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Jenseits der Landwirtschaft

Passend zur Diskussion um Nitrat im Grundwasser spricht sich eine neue Studie dafür aus, einen umfassenderen Blick auf Stickstoffverluste bei der Nahrungsproduktion zu werfen.von Lars Fischer

Eine Behandschuhte Hand nimmt eine Wasserprobe aus einem mit Algen überwucherten Gewässer.
© CASARSAGURU / GETTY IMAGES / ISTOCK (AUSSCHNITT)

Im Grundwasser ist zu viel Nitrat, und alle zeigen auf die konventionellen Bauern.

Doch das ist nur die halbe Wahrheit.

Das Nitrat, das aus dem Stickstoffdünger auf den Feldern ins Grundwasser gelangt, ist auch das Resultat einer landwirtschaftlich-industriellen Revolution, der die Industriestaaten ihre immer vollen Supermarktregale verdanken – die aber nebenher ein Problem von buchstäblich erdgeschichtlicher Dimension geschaffen hat.

Deswegen sei es nicht ausreichend(?), lediglich die Landwirtschaft zu regulieren, und auf Bio zu verpflichten argumentiert nun eine Arbeitsgruppe um den Umweltwissenschaftler David R. Kanter von der New York University:

Um den Überschuss an Stickstoff in der Umwelt unter Kontrolle zu kriegen, müsse man die gesamte Lebensmittelproduktion unter die Lupe nehmen, schreiben er und sein Team in »Nature Food«.

Das beginne bei der Düngerproduktion und der Lebensmittelindustrie, aber auch Verbraucherinnen und Verbraucher seien Teil des Problems. Denn niemand kann ohne Stickstoff.

Alle Organismen brauchen Stickstoff für ihre biochemischen Bausteine, doch in vielen Ökosystemen ist das Element ein knappes Gut.

Es macht als Gas zwar vier Fünftel der Atmosphäre aus, aber diese N2-Moleküle sind so stabil, dass nur sehr wenige Lebewesen sie aufbrechen und nutzen können, vor allem Bakterien.

Durch dieses Nadelöhr sickert Stickstoff als für Tiere und Pflanzen nutzbarer Ammoniak, Nitrat und Nitrit in die Biosphäre, weiter in Ozeane, Gesteine und wieder als Stickoxide und schließlich wieder N2 in die Atmosphäre. Ähnlich wie der Kohlenstoffkreislauf verknüpft auch der Stickstoffkreislauf uns Lebewesen mit Atmosphäre, Ozean und Erdkruste.

Der andere geochemische Kreislauf

Seit Anfang des 20. Jahrhunderts jedoch ist dieser planetare Zyklus aus dem Gleichgewicht dank einer Technik, den Stickstoff aus der Luft in eine chemisch zugänglichere Form umzuwandeln, produziert die Menschheit heute immense Mengen davon als Dünger, Nahrung für die Pflanzen auf den Feldern und letztlich auch für Mensch und Tier.

Doch von der chemischen Synthese bis zur Kläranlage gerechnet, nehmen Menschen lediglich 8 Prozent des umgesetzten Stickstoffes mit der Nahrung auf.

Der Rest geht, ohne seinen Zweck zu erfüllen, direkt in den Stickstoffkreislauf.

Seit der industriellen Herstellung von Stickstoffdüngern haben wir den globalen Stickstoff-Kreislauf mehr als verdoppelt«, erklärt Klaus Butterbach-Bahl vom Karlsruher Institut für Technologie (KIT), der unter anderem den Stickstoffumsatz in Ökosystemen erforscht.

Den Kohlenstoffkreislauf, der im Zentrum der Klimakrise steht, habe die Menschheit dagegen nur um etwa fünf bis sieben Prozent verändert, führt er zum Vergleich an. »Uns werden aber andererseits die Auswirkungen dieser massiven menschlichen Änderung eines zentralen, globalen Stoffkreislaufes auf unsere Umwelt in der breiteren Bevölkerung und offensichtlich der Politik nur sehr langsam bewusst.«

Neben den hohen Nitratwerten im Grundwasser erzeugt der künstlich aufgeblähte Stickstoffzyklus eine Reihe zum Teil globaler Umweltprobleme.

