Forscher haben den CO2-Fußabdruck für den gesamten Lebenszyklus von Düngemitteln berechnet, die für etwa fünf Prozent der gesamten Treibhausgasemissionen verantwortlich sind – zum ersten Mal wurde dies genau quantifiziert – und festgestellt, dass die CO2-Emissionen auf ein Fünftel reduziert werden könnten des derzeitigen Niveaus bis 2050.
Die Forscher der University of Cambridge fanden heraus, dass zwei Drittel der Emissionen von Düngemitteln nach der Ausbringung auf den Feldern stattfinden, wobei ein Drittel der Emissionen aus Produktionsprozessen stammt.
Obwohl stickstoffbasierte Düngemittel bereits als eine wichtige Quelle von Treibhausgasemissionen bekannt sind, ist dies das erste Mal, dass ihr Gesamtbeitrag von der Produktion bis zum Einsatz vollständig quantifiziert wurde. Ihre Analyse ergab, dass Gülle und synthetische Düngemittel das Äquivalent von 2,6 Gigatonnen Kohlenstoff pro Jahr emittieren – mehr als die weltweite Luftfahrt und Schifffahrt zusammen.
Die CO2-Emissionen von Düngemitteln müssen dringend reduziert werden; Dies muss jedoch gegen die Notwendigkeit einer globalen Ernährungssicherheit abgewogen werden. Frühere Untersuchungen haben geschätzt, dass 48 % der Weltbevölkerung mit Pflanzen ernährt werden, die mit synthetischen Düngemitteln angebaut werden, und die Weltbevölkerung wird voraussichtlich bis 2050 um 20 % wachsen.
Die Cambridge-Forscher sagen, dass eine Kombination aus skalierbaren technologischen und politischen Lösungen erforderlich ist, um die Düngemittelemissionen zu reduzieren und gleichzeitig die Ernährungssicherheit aufrechtzuerhalten. Sie schätzen jedoch, dass die Emissionen aus Gülle und synthetischen Düngemitteln ohne Produktivitätsverlust um bis zu 80 % auf ein Fünftel des derzeitigen Niveaus reduziert werden könnten, wenn solche Lösungen in großem Maßstab umgesetzt werden könnten. Ihre Ergebnisse werden in der Zeitschrift veröffentlicht Naturkost.
„Unglaublicherweise wissen wir nicht wirklich, wie viele Chemikalien wir weltweit produzieren, wo sie landen, wo und wie sie sich ansammeln, wie viele Emissionen sie produzieren und wie viel Abfall sie erzeugen“, sagte Co-Autor Dr. André Cabrera Serrenho von Cambridges Department of Engineering.
Serrenho und sein Co-Autor Yunhu Gao führten ein Projekt durch, um die Gesamtauswirkungen von Düngemitteln, einem der beiden Hauptprodukte der petrochemischen Industrie, genau zu messen. Von allen von der petrochemischen Industrie hergestellten Produkten sind die überwiegende Mehrheit – bis zu 74 % – entweder Kunststoffe oder Düngemittel.
„Um die Emissionen zu reduzieren, ist es für uns wichtig, alle Eingriffe zu identifizieren und zu priorisieren, die wir vornehmen können, um Düngemittel weniger umweltschädlich zu machen“, sagte Serrenho. „Aber wenn wir das tun wollen, müssen wir uns zuerst ein klares Bild vom gesamten Lebenszyklus dieser Produkte machen. Es klingt selbstverständlich, aber wir wissen tatsächlich sehr wenig über diese Dinge.“
Die Forscher kartierten die globalen Ströme von Gülle und synthetischen Düngemitteln und deren Emissionen für 2019 entlang aller Phasen des Lebenszyklus, indem sie die Produktion und den Verbrauch von Stickstoffdüngemitteln und regionale Emissionsfaktoren in neun Weltregionen in Einklang brachten.
Nach Abschluss ihrer Analyse stellten die Forscher fest, dass im Gegensatz zu vielen anderen Produkten der Großteil der Emissionen bei Düngemitteln nicht bei der Herstellung, sondern bei ihrer Verwendung entsteht.
