Wie für alle Pflanzen und Tiere gilt auch für uns Menschen: ohne Phosphor kein Leben. Er steckt in unseren Knochen, in unserer DNA und ist an lebenswichtigen Prozessen in unserem Körper beteiligt. Aufnehmen können wir Phosphor nur über unsere Nahrung, welche direkt als pflanzliche Lebensmittel oder indirekt als Futtermittel in der Fleischproduktion von den landwirtschaftlichen Anbauflächen stammt. Dort wird Phosphor als Düngemittel eingesetzt, um ein optimales Pflanzenwachstum sicherzustellen. In der konventionellen Düngemittelproduktion werden dazu Rohphosphate eingesetzt, welche eine endliche Ressource darstellen und weltweit nur von wenigen Exportländern angeboten werden. Neben den wirtschaftlichen Abhängigkeiten können die Rohphosphate Verunreinigungen enthalten, die schlussendlich die landwirtschaftlich genutzten Böden und das Grundwasser in Deutschland belasten. Ein Teil des Phosphors, den wir aufnehmen, scheiden wir wieder aus. Er wird während der Abwasseraufbereitung im Klärschlamm konzentriert und kann der Düngemittelproduktion, als auch der gesamten Wirtschaft als weitere Phosphorquelle dienen. Deshalb soll ab dem Jahr 2029 Phosphor aus Klärschlamm von größeren Abwasserbehandlungsanlagen in Deutschland zurückgewonnen werden. Später sollen auch kleinere Abwasserbehandlungsanlagen folgen. Auf dem Weg dahin sind einige Herausforderungen erkannt worden, die in den nächsten Monaten und Jahren angegangen werden. Dazu hat das Land Berlin gemeinsam mit dem Bundesumweltministerium, dem Bundeslandwirtschaftsministerium, zwölf weiteren Bundesländern sowie Verbänden und Unternehmen eine Erklärung unterzeichnet. Das Land Berlin hat innerhalb des Unterzeichnerkreises eine besondere Stellung, denn es wird in der neu zu gründenden Länderarbeitsgruppe den Vorsitz einnehmen. In dieser Arbeitsgruppe werden die Herausforderungen diskutiert und Lösungen eingeleitet. Damit kommen wir dem Ziel, den Phosphorkreislauf zu schließen, einen großen Schritt näher.
Perspektiven für eine umweltverträgliche Nutztierhaltung Die Nutztierhaltung schädigt Luft, Böden, Gewässer und sie belastet das Klima. Die negativen Auswirkungen lassen sich durch kurzfristig umsetzbare verfahrenstechnische Maßnahmen (wie emissionsärmere Stallsysteme), eine bessere räumliche Verteilung der Tiere und eine Verringerung von Produktion und Konsum tierischer Lebensmittel deutlich mindern, so eine Veröffentlichung des Umweltbundesamtes. Deutschland ist verpflichtet, nationale und internationale Umwelt- und Klimaschutzziele einzuhalten. Das gilt auch für die Landwirtschaft. Da die Nutztierhaltung gravierende Auswirkungen auf Böden, Gewässer, Luft und Klima hat, sind zum Erreichen der Ziele Veränderungen in diesem Bereich unabdingbar. Die Veröffentlichung „Perspektiven für eine umweltverträgliche Nutztierhaltung“ des UBA gibt einen Überblick zu den derzeitigen Strukturen der Nutztierhaltung in Deutschland und deren Auswirkungen auf Umwelt und Klima. Neben den Einträgen von Nährstoffen (Stickstoff und Phosphor) und den Emissionen von Treibhausgasen (Methan und Lachgas) sowie Luftschadstoffen (unter anderem Ammoniak) werden auch umweltrelevante Einträge von Pflanzenschutzmitteln, Tierarzneimitteln und Bioziden betrachtet. Mit kurzfristig umsetzbaren verfahrenstechnischen Maßnahmen wie zum Beispiel einem effizienteren Umgang mit Wirtschaftsdünger und dessen vermehrter Vergärung in Biogas-Anlagen, emissionsärmeren Stallsystemen und einer nährstoffangepassten Fütterung der Tiere sowie einer besseren räumlichen Verteilung der