Technologie kann einen großen Beitrag zur Reduzierung der Stickstoffemissionen in der Landwirtschaft leisten, so die Wissenschaftler der niederländischen Universität Wageningen. Sie haben im Projekt, „Zirkuläre Landwirtschaft mit Stickstoff im Gleichgewicht“ zusammengetragen, welche Technologien die besten Investitionen seien könnten, um einen maximalen Effekt auf die Senkung der Stickstoffemissionen im Sektor zu erzielen. In den Niederlanden, wie auch in Nordwestdeutschland, besteht ein enormer Überschuss an Stickstoff, der vor allem darauf zurückzuführen ist, dass jährlich weit mehr Stickstoff über Lebensmittel, Tierfutter und die Herstellung von Kunstdünger in das System gelangt, als entnommen wird.
Peter Geerdink war Projektleiter im Auftrag von Wageningen Food & Biobased Research. „Ein effektiver Ansatz für das niederländische Stickstoffproblem erfordert eine breite Perspektive, die über politische Maßnahmen, wie die Reduzierung des Viehbestands und den Aufkauf von landwirtschaftlichen Betrieben hinausgeht. Es gibt viele Dinge, die wir von einem technologischen Standpunkt aus tun können, um das Problem zu lösen.“ Zu Beginn des Projekts untersuchten die Wissenschaftler, welche Knöpfe gedrückt werden könnten, um eine ausgeglichenere Stickstoffemission in der Landwirtschaft zu erreichen. Die Reduzierung des Imports von Tierfutter ist eine solche Option. Laut Geerdink fügt der Import von (hauptsächlich) Sojaschrot dem niederländischen Stickstoffkreislauf jedes Jahr über 400 Millionen Kilo Stickstoff hinzu.
Restströme für Tierfutter
„Neben der Reduzierung der Viehbestände kann eine Importreduzierung erreicht werden, indem wichtige Ressourcen durch Restströme aus lokal angebauten Pflanzen ersetzt werden. Diese Ströme werden heute größtenteils auf minderwertige Art und Weise verarbeitet, z. B. in Kompost oder für die Produktion von Biogas. Landwirte, die diese Restströme zu Tierfutter verarbeiten, könnten potenziell profitabler sein. Durch Veredelung und Verarbeitung in die richtigen Spezifikationen können sie in gesundes, nahrhaftes und schmackhaftes Tierfutter umgewandelt werden.“
Verhinderung von Ammoniakverlusten aus Gülle
Ein weiterer Knopf, der gedrückt werden kann, um die Ammoniakverluste auf und um den Hof zu reduzieren, sei im Kuhstall zu finden. Der Kuhstall und seine Ammoniakemissionen leisten einen großen Beitrag zu den Stickstoffablagerungen in der Natur, die das Wachstum einiger Pflanzenarten (Gras, Brennnesseln, Brombeeren) auf Kosten anderer stärkten. Kuhställe würden offen gehalten, um eine natürliche Belüftung zu schaffen, was eine wichtige Voraussetzung für die Gesundheit der Rinder sei. Dadurch würde die Luft nicht gefiltert (wie es in geschlossenen Ställen der Fall sei) und große Mengen Stickstoff gelange als Ammoniak aus dem Dung in die Außenluft. Technisch gesehen gäbe es, durch die Entwicklung und Installation von Luftwäschern in den offenen Ställen, hier viel zu gewinnen.
Umwandlung von Stickstoff aus der Luft in Ammoniak
Eine weitere technische Herausforderung bestehe darin, den Austritt von Ammoniak aus gelagerter Gülle von vornherein zu verhindern. Geerdink: „Wir müssen auf geschlossene Systeme für die Güllelagerung hinarbeiten, damit das Ammoniak nicht in die Luft entweicht. Jedes Jahr werden etwa 71 Millionen Kilo Ammoniak aus der Gülle freigesetzt, besser als Rohstoff für Kunstdünger verwendet werden könnten. Kunstdünger wird traditionell durch die Umwandlung von Stickstoff aus der Luft in Ammoniak, in einem energieintensiven Prozess hergestellt. Dadurch gelangten jährlich 245 Millionen Kilo Stickstoff in den niederländischen Kreislauf. Derzeit würde an elektrochemischen Verfahren geforscht, um Kunstdünger aus aufgefangenem Ammoniak direkt auf dem Hof herzustellen. Dies wäre äußerst effektiv, da die Gülle nicht mehr transportiert werden müsste.
Erschwingliche Filtration
Die verbleibende Gülle, die zu regionalen Gülleverarbeitungsanlagen transportiert würde, würde in Kunstdüngerersatz, Biogas und organische Gülle umgewandelt. Die effiziente Erfassung von Stickstoff aus Gülle und fermentierter Biomasse erfordere weitere technologische Schritte. Vor diesem Hintergrund arbeite die Wageningen University & Research an einer kostengünstigen Membranfiltration, die auch bei Gülle angewendet werden könne. Geerdink: „Die derzeitigen Prozesse sind sehr kostspielig, weil sie eine Menge Vorverarbeitung erfordern, um die Ströme zu reinigen und Verstopfungen zu verhindern. Die ersten Filtrationstests mit verschmutztem Material aus der Gülleaufbereitungsanlage sind vielversprechend, aber wir müssen noch das Stadium erreichen, in dem die neue, effiziente Technologie hochskaliert werden kann.“
Eine weitere Herausforderung bei der Membranfiltration sei die Trennung des Ammoniaks und des Kaliums. „Beide Chemikalien sind positiv geladen und auch die Moleküle sind ungefähr gleich groß“, erklärt Geerdink. „Das macht es schwierig, sie zu trennen, aber es ist wichtig, dies zu tun, um sie in einem Kreislauf zu nutzen, da Kalium und Stickstoff zu unterschiedlichen Zeiten und für unterschiedliche Kulturen benötigt werden.“ Der Wissenschaftler fügt hinzu, dass Investitionen in die Grundlagenforschung notwendig sind, um dieses komplexe Puzzle zu vervollständigen.
Trennung von Ammoniak und Kalium
Es wird bereits intensiv an Möglichkeiten geforscht, Ammoniak auf energieeffiziente Weise aus organischer Gülle zu lösen“. Geerdink: „Derzeit wird dies erreicht, indem man das Ammoniak zunächst verdampfen lässt und dann in einer anderen Flüssigkeit auffängt, ein Prozess, der viel Energie benötige. Mit der Transmembran-Chemisorption könne Ammoniak aus Gülle wie RO-Konzentrat direkt über eine Membran entfernt werden. Dies scheine ein besonderes Potenzial für Gülle nach der Separation zu haben (in der das Kalium weitgehend entfernt wurde), da die Transmembran-Chemisorption zu einer stickstoff- und kaliumarmen Flüssigkeit führe. “
Eine weitere Entwicklung, an der das Programm arbeitet, ist die Anwendung der Elektrodialyse-Technologie. Diese kombiniert eine elektrochemische Zelle mit Elektroden und Membranpaaren mit den neuesten Erkenntnissen über den Prozess, um Ammoniak und Kalium selektiv zu entfernen. Die Untersuchungen zeigten, dass die Investition in die Technologie, gemeinsam mit anderen Maßnahmen helfe, die Stickstoffemissionen in der Landwirtschaft zu reduzieren, sagt Geerdink.