Fraunhofer-Institut für Grenzflächen- und Bioverfahrenstechnik IGBEine nachhaltige Landwirtschaft lebt davon, die Umwelt zu schonen. Das ist oft ein Balanceakt. Denn einerseits wollen die Landwirte hohe Erträge erzielen, anderseits bedeutet eine Überbeanspruchung von Pflanzen und Böden eine Gefahr für die Zukunft. Der Bedarf an umweltschonenden Methoden zum Schutz von Pflanzen und zum Erhalt einer guten Bodenqualität ist daher enorm. Aus diesem Grund arbeitet das Fraunhofer IGB an nachhaltigen Verfahren zur Produktion von Düngemitteln, Bodenverbesserern und Pflanzenschutzmitteln.
Nährstoffmanagement.
Herstellung von Pflanzen- und Bodensubstraten: Formulierung und Trocknung
Formulierung von kundenspezifischen Düngern
Dünger ist nicht gleich Dünger. Je nach Art der landwirtschaftlichen Nutzung haben Landwirte unterschiedliche Anforderungen an Düngemittel. Daher entwickelt das Fraunhofer IGB maßgeschneiderte Lösungen für den jeweiligen Bedarf.
Formulierung und Stabilitätsuntersuchungen von Düngemitteln und Pflanzenstärkungsmitteln
Pflanzen können sowohl über das Blatt als auch über den Boden gedüngt werden. Die sogenannte Blattdüngung ermöglicht im Gegensatz zur Bodendüngung die gezielte und exakt dosierbare Gabe einzelner Nährelemente zu einem festen Zeitpunkt ohne den Einfluss des Bodens (Festlegung der Nährstoffe, Auswaschung etc.) berücksichtigen zu müssen. Die Nährstoffe werden in verdünnter Form direkt auf die Blätter der Pflanze gespritzt und von dieser aufgenommen. Zur Vorbeugung und Behebung von Mängeln in der Pflanze gewinnt die Blattdüngung in der Erwerbslandwirtschaft damit generell immer mehr an Bedeutung. Dabei werden sowohl die klassischen Makronährstoffe (N, P, K, Ca, Mg und S) zur Blattdüngung verwendet als auch Mikronährstoffe wie Mangan und Eisen sowie weitere Spurenelemente, die einen positiven Beitrag zum Pflanzenwachstum leisten.
Nicht nur Düngemittel werden vermehrt für die landwirtschaftliche Produktion nachgefragt und eingesetzt, sondern auch sogenannte Pflanzenstärkungsmittel. Diese Präparate haben keine düngende Wirkung, sorgen aber dafür, dass die Pflanzen Nährstoffe besser und schneller aufnehmen. Weiterhin wird die Pflanze nachweislich resistenter gegen Schädlingsbefall und Krankheitserreger. Somit stellen Pflanzenstärkungsmittel – vor allem wenn sie aus natürlichen Substanzen gewonnen werden – eine sinnvolle und ökologische Alternative zu klassischen Pestiziden und Herbiziden dar.
Anwendungsbeispiel: Stabilisierung von Blattdüngern
Für einen Auftraggeber aus der Industrie hat das Fraunhofer IGB die Zusammensetzung von Blattdüngern auf der Basis natürlicher Rohstoffe überprüft. Das Hauptziel hierbei war, das optimale Verhältnis von Wirkstoff und Lösemittel zu bestimmen, um eventuell auftretende Nebenreaktionen zu verhindern. Des Weiteren konnten wir mittels Stabilitätsuntersuchungen zeigen, dass die Produkte die nach CIPAC[1] geforderte Lagerstabilität von zwei Jahren aufweisen und sich nach EU-Ökoverordnung 834/2007 zertifizieren lassen.
[1] www.cipac.org – Non-profit-Organisation, die Testmethoden für Pestizide und Düngemittel-Formulierungen anbietet.
Trocknung
Trocknungsverfahren spielen bei der Herstellung von Dünge- oder Pflanzenschutzmitteln eine wichtige Rolle. Sie erleichtern den Transport und die Lagerung von gewonnenen Nähr- und Wirkstoffen, etwa in Form von Pulvern. Somit bildet die Trocknung auch die Grundlage zur Herstellung von Düngerpellets.
Anwendungsbeipiel: Pflanzenschutzmittel für die ökologische Landwirtschaft
Düngemittel und biologische Schädlingsbekämpfung in einem: EcoBug-Pellets aus Resten der Rindergüllevergärung versetzt mit Cyanobakterien.
Pflanzenschutzmittel sind in der Landwirtschaft unerlässlich, um die angebauten Pflanzen vor Schädlingen zu schützen. Das Dilemma: Chemikalien bieten zwar einen effektiven Schutz, sind aber selbst schädlich für die Umwelt und können schlimmstenfalls auch die Produktqualität beeinträchtigen. Daher entwickelt das Fraunhofer IGB Pflanzenschutzmittel auf biologischer Basis, die nachhaltig produziert werden und keine Belastung für die Umwelt darstellen.
Trocknung von biologischen Abfallstoffen und Cyanobakterien mit überhitztem Wasserdampf
Die Trocknung der Gärreste und Cyanobakterien im Projekt EcoBug wurde mit einem neuartigen Trockner mit überhitztem Wasserdampf durchgeführt (superheated steam dryer, SHSD). Dieser am Fraunhofer IGB entwickelte Trockner bietet wesentliche Vorteile gegenüber den üblichen Trocknern mit Heissluft.
Durch die bessere Wärmeübertragung von Wasserdampf sind mit dem SHSD bei gleicher Temperatur höhere Trocknungsraten erreichbar als mit Heisslufttrocknern. Dies führt zu einem niedrigeren spezifischen Energieverbrauch von 0,75 – 0,90 kWh/kg entferntem Wasser im Vergleich zu Heisslufttrocknern mit 1,10 – 1,70 kWh/kg Wasser [1].
Trockner, der mit überhitztem Dampf bei atmosphärischem Druck trocknet.
Des Weiteren ermöglicht die höhere thermische Leitfähigkeit und Wärmekapazität von überhitztem Wasserdampf eine verbesserte Wärmeübertragung auf Mikroorganismen, wodurch diese inaktiviert werden und die Produkte pasteurisiert oder sterilisiert werden können. Da der überhitzte Wasserdampf in einem geschlossenen Kreislauf wieder aufgeheizt wird, entsteht überschüssiger Wasserdampf, der gemeinsam mit NH3 (aus den Gärresten) und leichtflüchtigen organischen Verbindungen (VOCs) aus dem SHSD abgeleitet wird. Im SHSD können die flüchtigen Substanzen dann aus dem überhitzten Dampf kondensiert werden. Das ermöglicht die Rückgewinnung wertvoller Substanzen wie flüchtiger Fettsäuren (VFA) und NH3. Zusätzlich wird so das Problem von VOC- und NH3--Emissionen gegenüber konventionellen Heisslufttrocknern vermieden.
Literatur
[1] Desai, D. K. et al. (2009) Superheated Steam Drying of Brewer’s Spent Grain in a Rotary Drum, Advanced Powder Technology, Vol. 20, Issue 3, pp. 240-244