In vielen Regionen Deutschlands ist das Grundwasser mit Nitrat belastet. Das liegt am Einsatz von Stickstoffdünger. Selbst wenn die Landwirte Überdüngung vermeiden, können sie dennoch das Problem verschärfen. Regen wäscht den Dünger schneller aus als die Pflanzen ihn verbrauchen können. Er landet im Grundwasser, in Flüssen und Seen. Zudem emittiert er Lachgas, das 300 mal klimaschädlicher ist als Kohlendioxid.


Bild: Roberto Schirdewahn

Biopolymer als Trägermaterial

Das lässt sich ändern, sagen Forscher der Ruhr-Universität Bochum (RUB). Professor Eckhard Weidner vom Lehrstuhl für Verfahrenstechnische Transportprozesse und Sulamith Frerich, die die Juniorprofessur für Virtualisierung verfahrenstechnischer Prozesse in Bochum innehat, entwickeln Biopolymere aus Zucker und Stärke. Diese sind biologisch abbaubar, ohne die Umwelt zu schädigen. Daraus stellen die Forscher Chips her, die denen ähneln, die empfindliche Waren beim Transport vor Schäden schützen.

Freisetzung kann Tage dauern

Die Chips aus Bochum sind neben ihrer Umweltverträglichkeit auch das Schlüsselelement gegen die Auswaschung von Nitraten. Sie enthalten Stickstoffdünger, der parallel zur Zersetzung des Biopolymers freigesetzt wird. Das kann Tage dauern, in denen die Pflanzen die synthetische Nahrung optimal verwerten können. Wenn die Chips in fließendem Wasser liegen, eine Versuchsanordnung, die in der Natur nicht vorkommt, liegt die Verzögerung bei zwei Stunden.


Als Kapselmaterial verwenden die Bochumer Forscher einen Biopolymerschaum aus Polymilchsäure, kurz PLA vom englischen Begriff polylactic acid. Die Milchsäure kann zum Beispiel aus Mais oder Zuckerrüben gewonnen werden. Mit verschiedenen Techniken erprobte Weidners Doktorandin Diana Keddi, wie sie ein Stickstoffdüngerdepot in dem Biopolymer anlegen kann, wobei sie Harnstoff als stickstoffhaltige Modellsubstanz verwendete.

Auf die Temperatur kommt es an

„Die größte Herausforderung war die Verarbeitung des Biopolymers, ohne den Harnstoff dabei thermisch zu zersetzen“, so Keddi. Harnstoff schmilzt bei etwa 130 Grad Celsius. Die für die PLA-Verarbeitung erforderliche Temperatur muss also darunter liegen. Bei Normaldruck ist das nicht der Fall, dann schmilzt Polymilchsäure je nach Typ erst bei 140 bis 170 Grad Celsius. Erhöht sich jedoch der Gasdruck, verringert sich die Schmelztemperatur. Es zeigte sich, dass die Herstellung der Düngechips in einer Kohlendioxidatmosphäre bei einem Druck von 200 bis 350 bar gelang.

via RUB

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