Thêm bụi đá vào đất có thể giúp đưa Carbon vào lòng đất như thế nào?

Các nhà nghiên cứu phát hiện ra rằng khi đá nghiền thành bột được áp dụng cho các cánh đồng nông nghiệp, đất hút nhiều carbon hơn từ không khí và năng suất cây trồng tăng lên. Nhiều nghiên cứu đang được tiến hành, nhưng một số nhà khoa học cho biết phương pháp này cho thấy lợi ích đáng kể cho nông dân và khí hậu.

Hình ảnh: Đá bazan được rải trên các cánh đồng ngô nghiên cứu của Trung tâm Giảm thiểu Biến đổi Khí hậu Leverhulme ở Illinois. Jordan Goebig

Vào một ngày tháng 8 nóng ẩm gần Geneva, New York, Garrett Boudinot đứng trên một cánh đồng cây gai dầu, những thân cây xanh cao chót vót một foot hoặc hơn khung 6 feet, 4 inch của anh ta. Hôm nay, trợ lý nghiên cứu của Đại học Cornell có ria mép sẽ thu hoạch sáu mẫu cây trồng, cân nó trong thùng rác nhựa màu đỏ và tiếp tục phân tích hàng trăm mẫu nước được lấy bằng các thiết bị đo được gọi là máy đo ly giải đã được chôn trên cánh đồng trong ba tháng qua.

Boudinot, thành viên của nhóm nghiên cứu tại Đại học Cornell, sẽ đổ mồ hôi trong hai ngày tiếp theo để xem liệu một thành phần bất thường được thêm vào đất vào đầu năm có giúp tăng năng suất và cô lập carbon hay không. Cải tạo đất này "chúng tôi chỉ gọi một cách trìu mến là 'bụi đá', điều này không mang tính mô tả lắm", Boudinot nói. "Nhưng đó thực sự là đá silicat đã được nghiền thành bột mịn."

"Theo như tôi có thể nói," Houlton nói, "dự án của chúng tôi là dự án quy mô lớn nhất thuộc loại này, sử dụng cách tiếp cận khoa học chuyên sâu này."

Các nhà nghiên cứu đang rải đá bazan trên các cánh đồng ngô ở Illinois, mía ở Úc và trên các cánh đồng đậu nành ở Canada.

Các thí nghiệm trên cánh đồng cây gai dầu vượt ra ngoài việc kiểm tra những sửa đổi nào làm tăng năng suất và cô lập carbon và kiểm tra lượng bụi đá nên được áp dụng để có kết quả tốt nhất. Một số khu vực có 20 tấn bụi đá mỗi mẫu Anh, trong khi những khu vực khác có 40 tấn, cho phép các nhà nghiên cứu có được bức tranh tinh tế hơn về mối quan hệ giữa bụi, đất và cây trồng. Nghiên cứu bổ sung vào một khối lượng ngày càng tăng của các công trình khoa học cho thấy tiềm năng của những cải tạo đất này trở thành một trong nhiều biện pháp cần thiết để giúp giải quyết cuộc khủng hoảng khí hậu của chúng ta.

Nông nghiệp chiếm gần một phần tư lượng khí thải carbon dioxide của thế giới, khiến ngành nông nghiệp trở thành một phần quan trọng trong nỗ lực đạt mức phát thải ròng bằng 0 vào năm 2050 và hạn chế sự nóng lên toàn cầu ở mức 1,5 độ C, một mức tăng mà các nhà khoa học cảnh báo thế giới không nên vượt qua nếu chúng ta muốn ngăn chặn một số hậu quả nghiêm trọng hơn của biến đổi khí hậu. Để giúp giảm carbon trong khí quyển, các nhà khoa học đã từng đề xuất gieo hạt sắt vào các đại dương. Chiến thuật đó bị chỉ trích là gây hại cho môi trường và không hiệu quả và chưa được chấp nhận rộng rãi. Nhưng gieo hạt cho đất với bụi đá thu giữ carbon là có thể.

Ngoài Houlton, các nhà khoa học từ Vương quốc Anh đến Canada đang thử nghiệm các chất cải tạo đất khác nhau trên đất nông nghiệp, đánh giá lượng carbon mà họ cô lập thông qua một quá trình gọi là phong hóa tăng cường. Trong khi các nhà nghiên cứu của Houlton sử dụng đá bazan cho cây gai dầu ở New York và cây cỏ linh lăng và ô liu ở California, các nhà khoa học làm việc với Trung tâm Giảm thiểu Biến đổi Khí hậu Leverhulme của Đại học Sheffield ở Anh đang rải bazan trên các cánh đồng ngô ở Illinois và mía ở Úc. Tại Ontario, Canada, các nhà nghiên cứu đang sử dụng wollastonite từ một mỏ gần đó trên các cánh đồng đậu nành và cỏ linh lăng.

