A fyddai creigiau silica yn gallu lleihau allyriadau amaethyddol?

27ain o Fedi 2022

Dr David Cutress: IBERS, Prifysgol Aberystwyth.

• Gallai adweithiau silicad a charbonad gynnig ffordd o storio carbon yn y tymor hir
• Tra bod problemau’n ymwneud â mwynau carbonad, mae silicadau, megis creigiau basalt, yn ymddangos yn fwy addawol
• Gallai gwasgaru silicadau wedi’u malu ar briddoedd amaethyddol fod o fudd i ôl-troed carbon, argaeledd maetholion, pH, gallu’r pridd i gadw dŵr a thwf a chynnyrch planhigion
• Ar hyn o bryd, prin iawn yw’r dystiolaeth ymarferol o effeithiau annisgwyl posibl y strategaeth hon ar ecosystemau byd eang yn yr hirdymor
• Mae angen rhagor o ymchwil cyn amlygu potensial amgylcheddol hindreulio silicad a darparu cymhelliant i ddefnyddio arferion o’r fath

Hindreulio creigiau ac amaethyddiaeth

Mae’r ffocws presennol ar yr hinsawdd ynghyd â rhybuddion amgylcheddol yn gwneud gweithgareddau dal a storio carbon yn fwy o flaenoriaeth nag erioed. Er bod strategaethau megis plannu mwy o goed, systemau o drin y tir cyn lleied â phosibl os o gwbl, cnydau bio-ynni ac integreiddio codlysiau yn adnabyddus am eu potensial i leihau ôl troed carbon amaethyddiaeth, mae angen ystyried agweddau llai uniongyrchol. Mae hindreulio creigiau’n galluogi deunyddiau silicad a charbonad i dynnu carbon deuocsid (CO2) o gylchredau atmosfferig. Mae hyn yn gweithredu fel modd naturiol o reoli newid yn yr hinsawdd/cynhesu byd-eang ac mae wedi bod yn hysbys ers blynyddoedd lawer. Mae wedi dod i’r amlwg yn ddiweddar oherwydd ei botensial fel arf uniongyrchol i leihau proffiliau allyriadau uchel amaethyddiaeth. Mae erthyglau wedi nodi’r potensial ar gyfer gwasgaru deunyddiau sy’n uchel mewn silicad, megis basalt,  ar briddoedd amaethyddol er mwyn iddynt allu tynnu CO₂ ychwanegol._. Bu erthygl yn Nature yn 2020 yn amlygu potensial y strategaeth hon a chafwyd llawer iawn o ddiddordeb a chyfeiriadau pellach (dros 150 o fewn dwy flynedd, gan ddangos lefel uchel o ddiddordeb).

Mae’r broses o dynnu CO­₂ yn rhan o’r gylchred geocemegol carbonad-silicad neu’r ‘gylchred carbon anorganig’. Mae hyn yn golygu adwaith rhwng elfennau o’r graig a CO­₂ a dŵr (H₂O) atmosfferig.

Mae’r diagram uchod yn dangos y llwybr a allai gael ei ddefnyddio ym myd amaeth o ran storio carbon, ond dylid nodi mai cylchred yw hon (er ei bod yn gylchred hirdymor), a bydd CO₂ yn cael ei ail-ryddhau yn y pen draw (ymhen miloedd o flynyddoedd). Mae’r ail-ryddhau yma’n digwydd drwy fecanweithiau megis dadelfeniad folcanig calsiwm carbonad (CaCO₃)a silicon deuocsid (SiO₂). Mae gwaith ymchwil hefyd yn cael ei wneud ar brosesau hindreulio o ran hindreulio “artiffisial” mewn adweithyddion ar gyfer strategaethau dal a defnyddio carbon, ond mae’n ymddangos ar hyn o bryd nad oes datrysiad sy’n barod ar gyfer y farchnad a fyddai’n cyflawni hynny’n effeithlon. 

Beth mae hyn yn ei olygu mewn gwirionedd?

