W obliczu nasilającego się kryzysu klimatycznego społeczność naukowa i decydenci gorączkowo poszukują skutecznych metod redukcji stężenia dwutlenku węgla (CO2) w atmosferze. Oprócz koniecznej i drastycznej redukcji emisji gazów cieplarnianych, coraz jaśniejsze staje się, że potrzebne będą również technologie aktywnego usuwania już istniejącego CO2 z powietrza. W tym kontekście coraz większą uwagę przyciąga innowacyjne podejście wykorzystujące siłę natury, wsparte nowoczesną nauką: genetycznie ulepszone uprawy rolne.

Naukowcy z prestiżowego Uniwersytetu Kalifornijskiego w San Diego (UC San Diego), a dokładniej z Instytutu Oceanografii Scripps oraz Szkoły Globalnej Polityki i Strategii (GPS), przedstawili badanie sugerujące, że rośliny o genetycznie ulepszonych, znacznie powiększonych systemach korzeniowych stanowią wykonalną i potężną strategię wychwytywania ogromnych ilości dwutlenku węgla z atmosfery i jego długoterminowego magazynowania w glebie. Ta metoda rolnicza mogłaby być kluczową częścią rozwiązania na rzecz osiągnięcia ujemnych emisji, niezbędnych do stabilizacji klimatu.

Skala Wyzwania Usuwania Węgla

Najnowsze raporty Międzyrządowego Zespołu ds. Zmian Klimatu (IPCC) nie pozostawiają miejsca na wątpliwości: aby ludzkość miała realne szanse na ograniczenie globalnego ocieplenia i uniknięcie najbardziej katastrofalnych konsekwencji zmian klimatycznych, takich jak ekstremalne zjawiska pogodowe, masowe nieurodzaje i rozprzestrzenianie się chorób, konieczne jest usunięcie od pięciu do szesnastu miliardów ton CO2 z atmosfery rocznie do połowy stulecia. To monumentalne zadanie nakłada się na już istniejący imperatyw jak najszybszego zatrzymania lub przynajmniej radykalnego spowolnienia codziennego uwalniania nowych ilości gazów cieplarnianych. Brak terminowego działania spycha planetę na skraj nieodwracalnych zmian.

Pomimo pilności i ogromnej skali wymaganego usuwania dwutlenku węgla (Carbon Dioxide Removal - CDR), do tej pory brakowało realistycznych szacunków dotyczących tego, jak szybko poszczególne technologie CDR mogą zostać wdrożone i rozszerzone w rzeczywistych warunkach. Daniela Faggiani-Dias, klimatolog ze Scripps Oceanography i Inicjatywy Głębokiej Dekarbonizacji UC San Diego oraz główna autorka badania, podkreśla właśnie ten brak. Analiza jej zespołu sugeruje, że uprawy o ulepszonych właściwościach magazynowania węgla mogłyby, w ciągu zaledwie 13 lat od rozpoczęcia stosowania, rocznie usuwać od 0,9 do 1,2 miliarda ton (gigaton) CO2. Ta ilość jest około siedmiokrotnie większa niż całkowita objętość kompensacji CO2 (offsetów) oferowanych obecnie na rynku globalnym.

"Istnieje naukowy konsensus, że będziemy musieli znacznie zwiększyć zdolności CDR, aby osiągnąć zerowe emisje netto – oprócz drastycznego ograniczenia naszych emisji gazów cieplarnianych" – podkreśla Faggiani-Dias. "Jednak badania dotyczące tego, jak CDR można realistycznie skalować – uwzględniając nie tylko ograniczenia techniczne, ale także szybkość rozprzestrzeniania się i wykonalne ścieżki – są bardzo rzadkie. Właśnie to jest nowością naszego badania. Przedstawiamy szczegółową analizę wyzwań związanych ze skalowaniem CDR i proponujemy ramy oceny, jak szybko i w jakim stopniu nowe, wysoce niepewne technologie mogą się rozprzestrzeniać. Chociaż nasza analiza koncentruje się na uprawach ulepszonych pod kątem węgla, ramy te mają zastosowanie również do innych podejść CDR i pomagają zidentyfikować kluczowe niepewności w potencjale skalowania."