Hình ảnh: Nhà nghiên cứu Zack Kozma (trái) thu thập một mẫu nước từ một cánh đồng nơi bụi đá đã được thêm vào đất tại Trạm thí nghiệm nông nghiệp AgriTech của Cornell; một cục đất (phải) chứa bụi đá. Garrett Boudinot; Sophie Nasrallah

Theo Ủy ban Liên chính phủ về Biến đổi Khí hậu của Liên Hợp Quốc (IPCC), đá tự nhiên loại bỏ 1 gigaton (1 tỷ tấn) carbon dioxide mỗi năm khỏi khí quyển (một con số đã thay đổi theo thời gian). Thêm bụi đá vào đất nông nghiệp làm tăng tốc các phản ứng hóa học khóa carbon - trong hàng nghìn năm - trong đất. Nếu được áp dụng cho các vùng đất trồng trọt trên toàn cầu, về mặt lý thuyết, bụi đá có thể giúp hút khoảng 2 đến 4 tỷ tấn carbon dioxide từ không khí mỗi năm, từ 34 đến 68% lượng khí thải nhà kính toàn cầu do nông nghiệp tạo ra hàng năm. Và mặc dù việc xử lý quá nhiều đất có thể không thực tế, nhưng quá trình này có khả năng mở rộng quy mô nhanh chóng vì bụi đá không bị thiếu hụt và nông dân không cần phải mua thiết bị mới để áp dụng nó: Họ đã có thiết bị rải phân bón trong chuồng trại của họ.

"Đây là một công nghệ cực kỳ thú vị, mang lại rất nhiều chiến thắng cho xã hội và thành thật mà nói, chúng tôi có thể triển khai nó rất nhanh", Houlton nói.

Bazan, chất phụ gia đang được sử dụng trong dự án Cornell, là sản phẩm phụ của các hoạt động khai thác và sản xuất và được tìm thấy trên khắp thế giới. Một số ước tính cho thấy có đủ bụi đá bazan dự trữ để xử lý các vùng đất trồng trọt của hành tinh trong vài năm.

"Khai thác đá là một trong những điều lớn nhất mà chúng ta làm với tư cách là một loài", Phil Renforth, một kỹ sư tại Đại học Heriot-Watt ở Edinburgh, người làm việc về thu hồi carbon cho biết. "Theo khối lượng, chúng tôi khai thác đá nhiều hơn gấp đôi so với sản xuất lương thực."

Các nhà khoa học đang cân nhắc chi phí và lợi ích của các ứng dụng đất này, bao gồm cả chi phí vận chuyển vật liệu.

Đá bazan chứa magiê, canxi và silica, trong số các thành phần khác. Khi đá được nghiền thành bột và bón vào đất, magiê và canxi được giải phóng từ silica và hòa tan trong nước khi nó di chuyển qua đất. Các khoáng chất trong đất phản ứng với nước và carbon có thể quay trở lại khí quyển, tạo thành bicarbonate, có thể lơ lửng trong nước hàng nghìn năm, cuối cùng đi đến đại dương, nơi chúng có thể kết tủa dưới dạng đá vôi và ở dưới đáy biển hàng triệu năm.

Các sửa đổi khác nhau dẫn đến các phản ứng hóa học hơi khác nhau trong đất và đất cung cấp các điều kiện khác nhau, chẳng hạn như độ pH khác nhau. Một số sửa đổi, như wollastonite, có thể tốt hơn trong việc cô lập carbon nhưng không dồi dào. Những loại khác có thể chứa kim loại nặng, có thể gây hại cho cây trồng và nước ngầm. "Có hóa học của đá; có sự sẵn có của tảng đá; và sau đó là lợi ích carbon của vật liệu, cũng như khả năng xuất hiện những gì tôi gọi là 'hậu quả tiêu cực'", Houlton nói.

Các vùng đất khác nhau mà cây trồng được trồng đòi hỏi một số thử nghiệm thực địa để đánh giá có bao nhiêu carbon tồn tại trong đất, nhưng kết quả rất đáng khích lệ. Trên các lô đất ở California, kết quả ban đầu cho thấy sự hấp thụ carbon tăng gấp đôi. Điều đó thật đáng ngạc nhiên, Houlton nói, khi xem xét rằng các loại cây trồng được trồng trong điều kiện khô hạn nhất trong lịch sử của bang.