Yn ei hanfod, byddai’r strategaeth hon yn cynnwys gwasgaru llwch silicad mân (megis basalt) ar diroedd amaethyddol, yn debyg i’r broses o wasgaru calch. Mewn astudiaethau ar dir âr, defnyddiwyd enghraifft o ychwanegu 40 tunnell o fasalt fesul hectar y flwyddyn gan ei fod yn cael ei ystyried o fewn yr ystod ar gyfer gwella cynhyrchiant cnydau mewn arbrofion yn y maes. Mae arbrofion eraill wedi nodi ffigyrau o rhwng 0.5 a 10kg o fasalt fesul m² (cyfwerth â 5 – 100 tunnell fesul hectar). Po fwyaf mân yw’r gronynnau, po fwyaf yr arwynebedd a’r CO₂ a dynnir o’r atmosffer, fodd bynnag, nodwyd y byddai’n rhaid sicrhau cydbwysedd rhwng maint y gronynnau a’r ynni sydd ei angen i gynhyrchu powdwr mwy mân. Mae’r broses hon yn golygu catïonau sylfaenol (gronynnau sydd wedi’u gwefru’n gadarnhaol) yn cael eu rhyddhau i’r rhyngwyneb pridd/dŵr yn ystod y broses o hindreulio mwynau, gan olygu y gallai hyn hefyd weithredu fel arf i leihau asideiddio pridd. Dylai lleihau asideiddio pridd alluogi silicadau i weithredu fel deunydd calchu newydd sydd, yn debyg i galch ei hun, yn cynyddu pH ac yn lleihau allyriadau N₂O cysylltiedig. Mae hyn yn bwysig gan fod N₂O tua 270 gwaith yn fwy niweidiol na CO­₂. Mewn systemau lle ceir cyfaint uchel o fwynau silicad sy’n digwydd yn naturiol (ardaloedd gyda llawer o ludw folcanig), nodwyd yn yr hirdymor fod priddoedd yn niwtral neu ychydig yn asidig yn unig a bod y priddoedd hyn hefyd yn dangos potensial diddorol ar gyfer storio carbon (C) organig dros amser.

Ynghyd â buddion CO₂, mae hindreulio silicad hefyd yn rhyddhau maetholion planhigion eraill i’r pridd, er enghraifft, mae basalt (y brif graig sy’n cael ei ystyried mewn llenyddiaeth) yn cynnwys Silica (Si), potasiwm (K), ffosfforws (P) a chalsiwm (Ca) y mae cnydau’n gallu eu defnyddio i gynyddu bywiogrwydd a chynnyrch gan gynnig buddion ychwanegol. Yn yr un modd, ceir cysylltiad rhwng y broses hon a lleihad yn y lefelau nitrogen (N) sydd i’w gweld mewn dŵr ffo yn ogystal â chynnydd mewn asideiddio pridd (gan leihau’r angen i  ychwanegu calch mewn systemau dwys). Mae hyn wedi bod yn hysbys ers diwedd y 1800au wrth i wastraff silicon gael ei ddefnyddio fel gwrtaith mewn systemau yn yr UDA, er, yn hanesyddol, ni chafodd y goblygiadau o ran gostwng CO₂ eu gwireddu. Un budd i’w ystyried gyda’r strategaeth hon yw y gallai llwybrau eisoes fod ar gael a fyddai’n galluogi gwasgaru silicadau megis basalt ar raddfa fawr ar gnydau o ganlyniad i’r tebygrwydd gydag arferion calchu presennol.

Er y byddai’r angen cynyddol ar gyfer mwyngloddio silicadau yn ffactor i’w ystyried wrth gyflenwi’r adnodd hwn yn fyd-eang, ceir posibilrwydd hefyd o ddefnyddio adnoddau gwastraff megis sorod o ganlyniad i weithgynhyrchu haearn a dur (2.7% eisoes yn cael ei ddefnyddio fel maetholion ar gyfer gwrtaith yn Ewrop), gwastraff dymchwel, gwastraff sment a sgil-gynhyrchion silicad o weithgareddau mwyngloddio eraill.

Beth yw’r gostyngiad CO2 a awgrymir?

