Jelenleg a történelem legveszélyesebb kísérletét futtatjuk, vagyis azt, hogy megnézzük, mennyi szén-dioxidot képes elviselni a légkör, mielőtt bekövetkezne egy környezeti katasztrófa. (Elon Musk)
Aglobális klímasemlegesség eléréséhez 2050-re nem elég csökkenteni az üvegházhatású gázok kibocsátását, és a fosszilis tüzelőanyagokat megújuló energiákkal helyettesíteni; több milliárd tonna CO₂-t is el kell távolítani a légkörből.
Az IPCC legújabb jelentése és a szén-dioxid-eltávolítás innovatív megoldásai
Az IPCC legfrissebb jelentése rávilágít arra, hogy a globális üvegházhatású gázok kibocsátása tovább nőtt, és az elmúlt évtizedben csaknem megkétszereződött. Ennek következtében a légköri szén-dioxid (CO₂) koncentrációja elérte a 400 ppm-et, ami súlyos katasztrófával fenyeget, amennyiben nem teszünk sürgős lépéseket a globális hőmérséklet-emelkedés 2 °C alá csökkentésére 2050-ig. Az egyik leginnovatívabb és egyben vitatott megoldás a CO₂ légkörből való megkötése és végleges eltávolítása. Alapvetően két fő megközelítés létezik a szén-dioxid eltávolítására a légkörből.
Az első megközelítés a Direct Air Capture (DAC), amely technológiai megoldásokat alkalmaz a CO₂ közvetlen kivonására a levegőből. A DAC-rendszerek kémiai szűrők segítségével vonják ki a szén-dioxidot, majd azt tartósan tárolják, vagy különböző célokra használják fel, például szintetikus tüzelőanyagok vagy építőanyagok előállítására.
A második megközelítés a biológiai úton történő szén-dioxid-megkötés, amely a növények és fák természetes képességét használja fel a CO₂ -megkötésére fotoszintézis révén. Az újraerdősítés és a mezőgazdasági gyakorlatok, amelyek szénmegkötő képességgel rendelkeznek, szintén ide tartoznak.
Mindkét megközelítés – a DAC és a biológiai úton történő szén-dioxid-megkötés – alapvető fontosságú a globális klímaváltozás elleni küzdelemben. A DAC-technológia folyamatos fejlesztése és széles körű alkalmazása mellett a természetes fotoszintézis fenntartható módszereinek támogatása és integrálása kulcsfontosságú lesz a jövőben.
A szén-dioxid-leválasztás, -hasznosítás és -tárolás legfontosabb tényezője nem egyetlen technológia, hanem a természet. A biológiai megközelítés a növények természetes képességére épít, amely lehetővé teszi számukra a szén-dioxid megkötését. Ez a módszer a fák és növények természetes képességét használja fel a CO₂ fotoszintézis révén történő megkötésére és tárolására. A szén-dioxid biológiai lebomlásának példái közé tartozik az újraerdősítés és a mezőgazdasági gyakorlatok, amelyek megkötik a szenet a talajban.
A fotoszintézis az a folyamat, amelynek során a növények a napfényt, a szén-dioxidot (CO₂) és a vizet felhasználva cukrot és oxigént állítanak elő. Ez a folyamat nemcsak a növények növekedéséhez szükséges, hanem a légkör CO₂-szintjének szabályozásában is fontos szerepet játszik.
Fotoszintézis növelése a kertészetben
A kertészek és növénytermesztők jelentős szereplők a légköri CO₂ szintjének csökkentésében, ezáltal hozzájárulva a klímaváltozás elleni küzdelemhez. A fotoszintézis hatékonyságának növelése nemcsak a növénytermesztőknek és kertészeknek, hanem az egész bolygónak is előnyös. Ebben a cikkben bemutatjuk, hogy hogyan növelhetik a kertészek és növénytermesztők a fotoszintézis hatékonyságát, amely számos módszerrel érhető el.
1. Fényintenzitás és fényminőség optimalizálása
A növények fotoszintetikus aktivitása nagyban függ a rendelkezésre álló fény mennyiségétől és minőségétől. A kertészek számára a következő lehetőségek állnak rendelkezésre a fényintenzitás és fényminőség optimalizálására:
‑ Növények számára alkalmas fények használata:
Különböző, növények megvilágítására szolgáló fények, mint például LED-lámpák, amelyek kifejezetten a növények számára optimalizált spektrummal rendelkeznek, hatékonyan növelhetik a fotoszintézist.
