BaLance CO2: BaLance CO2 – Basalt als Mineraldünger in der Landwirtschaft zur Speicherung von CO2

Im Rahmen des „European Green Deal“ und in der Umsetzung der Ziele des Pariser Klimaabkommens sind enorme Anstrengungen notwendig, um den Ausstoß klimaschädlicher Gase zu reduzieren. Eine Mehrheit der Klimamodelle, die ein mit dem 1.5 °C oder 2 °C Ziel konformes Szenario zeichnen, inkludieren eine gewisse Menge an aktiv aus der Atmosphäre entferntem CO2 (vgl. 6. Sachstandsbericht des IPCC). In diesem Zusammenhang rücken Technologien zur permanenten Abscheidung und Speicherung von atmosphärischem CO2 in den Fokus, die sogenannten Negative Emission Technologies. Eine dieser Technologien, das sogenannte Enhanced Weathering, untersucht die Bindung von CO2 bei die Verwitterung von Basaltmehl auf land- und forstwirtschaftlichen Flächen (Beerling et al., 2020) oder in natürlichen Ökosystemen (Goll et al., 2021). Auch auf Österreichs landwirtschaftlicher Fläche könnte der Atmosphäre durch die Auftragung von feingemahlenem Basalt auf landwirtschaftlichen Flächen langfristig CO2 entzogen werden (Rinder and von Hagke, 2021). Basalt kann zusätzlich direkt (Swoboda et al., 2021) oder indirekt über die Erhöhung pflanzenverfügbarem Phosphor (Schaller et al., 2021) wichtige Pflanzennährstoffe liefern und wird entsprechend schon bisher als Bodenhilfsstoff eingesetzt. Es existieren zurzeit in Europa mehrere Unternehmen (z.B. puro.earth, Carbon Drawdown Initiative, Un-do), die das Ziel haben, diese Art der Speicherung über den Handel mit CO2 Zertifikaten wirtschaftlich verwertbar zu machen. Um die Sinnhaftigkeit dieser Praxis zu aus Sicht der österreichischen Landwirtschaft evaluieren zu können, müssen jedoch grundlegende Lücken im Prozessverständnis geschlossen werden, um das Potential von Enhanced Weathering und die erzielbare CO2 Speicherung quantifizieren zu können.   
Es ist Ziel dieses Forschungsprojektes, die Lücken zu schließen, um eine Bewertung des Einsatzes in der österreichischen Landwirtschaft zu ermöglichen. Dazu wird das Potential von vulkanischem Gesteinsmehl auf landwirtschaftlichen Grünlandflächen quantifiziert. Der Fokus liegt einerseits auf der Düngewirkung und Auswirkung der Anwendung auf Bodennährstoffhaushalt und damit Ertragsniveau. Zusätzlich wird die erzielte CO2 Speicherung bestimmt. Dazu werden an der HBLFA Raumberg-Gumpenstein (Projektpartner: Andreas Bohner) Blockversuche an zwei unterschiedlichen Grünlandstandorten (pH 4 – 5.5) durchgeführt, um die zentralen Forschungsfrage zu beantworten:

„Inwiefern beeinflusst der Einsatz von Gesteinsmehl aus Basalt die CO2-Bindung und Pflanzenverfügbarkeit von Nährstoffen und Schwermetallen auf ausgewählten Grünlandflächen in Österreich?“

Wichtige Teilaspekte dabei sind:

• Beurteilung der Auswirkung von Basaltzugabe auf Ertrag mit Fokus auf die Phosphorverfügbarkeit:
  Erhöht sich die Pflanzenverfügbarkeit gewisser Nährstoffe (Si, K, Ca, Mg, P) durch Basaltzugabe? Inwieweit erhöht sich der Anteil an pflanzenverfügbarem P durch Si Düngung? Kommt es zur erhöhten Freisetzung toxischer Elemente bei hoher Auftragungsrate? Kommt es zu unerwünschten Änderungen von Bodenparametern? Kommt es zu Änderungen in Futtermittelertrag und Qualität?
  
• Quantifizierung der durch Basalt erzielten Kohlenstoffspeicherung:
  Wie hoch ist die Menge an CO2, das als Alkalinität exportiert wird? Kommt es zu einer anorganischen Karbonatbildung im Boden, und wenn ja, wie hoch ist der Anteil der Karbonatbildung unter den gegebenen Versuchsbedingungen?

Auf Basis der Quantifizierung der Stoffströme wird dann eine eindeutige Empfehlung hinsichtlich des Einsatzes von Gesteinsmehl auf Grünlandflächen erarbeitet, die auf den Faktoren Nährstoffangebot, Auswirkung auf Ertrag, Einfluss auf Bodenbeschaffenheit, CO2 Speicherung, Freisetzung toxischer Elemente und Möglichkeiten der nachhaltigen Beschaffung von Gesteinsmehl erarbeitet wird.

Eines der im Pariser Abkommen über den Klimawandel verkündeten Ziele ist es, "... die Fähigkeit zur Anpassung an die nachteiligen Auswirkungen der Klimaänderungen […] sowie eine hinsichtlich der Treibhausgase emissionsarme Entwicklung so [zu fördern], dass die Nahrungsmittelerzeugung nicht bedroht wird" (Übereinkommen von Paris, Art.1, Abs. 1b). Der nationale Energie- und Klimaplan 2021 -2030 nennt Düngemittelmanagement als wichtige Maßnahme zur Dekarbonisierung des landwirtschaftlichen Sektors. Der Einsatz von Basalt kann in diesem Zusammenhang eine wichtige Rolle einnehmen. Das Ausbringen von Kalk als Mineraldünger ist schon seit langem landwirtschaftliche Praxis. Die Düngung mit Kalk setzt allerdings CO2 frei, wenn auch in geringem Maße. Basalt dagegen entzieht der Atmosphäre CO2 und liefert dabei potentiell wichtige Pflanzennährstoffe.