Mae cymeriant CO₂ drwy’r system hon yn cael ei ddylanwadu gan dymheredd, lefel dŵr ffo ac arwynebedd y graig/mwyn dan sylw. Mae tymheredd yn ffactor allweddol gyda hindreuliad yn fwy effeithlon ar dymereddau uwch. Mewn systemau naturiol, mae hindreulio’n gweithredu fel llain glustogi naturiol rannol rhag cynhesu byd-eang (wrth i dymereddau godi ar draws y byd, bydd mwy o hindreuliad yn tynnu mwy o garbon o’r atmosffer). Yr hyn mae hynny’n ei olygu yn ymarferol yw y bydd gwledydd gyda thymereddau cyfartalog uwch yn gweld mwy o fudd o gynnwys creigiau y gellir eu hindreulio ar dirweddau (cyn belled bod ganddynt lefelau dyddodiad uchel i gyd-fynd â hynny).  Gwelwyd hyn mewn un model lle’r oedd Indonesia a Brasil yn dangos potensial uchel o ran tynnu carbon deuocsid o ganlyniad i gyfuniad o’r ardal eang o dir amaethyddol sydd ar gael (lle gellir gwasgaru’r mwynau/creigiau ar gyfer hindreulio) a’u hinsoddau cynnes/gwlyb sy’n arwain at hindreuliad effeithlon. Er y gallai hynny awgrymu efallai nad yw hinsawdd dymherus y DU yn un o’r goreuon ar gyfer y system hon o dynnu CO₂ roedd papur Nature dilynol yn 2022 yn nodi y gallai defnyddio’r strategaeth hon ar draws cnydau'r DU dynnu 6 - 30 miliwn tunnell o CO2 y flwyddyn, gan gynrychioli 45% o'r C sydd angen ei dynnu er mwyn cyrraedd y targed o allyriadau sero erbyn 2050. Os mae’r model hwn yn gywir, mae hyn yn cynnig cyfle sylweddol i amaethyddiaeth fel sector sydd eisoes yn adnabyddus am ei rôl bosibl o ran storio carbon. Mae astudiaethau eraill wedi awgrymu lleihad o 2.5 Giga-tunnell (Gt) o CO2 y flwyddyn (1 giga-tunnell = 1 biliwn tunnell) dros 50 mlynedd yn dilyn un gwasgariad unigol o lwch basalt (yn yr achos penodol hwn gan gymryd nad oedd y tir yn cael ei aflonyddu at ddibenion âr). Mewn astudiaethau’n edrych ar gnydau, nodwyd y dylai ychwanegu basalt ar oddeutu 10% o gnydau ar gyfradd o 0.039 – 0.84 Gt y flwyddyn arwain at ostyngiadau o 0.5 Gt CO­₂. Er bod modd cynyddu gwerthoedd gwasgaru silicad i gynyddu’r gostyngiad CO₂ a gyflawnir, nodwyd fod trothwyon yn bodoli lle’r oedd ychwanegu mwy o lwch basalt yn arwain at lai o effaith o lawer ar leihau CO₂  gan leihau effeithlonrwydd yr arfer o’i wasgaru.

Wrth gwrs, mae allyriadau CO₂ yn ogystal â chostau’n gysylltiedig â phrosesu a chludo mwynau silicad. Er bod yr allyriadau wedi cael eu cyfrifo yn nifer o'r modelau (er bod cynhyrchiant mewn gwahanol wledydd yn arwain at wahanol effeithiau gan ddibynnu ar eu prif ffynhonnell ac effeithlonrwydd cynhyrchu ynni), byddai angen ystyried y rhain ynghyd â’r costau er mwyn gwneud y strategaeth hon yn apelgar ac yn hyfyw ar y cyfan. Awgrymir fod gwerth uniongyrchol C yn gwestiwn cyfredol ar draws y diwydiant amaeth yn ymwneud â’r gwerth y mae ffermwyr yn gallu ei weld o ganlyniad i’w camau gweithredu i liniaru’r effaith ar yr hinsawdd. Mae Banc y Byd yn rhagweld gwerth o $100 – 150 fesul tunnell o CO₂ erbyn 2050. O gymharu hyn â’r costau a ragwelwyd ym mhapur Nature yn 2020 a oedd yn nodi bod gwasgaru silicad yn costio rhwng $54.3 - $220.3 fesul tunnell o CO­₂ a dynnwyd bob blwyddyn gan ddibynnu ar y wlad a dwysedd gwasgariad. Mae hyn yn awgrymu hyd yn oed yn y sefyllfaoedd drytaf, byddai gwerth y CO₂ sy’n cael ei ddal yn lliniaru rhwng 1/3 a 2/3 o’r costau. Mae costau creigiau sy’n hindreulio felly yn gyfwerth â strategaethau eraill sy’n cael eu hystyried o fioynni gyda strategaethau dal a storio carbon yn cael eu hymchwilio megis bio-olosg a dal a storio’n uniongyrchol o’r aer.