‑ Fényvisszaverő anyagok alkalmazása:
A fóliák és más fényvisszaverő anyagok használata javíthatja a fény eloszlását a növények körül, növelve ezzel a fotoszintézis hatékonyságát.
2. Szén-dioxid-dúsítás
A szén-dioxid koncentrációjának növelése a növények környezetében bizonyítottan fokozza a fotoszintézis ütemét, mivel a fotoszintézis alapvetően CO₂-alapú folyamat. A növények számára elérhető CO₂-koncentráció növelése jelentősen javítja a növények növekedési rátáját és terméshozamát, különösen zárt környezetben, mint például üvegházakban vagy egyéb zárt termesztési rendszerekben.
Működési elv:
a. CO₂-generátorok használata:
‑ Az egyik leggyakrabban alkalmazott módszer az üvegházakban a CO₂-generátorok használata. Ezek a generátorok általában propán-, földgáz- vagy etanolalapúak, és égésük során CO₂-t bocsátanak ki.
‑ A generátorokat elhelyezik az üvegház megfelelő pontjain, hogy egyenletesen eloszlassák a CO₂-t a növények körül.
‑ A generátorok által termelt CO₂ növeli a levegő CO₂-tartalmát, amelyet a növények fotoszintézise fokozottan hasznosít.
b. Optimális koncentráció fenntartása:
‑ Fontos, hogy az üvegházban fenntartsák az optimális CO₂-koncentrációt, amely általában 1000–1500 ppm (parts per million) közötti tartományban van.
‑ A CO₂-koncentráció figyelése és szabályozása automatikus rendszerekkel történhet, amelyek érzékelik a levegő CO₂-szintjét, és szükség esetén szabályozzák a generátorok működését.
c. Hatás a fotoszintézisre:
‑ A megnövelt CO₂-koncentráció fokozza a növények fotoszintézisét, mivel a fotoszintézis alapvetően CO₂-alapú folyamat. Ennek eredményeként a növények több szénhidrátot képesek termelni, ami növeli a biomassza gyarapodását, és javítja a terméshozamot.
d. Gyakorlati szempontok:
‑ Az üvegházakban történő CO₂-dúsítás során figyelni kell a megfelelő szellőzésre is, hogy a CO₂ egyenletesen eloszoljon, és ne halmozódjon fel veszélyesen magas koncentrációban.
3. Fotoszintetikus mikrobák alkalmazása
A fotoszintetikus mikrobák, mint például az algák, ígéretes lehetőséget jelentenek a fotoszintézis hatékonyságának fokozására, és a növények tápanyagellátásának javítására. Ezek a mikrobák képesek nemcsak CO₂-megkötésére, hanem különböző tápanyagok, például nitrogén és foszfor szolgáltatására is, amelyek nélkülözhetetlenek a növények növekedéséhez és fejlődéséhez. Az algák termesztésének fő előnyei, hogy nagy potenciállal rendelkeznek a CO₂ újrafelhasználására, és hogy az algákból nyert energiaforrások, például a bioüzemanyag és a biogáz helyettesíthetik a fosszilis ekvivalenseket.
4. Genetikai módosítás és növények nemesítése
A kutatók olyan növényfajtákat fejlesztenek ki, amelyek jobb fotoszintetikus képességekkel rendelkeznek, ami nagyobb hozamot és jobb stressztűrő képességet eredményez. A genetikai módosítás célja olyan gének beépítése, amelyek fokozzák az enzimek hatékonyságát, például a ribulóz-1,5-biszfoszfát-karboxiláz (RuBisCO) enzimét, amely kulcsszerepet játszik a CO₂-megkötésében és a fotoszintézis sebességének szabályozásában. Fontos azonban figyelembe venni az etikai és környezeti kérdéseket, valamint biztosítani a szigorú szabályozást és a genetikai változtatások biztonságát.
Útmutató a jövőbeni széndioxid-dúsításhoz és -felhasználáshoz
1. Energiatermelés szolárpanelekkel vagy biogáztermelésből nyert villamos energiával.
2. CO₂-leválasztása a légkörből:
– Direkt légköri CO₂-kinyerés (DAC)technológiával:
‑ Abszorpció: Ammóniaalapú oldattal vonnák be a légkörből a CO₂-t, amely megkötődik az oldatban.