Die durch Kalk erzielte pH-Wert Regulierung ist prinzipiell auch mit vulkanischen Gesteinen möglich. Der Nachteil der im Vergleich langsameren Verwitterung kann zumindest zum Teil durch entsprechendes Feinmahlen des Materials ausgeglichen werden. Da Gesteinsmehle schon jetzt ausgebracht werden, kann die Maßnahme in der Landwirtschaft prinzipiell ohne weitere Investitionen angewendet werden. Auf weitere Aspekte wird im Folgenden kurz eingegangen.

Verfügbare Menge an Gestein:

Es gibt in Mitteleuropa genügend Vorkommen vulkanischer Gesteine (Rinder and von Hagke, 2021), um selbst die in einschlägiger Fachliteratur manchmal propagierten hohen Aufbringungsraten von bis zu 100 t/ha, langfristig zu ermöglichen. Ungeachtet der ökologischen und ökonomischen Aspekte, die mit der dazu nötigen Neuerschließung von Tagebauen einhergehen, ist die manchmal aufgeworfen Frage nach der prinzipiellen Verfügbarkeit basaltischen Gesteins in erforderlicher Menge eindeutig zu bejahen.

Kosten:

Basaltmehl wird momentan regional zum Preis von 54,30 €/t (Pauliberg; Stand Oktober 2021) verkauft. Die Kosten pro Tonne Kalk liegen Stand Oktober 2021 bei 36 €/t (https://markt.agrarheute.com/), sind also insgesamt vergleichbar. Potentielle Vorteile durch höhere Ernten, höherer Phosphorverfügbarkeit, oder verbesserter Bindung von organischem Kohlenstoff im Boden lassen sich momentan nicht beziffern, sodass eine abschließende Bewertung nicht möglich ist. Sollte sich eine verstärkte CO2 Speicherung verifizieren lassen, ist davon auszugehen, dass sich für das so gespeicherte CO2 ein Markt entwickelt und die Kosten über den Verkauf von CO2 Zertifikaten weiter verringern lassen. Unternehmen wie puro.earth handeln aber schon jetzt mit solchen Zertifikaten und Firmen für die eine umweltfreundliche Außenwirkung entscheidend ist, sind auch jetzt schon bereit Zertifikate zu Preisen über dem Marktpreis zu erstehen. Zusammengefasst spricht aber nach aktuellem Wissenstand nichts gegen die Wirtschaftlichkeit einer Basaltdüngung im größerem Maßstab und diese Studie wird einen entscheidenden Beitrag dazu leisten können, um die Frage der Wirtschaftlichkeit besser bewerten zu können.

Düngerwirkung:

Die AGES geht in ihrer Einschätzung davon aus, dass pflanzenverfügbare Menge an Spurenstoffen in 1000 kg Gesteinsmehl durch 5 – 7 kg Dünger ersetzt werden können (AGES, 2005). Dabei ist aber festzuhalten, dass Düngemittepreise momentan bei einigen hundert Euro pro Tonne liegen, Basalt über den Ausgleich durch Rückzahlungen für erzielte CO2 Speicherung nahezu gratis sein könnte. Die momentan stark steigenden Düngemittelpreise stehen dazu im Einklang mit den Ergebnissen einer grundlegenden Studie, die steigende Preise auch in Zukunft prognostiziert (Van Vuuren et al., 2010).

Der kritische Standpunkt steht auch im Gegensatz zu Ergebnissen eines umfassenden Reviews zum Thema (Swoboda et al. 2021). Zudem blockiert die bei der Auflösung von Basalt entstehende Kieselsäure potentielle Bindungsplätze für Phosphor, erhöht so die P Verfügbarkeit und verringert dadurch den Bedarf an P-Dünger (Schaller et al., 2021). Aufgrund des Kostenvorteils durch CO2 Bindung könnte Basaltdüngung auch zur Sanierung von Wald- und Almböden mit niedrigen pH-Werten zum Einsatz kommen, wo eine konventionelle Düngergabe nicht wirtschaftlich erscheint.

Benötigte Energie:

Wiederholt wurde auf den hohen Energiebedarf für die Zerkleinerung des Gesteins hingewiesen. Es ist wichtig, die damit einhergehenden Herausforderungen im Fokus zu behalten. Der hohe Energiebedarf ist aber nach aktuellem Wissensstand nicht dazu geeignet, die Anwendbarkeit der Technologie grundsätzlich in Frage zu stellen. Mit der Energiewende kommt es zu Stromspitzen. Ungeachtet der Notwendigkeit der kurz- und langfristigen Energiespeicherung, wird es in Zukunft eventuell möglich sein, Energiespitzen, ähnlich dem Konzept der Sektorenkopplung, für energieintensive Anwendungen zu nützen. Ganz grundlegend stellen neue Forschungserkenntnisse auch die oft angenommenen hohen Energiebedarf in Frage (Kantzas et al., 2022), wodurch sich ohnehin ein breitere Anwendungsmöglichkeit ergibt.