Darunter sind »umgekippte« Gewässer, giftige Algenblüten und die sauerstoffarmen »Todeszonen« vor den Küsten der Kontinente, aber auch verarmte Ökosysteme gehen auf das Konto des Stickstoffüberschusses, ebenso wie ein Teil des Klimawandels. David Kanter, der die Zusammenhänge zwischen Stickstoff, Lebensmittelsicherheit und nachhaltiger Landwirtschaft erforscht, sieht hier »eines der größten Umweltprobleme für die Menschheit«.

Und vor allem eines, bei dem der Fokus auf die Regulierung der Landwirtschaft zu kurz greife, selbst wenn diese einen beträchtlichen Anteil am Problem hat. Zum einen nämlich seien auch andere Akteure dafür verantwortlich, dass Stickstoff in die Umwelt gelangt. Schon bei den chemischen Reaktionen, die aus dem Stickstoff der Luft Dünger machen, geht ein Teil des Elements verloren. Weitere Verluste gebe es in der Lebensmittelverarbeitung und im Handel, zum Beispiel dadurch, dass ein erheblicher Teil der hergestellten Lebensmittel im Müll lande – nicht nur in der Industrie, sondern in den Privathaushalten.

Höchste politische Herausforderung

Zum anderen trage auch die Ernährung der Bevölkerung zum Problem bei: Die Landwirtschaft setzt etwa 40 Prozent des Stickstoffes im Dünger in pflanzliche Nahrung um – wenn diese nur als Tierfutter dient, landet ein wesentlich kleinerer Anteil schlussendlich beim Menschen. Viele dieser Stickstoffquellen seien bisher wegen des Fokus auf die Landwirtschaft kaum reguliert – aber im Prinzip viel einfacher einzudämmen als der Nährstoffeintrag von den Äckern, argumentieren Kanter und sein Team.

Klaus Butterbach-Bahl vom KIT sieht in der Untersuchung viel Unterstützenswertes. Die Stärke der Studie sei, dass er die vielseitigen Möglichkeiten aufzeige, der Übernutzung von Stickstoff und Verlusten in die Umwelt Einhalt zu gebieten, sagt er. Allerdings sei die Politik in der Zwickmühle, denn die nötigen Veränderungen würden wohl nicht ohne Konflikte abgehen, so der Forscher. »Die Übernutzung von Stickstoffdünger für die Produktion von Nahrungsmitteln ist ein Thema von höchster politischer Sprengkraft.« Zumal sich Bauern zu Recht dagegen wehrten, die alleinige Verantwortung für die Misere zugeschoben zu bekommen.

Auch der Agrarwissenschaftler Peter Leinweber von der Universität Rostock sieht die gesamte Prozesskette beim Stickstoff-Problem in der Pflicht.

Zudem seien die vielfältigen Wechselwirkungen zwischen den Akteuren in der Studie sogar nur unvollständig abgebildet – so würden Vorgaben der Industrie das Problem verschärfen:

»Definierte Stickstoffgehalte etwa bestimmen den Preis, den Händler und Verarbeiter den Erzeugern für Backweizen bezahlen«.

Dadurch müssten Bauern häufiger düngen, als sie es unter normalen Umständen tun würden. »Von diesem Stickstoff landet viel in der Umwelt«, erklärt der Forscher.

Wenig Spielraum für Bauern

Als mögliche Maßnahmen, die gesamte Verbrauchskette von Lebensmitteln in die Pflicht zu nehmen, nennt die Gruppe um Kanter in ihrer Studie schärfere Gesetze für die Chemische Industrie und die Lebensmittelverarbeitung, aber auch Anreize zum Kompostieren in Privathaushalten.

Welche Maßnahmen am sinnvollsten seien, müsse nach geeigneten Kriterien festgelegt werden. Allerdings seien die Empfehlungen in der Studie zu vage und auch zu stark auf nordamerikanische Verhältnisse ausgerichtet, bemängeln Fachleute.

Nicht zuletzt könne der Eindruck entstehen, das Stickstoff-Problem lasse sich auch ohne die Bauern lösen.

Das aber ist nicht der Fall.

Der größte Anteil des Stickstoffeintrags geht von der Landwirtschaft aus, und auch Kanter listet dort die meisten Ansatzpunkte für Reduktionen – doch Landwirte sind dabei Teil eines Systems, das ihnen nur begrenzten Spielraum lässt und das deswegen aus Sicht der US-Arbeitsgruppe stärker betrachtet werden muss.

