Jülich - Wie aus Gülle grüner Dünger werden könnte

Wie aus Gülle grüner Dünger werden könnte

Von: Thorsten Karbach
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Böden im Vergleich: Am Beispiel Mais werden die Auswirkungen verschiedener Böden und Dünger auf das Wachstum der Pflanzen ins Blickfeld von Biologe Nicolai David Jablonowski und seinem Team gerückt. Foto: Thorsten Karbach
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Tests an Pflanzen im Jülicher Forschungszentrum sollen dazu beitragen eine Lösung zur Verwendung von überschüssiger Gülle zu finden. Foto: Thorsten Karbach
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Der Stand der Dinge: Landwirte fahren Gülle als Dünger auf ihre Felder. Foto: dpa
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Gerste unter Beobachtung: In der Rhizotronanlage des Gewächshauses im Forschungszentrum Jülich, welches 2006 mit dem Innovationspreis NRW prämiert wurde, wird die optimale Bestandsdichte von Gerste erforscht. Foto: Thorsten Karbach

Jülich. Das stinkt doch überall zum Himmel! In Europa fallen jährlich 1,27 Milliarden Tonnen Gülle an. Damit ließen sich gut 500.000 Olympiaschwimmbecken füllen. Und es wird immer mehr Gülle, weil die Nachfrage nach Fleisch weltweit zunimmt, mehr Schweine und Rinder in großen Zuchtbetrieben gehalten werden und dort für mehr Exkremente sorgen. Doch wohin mit der ganzen Gülle?

Seit jeher wird Gülle als wertvoller Dünger von den Landwirten auf die Felder gebracht. Allerdings: So groß können die Ländereien eines großen Zuchtbetriebes am Niederrhein oder an der nahen niederländischen Grenze gar nicht sein, als dass dort täglich Tausende Tonnen Gülle auf die Felder gebracht werden könnten. „Wenn alles auf die Felder käme, dann wären die Felder schnell überdüngt“, sagt Biologe Nicolai David Jablonowski vom Institut für Bio- und Geowissenschaften, IBG-2 Pflanzenwissenschaften, des Jülicher Forschungszentrums.

Schon jetzt gibt es vielerorts Anzeichen für Überdüngung – etwa wenn im Sommer Gewässer aufgrund zu vieler Nährstoffe umkippen (Eutrophierung), weil Dünger ausgewaschen wird und als Folge absterbende Biomasse den Sauerstoff im Wasser verbraucht. Andernorts verarmen Böden an Pflanzennährstoffen wie Stickstoff, Phosphor und Mineralstoffen, so dass massiv künstlicher Dünger zugeführt wird. Dafür investieren Landwirte in der EU jährlich 15,5 Milliarden Euro. Und der Güllesee wird immer größer.

Weil es sich nicht rentiert, Gülle mit ihrem hohen Wassergehalt als Dünger quer durchs Land zu transportieren, bleibt sie also an Orten großer Viehbetriebe konzentriert. Als ein in seiner Quantität brisanter Abfallstoff, der teuer entsorgt werden muss – und doch eigentlich ein wertvoller Rohstoff wäre.

Gülle ökologisch sinnvoll und ökonomisch rentabel zu verarbeiten, daran arbeiten Naturwissenschaftler, Ingenieure und Verfahrenstechniker in dem EU-Projekt „Manure-Eco-Mine“ zusammen. Sie sitzen in Jülich, Belgien, Niederlande, Spanien und Österreich, die Europäische Union fördert die Forschung in den nächsten drei Jahren mit 3,8 Millionen Euro. Eine Art grüner Dünger, gewonnen aus Gülle, ist das Ziel – und damit ist nicht die Farbe des Produktes gemeint.

