Emisja gazów cieplarnianych przyczynia się do ciągle wzmagającego się globalnego ocieplenia klimatu. Jednym z takich gazów, emitowanych do atmosfery, jest dwutlenek węgla. Często opracowywane są metody oczyszczania strumieni gazów z dwutlenku węgla, bez uwzględniania jego późniejszego przechowywania i zastosowania. Z tego względu potrzebne jest rozwiązanie umożliwiające wychwytywanie, utylizację i magazynowanie dwutlenku węgla (z ang. CO₂ Capture, Utilization and Storage Technology, CCUS). W ostatnich latach uwagę naukowców zwróciły pola uprawne, które odpowiednio zaadaptowane, mogłyby służyć jako magazyny i dodatkowo pochłaniać szkodliwy gaz.

Nawożenie dwutlenkiem węgla

Ogromnym zainteresowaniem cieszy się wpływ stężenia dwutlenku węgla w glebie na wydajność upraw. Większa ilość tego gazu powoduje, że przyspieszany jest proces fotosyntezy roślin, ponieważ jest on jednym z substratów tej reakcji. Dotyczy to większości upraw, zwłaszcza w środowiskach wilgotnych i chłodnych, w których hoduje się ryż, pszenicę i ziemniaki. Pozytywny, lecz nieco mniejszy wpływ, obserwuje się również w krajach tropikalnych, w których uprawiana jest kukurydza, trzcina cukrowa czy sorgo. Wzrost stężenia dwutlenku w glebie może prowadzić do poprawy wydajności wymienionych upraw aż o 70%. Czynnikami limitującymi ten wpływ są jednak wilgotność i temperatura, która wzrasta wraz z globalnym ociepleniem. W przypadku pszenicy zwiększenie ilości dwutlenku węgla może również prowadzić do pogorszenia jakości chleba pszennego, który będzie zawierać mniejszą ilość białek. Choć badany był wpływ stężenia dwutlenku węgla na wzrost upraw (z ang. CO₂ Fertilization Effect, CFE), niewiele badań skupia się na zastosowaniu technologii wzbogacania CO₂. Zakłada ona wykorzystanie technologii informatycznych (np. Internetu Rzeczy) i sztucznej inteligencji w dobieraniu odpowiedniego stężenia gazu do wzrostu roślin.

Technologia wzbogacania dwutlenkiem węgla

Dopiero rozwijana technologia nie ma jeszcze formalnej definicji, jednak głównym jej celem jest inteligentna kontrola i zwiększanie stężenia dwutlenku węgla w środowisku odpowiednim dla wzrostu roślin. Skupia się na wykorzystaniu istniejącego już dwutlenku węgla, który może być wtłaczany do gleby ze zbiorników w postaci ciekłej. Rozwiązanie to jest korzystne ze względu na wysoką czystość dwutlenku węgla oraz bezpieczeństwo, jednak cechuje się dużym nakładem kapitałowym. CO₂ może być też wtłaczane w postaci gazowej, ale bez wcześniejszego oczyszczenia może to prowadzić do zanieczyszczenia gleby gazami, które znajdują się w mieszaninie po procesach technologicznych.

Obecnie przeprowadzane są eksperymenty mające wykazać, jak duży wpływ na zmniejszenie dwutlenku węgla w powietrzu ma magazynowanie go w glebie oraz pochłanianie przez rośliny. Sekwestracja dwutlenku węgla może być szacowana z wykorzystaniem trzech metod: statystycznie na podstawie danych pomiarowych, metodą modelu regresji czynników środowiskowych (takich jak temperatura i opady deszczu) oraz danych teledetekcyjnych. Wcześniejsze badania wykazały, że optymalne stężenie dwutlenku dla roślin wynosi od 800 do 1000 ppm. W przypadku badań przeprowadzonych w szklarniach poziom gazu wynosił 250 ppm, a zatem korzystne będzie zastosowanie dwutlenku węgla z atmosfery do wzbogacenia podłoża roślin.

Kolejną kwestią do zbadania przez naukowców jest analiza środowiska otwartego, które ulega większym i częstszym zmianom. Opracowywane są również ekonomicznie opłacalne metody wyłapywania dwutlenku węgla z powietrza oraz doprowadzania go do roślin w najbardziej wydajny sposób. Dodatkowo cały proces powinien być zautomatyzowany tak, aby wymagane stężenie gazu było dobierane przez sztuczną inteligencję lub Internet Rzeczy. Naukowcy proponują również zastosowanie takich narzędzi, jak sieci neuronowe.

Badania wykazały, że aby wydajność pochłaniania dwutlenku węgla była jak największa, rośliny powinny mieć dobrze rozwiniętą i rozgałęzioną część korzeniową oraz dużą zdolność do fotosyntezy. Aby to osiągnąć, mogą zostać wykorzystane narzędzia inżynierii genetycznej, co z kolei może być problematyczne ze względu na mieszane uczucia społeczeństwa do roślin modyfikowanych genetycznie. Należy również wspomnieć, że nie jest to rozwiązanie ostateczne w kwestii gazów cieplarnianych, ponieważ oprócz dwutlenku węgla, należą do nich inne związki w postaci gazowej, takie jak para wodna. Niemniej naukowcy w pracach związanych z tą metodą pokładają duże nadzieje w kontekście ograniczenia globalnego ocieplenia.