Düngemittel

Weltweit werden jährlich ca. 180 Millionen Tonnen Phosphat gefördert, wovon ca. 90% zur Herstellung von Düngemitteln verwendet werden.
Phosphat ist im Dünger unersetzbar. Auf dem Markt gibt es mehrere verschiedene Arten von Düngern, die momentan eingesetzt werden und Phosphat enthalten:
  • Universaldünger

    Bei den sogenannten Universaldüngern handelt es sich um flüssige oder feste Volldünger. Sie enthalten in jedem Fall die drei Hauptnährelemente Stickstoff (N), Phosphor (P) und Kalium (K). Dazu kommt eine Auswahl weiterer Makronährelemente und Spurennährelemente, die exakte Zusammensetzung unterscheidet sich von Produkt zu Produkt etwas. Die meisten Universaldünger beinhalten eine ausgewogene Nährstoffbesetzung. Das bedeutet, dass die Hauptnährelemente etwa zu gleichen Anteilen enthalten sind.
  • NPK-Dünger (Stickstoff-Phosphor-Kalium-Dünger, häufig mit Zusätzen wie Calcium, Magnesium und Schwefel)

    1. Mineralische Dünger: Der Pflanzennährstoff liegt in diesen Düngern in seiner reinen, mineralischen Form als „Nährsalz“ vor. Viele Mineraldünger sind mit einer Umhüllung versehen, sodass die kristalline Struktur nicht mehr zu sehen ist. Die Rohstoffe werden aus fossilen Lagerstätten abgebaut.
    2. Organische Dünger: Der Pflanzennährstoff liegt als Bestandteil einer organischen Verbindung vor. Er muss durch die Pflanze oder den Boden aus den organischen Strukturen herausgelöst werden, bevor er über die Wurzel aufgenommen werden kann. An diesem Prozess sind viele chemische Reaktionen im Boden und speziell im Wurzelbereich beteiligt. Es dauert etwas länger, bis die Nährstoffe pflanzenverfügbar sind.
    3. Organisch-mineralische Dünger: In diesen Düngemitteln werden sowohl mineralische als auch organische Bestandteile verwendet, teilweise auch verschiedene Verbindungen für ein einziges Nährelement. Dies hat den Zweck, die verschiedenen Wirkgeschwindigkeiten und Eigenschaften der Verbindungen auszunutzen.
  • Dünger mit überwiegendem Phosphatanteil

    Dünger mit einem überwiegenden Phosphatanteil werden vor allem in der Landwirtschaft eingesetzt, da in unserem Gartenböden meistens bereits genügend Phosphor vorhanden ist. Ein Phosphatdünger mit hohem Phosphatanteil ist zum Beispiel Diammonphosphat (DAP). Dieser besteht aus Stickstoff sowie aus Phosphor und bildet ein hellbraunes Granulat. DAP enthält 46 % hochkonzentriertes Phosphat.
Zwei Landwirte verraten, wie sie zu dem Thema Phosphat-Dünger stehen:
Hier können Sie die Einschätzungen und Erfahrungen von Landwirten zu diesem Thema lesen:

Interview mit Phillip Krainbring

Phillip Krainbring arbeitet als Betriebsleiter auf einem Ackerbaubetrieb in der Magdeburger Börde. Schon als Kind begeisterte er sich für die Landwirtschaft. Für uns war dieses Gespräch von großer Bedeutung, da es uns die Möglichkeit gab, unser Projekt aus landwirtschaftlicher Sicht wahrzunehmen.
Zu Beginn der Diskussion wurde noch einmal die Bedeutung von Phosphat durch den Landwirt betont. Stickstoff-Phosphat-Dünger wird am häufigsten neben organischem Dünger wie Mist verwendet. Phillip Krainbring ging vor allem auf die angespannte politische Lage beim Düngemitteleinsatz ein. Besonders wichtig ist hier die Düngeverordnung, die die Ausbringung der Phosphatmenge regelt.
Als Ursache für Preiserhöhungen bei Phosphatdüngern nannte er auch den Russland-Ukraine-Konflikt. An dieser Stelle würde unser Projekt Abhilfe schaffen, denn die lokale Produktion von Phosphat in Deutschland würde den Preis senken. Landwirte kennen das Problem der Phosphatauswaschung. Allerdings sind nicht alle Regionen Deutschlands gleichermaßen betroffen, weshalb eine Unterscheidung innerhalb der Düngeverordnung notwendig ist. Durch unser Projekt, an dessen Ende die Herstellung von Polyphosphat steht, bietet sich der Vorteil, dass ein körniger Dünger auf die Felder ausgebracht werden kann. Dies wäre viel weniger geruchsintensiv und würde teilweise den sozialen Druck von den Landwirten nehmen. Es gäbe dann weniger Beschwerden über Geruchsbelästigung.
Phillip Krainbring bestärkt uns in unserem Handeln, da auch er der Phosphorthematik in der Landwirtschaft bzw. der Ernährung der wachsenden Weltbevölkerung große Bedeutung beimisst. Ein sparsamer Phosphat-Dünger in Pulverform würde den Anforderungen in seinem Einsatzgebiet am besten entsprechen. Außerdem sieht er eine große Zukunft im Recycling von Phosphat, da es eine endliche Ressource ist und die Landwirtschaft davon abhängig ist. Alles in allem hält er unser Projekt für sehr vielversprechend und die Lösung vieler Probleme. Wir waren hoch motiviert, unsere Ansätze weiterzuverfolgen, da die Polyphosphatproduktion am Ende unseres Produktionszyklus genau das ist, was die Landwirte brauchen. Der Dialog mit Phillip Krainbring hat sich als essentiell für unsere Produktentwicklung herausgestellt.