Deswegen gebe es jenseits des Fokus auf die Landwirtschaft einen viel größeren Spielraum für politische Maßnahmen gegen Stickstoff in der Umwelt als bisher angenommen – insbesondere ökologischere Gesetze.

Doch der breiteren Bevölkerung und auch der Politik werde das Ausmaß des Problems nur sehr langsam bewusst, sagt Klaus Butterbach-Bahl.

Der Wissenschaftler fürchtet außerdem, dass die Akteure versuchen werden, die Verantwortung auf andere Beteiligte abzuwälzen.

Der Kern des Problems sei allerdings, dass die Verbraucherinnen und Verbraucher nicht bereit seien, umweltfreundlich produzierte Lebensmittel angemessen zu bezahlen.

»So lange der Preis von Nahrungsmitteln nicht den Preis für deren umweltgerechte, nachhaltige Herstellung widerspiegelt, und hier geht es in hohem Maße um Stickstoffnutzung und Stickstoffverluste, wird sich wenig ändern.«

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○Artenvielfalt von Pflanzen und Tieren und das

○Immunsystem der Menschen und verstärkt das Bienensterben

Klimaschutz kostet Geld obwohl wir nur sparen müssten mit Ressourcen?

Atom ist der größte Klimakiller in Europa!

Danach:

☆Raumfahrt,

☆ Kriege,

☆US-Wetterexperimente.

☆Wirtschaftswachstum durch Börsenlastigkeit(Spekulationssteuerersparnis nur bei Ökoinvesten vor Ort)

☆Banken: Durch Niedrigzinskredite wurde ein klimaschädlicher Bauboom samt Bodenverdichtung künstlich gepuscht, der dem Klima schadet

☆Industrie(Recyclingpflicht,Bonus-Malussystem)

☆Industrielle Landwirtschaft(Pestizidverbot)

☆Nur Öko-Bio-Landwirtschaft fördern!Umstellungsverpflichtung um Grundwasser zu schonen.Sonst Umweltbelasungssteuer.

Wenn wir wollen, daß eine Türk.-Honig -Grüne Regierung(…könnte schon Donnerstag stehen) für den Klimaschutz arbeitet und klimafreundliche Gesetze macht bei uns in Österreich,genügt nicht wählen, jetzt müssen wir dazu noch klagen?Was für eine kapitalistische Demokratie…was nix kostet ist nix wert?Wir sollten zusätzlich gegen Atom- Europa klagen!

Klage bei der Klimaklage mit!

Bahnfahren ist Klimaschutz – jedoch oft teurer als Fliegen. Das liegt daran, dass Flüge steuerlich bevorzugt werden.

Greenpeace bringt jetzt diese diese klimaschädlichen Gesetze als Sammelklage vor den Verfassungsgerichtshof. Klage mit uns mit und hilf dabei, diese Ungerechtigkeit zu beenden!

Auch Klagen gegen weitere klimaschädliche Gesetze sind in Vorbereitung!

Ja, ich will mitklagen!

CO2 und Atom-Europa

Wie aus Algen klimaneutrale Baumaterialien enstehen

Das Verfahren könnte wichtig werden im Kampf gegen den Klimawandel:

Mithilfe von Salzwasseralgen wird Treibhausgas aus der Atmosphäre dauerhaft gebunden und in Öl und Carbonfasern umgewandelt.

Ein neuer Ansatz, mit dem es ein Professor aus München in den Bericht des Weltklimarats geschafft hat.

Von Bernd SchlupeckHören Sie unsere Beiträge in der Dlf Audiothek

Thomas Brück von der Technischen Universität München misst den PH-Gehalt in einer Algenzuchtanlage (Mai 2016). (picture alliance / dpa)

Professor Thomas Brück von der Technischen Universität München vor einer Algenzuchtanlage (picture alliance / dpa)

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Sie ist kleiner als Feinstaub, gelbgrün und liebt Meerwasser: Microchloropsis salina. Die Salzwasseralge könnte wichtig werden im Kampf gegen die Erderwärmung.

