Synthetisch hergestellter Phosphordünger wird als elementarer Pflanzennährstoff in enormen Mengen auf Feldern ausgebracht. Die Reserven an Rohphosphaten sind begrenzt und müssen in die EU importiert werden. Das Eu-geförderte Projekt PhosFarm forscht nun daran, organisch gebundenen Phosphor aus landwirtschaftlichen Reststoffen als Quelle für Phosphatdünger zu erschließen. Immobilisierte Enzyme sollen die organischen Verbindungen kappen und den Phosphor so für die Rückgewinnung freisetzen.

In der EU wurden 2008 etwa 1,4 Millionen Tonnen Phosphor für die Produktion von synthetischem Dünger verbraucht. Die Quellen für mineralischen Phosphor sind begrenzt. Viele Länder sind abhängig von Importen aus China, Marokko, Tunesien oder den USA. Gleichzeitig fallen in der EU jedes Jahr mehr als 1800 Millionen Tonnen Gülle an, die hohe Konzentrationen des Elements aufweisen. Unter der Koordination des Fraunhofer-Instituts für Grenzflächen- und Bioverfahrenstechnik IGB in Stuttgart forschen Ingenieure und Wissenschaftler aus fünf europäischen Ländern daran, den wertvollen Stoff Für die Landwirtschaft wieder verfügbar zu machen.

Enzyme bringen die Lösung

Dabei setzen die Forscher auf hydrolisierende Enzyme. Diese werden an geeigneten Trägern, wie etwa Partikeln, Membranen oder anderen Oberflächen fixiert. „Wir konnten bereits in vorausgehenden Versuchen am Fraunhofer IGB zeigen, dass diese Enzyme in der Lage sind, anorganisches Phosphat aus Modellverbindungen abzuspalten“, erläutert Jennifer Bilbao, die das Projekt am IGB leitet. Die sogenannten immobilisierten Enzyme sorgen also dafür, dass die Moleküle im flüssigen Anteil der Gülle vorliegen. „Nach Abtrennung der festen Phase kann das gelöste Phosphat aus der flüssigen Fraktion als Magnesiumammoniumphosphat oder Calciumphosphat gefällt werden. Diese Salze sind gut pflanzenverfügbar und direkt als Dünger einsetzbar", so Bilbao weiter.

Maximale Wertschöpfung

Übrig bleibt eine feste Phase, die nur noch getrocknet werden muss. Um dem Paradigma der Nachhaltigkeit zu genügen, geschieht dies mit einem energieeffizienten Prozess: So produzieren die Ingenieure keine heiße Luft, sondern verwenden stattdessen überhitzten Wasserdampf, der die feste Phase entwässert. Das getrocknete Produkt wird anschließend zu einem Substrat aufgearbeitet, das die Bodenfruchtbarkeit verbessern soll. Abhängig von der Bodenbeschaffenheit oder der Pflanzenart lässt sich dieser Bodenverbesserer mit den zurückgewonnenen phosphorhaltigen Salzen vermengen. Das Stickstoff-Phosphor-Verhältnis kann so speziell angepasst werden.

Kunst-Dünger einsparen und Gülle ersetzen

„Mit den gewonnenen mineralischen Phosphatdüngern und den organischen Bodenverbesserern können synthetische Phosphatdünger eingespart und eine Überdüngung durch das direkte Ausbringen von Gülle vermieden werden“, sagt Bilbao. Die Europäische Union fördert das Projekt „PhosFarm – Process for sustainable phosphorus recovery from agricultural residues by enzymatic process to enable a service business for the benefit of European farm community“ mit Geldern aus dem 7. Forschungsrahmenprogramm. Neben den Stuttgarter IGB sind Forschungsinstitute und Unternehmen für Maschinenbau und Verfahrenstechnik aus den Ländern Belgien, Spanien, der Niederlande und Schweden an den Arbeiten beteiligt.

bs