceren, een ion dat koolstof en zuurstof bevat en waar je wellicht bekend mee bent als je de pech hebt dat je nierstenen of jicht hebt. Sommige bodemmicro-organismen gebruiken oxalaat als hun enige koolstofbron en scheiden carbonaatmoleculen uit in de bodem. Carbonaten worden gewoonlijk snel afgebroken, maar als deze plant-microbesystemen worden gekweekt in alkalische en calciumrijke grond, reageren de carbonaten met het calcium om stabiele calciumcarbonaatprecipitaten te vormen.
Koolstof circuleert op natuurlijke wijze tussen de atmosfeer, de oceanen en de terrestrische ecosystemen, maar menselijk handelen heeft geleid tot de ophoping van overtollige koolstofdioxide in de atmosfeer. "... zelfs als we de CO2-uitstoot kunnen verminderen, zullen de klimaateffecten van de stijgende CO2-uitstoot minstens duizend jaar onomkeerbaar blijven, tenzij CO2 uit de atmosfeer kan worden gehaald", schreven de onderzoekers.
Koolstofafvang uit droog land versus bomen
Bomen worden beschouwd als een ideaal systeem voor het vastleggen van koolstof, maar bebossing concurreert rechtstreeks met de landbouw om bouwland. Daarentegen beslaan droge gebieden ongeveer een derde van het landoppervlak, maar worden ze niet gebruikt voor landbouw.
Momenteel ondersteunen dorre ecosystemen weinig planten, waarbij waterschaarste de grootste beperkende factor is. Sommige planten hebben zich echter aangepast aan het leven in droogte door verschillende mechanismen te ontwikkelen om met watertekorten en extreme temperaturen om te gaan. Sommige planten die zijn aangepast aan droge omgevingen hebben gespecialiseerde wortelsystemen die diep in de grond graven om verborgen waterbronnen aan te boren, terwijl andere verschillende vormen van fotosynthese gebruiken om waterverlies tijdens de heetste delen van de dag tot een minimum te beperken. Er zijn ook planten, zogenaamde ‘oxalaatplanten’, die grote hoeveelheden oxalaat produceren, die in tijden van droogte in water kunnen worden omgezet. Wanneer oxalaatplanten onder bepaalde omstandigheden groeien, zal een deel van de koolstof in deze oxalaten ondergronds worden afgezet als koolstofafzettingen, en de auteurs hopen dit mechanisme te benutten voor koolstofvastlegging.
"In totaal kan bij deze vorm van koolstoffixatie één op de zestien fotosynthetisch gefixeerde koolstofatomen in het carbonaat worden gefixeerd", schrijven de auteurs.
Het uitbreiden van dit natuurlijk voorkomende biogeochemische proces in droge gebieden zou deze momenteel onproductieve en gedegradeerde ecosystemen kunnen transformeren in koolstofputten, waardoor bodems en planten gezonder worden, zeggen de auteurs. Ze raden aan te beginnen met ‘vruchtbaarheidseilanden’, kleine stukjes hergroend leefgebied van waaruit planten en micro-organismen zich kunnen verspreiden en een tapijt van vegetatie vormen.
De auteurs schatten dat deze methoden de hoeveelheid koolstof die door planten en bodem wordt vastgelegd in minder dan tien jaar aanzienlijk kunnen vergroten. Ze merken echter op dat het succes en de snelheid van de voorgestelde methode zullen afhangen van de groeisnelheid van de planten (die de neiging hebben erg langzaam te zijn onder omstandigheden van waterschaarste) en "... ook zullen afhangen van de financiële en politieke middelen om deze technologie toe te passen in verschillende droge landen".