Rolnictwo Jako Niespodziewany Sojusznik

Dlaczego genetycznie ulepszone uprawy mogłyby mieć przewagę w wyścigu z czasem? Zespół badawczy z UC San Diego porównał to podejście z innymi proponowanymi metodami usuwania węgla, takimi jak technologie bezpośredniego wychwytywania z powietrza (Direct Air Capture - DAC), przyspieszone wietrzenie skał wiążących CO2 czy wychwytywanie węgla z oceanu. Wniosek jest taki, że wiele z tych alternatywnych strategii wymaga rozwoju zupełnie nowych gałęzi przemysłu, procesów technologicznych i infrastruktury praktycznie od zera. Potrzebne są lata, jeśli nie dziesięciolecia, na testowanie, optymalizację, zapewnienie bezpieczeństwa i osiągnięcie opłacalności ekonomicznej, przy stałym ryzyku niepożądanych konsekwencji.

Z drugiej strony, genetyczne ulepszanie upraw opiera się na już istniejącym, globalnie rozpowszechnionym i niezwykle rozwiniętym przemyśle rolniczym. Przemysł ten ma długą historię wdrażania innowacji – od hybrydyzacji, poprzez rozwój nawozów i pestycydów, po nowoczesne techniki uprawy gleby i, oczywiście, modyfikację genetyczną. Istnieje utarta infrastruktura do rozwoju, testowania, dystrybucji nasion i transferu wiedzy rolnikom. Chociaż dotychczasowy nacisk kładziono głównie na zwiększenie plonów, przekierowanie części tych zdolności na cel sekwestracji węgla wydaje się znacznie szybszą i bardziej wykonalną ścieżką.

Gleba: Zaniedbany Magazyn Węgla

Dodatkową zaletą jest sama gleba. Wieki intensywnego rolnictwa, zwłaszcza praktyki takie jak głęboka orka, doprowadziły do znacznej utraty węgla organicznego z gruntów ornych na całym świecie. Paradoksalnie, ta zubożona gleba stanowi obecnie ogromny potencjalny magazyn węgla. Rośliny o głębszych i gęstszych systemach korzeniowych nie tylko wiążą więcej węgla w procesie fotosyntezy, ale także aktywnie odkładają go głębiej w glebie poprzez swoje korzenie. Tam węgiel może pozostać zmagazynowany przez dłuższy czas, zwłaszcza w bardziej stabilnych formach materii organicznej, co skutecznie usuwa go z cyklu atmosferycznego. Procesy takie jak wydzielanie związków organicznych przez korzenie (eksudacja) i rozkład biomasy korzeniowej dodatkowo przyczyniają się do budowania zapasów węgla w glebie, poprawiając jednocześnie jej strukturę, żyzność i zdolność do zatrzymywania wody.

Historyczne Lekcje i Potencjał Rozpowszechniania

Aby oszacować realną prędkość, z jaką mogłyby się rozprzestrzeniać uprawy ulepszone pod kątem węgla, naukowcy przeanalizowali historyczne przykłady wprowadzania innych innowacji rolniczych. Obserwowali, ile czasu zajęło, zanim technologie takie jak nasiona hybrydowe, stosowanie pestycydów, ulepszone nawozy czy płodozmian stały się szeroko rozpowszechnione i z jakimi przeszkodami się spotykały.

Najbardziej podobną innowacją, oferującą najbardziej trafne wnioski, jest wprowadzenie upraw genetycznie modyfikowanych (GM). Technologia GM przyniosła znaczące korzyści rolnikom (np. odporność na szkodniki lub herbicydy, wyższe plony) oraz przemysłom dostarczającym im nasiona i inne środki produkcji. Jednak jej wprowadzenie było i pozostaje obarczone kontrowersjami, wyzwaniami regulacyjnymi i oporem części społeczeństwa, co znacząco wpłynęło na szybkość i zakres akceptacji.

