Stickstoff- und Phosphordüngemittel
Der Einsatz von stickstoff- und phosphorhaltigen Düngemitteln ist entscheidend für die Erhaltung landwirtschaftliche Produktivität, insbesondere im Zusammenhang mit dem steigenden Nahrungsmittelbedarf einer wachsenden Weltbevölkerung. Stickstoffdünger wird aus gasförmigem N2, das über die Haber-Bosch-Reaktion in das Düngemittel Ammoniak umgewandelt wird. Diese Reaktion ist außerordentlich energieaufwändig und verbraucht etwa 3-5% der jährlichen weltweiten Erdgasproduktion. Die Produktion von Stickstoffdüngern hat also erhebliche Auswirkungen auf den Klimawandel. Bei Phosphor verhält es sich anders, da Phosphat in der Regel unter anderem aus Lagerstätten in Nordafrika abgebaut wird. Es gibt jedoch deutliche Anzeichen dafür, dass die abbaubaren Phosphatvorräte schwinden. Es gibt also Grund zur Sorge um die künftige Versorgung mit Stickstoff- und Phosphordüngemitteln.
Düngemittelabfälle
Der von den Pflanzen aufgenommene Stickstoff und Phosphor wird zumindest teilweise an Pflanzenfresser wie z. B. Rinder weitergegeben, landet aber letztendlich wahrscheinlich in den Abwässern und damit in den Kläranlagen. Was geschieht also mit den Düngemitteln in einer herkömmlichen Kläranlage? Stickstoff wird normalerweise durch Denitrifikation aus dem Abwasser entfernt, wobei der Pflanzennährstoff Nitrat in N2 Gas, das in die Atmosphäre entweicht. Phosphor wird durch die Zugabe von Salzen wie Aluminium, Eisen oder Kalzium entfernt, die mit Phosphat einen unlöslichen Niederschlag bilden. Während diese Prozesse das Wasser reinigen, gehen Stickstoff und Phosphor, wichtige Nährstoffe für das Pflanzenwachstum, im Wesentlichen verloren. Dies ist eine lineare Wirtschaft: Ein Produkt wurde hergestellt, wird verwendet und schließlich verschwendet.
Kreislaufwirtschaft und Entengrütze
Gibt es eine bessere Möglichkeit, diese wertvollen Pflanzennährstoffe zu verwalten? Können wir Stickstoff und Phosphor aus dem Abwasser auffangen und diese Nährstoffe in den landwirtschaftlichen Betrieb zurückführen, um sie als Düngemittel wiederzuverwenden, d. h. können wir eine nachhaltigere, eine Kreislaufwirtschaft schaffen? Hier kommen Wasserlinsenarten ins Spiel. Diese Wasserpflanzen wachsen außerordentlich schnell und verbrauchen daher viel Stickstoff und Phosphor, die sie mit hoher Effizienz aus dem (Ab-)Wasser aufnehmen. Die entstehende Entengrütze-Biomasse ist aufgrund ihres Stickstoff- und Phosphorgehalts wertvoll und hat somit einen wirtschaftlichen Wert, da sie als Düngemittel oder in Tierfutter verwendet werden kann. Dies wird als Valorisierung von Abwasser bezeichnet, ein wichtiger Aspekt der Kreislaufwirtschaft, bei der Abwasser als neue Ressource behandelt wird. Im Rahmen des IMPRESS-Projekts werden beispielsweise Wasserlinsen verwendet, um Stickstoff und Phosphor aus den Abwässern der Fischverarbeitung zu binden, die andernfalls im Abfall landen würden. So können Wasserlinsen dazu beitragen, die Abhängigkeit von Stickstoffdüngern, die von fossilen Brennstoffen abhängig sind, zu verringern, die schwindenden Phosphatressourcen zu schützen und gleichzeitig die Abwässer zu reinigen.
Referenzen
Stejskal, V., Paolacci, S., Toner, D. und Jansen, M.A.K, 2022. Ein neuartiges multitrophisches Konzept für die Zucht von Fischen und Wasserlinsen: Eine technische Anmerkung. Zeitschrift für saubere Produktion, 366, p.132881.
Walsh, É., Margassery, L.M., Rodriguez-Sanchez, A., Wall, D., Bolger, P., Jansen, M.A.K. und O'Leary, N., 2024. Integration von mikrobiellen Bioreaktoren und der Kultivierung von Lemna minor für die nachhaltige Behandlung von Abwässern aus der Milchverarbeitung. Zeitschrift für Wasserverfahrenstechnik, 67, p.106290.
Der Artikel wurde verfasst von Universität College Cork.
Alle Fotos in diesem Artikel wurden vom University College Cork zur Verfügung gestellt.