Interview mit Tim Riedling

Um eine Expertenmeinung zum Einsatz von Phosphat in der Landwirtschaft einzuholen, hatten wir die Gelegenheit, einen Landwirt zu interviewen. Tim Riedling arbeitet auf einem landwirtschaftlichen Betrieb, der sowohl Pflanzen als auch Tiere züchtet. Er erzählte uns, dass Phosphat auf dieser Farm eine große Rolle spielt. Zum einen wird es im speziell angemischten Dünger für Silomais verwendet, aber auch dem Tierfutter für Milchkühe zugesetzt. Das große Problem der Phosphatüberversorgung und der daraus resultierenden Umweltschäden sowie der Phosphatknappheit sei den in der Landwirtschaft Tätigen bekannt. Er sieht auch ein sehr großes Problem für die Zukunft, wenn nicht bald eine Methode zum Recycling von Phosphat gefunden wird. Der Anbau von Nahrungsmitteln und die daraus resultierenden Erträge würden dann deutlich zurückgehen, so dass eine weltweite Hungersnot nicht ausgeschlossen werden könne. Er zeigte sich daher sehr interessiert an unserem Projekt und bestätigte uns, dass es großes Interesse an der Landwirtschaft geben würde. Außerdem ist unser Produkt, das reine Phosphat in Pulverform, für Landwirte sehr gut und einfach anzuwenden.
Wie dieser Zusammenfassung des Interviews zu entnehmen ist, konnten wir viele Informationen und eine fachliche Meinung einholen und freuen uns sehr darüber!

Pflanze

Pflanzen benötigen 14 essenzielle Nährstoffe, um zu wachsen und zu leben. Phosphor ist eines der Makroelemente, die Pflanzen in größeren Mengen aufnehmen müssen. Daher wird Phosphor Düngemitteln zugesetzt. Zusätzlich gibt es noch Spurenelemente, die nur in kleinen Mengen von Pflanzen aufgenommen werden. Die folgende Tabelle zeigt die wichtigsten Nährstoffe und ihre Funktion in der Pflanze:
NÄHRELEMENT ELEMENT- SYMBOL FUNKTION
Stickstoff N Grüne Pflanzenpigmente, Photosynthese, Eiweiße, DNA
MAKRONÄHRELEMENTE,
DAVON N, P, K ALS HAUPTNÄHRELEMENTE
Phosphor P Enzyme, DNA, Blüten- und Fruchtbildung
Kalium K Wasserhaushalt, Zellwände, Stoffwechsel, Frosthärte
Eisen Fe Photosynthese, Zellatmung, Enzymaktivität
SPURENELEMENTE Mangan Mn Pigment- und Enzymaufbau
Zink Zn Pigment- und Hormonaufbau
Die ausreichende Bereitstellung von Phosphat beugt Mangelerscheinungen der Pflanzen vor. Im folgenden Video sind die Effekte eines Phosphatmangels anhand einer Tomatenpflanze (Solanum lycopersicum) gut zu erkennen. Rechts daneben kann die gleiche Art beobachtet werden, die jedoch mit Phosphat gedüngt wurde.

Sediment

In allen natürlichen Gewässern der Welt sammeln sich kleine Teilchen an, die früher oder später zum Grund sinken. Diesen Vorgang bezeichnet man als Sedimentation (lat. sedimentum: Bodensatz), und die sich abgesetzten Teilchen als Sediment.
Sedimente werden ihrem Ursprung nach in unterschiedliche Kategorien eingeteilt. Biogene Sedimente z.B. bestehen vor allem aus den Resten abgestorbener Organismen, sowie den Abfallprodukten der Stoffwechselaktivitäten der lebenden Organismen. Phosphat gelangt größtenteils über diese biogene Sedimentation in den Kreislauf, da es als Nährstoff und Grundbaustein des Lebens für die meisten Organismen unverzichtbar ist.
Unter dem hohen Druck des Wassers und des Gewichts der fortschreitenden Sedimentation bildet sich aus den lockeren Sedimenten nach und nach Sedimentgestein. In diesem befindet sich auch Phosphat. Es kann daraus aber nicht ökonomisch gefördert werden, da die Abbaubedingungen unter Wasser schwierig und die Phosphatkonzentrationen gering sind.

