Angesichts einer eskalierenden Klimakrise suchen die wissenschaftliche Gemeinschaft und Entscheidungsträger fieberhaft nach wirksamen Methoden zur Reduzierung der Konzentration von Kohlendioxid (CO2) in der Atmosphäre. Neben der notwendigen und drastischen Reduzierung der Treibhausgasemissionen wird immer deutlicher, dass auch Technologien zur aktiven Entfernung des bereits vorhandenen CO2 aus der Luft erforderlich sein werden. In diesem Zusammenhang zieht ein innovativer Ansatz, der die Kraft der Natur nutzt und durch moderne Wissenschaft unterstützt wird, zunehmend Aufmerksamkeit auf sich: genetisch verbesserte landwirtschaftliche Kulturen.

Forscher der renommierten University of California, San Diego (UC San Diego), genauer gesagt des Scripps Institution of Oceanography und der School of Global Policy and Strategy (GPS), haben eine Studie vorgestellt, die darauf hindeutet, dass Pflanzen mit genetisch verbesserten, signifikant vergrößerten Wurzelsystemen eine machbare und potente Strategie darstellen, um riesige Mengen Kohlendioxid aus der Atmosphäre zu ziehen und langfristig im Boden zu speichern. Diese landwirtschaftliche Methode könnte ein entscheidender Teil der Lösung zur Erreichung negativer Emissionen sein, die für die Stabilisierung des Klimas notwendig sind.

Ausmaß der Herausforderung der Kohlenstoffentfernung

Die neuesten Berichte des Zwischenstaatlichen Ausschusses für Klimaänderungen (IPCC) lassen keinen Zweifel: Damit die Menschheit eine realistische Chance hat, die globale Erwärmung zu begrenzen und die katastrophalsten Folgen des Klimawandels wie extreme Wetterereignisse, massive Ernteausfälle und die Ausbreitung von Krankheiten zu vermeiden, ist es notwendig, bis Mitte des Jahrhunderts jährlich zwischen fünf und sechzehn Milliarden Tonnen CO2 aus der Atmosphäre zu entfernen. Diese monumentale Aufgabe kommt zu dem bereits bestehenden Imperativ hinzu, die tägliche Freisetzung neuer Mengen an Treibhausgasen so schnell wie möglich zu stoppen oder zumindest radikal zu verlangsamen. Ein Versäumnis, rechtzeitig zu handeln, bringt den Planeten an den Rand irreversibler Veränderungen.

Trotz der Dringlichkeit und des enormen Ausmaßes der erforderlichen Kohlenstoffentfernung (Carbon Dioxide Removal - CDR) fehlten bisher realistische Schätzungen darüber, wie schnell einzelne CDR-Technologien unter realen Bedingungen implementiert und ausgeweitet werden können. Daniela Faggiani-Dias, Klimawissenschaftlerin am Scripps Oceanography und der Deep Decarbonization Initiative der UC San Diego sowie Hauptautorin der Studie, hebt genau diesen Mangel hervor. Die Analyse ihres Teams legt nahe, dass Kulturen mit verbesserten Kohlenstoffspeichereigenschaften innerhalb von nur 13 Jahren nach Beginn der Anwendung jährlich zwischen 0,9 und 1,2 Milliarden Tonnen (Gigatonnen) CO2 entfernen könnten. Diese Menge ist etwa siebenmal größer als das Gesamtvolumen der CO2-Kompensationen (Offsets), die heute auf dem globalen Markt angeboten werden.

"Es besteht wissenschaftlicher Konsens darüber, dass wir die CDR-Kapazitäten erheblich steigern müssen, um Netto-Null-Emissionen zu erreichen – zusätzlich zur drastischen Reduzierung unserer Treibhausgasemissionen", betont Faggiani-Dias. "Jedoch sind Forschungen darüber, wie CDR realistisch skaliert werden kann – unter Berücksichtigung nicht nur technischer Einschränkungen, sondern auch der Verbreitungsgeschwindigkeit und machbarer Pfade – sehr selten. Genau das ist die Neuheit unserer Studie. Wir bieten eine detaillierte Analyse der Herausforderungen bei der Skalierung von CDR und schlagen einen Rahmen zur Bewertung vor, wie schnell und in welchem Umfang neue, hochgradig unsichere Technologien verbreitet werden können. Obwohl sich unsere Analyse auf kohlenstoffverbesserte Kulturen konzentriert, ist der Rahmen auch auf andere CDR-Ansätze anwendbar und hilft, wesentliche Unsicherheiten im Skalierungspotenzial zu identifizieren."