Hình ảnh: Bụi đá được áp dụng cho một lĩnh vực thí nghiệm tại Đại học California, Davis. Iris Holzer

Giám đốc Trung tâm Leverhulme, David Beerling, người đã nỗ lực kéo dài 5 năm để điều tra thời tiết tăng cường trên đất trồng trọt, đã xuất bản một bài báo vào năm ngoái trên tạp chí Nature chứng minh tiềm năng của phương pháp này. Ông và các đồng nghiệp phát hiện ra rằng nếu Trung Quốc, Ấn Độ và Hoa Kỳ phủ bụi đá vào tất cả các vùng đất nông nghiệp của họ, 1 tỷ tấn carbon dioxide có thể được loại bỏ khỏi khí quyển.

Kết quả nghiên cứu cho đến nay đủ quan trọng để IPCC đề cập đến việc tăng cường thời tiết trong báo cáo gần đây nhất của mình, liệt kê phương pháp rải đá trên đất như một cách để thu giữ nhiều carbon hơn và kích thích năng suất đất trồng trọt.

Nhưng các nhà khoa học vẫn đang cân nhắc chi phí và lợi ích của các ứng dụng như vậy, bao gồm chi phí vận chuyển vật liệu và tính toán tốt hơn lợi ích lưu trữ carbon và năng suất cây trồng. Các nhà nghiên cứu có thể có nhiều dữ liệu hơn để rút ra sớm: Kết quả của các thử nghiệm lớn hơn nhiều của Houlton và Beerling có thể được công bố sớm nhất là vào năm tới.

Các ứng dụng bụi đá có thể mang lại nhiều lợi ích hơn là khí hậu - chúng cũng có thể giúp ích cho nông dân. Các thử nghiệm thực địa trên ngô và cỏ linh lăng cho thấy năng suất cây trồng tăng lên nhờ bụi đá, giải phóng các chất dinh dưỡng thiết yếu khác như phốt pho và kali. Trong một số trường hợp, năng suất cao hơn 30%, kết quả có thể lôi kéo nông dân tìm cách giảm đầu vào trong khi tăng thu hoạch. Các phép đo trọng lượng ban đầu cho thấy năng suất có khả năng cao hơn trên các cánh đồng cây gai dầu ở New York.

Nếu một ngày nào đó thị trường carbon thành hiện thực, nông dân có thể được trả tiền cho lượng carbon mà họ cô lập.

Beerling chỉ ra rằng bụi đá cũng có thể ảnh hưởng đến chu trình nitơ, cuối cùng cho phép nông dân bón ít phân đạm hơn. Điều đó có thể dẫn đến ít vấn đề ô nhiễm chất dinh dưỡng hơn, đặc biệt là ở các bang Vành đai ngô, nơi dòng chảy chảy vào lưu vực sông Mississippi và xuống Vịnh Mexico. Beerling và các nhà nghiên cứu hiện đang làm việc trên một bản đồ về các loại đá bazan và cây trồng có sẵn mà nó có thể được áp dụng ở 13 tiểu bang ở Trung Tây.

Giảm carbon trong khí quyển vẫn chưa mang lại nguồn thu nhập cho nông dân, mặc dù chính quyền Biden đã khuyến khích "canh tác carbon" Cả Houlton và Beerling đều đang tìm cách định lượng chính xác lượng carbon mà một cây trồng có thể thu được để nếu thị trường thành công, nông dân có thể được trả tiền cho lượng carbon mà họ cô lập.

Để đạt được điều đó, Boudinot đang xem xét hóa học nước đất từ các cánh đồng cây gai dầu để xem có bao nhiêu bicarbonate được hình thành ở một foot dưới bề mặt. Dữ liệu đó, cùng với thông tin từ các lô thử nghiệm ở California và kết quả từ năm năm nghiên cứu đầu tiên do Trung tâm Leverhulme dẫn đầu, có thể cung cấp bằng chứng quan trọng cho cộng đồng nông nghiệp.

"Bạn nghĩ gì về công nghệ loại bỏ carbon dioxide tái sử dụng bụi đá thải, thu giữ carbon, cải thiện đất, phục hồi đất và cải thiện năng suất?" Beerling hỏi. "Đó là một điều không cần bàn cãi, ít nhất là trong ngắn hạn, nếu bạn có tài liệu này và bằng chứng chồng chất. Tại sao bạn không làm điều đó?"

Đó là câu chuyện tôi muốn kể cho các Bạn!

Biên dịch và phân tích bởi TS. Nguyễn Chí Quang