Ist Basaltgestein der ideale Dünger?

Würden Silikate in großem Maßstab als Dünger eingesetzt, könnte die Landwirtschaft ihre Klimaschutzziele erreichen und die Bodenerosion verlangsamt werden. Diesen Vorschlag machte ein internationales Forscherteam unter Beteiligung des Potsdamer Instituts für Klimafolgenforschung. Offen sind aber die ökologischen Konsequenzen einer globalen Anwendung.

Gestein und Bergbauabfälle als Befreiungsschlag für die Landwirtschaft: Was ein internationales Forschungsteam jetzt im Fachjournal „Nature Plants“ vorgeschlagen hat, klingt auf den ersten Blick mehr als ungewöhnlich. Es geht um Silikat, das in Form von Basalt weltweit als Vulkangestein vorkommt. Das Mineral ist in der Landwirtschaft nicht gänzlich unbekannt. Aber sein Potenzial für den Klimaschutz wurde vielleicht bislang unterschätzt.

Vorbild vulkanische Ebenen

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Basalt wird in vielen Regionen als Untergrund geschätzt, da aus ihm fruchtbare Ackerböden hervorgehen. Basalt verwittert relativ schnell und setzt dabei Phosphor, Kalium, Calcium, Magnesium und Eisen frei – wertvolle Nährstoffe fürs Pflanzenwachstum. „Menschliche Gemeinschaften wissen seit langer Zeit, dass vulkanische Ebenen fruchtbare Orte sind, um Ackerpflanzen anzubauen, ohne dass dabei gesundheitsschädliche Effekte auftreten“, erläutert David Beerling von der Universität Sheffield. „Aber bis heute wurde wenig darüber nachgedacht, wie das Ausbringen von Gesteinen in den Boden Kohlenstoff binden könnte.“

Chemisch verwitternder Basalt leistet genau das. Regen bindet in Form von Kohlensäure immer auch eine geringe Menge Kohlendioxid. Trifft der leicht saure Regen auf Basalt, reagiert das Gestein und bildet Bicarbonate, die nun den Kohlenstoff aus dem Regen im Boden speichern. Würden allein auf den US-amerikanischen Mais- und Sojafeldern je Hektar zwischen 10 und 50 Tonnen Basalt ausgebracht, sänken die globalen Emissionen der Landwirtschaft um bis zu 13 Prozent – 1,1 Milliarden Tonnen CO₂-Äquivalente.

„Solche Strategien zur aktiven CO₂-Entfernung  hätten massive Auswirkungen und können sehr schnell angewandt werden“, betont Beerling. Am Ende würde der Kohlenstoff in stabiler, anorganischer Form aus dem Boden ausgewaschen und für mindestens 100.000 Jahren in den Meeren gebunden. Da diese bereits 45-mal so viel Kohlenstoff beherbergen wie die Atmosphäre, könnte der zusätzliche Kohlenstoff wahrscheinlich ohne weiteres aufgenommen werden.

Ökonomische Vorteile für Landwirte

Für die Landwirte könnte die Düngung mit Silikat aus drei Gründen wirtschaftlich und ökologisch sinnvoll sein. Da ist zum einen das Problem mit Bodenerosionen. Böden werden zurzeit doppelt so schnell zerstört, wie diese sich auf natürlichem Weg erneuern. Verwitternder Basalt erneuert den Nährstoffgehalt der Böden und wirkt der Übersäuerung entgegen, die von Düngern wie Ammonium, Schwefel oder Harnstoff verursacht werden. Basalt erhöht auch indirekt die Menge organischen Kohlenstoffs im Boden, fördert die Bildung von Bodenaggregaten und erzeugt einen physikalischen Schutz für sich zersetzende Biomasse – kurzum: Basalt beschleunigt die Bodenbildung und erhält dessen Produktivität.