Nutztiere auf die verfügbare landwirtschaftliche Fläche können tierische Nahrungsmittel effizienter und umweltverträglicher produziert werden. Das Potenzial dieser Maßnahmen ist jedoch begrenzt. Insbesondere für zwei wesentliche Probleme reichen die beschriebenen Maßnahmen nicht aus: der große Flächenbedarf im In- und Ausland für den Anbau von Futtermitteln und die Emission von Treibhausgasen durch die Nutztierhaltung. Auch bei einer Umsetzung der technischen Maßnahmen und einer verbesserten Verteilung der Tiere würden die Umwelt- und Klimaziele der Landwirtschaft voraussichtlich nicht erreicht. Daher müssen die Produktion und der Konsum von tierischen Lebensmitteln in Deutschland verringert werden – und zwar parallel. Es ist nicht sinnvoll, wenn nur der Nutztierbestand verringert wird, aber dafür mehr Produkte aus dem Ausland importiert werden und dort zu einer höheren Umwelt- und Klimabelastung führen. Umgekehrt ist es wirkungslos, wenn zwar der Konsum in Deutschland sinkt, die bestehenden Produktionskapazitäten aber genutzt werden, um mehr tierische Lebensmittel zu exportieren. Damit würde die Umwelt- und Klimabelastung in Deutschland nicht verringert werden. Eine Reduzierung der Nutztiere hätte zahlreiche positive Umwelteffekte. Neben weniger Treibhausgasen und geringeren Flächenbedarfen entlasten weniger Nutztiere auch den Stickstoff- und Phosphorkreislauf und ermöglichen eine stärkere Flächenbindung. Durch ein größeres Platzangebot können Tierwohl und Tiergesundheit gefördert werden, zum Beispiel durch mehr Auslauf und Weidehaltung. Daneben verringern weniger Nutztiere auch das Risiko der Entstehung von Zoonosen. Weniger Konsum von tierischen Lebensmitteln führt zu individuellen und gesellschaftlichen Vorteilen durch eine gesündere, stärker pflanzenbasierte Ernährungsweise. Das Papier geht auch darauf ein, welche Maßnahmen eine solche Entwicklung unterstützen können, zum Beispiel mit ökonomischen Instrumenten wie Steuern, mit einer Veränderung der Gemeinsamen Agrarpolitik der EU (GAP) und über eine verbesserte Bildung und Aufklärung über nachhaltige Ernährung. Dabei wird deutlich, dass neben der Produktion der Konsum eine wichtige Rolle spielt und sich die Ernährungsweisen verändern müssen.
Das Projekt "Teilvorhaben 2: Bioenergetische Nutzung und P-Effizienz von Phalaris-Leguminosen-Anbausystemen - Evaluierung und Optimierung von Anbau, Fermentation, Verbrennung" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Universität Bergakademie Freiberg, Institut für Wärmetechnik und Thermodynamik, Lehrstuhl Gas- und Wärmetechnische Anlagen durchgeführt. Der Fokus des geplanten Projektes 'PhaNoMix' liegt auf der Untersuchung, züchterischen Optimierung und Etablierung von Mischanbausystemen mit Rohrglanzgras und Leguminosen (Rotklee, Steinklee), um eine Verbesserung der Ressourceneffizienz und Stressresilienz der Pflanzenbestände sowie Erhöhung der Bioenergieerträge pro Flächeneinheit und Biodiversität der Kulturlandschaft zu erreichen. In dem bearbeiteten Teilvorhaben werden die einzelnen Komponenten für den Mischanbau zunächst hinsichtlich ihrer Phosphor- und Spurenelementerschließungseffizienz charakterisiert und bewertet, worauf basierend eine Etablierung von Nährstoffeffizienten Mischbeständen erfolgt. Bei der energetischen Verwertung der Biomasse werden sowohl die Verbrennung als auch die anaerobe Fermentation berücksichtigt werden, wobei der Schwerpunkt der Untersuchungen in dem Vorhaben die anaerobe Fermentation einnehmen wird, da sich mit der Nutzung der Gärreste als Dünger