„Es war überraschend, dass dies die Hauptquelle der Emissionen war“, sagte Serrenho. „Aber erst nachdem wir alle Emissionen an jedem Punkt des Lebenszyklus quantifiziert haben, können wir damit beginnen, nach verschiedenen Minderungsmethoden zu suchen, um die Emissionen ohne Produktivitätsverlust zu reduzieren.“
Die Forscher listeten die maximalen theoretischen Auswirkungen verschiedener Minderungsmethoden auf und quantifizierten sie – die meisten davon sind bereits bekannt, aber ihr maximaler potenzieller Effekt wurde nicht quantifiziert.
Emissionen aus der Produktion von synthetischen Düngemitteln stammen hauptsächlich aus der Ammoniaksynthese, teilweise aufgrund chemischer Reaktionen, die im Produktionsprozess verwendet werden. Die effektivste Minderung in der Produktionsphase wäre, wenn die Industrie die Heizung und die Wasserstoffproduktion dekarbonisieren würde. Darüber hinaus könnten Düngemittel mit Chemikalien gemischt werden, die als Nitrifikationshemmer bezeichnet werden und Bakterien daran hindern, Distickstoffmonoxid zu bilden. Allerdings dürften diese Chemikalien Düngemittel teurer machen.
„Wenn wir Düngemittel teurer machen wollen, dann müssen Landwirte und Düngemittelunternehmen irgendeine Art von finanziellem Anreiz erhalten“, sagte Serrenho. „Die Landwirtschaft ist ohnehin ein unglaublich hartes Geschäft, und Landwirte werden derzeit nicht dafür belohnt, dass sie weniger Emissionen produzieren.“
Der effektivste Weg, die mit Düngemitteln verbundenen Emissionen zu reduzieren, wäre jedoch die Reduzierung der Menge an Düngemitteln, die wir verwenden. „Wir sind unglaublich ineffizient bei der Verwendung von Düngemitteln“, sagte Serrenho. „Wir verbrauchen weit mehr als wir brauchen, was wirtschaftlich ineffizient ist, und das liegt an den landwirtschaftlichen Praktiken. Wenn wir Dünger effizienter einsetzen würden, würden wir wesentlich weniger Dünger benötigen, was die Emissionen reduzieren würde, ohne die Produktivität der Pflanzen zu beeinträchtigen.“
Die Forscher untersuchten auch die Mischung der weltweit verwendeten Düngemittel, die je nach Region unterschiedlich ist. Die Forscher sagen, dass der Ersatz einiger der Düngemittel mit den höchsten Emissionen, wie Harnstoff, durch Ammoniumnitrat weltweit die Emissionen um weitere 20 bis 30 Prozent reduzieren könnte. Dies wäre jedoch nur nach einer Dekarbonisierung der Düngemittelindustrie von Vorteil.
„Es gibt keine perfekten Lösungen“, sagte Serrenho. „Wir müssen überdenken, wie wir Lebensmittel produzieren und welche wirtschaftlichen Anreize am besten funktionieren. Vielleicht bedeutet das, Landwirte dafür zu bezahlen, weniger Emissionen zu produzieren, vielleicht bedeutet das, mehr für Lebensmittel zu bezahlen. Wir müssen die richtige Mischung aus Finanzen, Technologie und Politik finden Lösungen, um Emissionen zu reduzieren und gleichzeitig die Welt zu ernähren.“
Serrenho und Gao schätzen, dass durch die Umsetzung aller von ihnen analysierten Minderungsmaßnahmen die Emissionen aus dem Düngemittelsektor bis 2050 um bis zu 80 % reduziert werden könnten.
„Unsere Arbeit gibt uns eine gute Vorstellung davon, was technisch möglich ist, was groß ist und wo Eingriffe sinnvoll wären – es ist wichtig, dass wir Eingriffe auf das ausrichten, was am wichtigsten ist, um schnelle und sinnvolle Fortschritte bei der Reduzierung von Emissionen zu erzielen“, sagte er Serrenho.
Die Forschung war Teil des C-THRU-Projekts unter der Leitung von Professor Jonathan Cullen, in dem Forscher von vier britischen und US-amerikanischen Universitäten daran arbeiten, Klarheit über die Emissionen aus der globalen petrochemischen Lieferkette zu schaffen.