Koordiniert wird das Projekt an der Universität im belgischen Gent bei Siegfried Vlaeminck und Kollegen. Im Institut für Pflanzenwissenschaften am Forschungszentrum Jülich rannte er damit sozusagen offene Labortüren ein. Denn mit Fragen wie „Wie bestimmt die Qualität des Bodens die Qualität der Pflanze?“ oder „Wie lassen sich Böden nachhaltig für die Pflanzenproduktion nutzen?“ beschäftigen sich die Jülicher Forscher um Jablonowski ohnehin. Die geplanten Arbeiten orientieren sich strikt an Kriterien der Nachhaltigkeit einer biobasierten Wirtschaft, die sich auch in den übergeordneten Aktivitäten des Bioökonomie Science Center (BioSC) wiederfinden.

Die Auseinandersetzung mit Gülle beziehungsweise den darin enthaltenen wertvollen Pflanzennährstoffen als kostbarem Dünger liegt da nahe. „In der Gülle befinden sich viele wasserlösliche Mineralstoffe“, sagt Jablonowski. Dazu Phosphor, dessen Vorkommen auf der Welt begrenzt ist, und wertvoller Stickstoff. Um Stickstoffdünger zu produzieren, braucht es sonst enorme Energie. In Zeiten von Klimawandel und knapper werdender fossiler Energieressourcen ist das keineswegs ideal.

Genau da setzt das EU-Projekt „Manure-Eco-Mine“ an. Phosphor, Stickstoff und Mineralstoffe wollen die Forscher aus der Gülle gewinnen, die Gülle dazu in ihre Wertstoffe zerlegen. „Das Ziel ist, aus Fäkalien Gold zu machen“, sagt Jablonowski mit einem Augenzwinkern. Denn auf die Spuren der alten Alchemisten wird sich die moderne Forschung natürlich nicht begeben. Nein, sie gehen auf die Felder und in die Gewächshäuser, um zu guter Letzt den Einfluss der aus der Gülle getrennten wertvollen Nährstoffe auf das Pflanzenwachstum zu untersuchen.

„Wir wollen in Zusammenarbeit mit den Partnern zeigen, dass es auch ökonomisch rentabel ist, Gülle in ihre Einzelteile zu zerlegen“, erläutert der Jülicher Forscher, der das Projekt vor Ort koordiniert. Das Nährstoffpotenzial der Gülle in Europa, so die Schätzungen der Wissenschaftler, hat einen Wert von 10,7 Milliarden Euro im Jahr. Da kann und soll sich die Forschung auszahlen. „Gülle ist somit ein wertvoller Rohstoff“, betont er.

Die unerwünschten Eigenschaften der Gülle bleiben, wenn der Plan aufgeht, dagegen auf der Strecke: Der lästige Gestank, der noch Stunden, wenn nicht Tage über den Feldern liegt, auf denen die Gülle ausgefahren wurde. Die Bakterien, die mit der Gülle auf die Felder und somit konzentriert in die Umwelt gelangen.

Die Tierarzneimittelrückstände wie Antibiotika und Schmerzmittel, die in der Umwelt so nichts zu suchen haben, und deren Folgen für den Menschen nicht abzusehen sind. „Die Bevölkerung ist für dieses Thema sensibilisiert und schaut mittlerweile genau hin“, sagt Jablonowski. „Und wir Wissenschaftler sehen einen ganzen Rattenschwanz möglicher Probleme.“

Für die Pflanzen komponieren

Im Rahmen des Projektes sollen in Pilotanlagen in Holland und Spanien zunächst 150 Liter Gülle von Schweinen und Kühen am Tag behandelt werden. Den Forschern von „Manure-Eco-Mine“ ist es wichtig, dass die Zerlegung der Gülle in ihre Bestandteile – zunächst wird Wasser abgeschieden, was 90 Prozent der Masse ausmacht – energieautark abläuft.

Das heißt: In einer Biogasanlage wird die Gülle erst mal einer sogenannten Fermentation unterzogen. Dabei wird Methan gewonnen, also Energie, mit der dann die gesamte Anlage zur Verarbeitung der Gülle angetrieben wird. „Wir haben in dem Projekt einen ganzheitlichen Ansatz. Wir formulieren letztlich eine Machbarkeitsstudie, ob sich der ganze Aufwand auch unter ökonomischen Aspekten lohnt“, sagt Jablonowski.