Nährstoffkreisläufe schließen lassen, was insbesondere für den landwirtschaftlichen Phosphorkreislauf ökologische Vorteile bietet. Bei der Verfahrensentwicklung wird zunächst der generelle Einfluss von Kumarin auf die Prozessstabilität bei der anaeroben Fermentation untersucht und der Einfluss von Kumaringehalten in Steinklee evaluiert. Die Fermentation wird hinsichtlich des günstigsten Mischungsverhältnisses der Substratmischung und der höchsten Biogasausbeute optimiert werden. Im Zuge der Prozessentwicklung werden bei der Verbrennung und Fermentation die maximal mögliche Einsatzmenge von Rohrglanzgras, der Einfluss des Leguminosenanteils auf die Vergärung und Verbrennung, Gasmenge und -qualität, sowie entstehende Abgasemissionen ermittelt und wichtige Prozessparameter bewertet. Darauf aufbauend werden die günstigsten Komponenten für den Mischanbau in Feldversuchen im Hinblick auf Ressourceneffizienz in der Rhizosphäre bewertet und die Biomasse in die etablierten Verfahren eingeführt, was zur abschließenden Erfolgskontrolle dienen wird.
Das Projekt "Untersuchungen zum Verständnis des Phosphorzyklus in Wald-Ökosystemen auf molekularer Ebene" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Rostock, Institut für Physik durchgeführt. Als Reaktion auf das Problem der Phosphorverknappung wurden eine Reihe von sogenannten Phosphorplattformen initiiert, welche die Aktivitäten auf dem Gebiet der Phosphorforschung bündeln und den Kenntnisstand zum Thema Phosphor (P) substantiell verbessern sollen. Ziel ist eine effiziente und nachhaltige Nutzung der verfügbaren Phosphorressourcen. In diesem Rahmen setzt das Schwerpunktprogramm (SPP) 1685 den Fokus auf diejenigen Prozesse, die den Phosphorkreislauf im Ökosystem Wald bestimmen. Das vorliegende Projekt soll die Anstrengungen innerhalb des SPPs methodisch und konzeptionell erweitern, in dem P-relevante Prozesse an Oberflächen mit Methoden der Computerchemie auf molekularer Ebene untersucht werden. Während die experimentellen Arbeiten darauf ausgerichtet sind, beispielsweise P-Verbindungen an den verschiedenen Testfeldern in ihrer Häufigkeit und Reaktivität zu charakterisieren, ergeben sich durch die Nutzung von computerchemischen Methoden Möglichkeiten, zum detaillierten Verständnis der experimentellen Daten beizutragen. Ziel dieses Projektes ist es, die grundlegenden Mechanismen bei der P-Bindung an Oberflächen im Boden zu bestimmen und beeinflussende Faktoren zu untersuchen. Dazu sollen molekulare Modelle für P-relevante Prozesse im Boden entwickelt und in numerischen Simulationsprotokollen implementiert werden. Dabei können wir auf bestehende Vorarbeiten zu agrarischen Ökosystemen aufbauen. In Kooperation mit experimentellen Partnern im SPP und an der Universität Rostock sollen folgende Fragen beantwortet werden: (i) Welche Bindungsmotive gibt es für organische und anorganische P-Verbindungen an Mineraloberflächen im Boden und was sind die Bindungsenergien? Wie werden diese Eigenschaften z.B. durch den pH-Wert beeinflusst? (ii) Wie hängt die Bindung von der Art und den Eigenschaften der Oberfläche ab, z.B. Vergleich alkalische (Ca) vs. saure (Al,Fe-Oxide) Oberflächen, wie sie für die verschiedenen Testfelder im SPP typisch sind. (iii) Welchen Einfluss hat die Bedeckung der Oberfläche mit für Waldböden typischen organischen Substanzen, die z.B. aus der Aktivität von Mikroben stammen. (iv) Welche Unterschiede/Gemeinsamkeiten gibt es zwischen der P-Bindung an Mineraloberflächen und an makromolekularen organischen Bodensubstanzen?