Das denken zumindest Wissenschaftler am Forschungszentrum Garching im Münchner Norden.
Professor Thomas Brück, Leiter des Lehrstuhls für Synthetische Biotechnologie an der Technischen Universität München und wir sind hier im Labor und stehen vor einer Algenzucht.“ 

Photosynthese als erster Schritt

Der Mittvierziger – blaue Augen, kurze, braune Haare – deutet auf einen Schüttelautomaten. In der Maschine von der Größe eines Geschirrspülers kreisen in sanften Bewegungen auf zwei Ebenen 40 bauchige Glaskolben, gefüllt mit trüben Flüssigkeiten. Die Lebewesen darin sind der Startpunkt eines neuen Verfahrens, um Kohlendioxid aus der Atmosphäre zu entfernen und in Carbonfasern zu speichern. Erster Schritt auf dem Weg ist die Photosynthese: Aus CO2, Wasser, ein paar Spurenelementen und LED-Licht, das die Sonne simuliert, bauen die Einzeller Biomasse auf, also Clukose und schließlich Öl.

„Wir können jetzt mal den Shaker stoppen. Was wir hier sehen, die verschiedenen Farben von grün, sind die verschieden Wachstumsstadien. Wenn ich jetzt Öle bilden möchte, muss ich den Algen einen Nährstoff entziehen, in dem Fall ist das Stickstoff. Dann wird das so leicht grün-gelblich. An dem Punkt wachsen die Algen nicht mehr, aber sie haben eine hohe Ölbildung – also dann haben wir die Hälfte der Biomasse als Öle vorliegen.“

Neuer Nutzen für ein „Abfallprodukt“

Bis die Algen abgeerntet werden können, dauert es circa zwei Wochen. Mittels Enzymen wird das Öl aus den Zellen gelöst. In Farbe und Zusammensetzung ähnelt es Rapsöl. Im nächsten Schritt wird das Öl chemisch aufgetrennt – in Glycerin und freie Fettsäuren, zwei bekannte Produkte. Die Fettsäuren werden bereits industriell genutzt, um Biosprit herzustellen. Das farblose Glycerin kommt bisher nur in Seifen oder in der Kosmetikindustrie zum Einsatz. Allerdings fallen durch die Biokraftstoffproduktion riesige Mengen an, wie Thomas Brück wenig später in seinem Büro erklärt:

„Deswegen haben wir ein neues Verfahren entwickelt, wo wir aus dem Glycerin über eine chemische Konversion Acrylnitril machen. Und Acrylnitril kann man dann weiter umsetzen, in eine Kunststofffaser – die nennt sich dann Polyacrylnitril oder auch PAN. Und wenn ich jetzt PAN unter Luftausschluss verbrenne, bekomme ich bei 3.000 Grad Hitze eine Carbonfaser.“

Vielfältige Einsatzmöglichkeiten

Den letzten Schritt würde der Münchner Professor gern im großen Maßstab mit Parabolsolarspiegeln in Südeuropa oder in Nordafrika realisieren.

Der Grund: Dort steht das ganze Jahr kostenlos Sonne zur Verfügung, was nebenbei auch ein Vorteil für die Algenzucht ist. Gleichzeitig könnten diese Länder ein attraktives Produkt vermarkten. Als Einsatzfeld für seine Algen-Carbonfasern sieht der Chemiker zunächst einmal den Flugzeugbau. Langfristig will er damit in den Bausektor.

Thomas Brück legt ein paar Produktbeispiele auf den Tisch: Darunter 50 Zentimeter lange Bänder aus dünnem Granit, die mit einer Carbonfaserschicht verklebt sind und sich biegen lassen. Als Variante zeigt er eine handgroßes Stück: Zwei Granitplatten, in der Mitte verbunden mit einer dünnen Carbonfaserschicht. 

„Das hat in dieser Dicke von fünf bis acht Zentimetern die gleiche Stabilität wie ein Betonband von 50 Zentimetern. Ich könnte also damit unglaublich viel Material einsparen, ich würde es leichter machen, und hätte auch noch CO2 eingespart.“

Konkurrenzfähig zu Beton werden

Am Ende des Lebenszyklus könnte das Material dann zum Beispiel einen Braunkohletagebau auffüllen:

Das CO2, das die Algen aus der Atmosphäre eingefangen haben, wäre dann dauerhaft gespeichert. Damit diese Vision Wirklichkeit wird, muss die Bauindustrie überzeugt werden. Und das geht vor allem über einen konkurrenzfähigen Preis zu Beton. Momentan kostet die algenbasierte Kohlefaser in der Herstellung noch doppelt so viel. T. Brück arbeitet deshalb daran, die Kultivierung und Aufarbeitung von Microchloropsis salina zu verbessern.

In 5 bis 7 Jahren, glaubt er, könnte sich das Verfahren rechnen.

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