Sensoren steuern exakte Düngung

Um optimale Ernteerträge zu erzielen, setzen Landwirte rund um den Globus Düngemittel ein. Nicht selten mit schädlichen Folgen, da sie zuviel Dünger auf den Anbauflächen ausbringen. Dadurch gelangt Nitrat in Grundwasser und Gewässer, was wiederum zu einem Überangebot an Nährstoffen führt und das Ökosystem aus dem Gleichgewicht bringt. Durch die Nitratbelastung entstehen zum Beispiel auch den Wasserwerken höhere Kosten bei der Aufbereitung des Wassers. Abhilfe, so unlängst ein von der Bundesregierung eingesetzter Sachverständigenrat, könnte die Einführung einer Art Stickstoff-Buchhaltung für Landwirtschaftsbetriebe schaffen.

Schon seit längerem moniert die Europäische Kommission, dass in Deutschland die europäischen Grenzwerte überschritten würden. Allerdings können Landwirte bald auch selbst den Düngebedarf des Bodens exakt ermitteln. Ohne Labor, unkompliziert an Ort und Stelle. Und zwar mit Hilfe eines Nitratsensors, den Nicolas Plumeré an der Ruhr-Universität Bochum entwickelt hat. Schon seit seiner Kindheit, sagt der 35jährige Sohn eines Bauern aus dem Elsass, habe ihn die Frage beschäftigt, wie viel Düngemittel die einzelnen Kulturen benötigen. Eine Frage, die ihn letztlich "in die Wissenschaft geschleppt hat."

Kleiner als ein Smartphone

Und nach dem Studium der Chemie und der Elektrochemie hat er die Lösung gefunden. In Gestalt eines Gerätes, das kleiner als ein Smartphone ist und nach seinen Worten problemlos von jedem Landwirt bedient werden kann. Im Unterschied zu bisherigen Methoden zur Ermittlung des Nitratwertes wie der Analyse von Boden- und Pflanzenproben in einem Labor. Das kostet nicht nur Geld, sondern auch entscheidende Zeit. Die Landwirte, so Nicolas Plumeré, erhalten die Ergebnisse für die Kalkulation des Düngeeinsatzes zum richtigen Zeitpunkt, und nicht zu spät.

Zurzeit setzen Landwirte bis zu doppelt so viel Dünger ein wie die Nutzpflanzen tatsächlich benötigen. Darüber hinaus belastet die Produktion der Stickstoffdünger selbst auch das Klima. Zur Verdeutlichung: Jährlich verschlingt die Herstellung des Düngers gut ein Prozent des globalen Energiebedarfs und kostet hunderte Millionen Euro. Denn die Kosten für die Düngemittelproduktion hängen vom Erdölpreis ab. Steigt der Erdölpreis, verteuern sich auch die Düngemittel. Das von Nicolas Plumeré entwickelte Messgerät schont nicht nur die Umwelt, sondern im Endeffekt auch das Budget der Landwirte. "Gibt ein Landwirt weniger für Düngemittel aus, hat er am Ende noch Geld übrig."

Ein Tropfen genügt

Der Nitratsensor funktioniert ähnlich wie ein Blutzuckermessgerät. Der Landwirt ritzt einen Pflanzenstängel an, um einen winzigen Tropfen Pflanzensaft zu gewinnen. Der wird von einem Messstäbchen aufgesogen. Das ist eine Art bedruckter Streifen aus Papier oder Kunststoff mit leitfähigem Kohlenstoffmaterial, das ein reagierendes Enzym enthält. "So erhalten wir einen isolierten Stromwert, der der Nitratreduktion entspricht." Und nur dieser Wert wird gemessen. Ob die Pflanze im Boden noch Dünger benötigt oder nicht, das kann der Landwirt nun direkt ablesen.

Nach erfolgreichen Versuchsreihen mit Mais und Weizen steht für Nicolas Plumeré und das Team vom Zentrum für Elektrochemie an der Ruhr-Universität Bochum die Einsatzfähigkeit bei jeder anderen Kultur fest. Inzwischen steht das Genehmigungsverfahren für ein Patent vor dem Abschluss. Außerdem laufen bereits Verhandlungen mit Unternehmen aus den USA und den Niederlanden für die Serienproduktion dieses Nitratsensors. Eben aus Ländern mit einer intensiven Landwirtschaft.

Nützlich für Entwicklungsländer

Aber bei der Entwicklung dieses Messgerätes ging es den Wissenschaftlern mehr noch um globale Aspekte. Vor allem um Länder, in denen bislang so gut wie keine Bodenproben vorgenommen werden. Insbesondere in den Entwicklungsländern, in denen überdurchschnittlich viel Düngemittel verwendet werden. "Da kann man locker die Hälfte der Düngemittel einsparen", zeigen sich die Wissenschaftler von der Universität Bochum überzeugt.

Die Herstellungskosten des Messgerätes beziffert Plumeré auf rund 100 Euro. Die für die Einzeluntersuchungen erforderlichen Messstäbchen kosten weniger als einen Euro. Mit einem einmaligen Test ist es aber nicht getan. Erst eine regelmäßige Kontrolle liefert die Informationen für eine richtige Düngung. "Während der Wachstumsperiode sollte der Landwirt regelmäßig einmal pro Woche testen, ob der Einsatz von Dünger schon nötig ist oder ob er noch warten kann." Das reduziert nicht nur den finanziellen Aufwand des Landwirtes, sondern schont auch die Umwelt.