Das Projekt "Planktonische Archaeen - Phosphor Affinität und Aufteilung (PAPAA)" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Academy of Sciences of the Czech Republic - Biology centre CAS durchgeführt. Dieses Projekt untersucht die Wege und Flüsse in der Wiederaufarbeitung von Nährstoffen im ozeanischen Oberflächenwasser durch die Quantifizierung der Phosphat-Affinität sowie der Freisetzung von organischen Phosphonaten und Phosphat-Estern durch den Modell-Organismus, Nitrosopumilus Maritimus, einem weit verbreiteten planktonischen Archaeon. Dieser Mikroorganismus spielt eine bedeutsame Rolle, sowohl im globalen Stickstoffkreislauf, da er sich zur Energiegewinnung auf die Umwandlung von wiederverwendetem Stickstoff (i.e., Ammonium) zu anorganischem Nitrit spezialisiert hat, als auch im globalen Kohlenstoffkreislauf, nachdem er anorganischen Kohlenstoff aufnimmt und in seine Zellstruktur integriert. Aufgrund des sehr geringen Volumens der einzelnen Zellen, könnte die hohe Phosphat-Affinität und Aufnahmekapazität gemeinsam mit dem Zugriff auf das Reservior von gelöstem organischem Phosphor (DOP), Nitrosopumilus Maritimus einen Wettbewerbsvorteil verschaffen, in Regionen des Ozeans, in denen Phosphat-Limitierung vorherrscht. Die vorgestellte Studie wird die Rolle von N. Maritimus im Phophorkreislauf des Meeres untersuchen, indem die Aufnahme und Verteilung von Phosphor quantifiziert werden wird und neue Methoden zur Isolierung und chemischen Charakterisierung dazu verwendet werden Makromoleküle zu identifizieren die Phosphor enthalten. Im Detail, werde ich eine bestehende Methode, die auf der Bindung von Phosphor an ein Eisenoxid-Harz basiert, optimieren, um damit DOP aus dem Meerwassermedium zu isolieren und im Anschluss mit Hilfe von Flüssigkeitschromatographie/Tandem-Massenspektrometrie strukturell zu analysieren und komponenten-spezifisch zu quantifizieren. Die vorgestellte Methode zur DOP Characterisierung ermöglicht erstmals die Identifikation makromolekularer organisch-gebundener Phosphor Moleküle, gemeinsam mit den damit verbundenen Flüssen dieser Komponenten. Diese Erkenntnisse sind essentiell für die Untersuchung von Biosynthesewegen und biologischer Verfügbarkeit von DOP, welche bisher einen Widerspruch darstellen, der mikrobiologische wie auch geochemische Untersuchungen der räumlichen Verteilung und des Umsatzes von, in der Umwelt angereichertem, DOP erschwert. Zusätzlich zu diesen primären Zielen werden die kombinierten Ergebnisse dieser Studie auch Schätzungen von Zellhaushalt und Fluss von Kohlenstoff, Stickstoff und Phosphor in Nitrosopumilus Maritimus ermöglichen, der eine spezifische Nische im Phosphorkreislauf der Meere einnehmen könnte.
Das Projekt "Teilprojekt C" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Brandenburgische Technische Universität Cottbus-Senftenberg, Institut für Boden, Wasser, Luft, Lehrstuhl Bodenschutz und Rekultivierung durchgeführt. Im Rahmen von InnoSoilPhos sollen innovative Lösungen für die Phosphor (P)-Kreisläufe im System Boden-Pflanze-Umwelt erarbeitet werden, um die Abhängigkeit von externen P-Quellen aus Gesteinsphosphaten radikal zu senken. Dazu sollen die wissenschaftlichen Grundlagen in zwei Richtungen erarbeitet werden: (1) Erhaltung und Erhöhung der P-Verfügbarkeit im Boden, und (2) Nutzensnachweis und Technologieentwicklung für alternative P-haltige Produkte zum Schließen des wirtschaftlichen P-Kreislaufes. Im WP 1-1 der BTU CS sollen die Mechanismen der P-Bindung an unterschiedlichen Hydroxid-Oberflächen und ihr Einfluss auf das P-Desorptionsverhalten untersucht werden. Von besonderem Interesse sind vor allem die Auswirkungen von organischen Komponenten, die Aggregatbildung im Boden sowie die Umbildung von Hydroxiden auf die P-Verfügbarkeit.
