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Nitratsensor: Schluss mit Überdüngung - Feldanalytik in der Landwirtschaft

Viel hilft viel? – Leider nein. Der exzessive Umgang mit Düngemitteln hat katastrophale Folgen für Umwelt, Gesundheit und Klima. Doch es fehlt Landwirten eine Möglichkeit zur genauen Nitratbestimmung, um die Düngemenge genau anzupassen. Dr. Nicolas Plumeré, Elektrochemiker an der Ruhr-Universität Bochum entwickelt mit seinem Team einen Nitratsensor, mit welchem Landwirte bald selbst den Nitratgehalt der Feldpflanzen bestimmen können.

Zurzeit setzen Landwirte bis zu doppelt so viel Dünger ein, wie Nutzpflanzen tatsächlich benötigen. Dadurch gelangt überflüssiges Nitrat in die Böden, das die Umwelt belastet. Auch die Produktion der Stickstoffdünger schadet dem Klima: Jährlich verschlingt sie etwa ein Prozent des globalen Energiebedarfs und zirka 250 Millionen Tonnen CO2 werden dabei emittiert, das ist immerhin ein Drittel des deutschen Gesamtausstoßes. Bislang gab es nur wenige Methoden, um die auf dem Feld vorhandene Nitratmenge zu bestimmen und somit den Düngebedarf zu ermitteln. Da die Verfahren aufwendig und teuer sind, nutzen Landwirte sie nur wenig.

Fortschrittsmotor Klimaschutz:

  • Immenses CO2- und Energiesparpotential bei Anpassung der Düngemenge
  • Innovative Kombination aus Biochemie und Elektrochemie zur Ermittlung der Nitratkonzentration
  • Einfache Handhabung des zukünftigen Sensors wie ein Blutzuckermessgerät
  • NRW Know-how im Bereich Elektrochemie trägt zum Erfolg bei
  • Erster Prototyp des Nitratsensors wird in wenigen Jahren erwartet

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© RUB, Foto: Gorczany

Dr. Nicolas Plumeré begann die Arbeiten zum Nitratsensor bereits in den USA. Doch den Durchbruch zur Anwendung schaffte er in seinen Forschungsjahren an der RUB. Die hier vorhandene Expertise im Bereich Elektrochemie hat dazu beigetragen.



Darüber hinaus werden viele Felder zu zirka 100 Prozent überdüngt – die überschüssige Menge Nitrat wird ausgewaschen und gelangt in Gewässer und Luft. Doch bisher kann die Überdüngung nicht abgestellt werden, denn „es gibt keine einfach handhabbaren Analytikverfahren“, so Plumeré. Sein Ansatz ist daher, die Nitratbestimmung so einfach wie eine Blutzuckerbestimmung zu machen. Dabei verfolgt der französischstämmige Chemiker zwei trickreiche Ansätze.

  • Trick Nr. 1: Es wird nicht der Nitratgehalt des Bodens, sondern der der Pflanze bestimmt. Der ist wetterunabhängig und die optimale Nitratkonzentration ist für fast alle Pflanzen bekannt. Hat der Landwirt also die aktuelle Konzentration ermittelt, kann er dementsprechend gezielt nachdüngen.
  • Trick Nr. 2: Mit Hilfe einer ausgefeilten Kombination von biologischen und elektrochemischen Reaktionen im Sensor wird das Verfahren feldtauglich gemacht.

„Normalerweise führt der Luftsauerstoff, der ja bei der Anwendung auf dem Feld unweigerlich da ist, zu Messverfälschungen. In unserem Sensor wird er aber einfach durch ein Enzym abgefangen, so dass das Ergebnis korrekt dargestellt wird“, sagt Plumeré.
Zurzeit optimiert die Forschergruppe das Messverfahren, damit es robust gegen alle Störeinflüsse auf dem Feld ist. In ein bis zwei Jahren könnte ein funktionstüchtiger Prototyp vorliegen, ein marktreifes Produkt in drei bis fünf Jahren.


Foto: Gorczany

„Mit der Reduktion der Pflanzendüngung auf das benötigte Maß könnten wir CO2-Emissionen und Energieverbrauch in der Größenordnung eines kleinen Landes einsparen“

Dr. Nicolas Plumeré, Elektrochemiker, Ruhr-Universität Bochum



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