Phosphorabbau

Phosphor ist ein elementarer Bestandteil des Lebens, weil er in der DNA von Tieren, wie uns Menschen, und in Pflanzen vorkommt.
Auf der Erde kommt Phosphor nicht elementar, sondern nur in Phosphat-Verbindungen vor. Die Phosphat-Mineralien, die der Mensch für Industrie und Landwirtschaft braucht, werden derzeit im Tagebau abgebaut, da sich ein Großteil der Phosphatreserven in der Erdkruste befindet. Über einen Großteil dieser Reserven verfügt Marokko. Dort findet aktuell der einzige wirtschaftliche Abbau statt. Darüber hinaus existieren Vorkommen unter Wasser und in einigen wenigen weiteren Ländern, wie China und Algerien.
Schätzungsweise reichen die kontinentalen Vorräte des Rohstoffs nur noch für ca. X Jahre. Manche Experten schätzen dass alle einfach zugänglichen natürlichen Phosphatvorkommen bis zum Ende des Jahrhunderts aufgebraucht sein werden. Das ist problematisch, weil Phosphat ein wichtiger Bestandteil in Düngemitteln ist. Sind die Phosphatreserven aufgebraucht, wird es dramatische Probleme bei der Ernährung der wachsenden Weltbevölkerung geben. Ferner verringert sich die Qualität des abgebauten Phosphats enorm. Einige Lagerstätten sind mit Cadmium und/oder radioaktiven Schwermetallen belastet.

Verbrennung und Deponie

Die aktuelle Phosphatrückgewinnung lässt sich in zwei Verfahren unterscheiden. Bei thermochemischen Verfahren wird der Klärschlamm aus der Kläranlage verbrannt und die Asche direkt als Düngemittel auf Felder aufgebracht. Diese Methode wird aber ab 2029 in der gesamten EU verboten sein, da der Klärschlamm angereicherte Schadstoffe, wie Medikamentenrückstände oder Schwermetalle enthält.
Bei den nasschemischen Verfahren wird Phosphat mithilfe von Eisen- und Aluminiumsalzen ausgefällt. Die Fällung kann sowohl aus dem Klärschlamm direkt oder aus der Asche heraus erfolgen. In beiden Fällen entstehen dabei schwerlösliche Verbindungen, die mit arbeits- und kostenintensiven Methoden aufgetrennt werden müssen, um das Phosphat nutzen zu können.
Außerdem gibt es zu wenige Anlagen in Deutschland in denen der Klärschlamm verbrannt werden kann. Daher wird der phosphathaltige Klärschlamm oft gemeinsam mit anderen nicht- phosphathaltigen Stoffen, wie Kohle oder Abfall verbrannt. Dadurch wird die Phosphatkonzentration geringer und eine effiziente Rückgewinnung des wichtigen Rohstoffs unmöglich gemacht.
Es fehlt also aktuell an einer effizienten Phosphatrückgewinnungsmethode, weshalb wir es uns mit unserem Projekt „MEtaPhos“ zur Aufgabe gemacht haben eine nachhaltige Kreislaufwirtschaft zu etablieren.

Genetisch veränderte Organismen

Genetisch veränderte Organismen (GVO, genetically modified organisms (GMO)) sind Organismen, die durch gentechnische Methoden ein verändertes Erbgut haben. Am häufigsten kommen dabei veränderte Einzeller wie Bakterien, Pilze oder Hefen vor. Ein Organismus gilt als gentechnisch modifiziert, wenn sein genetisches Material auf eine Art verändert wurde, die unter natürlichen Bedingungen nicht vorgekommen wäre.
Mikroorganismen kommen an vielen Stellen im Alltag vor und sind wichtig für das Leben. Zum Beispiel sind Mikroorganismen in vielen Lebensmitteln wie Brot oder Milchprodukten enthalten oder auch in sehr großer Zahl im menschlichen Körper. Wichtig sind sie aber auch im Einsatz zur Stoffproduktion. Dazu zählen besonders die Herstellung von Pharmazeutika wie Antibiotika oder Insulin. 
Wenn Mikroorganismen genetisch verändert werden, bedeutet das nur, dass sie neue Eigenschaften oder Funktionen erhalten oder eine bestimmte Funktion verstärkt wird, sodass diese für den industriellen Prozess genutzt werden kann. Das Endprodukt und der Herstellungsprozess bleiben dabei bestehen.