Das Projekt "Teilprojekt B" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Universität München, Lehrstuhl für Pflanzenernährung durchgeführt. Übergreifendes Ziel ist die Verbesserung der wissenschaftlichen Grundlagen zur Erhöhung der P Effizienz in landwirtschaftlichen Böden bei Erhalt ihrer P-Fruchtbarkeit und unter Einsatz neuer Technologien. WP1.3 beschäftigt sich mit der Identifizierung von Mikroorganismen, die die Mobilisierung von P katalysieren und deren Einfluss auf andere Nährstoffkreisläufe. Ferner soll die Rolle von Mikroorganismen als labiler (leicht verfügbarer P Speicher) untersucht werden. WP2.1 befasst sich mit einer langfristig nachhaltigen Nutzung der P-Reserven von Böden und damit der Einsparung mineralischer P-Quellen. Basis sind bis zu 40-jährige Langzeitfeldexperimente sowie Versuche in landwirtschaftlichen Betrieben, die die standortspezifische Wirkung einer P-Düngung prüfen und mit Hilfe von Standortdaten zur P-Dynamik bewerten und interpretieren. Die Erfassung von Pflanzen- und Bodenparametern geschieht mit Hilfe modernster Nah- und Fernerkundungssensoriken.
Das Projekt "Teilprojekt F" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Bergische Universität Wuppertal, Fachbereich D, Institut für Grundbau, Abfall- und Wasserwesen, Lehr- und Forschungsgebiet Boden- und Grundwassermanagement durchgeführt. InnoSoilPhos hat zum Ziel, die Bodenfruchtbarkeit bezüglich Phosphor zu optimieren und unabhängiger von Mineraldünger-P zu werden. Die P-Nutzungseffizienz soll durch neue Technologien und Produkte verbessert sowie sozioökonomische und politisch-rechtliche Rahmenbedingungen weiterentwickelt werden. Im geplanten Vorhaben (WP2-4, InnoSoilPhos 2) wird der Einfluss des Redoxpotentials (EH) auf die Verfügbarkeit, Speziierung, Bindungsformen, Auswaschungskinetik und Mobilisierungsdynamik von Phosphor in landwirtschaftlich genutzten Böden pleistozäner norddeutscher Landschaften systematisch untersucht. Dabei werden Überflutungen und verschiedene Trocken-Nass-Zyklen im Labormaßstab simuliert. Hierbei kommt eine moderne computergesteuerte Experimentalanlage zum Einsatz, die sog. biogeochemischen Mikrokosmen mit automatisierter Steuerung. Diese einzigartige Versuchsanlage ermöglicht es, das EH vordefiniert und kontrolliert einzustellen und gleichzeitig die steuernden Faktoren wie EH, pH und Temperatur in real time zu beobachten und zeitlich hochauflösend per Datenlogger aufzuzeichnen. Die einzustellenden Redoxpotentiale in den zu untersuchenden Böden orientieren sich an den im Freiland auftretenden realen Feldbedingungen. Das Projekt (WP2-4) ist sehr gut eingebettet in den Ansatz des Gesamtprojektes InnoSoilPhos 2 von der atom- und molekularen Skalenebene, über die Parzellen-, Feld- und Einzugsgebietsskala mit Auswirkungen auf die betriebliche und gesellschaftliche Ebene. Proben aus den im WP2-4 durchgeführten Experimenten werden zur weiteren Analyse anderen Projektpartnern zur Verfügung gestellt und gemeinsam bearbeitet. Die im WP2-4 erzielten Ergebnisse werden von anderen Teilprojektpartnern gemeinsam mitgenutzt, um eine optimale Zusammenarbeit zu gewährleisten.