‑ Deszorpció: Az oldatból leválasztják a CO₂-t, és tisztán nyerik ki.
3. CO₂-felhasználás növények növekedésére:
– CO₂-dúsítás üvegházakban:
‑ CO₂-elosztása: A kinyert CO₂-t szállítórendszerekkel juttatnák el az üvegházakba.
‑ Hatás a növényekre: A megnövelt CO₂-koncentráció serkenti a növények fotoszintézisét, növeli a terméshozamot, és javítja a biomassza gyarapodását.
Mennyi szén-dioxidra van szükségük a növényeknek?
A legtöbb növény esetében a nettó fotoszintézis növekszik, ha a CO₂-szint 400 ppm-ről nő (a környezeti levegő szintje 1000 ppm-re (rész per millió). A legtöbb növény azt mutatja, hogy a fotoszintetikusan aktív sugárzás (PAR) bármely adott szintje esetén, ha megnő a CO₂-szint 1000 ppm és 1300 ppm közötti szintre, az a fotoszintézist körülbelül 50%-kal növeli a környezeti CO₂-szinthez képest. Egyes termények esetében a gazdaságosság nem indokolja az 1000 ppm CO₂-kiegészítést alacsony fényviszonyok mellett. Az általános CO₂-kibocsátás tekintetében az üvegházban termesztett zöldségek, mint a paradicsom, az uborka és a saláta korábbi érettséget, nagyobb gyümölcsméretet, a vetésidő csökkenését és a hozamok átlagosan 20–50%-os növekedését mutatják kiegészített CO₂-dal.
A szén-dioxid-dúsítás
A szén-dioxid-dúsítás (CO₂-dúsítás) kiemelkedően fontos szerepet játszik az üvegházi növénytermesztésben, mivel jelentősen javítja a növények növekedését és terméshozamát. A mesterségesen megnövelt CO₂-koncentráció fokozza a fotoszintézis hatékonyságát, így a növények egészségesebben fejlődnek, és magasabb hozamot érnek el.
Gazdaságosság
A CO₂-dúsítás gazdaságos, mivel a technológia alkalmazása csökkenti az üzemeltetési költségeket. Az alternatív energiaforrások, például a napenergia használata további költségcsökkentést eredményez. A Direct Air Capture (DAC-) technológia különösen hatékony, mivel a légkörből kivont CO₂-ot újrahasznosítja, minimalizálva a környezeti szennyezést, és további gazdasági előnyöket biztosítva.
Fenntarthatóság
A CO₂-dúsítás hozzájárul a globális szén-dioxid-kibocsátás csökkentéséhez, és erősíti a mezőgazdasági termelés fenntarthatóságát. A DAC-technológia által kivont és újrahasznosított CO₂ segíti a termelőket abban, hogy fenntarthatóbb módon növeljék a hozamot. A CO₂-dúsítás elősegíti a környezetbarát növénytermesztési gyakorlatokat, fenntarthatóbbá téve az élelmiszertermelést.
A jövő növénytermesztése
Az üvegházakban történő növénytermesztés egyre nagyobb jelentőséggel bír világszerte. Európában jelenleg körülbelül 405 000 hektár üvegházi terület található. Az elmúlt két évtizedben az üvegházi termesztés és technológia területén forradalmi változások zajlottak le. Míg korábban a 100 t/ha paradicsomtermés kimagasló teljesítménynek számított, ma már a legmodernebb üvegházakban akár 600 t/ha terméshozam sem ritka.
A természetes fotoszintézis jövője
A természetes fotoszintézis fenntartható CO₂-leválasztási és -átalakítási módszerének jövője rendkívül ígéretes. A kutatók folyamatosan új elveket azonosítanak és fejlesztenek a CO₂ hatékonyabb megkötésére. A folyamatos kutatások és fejlesztések révén egyre több lehetőség nyílik a CO₂-megkötésére és hasznosítására, amelyek nemcsak a mezőgazdaságot, hanem a globális környezetvédelmi erőfeszítéseket is támogatják.
„Mi vagyunk az első generáció, aki érezte a klímaváltozás hatását, és az utolsó generáció, aki tehet ellene” – Barack Obama.
SZERZŐ: VLASZÁK LAJOS
