Willkommen zurück. Letztes Mal ging es um Tiere und ihren Beitrag zum Wirtschaftsdünger. Pflanzen brauchen neben Sonne und Wasser auch Nährstoffe. Die wichtigste Komponente dafür ist Stickstoff. Diesen erhalten Pflanzen seit Jahrmillionen über den Stickstoff-Kreislauf. Unsere Luft besteht zu 78% aus atomarem Stickstoff (N₂). Jedoch können Pflanzen den Stickstoff nicht einfach aus der Luft aufnehmen. Dafür braucht es einem komplexeren Prozess.
Stickstoff Kreislauf
Triggerwarnung – alter weißer Mann erklärt viele Fachbegriffe. Die musst Du Dir nicht merken. Ich mag die Begriffe und sie helfen der Suchmaschine. Wichtiger ist jedoch das Bild zum groben Ablauf des Stickstoff-Kreislaufes. Das Bild oben stammt von Wikipedia, übersichtlicher ist die Darstellung vom Sofatutor.
1. Fixierung
Bakterien wandeln Stickstoff aus der Luft in NH₃ (Ammoniak) und dann direkt in NH₄⁺ (Ammonium-Ionen) um. Dies übernehmen zum einerseits Knöllchenbakterien wie Rhizobien, Bradyrhizobien oder Frankia in Symbiose mit speziellen Pflanzenpartnern. Dazu später mehr.
Alternativ gibt es freie Stickstoff-Fixierer (Azotobacter, Clostridium, Klebsiella), die das ohne Teamplay mit der Pflanzenwelt versuchen. Das gleiche klappt manchmal auch durch Sonnenlicht oder Blitzschlag, aber darauf will man in der Praxis nicht warten.
2. Nitrifikation
Andere Bakterien, die Nitrifizierer, schnappen sich diese Ionen sowie ein bisschen Sauerstoff und backen daraus erst Nitrit (NO₂⁻) und anschließend Nitrat (NO₃⁻). Das Nitrat wiederum können die Pflanzen dann direkt aufnehmen. Diese bauen daraus dann Amionsäuren, Proteine, DNA, Vitamine, Chlorophyll und wenn ihnen langweilig ist, vielleicht auch ein Lego-Raumschiff. Letzteres wurde jedoch nur selten beobachtet.
Ist zu viel Nitrat im Boden, wird dieses ausgewaschen und belastet dann das Grundwasser. Dies passiert vor allem, wenn Mensch zu viel Industriedünger in den Prozess hineinkippt.
Nachdem die Pflanze alles schön gebastelt hat, erfreut sie für einige Zeit Bienen und Umwelt durch lieblichen Anblick, frohlockenden Duft und prachtvolle Blüte. Danach wird sie abgerupft und gefressen von Mensch und Tier.
3. Ammonifikation
Das Tier wiederum hinterlässt seinen Kot auf der Wiese (der Mensch hoffentlich nur selten). Dort machen sich Fliegen und Fäulnisbakterien über diese leckere Mahlzeit her – Geschmäcker sind verschieden. Sie zerlegen die schönen Pflanzenbausteine wieder in NH₄⁺ (Ammonium-Ionen), und da waren wir schon mal.
Auch tote Pflanzenmasse wird wieder in Ammonium zerlegt. Dies passiert durch Destruenten, d.h. Bakterien, Pilze, Regenwürmer, Asseln, Milben und viele mehr. Ich finde, „Destruent“ klingt ein bisschen wie ein höflicher Terminator mit Aktentasche. Doch das sind dann wohl eher Anwälte von Ölkonzernen und die wollen wir nicht mit Asseln vergleichen. Denn das eine ist sehr wichtig und wertvoll. Das andere trägt eine Aktentasche. Ich schweife ab.
4. Denitrifikation
Parallel schnappen wieder andere Bakterien, die Denitrifizierer, sich einen Teil des Nitrats und machen daraus Lachgas (N₂O) und atomaren Stickstoff (N₂). Diese entweichen als Stickstoffüberschuss in die Luft und es schließt sich der Kreis. Gleichzeitig ist Lachgas ein hochwirksames Klimagas, ein weiterer Grund, warum wir nicht zu viel düngen wollen.
Der Ablauf klingt ähnlich kompliziert wie ein Antrag auf Erteilung eines Antragsformulars. Hat dafür jedoch seit Jahrmillionen gut funktioniert. Gibt’s auch als Video zum Stickstoffkreislauf auf Studiflix. Seit gut 100 Jahren greift der Mensch nun großflächig in diesen Kreislauf ein.
Haber Bosch Verfahren
Durch die Erfindung des Haber-Bosch-Verfahrens konnte man Ammoniak (NH₃) in großen Massen herstellen zunächst für Sprengstoff und nach dem Krieg für Düngemittel. Für die Landwirtschaft wurde das Haber-Bosch-Verfahren zum Wendepunkt. Durch den Industriedünger konnte die Stickstoffzufuhr beschleunigt und die Erträge gesteigert werden. Heute produzieren wir weltweit etwa 180 Mio t Ammoniak pro Jahr, überwiegend für die Düngerindustrie.
Leider fühlen sich die zahlreichen Bakterien dadurch gemobbt und ziehen sich durch die massive Düngung teilweise aus dem Ackerboden zurück. Der Boden verliert an Mikroorganismen, die Erträge sinken und in der Folge wird noch mehr gedüngt.
Zusätzlich braucht man für das Haber-Bosch-Verfahren große Mengen Wasserstoff. Dieser wird aus fossilen Brennstoffen gewonnen, denn grüner Wasserstoff ist Mangelware. Pro Tonne Stickstoff entstehen bei der Dünger-Herstellung in Europa 3,5 t CO₂. In Russland oder Amerika sind es wegen anderer Verfahren 8 t, in China bis zu 10 t. Die Dünger-Industrie wäre einer der Hauptabnehmer für grünen Wasserstoff. Daher dürfen wir ihn auch nicht für PKW-Treibstoff oder Heizung verheizen.
Jetzt könnte man natürlich weniger düngen, um Treibhausgase zu sparen. Dadurch würden sich jedoch die Erträge verringern. Entsprechend bräuchte die Landwirtschaft mehr Flächen und würde entweder Moore trockenlegen oder Wälder abholzen, was wiederum LULUCF-Emissionen erzeugt. Habe ich schon erwähnt, dass Landwirtschaft kompliziert ist? Ich trinke jetzt erst noch einen heißen Kaffee, danach geht es an die nächsten Schritte in Richtung Lösung. Bleibt dran…