Mae defnyddio basalt ar gyfer hindreulio fel y nodir hefyd yn darparu ffynhonnell o P a K i’r pridd, gyda P yn cael ei nodi’n faetholyn hanfodol sy'n cyfyngu ar gynhyrchiant biomas ar draws y byd gan gynnig budd ar y cyd i ychwanegu llwch basalt. Bydd cynyddu cynhyrchiant biomas gan liniaru cyfyngiadau P ar  yr un pryd yn golygu y bydd mwy o CO₂ yn cael ei dynnu o’r atmosffer a’i storio mewn biomas planhigion. Bydd hyn yn awgrymu potensial hyd yn oed yn uwch ar gyfer llwch basalt mewn ardaloedd trofannol (cynnes/gwlyb) gyda lefelau P is yn y priddoedd. Ynghyd â gostyngiad mewn CO₂, dylai’r broses hon chwarae rhan yn y broses o gynyddu alcalinedd moroedd gydag effaith fuddiol ar dwf cwrelau a diatomau (sy’n allweddol yn y broses o waredu CO₂ drwy ffotosynthesis a darparu mwynau ar gyfer cadwyni bwyd morol) ac felly’n debygol o effeithio’n gadarnhaol ar fioamrywiaeth. Mae cynyddu alcalinedd moroedd hefyd yn eu galluogi i storio mwy o C gan effeithio’n gadarnhaol ar storio C yn gyffredinol.

Beth yw’r ansicrwydd?

Fel y nodir yn y diagram carbon anorganig, mae’r adweithiau ar gyfer carbonadau a silicadau yn gildroadwy. Ceir awgrym y gallai’r weithred hon olygu bod cemeg y pridd mewn rhai achosion yn arwain at hybu mwynau carbonad sy’n gweithredu fel storfa C yn hytrach na HCO₃^- a CO₃^2- sy’n gwneud eu ffordd tuag at y môr ar gyfer storio. Er bod y weithred hon ynddi’i hun wedi cael ei hymchwilio yng nghyd-destun potensial fel dalfa garbon nodwyd mewn un papur mai dim ond hanner mor effeithlon yw’r weithred hon o ran storio CO₂. Y mater arall wrth ystyried mwynau carbonad, yn hytrach na silicad yw, mewn priddoedd amaethyddol asidig (sy’n fwy cyffredin mewn systemau dwys), mae’n gallu arwain at lif CO₂ negyddol i’r atmosffer gan gynyddu ôl troed carbon, gan wneud hindreulio silicad yn fwy addawol. Mae’r un mor bwysig i ddeall bod adweithiau’n gallu digwydd i arafu a chyfyngu ar yr agwedd storio carbon yn y maes, sydd heb gael eu hymchwilio’n ddigon eang. Er enghraifft, gallai’r catïonau a gynhyrchir yn ystod y broses hindreulio glymu gydag arwynebau trosglwyddo ïonau neu adweithio i ffurfio mwynau eilaidd eraill ac efallai na fyddent byth yn cyrraedd y môr lle yr awgrymir bod y buddion sylweddol o ran storio yn digwydd.

