WAS IST DÜNGEMITTEL?
Dünger ist jeder Stoff oder jedes Material, das dem Boden zugefügt wird und das Pflanzenwachstum fördert. Es gibt viele Düngemittelsorten, und die meisten enthalten Stickstoff (N), Phosphor (P) und Kalium (K). Auf den Verpackungen der im Handel erhältlichen Düngemittel ist ein N-P-K-Verhältnis angegeben. Düngemittel werden überall auf der Welt eingesetzt, um den Rasen grün zu halten und die Ernte auf den Feldern zu steigern. Düngemittel können in drei Gruppen eingeteilt werden:
- Mineralische Düngemittel (Phosphor und Kali) werden aus der Umwelt gewonnen und zerkleinert oder chemisch behandelt, bevor sie ausgebracht werden.
- Organische Düngemittel (Gülle und Kompost) werden aus tierischen Fäkalien und pflanzlichen oder tierischen Zersetzungsprodukten hergestellt.
- Industrielle Düngemittel (Ammoniumphosphat, Harnstoff, Ammoniumnitrat) werden von Menschen durch chemische Reaktionen industriell hergestellt.
- Während organische und mineralische Düngemittel in der Landwirtschaft schon seit langem zur Steigerung der Ernteerträge eingesetzt werden, sind industrielle Düngemittel eine relativ neue Entwicklung. Dennoch sind Industriedünger heute die am häufigsten verwendeten Düngemittel.
WARUM BRAUCHEN WIR STICKSTOFFHALTIGE DÜNGEMITTEL?
Stickstoff ist eines der Elemente oder Nährstoffe, die alle Lebewesen (Mikroorganismen, Pflanzen und Tiere) für ihr Wachstum benötigen. Obwohl es überall um uns herum viel Stickstoff gibt (~78 % der Luft, die wir atmen), liegt der meiste Stickstoff auf der Erde als farb- und geruchloses Gas vor, das Stickstoffgas (N2). Leider können Pflanzen und Tiere Stickstoffgas nicht direkt nutzen. Wir Menschen beziehen unseren Stickstoff aus der Nahrung, die wir zu uns nehmen. Eiweißreiche Lebensmittel wie Fleisch, Fisch, Nüsse oder Bohnen enthalten viel Stickstoff. Pflanzen erhalten ihren Stickstoff aus dem Boden, und Stickstoff ist der häufigste Nährstoff, der das Pflanzenwachstum begrenzt. Es gibt zwei Möglichkeiten, wie Stickstoffgas auf natürliche Weise in stickstoffhaltige Verbindungen umgewandelt oder „fixiert“ wird, die ohne menschliches Zutun in den Boden gelangen können:
Blitze: Blitzeinschläge erzeugen genügend Energie, um Stickstoffgas in der Atmosphäre aufzuspalten und stickstoffhaltige Verbindungen zu erzeugen, die in den Boden gelangen.
Biologische Stickstofffixierung: Einige Mikroorganismen können Stickstoffgas direkt als Nährstoff nutzen. Diese spezialisierten Mikroorganismen wandeln Stickstoffgas in Ammonium (NH4+) um und werden „Stickstofffixierer“ genannt. Einige stickstofffixierende Mikroorganismen leben im Boden, und einige können eine enge Beziehung zu den Wurzeln bestimmter Pflanzen, wie Bohnen oder Klee, eingehen.
Der niedrige Stickstoffgehalt im Boden schränkt das Pflanzenwachstum oft noch ein. Aus diesem Grund enthalten die meisten Düngemittel Stickstoffverbindungen, und industrielle Düngemittel sind unverzichtbar, um genügend Pflanzen für die Ernährung der Bevölkerung zu produzieren. Der Mensch fügt der Umwelt heute jedes Jahr so viel oder mehr industriell gebundenen Stickstoff (~150 Milliarden Kilogramm) zu, als auf natürliche Weise gebunden wird [1, 2]. Einhundertfünfzig Milliarden Kilogramm sind schwer vorstellbar, aber das entspricht dem Gewicht von ~24 Millionen ausgewachsenen Elefanten!
WIE WERDEN STICKSTOFFHALTIGE INDUSTRIEDÜNGER HERGESTELLT?
Wie bereits erwähnt, liegt der meiste Stickstoff auf der Erde als Stickstoffgas vor, das für Pflanzen und Tiere unbrauchbar ist. In den frühen 1900er Jahren entdeckten Wissenschaftler, wie man Stickstoffgas aus der Atmosphäre in stickstoffhaltige Verbindungen umwandeln kann, die zur Düngung von Böden verwendet werden können. Diese industrielle Fixierung wird als Haber-Bosch-Verfahren bezeichnet. Ein industrielles Stickstofffixierungsverfahren, das in einem Labor durchgeführt werden kann, um Düngemittelkomponenten herzustellen. Er wurde von den Wissenschaftlern Fritz Haber und Carl Bosch entdeckt und ist nach ihnen benannt. Fast der gesamte Stickstoff in industriellen Düngemitteln wird nach dem Haber-Bosch-Verfahren fixiert.
Diese industrielle Fixierung von Stickstoff wird in Chemielabors und großen Fabriken auf der ganzen Welt durchgeführt. Beim Haber-Bosch-Verfahren wird Stickstoffgas mit Wasserstoffgas (H2) gemischt und unter enormen Druck gesetzt (200-facher Atmosphärendruck). Dies ist der Druck, den Sie spüren würden, wenn Sie 2.000 Meter unter dem Meer tauchen würden – das ist eine größere Entfernung als 6 übereinander gestapelte Eiffeltürme! Dieses unter Druck stehende Gasgemisch wird dann auf sehr hohe Temperaturen (450°C/842°F) erhitzt. Um diese hohen Drücke und Temperaturen aufrechtzuerhalten, ist eine enorme Menge an Energie erforderlich. Schätzungen zufolge verbraucht das Haber-Bosch-Verfahren jährlich 1-2 % der weltweiten Energieversorgung.