Landwirtschaft als unerwarteter Verbündeter

Warum könnten genetisch verbesserte Kulturen im Wettlauf gegen die Zeit einen Vorteil haben? Das Forschungsteam der UC San Diego verglich diesen Ansatz mit anderen vorgeschlagenen Methoden zur Kohlenstoffentfernung, wie Technologien zur direkten Luftabscheidung (Direct Air Capture - DAC), beschleunigter Gesteinsverwitterung, die CO2 bindet, oder Kohlenstoffabscheidung aus dem Ozean. Die Schlussfolgerung ist, dass viele dieser alternativen Strategien die Entwicklung völlig neuer Industrien, technologischer Prozesse und Infrastrukturen praktisch von Grund auf erfordern. Jahre, wenn nicht Jahrzehnte, sind für Tests, Optimierung, Gewährleistung der Sicherheit und Erreichung der Wirtschaftlichkeit erforderlich, bei ständigem Risiko unbeabsichtigter Folgen.

Andererseits stützt sich die genetische Verbesserung von Kulturen auf die bereits existierende, global verbreitete und hochentwickelte Agrarindustrie. Diese Industrie hat eine lange Geschichte der Übernahme von Innovationen – von der Hybridisierung über die Entwicklung von Düngemitteln und Pestiziden bis hin zu modernen Bodenbearbeitungstechniken und natürlich der Gentechnik. Es gibt eine etablierte Infrastruktur für Entwicklung, Tests, Saatgutverteilung und Wissenstransfer an Landwirte. Obwohl der Fokus bisher primär auf der Ertragssteigerung lag, erscheint die Umlenkung eines Teils dieser Kapazitäten auf das Ziel der Kohlenstoffsequestrierung als deutlich schnellerer und machbarerer Weg.

Boden: Der vernachlässigte Kohlenstoffspeicher

Ein weiterer Vorteil liegt im Boden selbst. Jahrhunderte intensiver Landwirtschaft, insbesondere Praktiken wie das Tiefpflügen, haben zu einem erheblichen Verlust an organischem Kohlenstoff aus Ackerflächen weltweit geführt. Paradoxerweise stellt dieser ausgelaugte Boden nun ein riesiges potenzielles Kohlenstoffreservoir dar. Pflanzen mit tieferen und dichteren Wurzelsystemen fixieren nicht nur mehr Kohlenstoff durch Photosynthese, sondern lagern ihn durch ihre Wurzeln aktiv tiefer im Boden ab. Dort kann Kohlenstoff über lange Zeit gespeichert bleiben, insbesondere in stabileren Formen organischer Substanz, wodurch er effektiv aus dem atmosphärischen Kreislauf entfernt wird. Prozesse wie die Ausscheidung organischer Verbindungen aus den Wurzeln (Exsudation) und der Abbau von Wurzelbiomasse tragen zusätzlich zum Aufbau von Kohlenstoffvorräten im Boden bei und verbessern gleichzeitig dessen Struktur, Fruchtbarkeit und Wasserhaltefähigkeit.

Historische Lehren und Verbreitungspotenzial

Um die realistische Geschwindigkeit abzuschätzen, mit der sich kohlenstoffverbesserte Kulturen verbreiten könnten, analysierten die Forscher historische Beispiele für die Einführung anderer landwirtschaftlicher Innovationen. Sie beobachteten, wie viel Zeit benötigt wurde, bis Technologien wie Hybridsaatgut, der Einsatz von Pestiziden, verbesserte Düngemittel oder Fruchtfolgen weit verbreitet waren und mit welchen Hindernissen sie konfrontiert waren.

Die ähnlichste Innovation, die auch die relevantesten Lehren bietet, ist die Einführung gentechnisch veränderter (GV) Kulturen. Die GV-Technologie brachte Landwirten (z. B. Resistenz gegen Schädlinge oder Herbizide, höhere Erträge) und den Industrien, die sie mit Saatgut und anderen Betriebsmitteln versorgen, erhebliche Vorteile. Ihre Einführung war und ist jedoch von Kontroversen, regulatorischen Herausforderungen und dem Widerstand eines Teils der Öffentlichkeit begleitet, was die Geschwindigkeit und das Ausmaß der Akzeptanz erheblich beeinflusste.