Yr hyn sydd hefyd yn peri gofid yw’r effeithiau ar ewtroffigedd mewn systemau dyfrol, adborth biosffer-atmosffer, bioamrywiaeth ac effaith llygredd dŵr ac aer o ganlyniad i wasgaru llwch silicad yn yr hirdymor, gan nad oes llawer o ymchwil wedi edrych ar hyn. Gallai agweddau o’r fath chwarae rôl sylweddol o ran ymarferoldeb ecosystemau, felly byddai angen ymchwil pellach. Hefyd, yn yr un modd â nifer o ronynnau bychain, po fwyaf mân yw’r llwch basalt a ddefnyddir (<10 μm) y mwyaf fydd ei effaith ar iechyd dynol/anifeiliaid drwy gael eu cludo yn yr aer a'u hanadlu. Byddai hyn yn debygol o fod yn broblem mewn sefyllfaoedd rheoli gyda mwy o erydiad pridd, megis tir sy’n cael ei drin yn ddwys (ac aflonyddwch ffisegol arall ar y pridd megis defnyddio peiriannau trwm) a strategaethau a fyddai’n caniatáu i’r pridd fod yn foel yn aml a diffyg gwreiddiau/gorchudd planhigion sylweddol drwy gydol y flwyddyn ar briddoedd, a fyddai hefyd yn arwain at effeithiau amgylcheddol negyddol mewn perthynas â phroffiliau allyriadau.

Er mai basalt yw’r prif fwyn silicad a drafodir yn yr erthygl hon a nifer o gyhoeddiadau ymchwil, mae’n debygol y byddai strategaethau silicad ar eu mwyaf effeithlon drwy ddefnyddio mwynau o ffynonellau lleol. Yn yr un modd, er mwyn sicrhau gorchudd o 2mm fel yr argymhellir, byddai angen defnyddio 40 tunnell yr hectar, felly er mwyn eu defnyddio ar draws pob cnwd yn y DU, byddai angen dros 240 miliwn tunnell o silicadau. Golyga hynny y byddai angen ystyried ystod o fwynau silicad gyda gwahanol gyfansoddiadau geogemegol a allai arwain at ryddhau gwahanol elfennau hybrin a chyfansoddion eraill i’r amgylchedd a allai arwain at effeithiau negyddol a chadarnhaol y mae angen eu hymchwilio. Er enghraifft, nodwyd y gallai antimoni a seleniwm sy’n trwytholchi o wastraff dymchwel ac adeiladwaith arwain at grynodiadau yn yr amgylchedd sydd uwchben yr ystod dderbyniol ar gyfer safonau ansawdd dŵr. Byddai sgil-gynhyrchion a thrwytholch o’r fath hefyd angen cael eu hystyried yng nghyd-destun cymeriant o'r pridd drwy gnydau a diogelwch bwyd a fyddai angen asesiad pellach.

Crynodeb

Mae’n ymddangos bod gwasgaru silicad ar dirweddau amaethyddol a thirweddau cadwraeth/ailwylltio eraill a choedwigoedd yn cynnig potensial sylweddol fel dull o ddal carbon, yn ddamcaniaethol o leiaf. Awgrymir fod silicadau yn cynnig buddion i systemau sy’n cynnwys planhigion (coedwigoedd, tir âr a phorfeydd) gan y dylai’r cyd-gynhyrchion sy’n cael eu rhyddhau yn ystod y broses hindreulio wella twf a chynnyrch planhigion. Er gwaetha’r buddion a awgrymir, mae nifer o ffactorau ansicr o ganlyniad i ddiffyg arbrofi ar lefel cae gyda strategaethau o’r fath. O ganlyniad, dylid gwneud pob ymdrech i ymchwilio i oblygiadau ecosystem annisgwyl cyn cynghori a chymell perchnogion tir i gynnwys strategaethau o’r fath yn eu hystyriaethau rheoli. Er hyn, gallai defnyddio gwrteithiau’n seiliedig ar silica yn yr Unol Daleithiau (ac i raddau llai yn Ewrop) a materion cyfatebol o ddefnyddio calch ar briddoedd fod yn ddigon i wneud y broses o wasgaru silica yn strategaeth amgen deniadol. 

Os hoffech fersiwn PDF o'r erthygl hon, cysylltwch â heledd.george@menterabusnes.co.uk