Das Projekt "Teilprojekt A" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Business Unit Metals, Energy and Water, BL Energy & Enironment, PL Thermal Processing durchgeführt. P-Recycler haben Verfahren und Produkte entwickelt, die mangels Nachfrage nicht in den Markt kommen oder weit unter Wert verkauft werden. Dabei stützen Glühphosphat aus Asche (AshDec) und Struvit die Hypothese, dass sie den Anforderungen des NextGen Konzepts bereits entsprechen: i) Nährstoffabgabe erst nach Freisetzung von Wurzelexudaten, gewissermaßen auf Wunsch der Pflanzen, ii) Silizium (AshDec), dem die Stärkung der Zellwände, die Verbesserung der Resilienz, sowie die Behinderung der Phosphatfixierung in sauren Böden zugeschrieben wird und iii) Magnesium (Struvit), das Enzyme aktiviert und essentiell für die Photosynthese ist. CLOOP wird Nährstoffspezies, Eigenschaften und Wirkung der Dünger durch chemische, mineralogische und ökologische Analysen, analytische Methodenentwicklung, sowie durch Gefäß- und Feldversuche in Deutschland, Brasilien und Australien dokumentieren. Die Ausrichtung auf subtropische und tropische Regionen mit hochproduktiver Landwirtschaft bringt Perspektiven, die in Europa noch wenig Beachtung finden: Nährstoffverluste durch Erosion, Leaching und P-Fixierung wobei letztere durch Starkregen und saure Böden mit hoher Fe- und Al-Konzentration wesentlich intensiver ausfallen. Unter diesen Bedingungen können die besonderen Eigenschaften der Recyclingdünger erforscht und festgestellt werden, unter welchen Voraussetzungen sie einen messbaren Vorteil für den Landwirt bringen und damit den Nutzwert erhöhen, so dass Recyclingdünger auch nachgefragt werden. CLOOP verfolgt das Ziel, Dünger aus den Sekundärrohstoffen Klärschlamm und Klärschlammasche, deren Nährstofffreisetzung mit dem Nährstoffbedarf der Nutzpflanzen korreliert, auf den Markt zu bringen.
Das Projekt "Teilprojekt C" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM) - Fachbereich 4.4 - Thermochemische Reststoffbehandlung und Wertstoffrückgewinnung durchgeführt. P-Recycler haben Verfahren und Produkte entwickelt, die teilweise mangels Nachfrage nicht in den Markt kommen oder weit unter Wert verkauft werden. Dabei stützen Glühphosphat aus Asche (AshDec) und Struvit die Hypothese, dass sie den Anforderungen des 'NextGen Fertilizer Konzepts' bereits entsprechen: i) keine Wasserlöslichkeit aber volle Verfügbarkeit für Pflanzen, ii) Silizium (AshDec), dem die Stärkung der Zellwände, die Verbesserung der Resilienz, sowie die Behinderung der Phosphatfixierung in sauren Böden zugeschrieben wird und iii) Magnesium (Struvit), das Enzyme aktiviert und essentiell für die Photosynthese ist. CLOOP wird Nährstoffspezies, Eigenschaften und Wirkung der Dünger durch chemische, mineralogische und ökologische Analysen, analytische Methodenentwicklung, sowie durch Gefäß- und Feldversuche in Deutschland, Brasilien und Australien dokumentieren. Die Ausrichtung auf subtropische und tropische Regionen mit hochproduktiver Landwirtschaft bringt Perspektiven, die in Europa noch wenig Beachtung finden: Nährstoffverluste durch Erosion, Leaching und P-Fixierung wobei letztere durch Starkregen und saure Böden mit hoher Fe- und Al-Konzentration wesentlich intensiver ausfallen. Unter diesen Bedingungen können die besonderen Eigenschaften der Recyclingdünger erforscht und festgestellt werden, unter welchen Voraussetzungen sie einen messbaren Vorteil für den Landwirt bringen und damit den Nutzwert erhöhen, so dass Recyclingdünger auch nachgefragt werden.
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| Boden | 33 |
| Lebewesen & Lebensräume | 34 |
| Luft | 25 |
| Mensch & Umwelt | 35 |
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| Weitere | 35 |