Kreislauforientierte biobasierte Düngemittel unterstützen Landwirtschaft, ländliche Wirtschaft und Umwelt
Düngemittel sind unerlässlich, um die pflanzliche Erzeugung in einem Maße zu steigern, das zur Ernährung einer wachsenden Bevölkerung nötig ist. Der weitverbreitete Einsatz konventioneller chemischer und mineralischer Düngemittel hat jedoch unerwünschte Auswirkungen auf Wasser, Luft und Boden. Die Kontaminierung des Grund- und Trinkwassers und die langfristige Bodendegradation bedrohen die zukünftige landwirtschaftliche Produktivität, die natürlichen Ökosysteme und die biologische Vielfalt. Energieintensive Produktionsprozesse, bei denen Abhängigkeit von fossilen Brennstoffen besteht, und Distickstoffoxidemissionen aus den eingesetzten Produkten verschärfen den Klimawandel. Nachhaltigere Düngemittel wie Kompost und Dung gibt es schon seit einiger Zeit, aber deren Inhaltsstoffe sind nicht genormt, wodurch unterschiedliche Ergebnisse entstehen und die verfügbaren Bioabfälle oft nicht optimal ausgenutzt werden. Das EU-finanzierte Projekt RUSTICA(öffnet in neuem Fenster) vereinte achtzehn Partner aus sieben europäischen Ländern und Kolumbien, um maßgeschneiderte biobasierte Düngemittel für bestimmte Kulturen oder landwirtschaftliche Betriebsmethoden entsprechend dem Prinzip einer Kreislaufwirtschaft zu entwickeln, bei dem die Minimierung von Abfällen und die maximale Realisierung von Wiederverwendung, Reparatur und Recycling von Ressourcen im Mittelpunkt stehen.
Von Obst- und Gemüse-Bioabfällen zu biobasierten Düngemitteln
„Das Team von RUSTICA konzentrierte sich auf fünf Verfahren zur Umwandlung wenig genutzter pflanzenbasierter organischer Materialien wie Erntereste oder Abfälle aus der Lebensmittelverarbeitung in Bausteine für biobasierte Düngemittelmischungen, die auf verschiedene Kulturpflanzen und landwirtschaftliche Betriebssysteme zugeschnitten sind“, erklärt Projektkoordinatorin Liesbet Vranken von der KU Leuven(öffnet in neuem Fenster). Mithilfe einer spezialisierten Plattform wurden Bioabfälle in Carbonsäuren umgewandelt, die zur Herstellung von Düngemittelbausteinen mit zwei weiteren Verfahren dienten: mikrobielle Kultivierung und Filtration (Elektrodialyse). Das mikrobielle Kultivierungsverfahren ergab nährstoffreiche mikrobielle Biomasse. Durch Filtration wurden Stickstoff, Phosphor und Kalium aus den flüssigen Nebenprodukten extrahiert, wodurch ein Konzentrat ähnlich den Hauptbestandteilen von Mineraldüngern entstand. Beim RUSTICA-Insektenzuchtverfahren wurden landwirtschaftliche Bioabfälle genutzt, um Insekten als Quelle für Biomasse und Insektenkot (nährstoffreiche Insektenabfälle) zu züchten. Zu guter Letzt wurden durch Pyrolyse lignozellulosehaltige Abfälle aus Holz und Pflanzenmaterial in Biokohle umgewandelt, die die Bodengesundheit verbessert. In einigen Mischungen war auch Kompost enthalten.
Vielversprechende agronomische und ökologische Ergebnisse
„Unsere biobasierten Düngemittel wiesen ein vielversprechendes Potenzial auf, ähnlich wie traditionelle Düngemittel zu wirken und gleichzeitig zur Verbesserung der Bodengesundheit beizutragen“, sagt Erika De Keyser von der KU Leuven, Forscherin bei RUSTICA. Was die Auswirkungen auf die Umwelt betrifft, so schnitten die meisten der neuartigen Projektmischungen in vielen Regionen, insbesondere in Kolumbien, besser als die Referenzdüngemittel ab. Bei höheren Ausbringungsmengen (Mengen pro Hektar) war die Auswirkung auf die Umwelt größer, was auf Bereiche mit weiterem Forschungs- und Optimierungsbedarf hindeutet.
Regionale Integration und Maßstabserweiterung unterstützen Kosteneffizienz
Die Kostenreduzierung wird der Schlüssel zum Erfolg sein. Der Preis pro Tonne war zwar niedriger als bei den Referenzdüngemitteln, aber einige der biobasierten Düngemittel erforderten wesentlich höhere Ausbringungsmengen – bis zu 35 Mal mehr. Sowohl die Kosten als auch die Auswirkungen auf die Umwelt können durch die Anpassung der Mischungszusammensetzungen, die Integration bestehender Technologien und die Maßstabserweiterung der Produktion reduziert werden. „Unsere Technologien können mit anderen lokal verfügbaren Lösungen verknüpft werden, zum Beispiel mit Bio-Zentren(öffnet in neuem Fenster) oder Abfallbehandlungssystemen oder sogar der Integration von lokalem Dung, um eine Palette gemischter nachhaltiger Produkte herzustellen. Dieser breitere, integrierte Ansatz kann die Kosten senken und die landwirtschaftlichen Systeme langfristig resilienter und nachhaltiger werden lassen“, fügt De Keyser hinzu. „Den Ergebnissen des Projekts RUSTICA wohnt das Potenzial inne, die Düngemittelproduktion durch nachhaltigere, kreislauforientierte Alternativen zu mineralischen Düngemitteln zu verändern. Durch die Weiterverwendung von Bioabfallströmen und die Schließung von Nährstoffkreisläufen auf regionaler Ebene können wir sowohl Nutzen für die Umwelt als auch für die ländliche Wirtschaft generieren“, schließt Vranken ihre Ausführungen. Die fortgeführte Forschung sollte hier innovative biobasierte Düngemittelmischungen hervorbringen, die die Bodengesundheit verbessern, die Umweltbelastung verringern und eine größere Ressourceneffizienz in der Landwirtschaft gewährleisten.