Analizując historię rozprzestrzeniania się upraw GM w krajach, które je dopuszczają, naukowcy ustalili, że średnio potrzeba było około 11 lat od początkowej, wczesnej fazy adopcji do osiągnięcia szerokiego zastosowania na znacznej części gruntów ornych. Ten horyzont czasowy daje podstawę do optymistycznej oceny potencjału szybkiego rozprzestrzeniania się również upraw ulepszonych pod kątem węgla, pod warunkiem przezwyciężenia podobnych przeszkód.

Przeszkody Regulacyjne i Percepcja Społeczna

Właśnie bariery regulacyjne i percepcja społeczna są kluczowymi czynnikami niepewności. Chociaż technologia ulepszania upraw pod kątem węgla może różnić się od klasycznych upraw GM (nacisk niekoniecznie kładzie się na wprowadzanie genów innych gatunków, ale na wzmacnianie naturalnych właściwości rośliny), prawdopodobnie napotka podobne ramy regulacyjne i sceptycyzm w niektórych częściach świata. Badanie podkreśla, że pomimo udowodnionych korzyści w zakresie plonów i zmniejszenia zużycia pestycydów, uprawy GM do dziś zajęły jedynie około 13 procent całkowitej powierzchni użytków rolnych na poziomie globalnym.

Aby uprawy ulepszone pod kątem węgla uniknęły podobnego "pułapu" w rozprzestrzenianiu się, potrzebne będą silne zachęty. Autorzy badania sugerują, że mechanizmy takie jak rynki kredytów węglowych, gdzie rolnicy byliby finansowo nagradzani za ilość węgla zmagazynowanego przez ich uprawy w glebie, mogłyby być kluczowe dla zachęcenia do przyjęcia tej praktyki. Potrzebna jest również przejrzysta komunikacja na temat korzyści i bezpieczeństwa technologii, aby zbudować zaufanie publiczne i ułatwić zatwierdzenie regulacyjne.

Część Szerszego Obrazu Dekarbonizacji

Pomimo obiecującego potencjału, autorzy badania jasno podkreślają, że genetycznie ulepszone uprawy nie są "srebrną kulą", która samodzielnie rozwiąże kryzys klimatyczny. Nawet jeśli osiągną szacowany potencjał usuwania ponad miliarda ton CO2 rocznie, to wciąż tylko część tego, co jest globalnie potrzebne. Podejście to musi być integralną częścią kompleksowej strategii obejmującej szybką redukcję emisji ze wszystkich sektorów (energetyka, transport, przemysł), rozwój i wdrażanie innych technologii CDR oraz zmiany w użytkowaniu gruntów i wzorcach konsumpcji.

Daniela Faggiani-Dias przypomina, że wszystkie wysiłki w kierunku usuwania węgla muszą iść w parze z fundamentalną transformacją globalnej gospodarki w kierunku niskoemisyjnym lub zerowym. Nacisk musi pozostać na zapobieganiu dalszemu uwalnianiu gazów cieplarnianych do atmosfery.

Badania leżące u podstaw tych wniosków zostały sfinansowane z połączenia prywatnej filantropii za pośrednictwem Instytutu Oceanografii Scripps, środków z Instytutu Badań nad Energią Elektryczną (EPRI) w ramach Inicjatywy Głębokiej Dekarbonizacji na UC San Diego oraz Centrum Globalnej Transformacji im. Petera Cowheya przy Szkole Globalnej Polityki i Strategii na UC San Diego. W przygotowaniu badania uczestniczyli również eksperci z innych instytucji, w tym David Victor i Ryan Hanna z Inicjatywy Głębokiej Dekarbonizacji UC San Diego, Jeffrey Sachnik i Yangyang Xu z Texas A&M University, Wolfgang Busch z Instytutu Salka w La Jolla w Kalifornii – gdzie można również poszukać zakwaterowania, oraz Jack Gilbert ze Scripps Oceanography.

Źródło: University of California