PURESBio und ASHES: deutsch-brasilianische Kollaborationsprojekte
Um die Ernährungssicherheit unter Beachtung der Nachhaltigkeitsziele und globalen Anforderungen, wie etwa Klimawandel, Anstieg des Verbrauchs an tierischen Nahrungsmitteln oder Biomassebedarf für energetische und stoffliche Verwertung dauerhaft zu sichern, sind optimierte agrarische Nutzungssysteme unabdingbar.
Damit das Produktionswachstum nicht zu Lasten der natürlichen Ressourcen erfolgt, ist die Etablierung von nachhaltigen Landnutzungsformen unumgänglich. Dazu gehören eine ressourcenschonende und umweltverträgliche Produktion sowie die Nutzung moderner Anbautechnologien, das Schließen von Nährstoffkreisläufen aber auch die Aktivierung regionaler Märkte und Warenströme. Dies ist in Gebieten mit hohem Produktionspotential – wie zum Beispiel Brasilien – von besonderer Bedeutung.
Diesen Herausforderungen stellen sich die Projekte „Prozessverständnis und Nutzung von Pflanzenrückständen für eine nachhaltige Produktion von Pflanzenbiomasse - PURESBio (Process understanding and usage of residues for sustainable plant biomass production - PURESBio)“ und „Untersuchungen zur Pflanzenverfügbarkeit von Nährstoffen in modifizierten Aschen und Schlacken – ASHES“ (Investigation of the plant availability of the nutrients in modified ashes and slags), im Rahmen der „Nationalen Forschungsstrategie BioÖkonomie 2030“, unterstützt durch die Fördermaßnahme des BMBF „Bioökonomie International“.
Abb. 2: Zuckermühle in Goiás, im Vordergrund: Anlieferung der geschnittenen Zuckerrohrstängel in Containern.
Koordinator der beiden Forschungsprojekte ist Dr. Nicolai D. Jablonowski vom Institut für Bio- und Geowissenschaften, Pflanzenwissenschaften (IBG-2) am Forschungszentrum Jülich. Geleitet wird das Institut durch die beiden JARA-ENERGY Mitglieder Prof. Ulrich Schurr und Prof. Björn Usadel sowie Prof. Michelle Watt.
In Brasilien werden jährlich fast zehn Millionen Hektar Agrarfläche mit Zuckerrohr bepflanzt, der zu einem großen Teil für die Produktion von Bioethanol verwendet wird. Die Mengen an biogenen Reststoffen, die bei der Herstellung des Alkohols anfallen sind enorm: auf jeden produzierten Liter entfallen fünf Liter Vinasse, einer Kalium-haltigen Flüssigkeit, die zur Bewässerung der Zuckerrohrplantagen verwendet wird. Des Weiteren entstehen pro Tonne verarbeitetem Zuckerrohr etwa 30 Kilogramm Filterkuchen, der viel organischen Kohlenstoff aber auch die wichtigen Pflanzennährstoffe Phosphor und Kalium enthält. Die lignocellulosehaltigen Überreste der Stängel und Blätter des Zuckerrohrs (Bagasse), von denen circa 15 Tonnen pro Hektar anfallen, werden vor Ort zur Energiegewinnung durch Verbrennung eingesetzt, da die Fabriken an ihren oft sehr abgeschiedenen Standorten auf Eigenversorgung angewiesen sind. Bei der Verbrennung der Bagasse entstehen rund fünf Prozent Aschen pro Tonne verarbeitetem Zuckerrohr, die wiederrum größere Mengen an Pflanzennährstoffen aufweisen.
Zusammen mit den brasilianischen und deutschen Partnern aus Industrie und Forschung zielen wir auf das Verständnis und die Optimierung der Wiederverwendung dieser wertvollen Reststoffe im Rahmen der obengenannten Projekte mit einer Gesamtfördersumme von rund 3,2 Millionen Euro (840.000 davonim IBG-2, Forschungszentrum Jülich).
Abb. 7: Sammelbecken für Vinasse innerhalb der Zuckerrohrfelder, zur Nutzung als Flüssigdünger.
Als Fernziel sollen die gewonnenen Erkenntnisse in einer Anbauoptimierung unter Verwendung der Reststoffe dienen. Besonderes Augenmerk liegt auf dem Verständnis und der Weiterentwicklung von Wissen:
Prozessverständnis: Analysen der Pflanzen-Boden-Interaktionen bei unterschiedlichen Reststoffzugaben und die Wirkung der Reststoffe auf das Pflanzenwachstum liefern Erkenntnisse zur Biomasseertragssteigerung
Nachhaltige Bodennutzung: Die systematischen Untersuchungen der Wirkung der eingesetzten Reststoffe auf die Entwicklung der Bodenfruchtbarkeit liefern wichtige Informationen zur nachhaltigen Nutzung und Bewirtschaftung von landwirtschaftlichen Böden zum Energiepflanzenanbau
Technologieentwicklung: Erweiterung der Phänotypisierungstechnologien des IBG-2 am Forschungszentrum Jülich zur nichtinvasiven Pflanzenuntersuchung auf Zuckerrohr, Technologieentwicklung zum Ausbringen und Einarbeiten von Reststoffen zu Düngezwecken
Von den Erkenntnissen zur Düngewirkung der unterschiedlichen Reststoffe und Bagasse-Aschen auf das Pflanzenwachstum erwarten wir, Anwendungsempfehlungen zur gezielten Behandlung der Reststoffe bzw. Verbrennung der Bagasse liefern zu können. Die erarbeiteten Informationen zur Pflanzenverfügbarkeit der Nährstoffe aus den Reststoffen und Aschen können somit zu einer Reduzierung der Verwendung von energieaufwendig produzierten Mineraldüngern führen und eine nachhaltige Kreislaufwirtschaft unterstützen.
Weitere Informationen zu Projektpartnern und Laufzeiten der Projekte PURESBio und ASHES lassen sich unter folgenden Links abrufen: