EcoBug – Düngepellets für den Ökolandbau mit Insekten-Repellentaktivität

Im Ökolandbau dürfen keine chemisch synthetisierten Pestizide oder Dünger verwendet werden. Nach Richtlinien des Ökolandbaus angebaute Kohlsorten oder Raps werden daher recht häufig von Kohlfliegen, einem weit verbreiteten Pflanzenschädling, befallen. Dies führt mitunter zu starken Ernteeinbußen.

Gärreste enthalten wertvolle Pflanzennährstoffe wie Stickstoff, Phosphor und Kalium, die für das Pflanzenwachstum essenziell sind. Zudem gibt es eine Reihe von Cyanobakterien, insbesondere fädige Cyanobakterien aus der Familie der Oscillatoriales, die eine nachgewiesene Repellentaktivität gegen Kohlfliegen besitzen. Indem sie die Eiablage verhindern, wird der Kohl nicht vom Schädling befallen. Idee und Ziel des EcoBug-Projekts war es deshalb, ein neues, kombiniertes Produkt für den Ökolandbau zu entwickeln: Gärreste sollten als Dünger aufgearbeitet und mit Cyanobakterienbiomasse, die als Repellent gegen die Kohlfliege wirkt, in Form von Pellets kombiniert werden.

In den vom Fraunhofer IGB entwickelten Flachplatten-Airlift (FPA)-Reaktoren können auch besonders scherempfindliche Mikroalgen photoautotroph nur mit Licht, CO₂ und mineralischen Nährstoffen kultiviert werden. Im Projekt wurden für verschiedene fädige Cyanobakterien mit nachgewiesener Repellentaktivität gegen Kohlfliegen Prozesse für Repeated Fed-batch als auch für die kontinuierliche Kultur in FPA-Reaktoren entwickelt. Erstmals wurden fädige, scherempfindliche Cyanobakterien in FPA-Reaktoren kultiviert und sowohl die Wachstumsrate als auch die erzielbare Biomassekonzentration optimiert. Hier ist insbesondere die Lichtintensität auf der Reaktoroberfläche im Verhältnis zur Zellkonzentration im Reaktor der wichtigste Kultivierungsparameter.

Die Pellets mit Düngewirkung wurden aus Gärresten der Güllevergärung von ausgewählten Höfen des Ökolandbaus erzeugt werden. Der anaerobe Abbau von Rindergülle zu Biogas wurde in einem zweistufigen Gas-Lift-Reaktor mit 2 x 100 Litern Reaktorvolumen optimiert. Bei nur 14 Tagen hydraulischer Verweilzeit wurde eine Biogasproduktion von rund 300 Litern pro kg organische Trockenmasse erzielt. Die nicht weiter vergärbaren Reste wurden getrocknet und am Fraunhofer IME die Düngewirkung in einem Gefäßversuch mit deutschem Weidelgras untersucht und bestätigt. Weidelgras bietet den Vorteil, dass in einem relativ kurzen Zeitraum von nur drei Monaten drei Ertragsschnitte durchgeführt werden können und somit ein hoher Nährstoffentzug durch die Pflanzen erreicht werden kann.

Durch die Kultivierung der Cyanobakterien in den FPA-Reaktoren konnten wir ausreichend Biomasse zweier ausgewählter Stämme produzieren, diese trocknen und vor der Pelletierung mit den getrockneten Gärresten aus der Güllevergärung vermischen. Die Trocknung der Cyanobakterienbiomasse und der Gärreste zu stabilen Cyanobakterienflocken und Gärresten erfolgte in einem ebenfalls am Fraunhofer IGB entwickelten Trockner mit überhitztem Dampf (SHS-Trockner, superheated steam) bei atmosphärischem Druck (Arbeitstemperatur 120–160 °C, Verweilzeit 20–30 min). Der Einsatz von überhitztem Dampf zur Trocknung bietet hervorragende Möglichkeiten, den Trocknungsprozess im Hinblick auf Trockenzeit, Energieverbrauch und weiteren Parametern wie die Produktqualität zu optimieren.

Auf diese Weise haben wir kombinierte Dünger-Pflanzenschutz-Pellets mit zwei verschiedenen Cyanobakteriengehalten hergestellt. Die Düngewirkung und die Repellentaktivität der Pellets wurden anschließend in Feldversuchen im Kohlanbau in Ungarn und Spanien überprüft. Unsere Projektpartner in Ungarn und Spanien erzielten beide ein sehr positives Ergebnis: Kohlrabi und Weißkohl, die mit den kombinierten Pellets gedüngt wurden, wuchsen erheblich besser als nicht gedüngte Pflanzen. Bei keiner der im Feldversuch mit den kombinierten Pellets gedüngten Pflanzen wurde ein Befall mit Kohlfliegen festgestellt.

Die positiven Feldversuche im Kohlanbau zur Repellentaktivität und Düngewirkung in Ungarn und Spanien haben gezeigt, dass mit den EcoBug-Pellets ein hervorragend geeignetes Produkt für die bislang unzulängliche Schädlingskontrolle im Ökolandbau zur Verfügung steht. In Zukunft müssen allerdings die Herstellkosten der unterschiedlichen Prozessschritte noch optimiert werden, um die Pellets zu konkurrenzfähigen Preisen anbieten zu können. Das Prinzip Düngepellets ist auch auf andere Gärreste aus der Vergärung landwirtschaftlicher Abfälle übertragbar, um weitere organische Reststoffe als Düngepellets nutzen zu können.