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Der zweite positive Aspekt beim Einsatz von Basaltdünger ist der gesteigerte Ertrag. Zwar gibt es bislang wenig Forschung dazu, aber die wenigen bekannten Beispiele sind vielversprechend: So hat ein Basalteintrag von mindestens 20 Tonnen pro Hektar die Ernte von Zuckerrohr für fünf Ernten in Folge um bis zu 30 Prozent verbessert. In einer anderen Studie zeigte sich nach der Düngung mit Silikatschlacke noch drei bis vier Jahre nach der letzten Anwendung ein positiver Effekt auf den Ertrag von Zuckerrohr, Mais und Reis.

Der dritte Vorteil von Basaltgaben ist ein besserer Schutz vor Krankheiten und Schadinsekten. Verwitternder Basalt bildet im Boden Kieselsäure, die von den Pflanzen aufgenommen wird. Diese erhöht die Härte der Stängel und der Zellwände in Blättern und Wurzeln. Die Pflanze erleidet weniger Läsionen und bietet so weniger Angriffspunkte. Gleichzeitig aktiviert die Kieselsäure indirekt bestimmte Bereiche des pflanzlichen Immunsystems.

Neun Milliarden Tonnen Basalt pro Jahr

Damit ein klimarelevanter Effekt entstehen kann, müsste die Silikatdüngung großflächig angewendet werden. 800 Millionen Hektar Ackerfläche weist die Welternährungsorganisation weltweit als besonders produktiv aus. Für einen flächendeckenden Einsatz auf diesen Böden würden jährlich mindestens neun Milliarden Tonnen Basalt benötigt. Die Studie empfiehlt daher, zunächst in Regionen mit großen Anbauflächen und hoher Produktivität zu beginnen, wo die Wirtschaftlichkeit am höchsten wäre: USA, China, Indien, Russland, aber auch Frankreich und Deutschland.

Berücksichtigt man den Aufwand, das Gestein zu gewinnen, zu mahlen und auszubringen, reduziert sich der potenzielle Klimaschutzeffekt zwar, bleibt aber immer noch erheblich. Das liegt daran, dass nicht nur frisch abgebauter Basalt als Silikatquelle in Frage kommt. Schon heute fallen beim Abbau von Vulkangestein für Baumaterial jährlich drei Milliarden Tonnen feinkörniges Material als Abfall an. In der Baubranche sammeln sich pro Jahr bis zu 5,9 Milliarden Tonnen calciumhaltige Betonabfälle, die bislang meist deponiert werden und als fein gemahlener Dünger ebenfalls Kohlendioxid binden würden. Schlacke aus der Stahlproduktion enthält neben düngertypischen Nährstoffen Calciumsilikat. Nur ein kleiner Teil des jährlichen Schlackeaufkommens von 500 Millionen Tonnen wird recycelt. Die Liste ließe sich fortsetzen.

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Ökologische Folgen noch zu erforschen

Wie bei allen Maßnahmen, die derzeit zur Verzögerung des Klimawandels erwogen werden, sind auch hier viele ökologische Fragen noch ungeklärt. Der Basaltabbau beeinträchtigt sowohl die Abbauregionen als auch die gesamte CO₂-Bilanz. Und nach der Düngung werden Silikate und infolge der Verwitterung weitere Stoffe ausgewaschen und letztlich in den Meeren angereichert. Sie könnten dort große Mengen an zusätzlichen Sedimenten bilden und den pH-Wert der Meere beeinflussen. Die Wissenschaftler fordern daher, die Methode der Silikatdüngung zunächst intensiv in Feldversuchen zu erproben. Dabei müsse das Potenzial zur CO₂-Bindung weiter erforscht und die sozialen und ökologischen Fragen beantwortet werden.

Co-Autor Stephen Long von der Universität Illinois betont aber auch die Einfachheit und Vorteile der Silikat-Strategie im Vergleich zur bisher angewendeten Kalkdüngung: „Sie würde die gleiche Funktion erfüllen wie der Einsatz von gemahlenem Kalkstein, aber helfen, CO₂ aus der Atmosphäre zu binden, es in die Böden und schließlich im Meer zu lagern.“ Die Umsetzung ließe sich dementsprechend schnell realisieren, da die nötige Infrastruktur aufgrund der etablierten Kalksteindüngung im Wesentlichen existiert.