Die wertvollen Bestandteile in der Gülle werden im gesamten Prozess einzeln abgetrennt und schlussendlich als hochwertige Düngerkomponenten getestet. Während in Jülich die ersten vorbereitenden Experimente laufen, wird die belgische Firma Peltracom, ein Spezialist für Topferden, als Projektpartner unterschiedliche Substrate aus den einzelnen Elementen der Gülle komponieren, die dann auf ihre Wirkungen als Dünger für die Pflanzenproduktion in Jülich erprobt werden. So wie Blumenerde nicht auf alle Blumen gleich wirkt, lässt sich auch Dünger individuell für diese und jene Pflanze komponieren.

Sozusagen als letzte Instanz des Forschungsprojektes werden die einzelnen Düngerkompositionen – nachdem bei den Projektpartnern an Salat, Kresse und Chinakohl bereits erste Tests gemacht wurden – an Tomaten, Mais und dem nordamerikanischen Malvengewächs Sida hermaphrodita erprobt. Letztere Pflanze wird einbezogen, weil sie als mehrjährige Energiepflanze mit hohem ökologischen Nutzen von besonderem Interesse ist.

Ende des Jahres werden die ersten Düngerkompositionen erwartet. Dann wird sich zeigen, wie sie bei den drei Pflanzen in unterschiedlichen Böden – von Sand bis Lehm – wirken; auch im Vergleich zu normaler Gülle und herkömmlichem Kunstdünger. Dafür gibt es unter anderem die automatisierte Rhizotronanlage, die einzige Anlage weltweit ihrer Art.

Sie macht es möglich, die Entwicklung einer Pflanze im Spross und in den Wurzeln im Boden gleichermaßen zu verfolgen – und das geschieht ganz objektiv mittels ständiger Kameraaufnahmen. Denn diese Technik sieht mehr, als das Forscherauge bei einer großen Anzahl von Pflanzen erkennen kann.

Wenn Nicolai David Jablonowski die Versuche anlegt, dann stehen viele Fragen im Raum: Wie wächst die Pflanze mit der Düngerkomposition, die aus Gülle gewonnen wurde? Wie fällt der Vergleich zum herkömmlichen Kunstdünger aus? „Zumindest ähnlich gut wie beim Kunstdünger sollten die Resultate sein“, wünscht sich der Forscher. Zwei Jahre wird das Wachstum beobachtet, im Gewächshaus und in Freilandstudien auf dem Gelände des Forschungszentrums Jülich. Und mit den Pflanzen wächst die Hoffnung auf einen ökonomisch wie ökologisch großen Wurf.

Am Ende soll möglichst eine marktwirtschaftliche Lösung samt Einschätzung möglicher Risiken durch Reststoffe stehen. Mastbetriebe mit 5000 Tieren sollen sehen, dass es sich lohnt, eine Anlage zur Aufbereitung ihrer Gülle – ob vom Schwein oder vom Rind – zu montieren und somit die Wertschöpfungskette weiter auszubauen. Ohne das Wasser in der Gülle stellen die einzelnen Nährstoffe einen kostbaren Dünger dar, für den sich dann auch weiterer Transport lohnen würde.

„Für die Landwirtschaft ist das eine große Chance“, sagt Jablonowski. Weniger Düngemittel müssten importiert werden, stattdessen können die landwirtschaftlichen Betriebe ihren eigenen kleinen Kreislauf der vorhandenen Ressourcen aufbauen: Gülle wird zu handelbarem Dünger, der lässt die Pflanzen wachsen, die ernähren das Vieh, dessen Gülle wird wieder zu hochwertigem Dünger und so weiter. Das riecht nach einem lohnenswerten Ziel – ganz ohne Gestank.

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