Durch die Analyse der Verbreitungsgeschichte von GV-Kulturen in Ländern, die sie zulassen, stellten die Wissenschaftler fest, dass es durchschnittlich etwa 11 Jahre von der anfänglichen, frühen Einführungsphase bis zur Erreichung einer breiten Anwendung auf einem signifikanten Teil der Ackerflächen dauerte. Dieser Zeitrahmen bildet die Grundlage für eine optimistische Einschätzung des Potenzials für eine schnelle Verbreitung auch bei kohlenstoffverbesserten Kulturen, vorausgesetzt, ähnliche Hindernisse werden überwunden.

Regulatorische Hürden und öffentliche Wahrnehmung

Gerade regulatorische Barrieren und die öffentliche Wahrnehmung sind entscheidende Unsicherheitsfaktoren. Obwohl sich die Technologie zur Verbesserung von Kulturen für Kohlenstoff von klassischen GV-Kulturen unterscheiden kann (der Fokus liegt nicht notwendigerweise auf der Einführung von Genen anderer Arten, sondern auf der Verstärkung der natürlichen Eigenschaften der Pflanze), wird sie wahrscheinlich mit ähnlichen regulatorischen Rahmenbedingungen und Skepsis in einigen Teilen der Welt konfrontiert sein. Die Studie hebt hervor, dass GV-Kulturen trotz nachgewiesener Vorteile bei Ertrag und reduziertem Pestizideinsatz bis heute nur etwa 13 Prozent der gesamten landwirtschaftlichen Nutzfläche weltweit einnehmen.

Damit kohlenstoffverbesserte Kulturen eine ähnliche "Obergrenze" bei der Verbreitung vermeiden, werden starke Anreize erforderlich sein. Die Autoren der Studie schlagen vor, dass Mechanismen wie Kohlenstoffzertifikatemärkte, bei denen Landwirte finanziell für die Menge an Kohlenstoff belohnt würden, die ihre Kulturen im Boden speichern, entscheidend sein könnten, um die Einführung dieser Praxis zu fördern. Es bedarf auch einer transparenten Kommunikation über die Vorteile und die Sicherheit der Technologie, um das Vertrauen der Öffentlichkeit aufzubauen und die behördliche Zulassung zu erleichtern.

Teil des größeren Bildes der Dekarbonisierung

Trotz des vielversprechenden Potenzials betonen die Autoren der Studie deutlich, dass genetisch verbesserte Kulturen kein "Allheilmittel" sind, das die Klimakrise allein lösen wird. Selbst wenn sie das geschätzte Entfernungspotenzial von über einer Milliarde Tonnen CO2 pro Jahr erreichen, ist dies immer noch nur ein Teil dessen, was weltweit benötigt wird. Dieser Ansatz muss ein integraler Bestandteil einer umfassenden Strategie sein, die eine rasche Emissionsreduzierung aus allen Sektoren (Energie, Verkehr, Industrie), die Entwicklung und Anwendung anderer CDR-Technologien sowie Änderungen bei der Landnutzung und den Konsummustern umfasst.

Daniela Faggiani-Dias erinnert daran, dass alle Bemühungen zur Kohlenstoffentfernung Hand in Hand gehen müssen mit der grundlegenden Transformation der globalen Wirtschaft hin zu kohlenstoffarmen oder emissionsfreien Wirtschaftsweisen. Der Fokus muss darauf bleiben, die weitere Freisetzung von Treibhausgasen in die Atmosphäre zu verhindern.

Die Forschung hinter diesen Schlussfolgerungen wurde durch eine Kombination aus privater Philanthropie über das Scripps Institution of Oceanography, Mitteln des Electric Power Research Institute (EPRI) durch die Deep Decarbonization Initiative an der UC San Diego und dem Peter Cowhey Center on Global Transformation an der School of Global Policy and Strategy der UC San Diego finanziert. An der Erstellung der Studie waren auch Experten anderer Institutionen beteiligt, darunter David Victor und Ryan Hanna von der Deep Decarbonization Initiative der UC San Diego, Jeffrey Sachnik und Yangyang Xu von der Texas A&M University, Wolfgang Busch vom Salk Institute in La Jolla, Kalifornien – wo Sie auch nach einer Unterkunft suchen können, und Jack Gilbert vom Scripps Oceanography.

Quelle: University of California