Eine Kooperation zwischen der Universität Konstanz und dem Max-Planck-Institut in Bremen entdeckt die bedeutende Rolle von Nitrat beim Methan-Abbau

Eine hohe Nitratkonzentration führt dazu, dass Gewässer überdüngt werden. In einem nitratarmen „sauberen“ See wie dem Bodensee spielt Nitrat hingegen eine wichtige Rolle bei der Stoffumsetzung. Ein Forschungsteam der Universität Konstanz und des Max-Planck-Instituts für Marine Mikrobiologie in Bremen hat herausgefunden, dass der Pflanzennährstoff Nitrat entscheidend zur Oxidation von Methan beiträgt, das im Sediment des Sees produziert wird. Durch den Oxidationsprozess wird verhindert, dass Methan in großen Mengen in die Atmosphäre entweicht, wo es als starkes Treibhausgas wirkt. Die Ergebnisse der Studie wurden in der Ausgabe Dezember 2014 des renommierten Wissenschaftsjournals PNAS veröffentlicht.

An manchen Stellen des Bodensees ist zu beobachten, wie Bläschen an die Oberfläche steigen. Das ist ein Gemisch aus Kohlendioxid und Methan. Es wird als Endprodukt des Abbaus von Algenzellen und anderen Bestandteilen im Sediment des Sees produziert. „Wenn das System jedoch nicht gestört wird, wird das Methan noch im Sediment wieder oxidiert“, erklärt Prof. Dr. Bernhard Schink den Vorgang. Methan ist als Treibhausgas 25-mal so wirksam wie Kohlendioxid (CO2). Bislang ging man davon aus, dass dieser Oxidationsprozess im Wesentlichen sauerstoffabhängig ist. Der Professor für Limnologie und Mikrobielle Ökologie an der Universität Konstanz kam gemeinsam mit dem Bremer Fachkollegen Dr. Peter Stief, dem ehemaligen Konstanzer Nachwuchswissenschaftler Dr. Jörg Deutzmann und der Konstanzer Biologiestudentin Josephin Brandes zu dem Ergebnis, dass im Bodensee Nitrat an der Methanoxidation einen deutlich größeren Anteil hat als Sauerstoff. „Das eigentlich Überraschende an unserem Befund war, dass die relativ niedrige Nitratkonzentration im Bodensee ausreicht für den weitreichenden Abbau von Methan“, so Bernhard Schink.

Dass Methan durch Sauerstoff oxidiert und damit abgebaut wird, gilt seit rund hundert Jahren als die „klassische Methanoxidation“. In den vergangenen Jahren sind mehrere Prozesse entdeckt worden, bei denen Methan auch ohne Sauerstoff oxidiert wird. Dieser nitratabhängige Prozess wurde lange übersehen, weil er im Sediment auf kleinstem Raum mit dem sauerstoffabhängigen Prozess stattfindet. „Um das auseinanderzuhalten, sind hochauflösende Elektroden nötig, mit denen sich diese verschiedenen im Wasser gelösten Verbindungen im Größenbereich von Zehntelmillimetern unterscheiden lassen“, so Bernhard Schink. So wurden die Nitratmessungen mit den Messgeräten des Bremer Max-Planck-Instituts durchgeführt. Von der Konstanzer Gruppe wurden die Sauerstoff- und Methanmessungen vorgenommen und der hochauflösende molekularbiologische Nachweis der nitratreduzierenden und methanoxidierenden Bakterien erbracht.

Es gibt eine ganze Reihe mikrobieller Prozesse, die seit zehn bis zwanzig Jahren bekannt und die für die Stoffumsetzung in den Meeren in Wechselwirkung mit der Atmosphäre bedeutsam sind. Dass sie nun entdeckt werden, liegt sowohl an den verbesserten Messtechniken als auch an den Fortschritten in der Mikrobiologie. „Es zeigt, wie viel Vorsicht nötig ist bei der Beurteilung von globalen Stoffumsatzrechnungen“, so der Mikrobiologe Bernhard Schink. „Auch heute gibt es sicherlich noch viele Prozesse, die wir nicht kennen und in die Modellrechnung nicht einbeziehen können. Das Bild kann sich innerhalb von wenigen Jahren dramatisch wandeln.“

Joerg S. Deutzmann, Peter Stief, Josephin Brandes, and Bernhard Schink: Anaerobic methane oxidation coupled to denitrification is the dominant methane sink in a deep lake, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 111, 18273-18278 (2014) http://www.pnas.org/cgi/doi/10.1073/pnas.1411617111

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Erlanger Bioverfahrenstechniker entwickeln Anlage zum Recycling von Seltenen Erden

ERLANGEN – Der nachhaltige Umgang mit Rohstoffen ist ein zentrales Thema in der Debatte um erneuerbare Energien. Besondere Rohstoffe dabei sind sogenannte Seltene Erden. Ein Team von Erlanger Biotechnologen versucht, sie mit Hilfe von Algen aus Abwasser zurückzugewinnen.
Genau genommen stimmt der Name „Seltene Erden“ hinten und vorne nicht. Denn das seltenste Mitglied der Gruppe

http://www.nordbayern.de/2.242/2.240/algen-sollen-wertvolle-rohstoffe-fangen-1.4165024?searched=true
 

Wissenschaftler am Potsdamer Leibniz-Institut für Agrartechnik konnten zeigen, dass sich mithilfe von anaeroben Mikroorganismen im Biogasprozess auch komplexe organische Schadstoffe verwerten lassen. Phenole, Furane, Aldehyde und Ketone, die häufig in den flüssigen Nebenprodukten aus der thermochemischen Umwandlung von Biomasse auftreten, lassen sich einfach und effektiv zu Biomethan abbauen. Damit ist die Grundlage geschaffen, um Verkohlungsprozesse wie die Hydrothermale Karbonisierung (HTC) und die Pyrolyse nachhaltig und effizient in Bioraffinerien einzugliedern. Die Ergebnisse wurden soeben in der renommierten Fachzeitschrift „Bioresource Technology“ veröffentlicht.

Die Verfahren zur Herstellung von Stoffen und Materialien aus nachwachsenden Rohstoffen beruhen in der Regel auf biologischen oder thermochemischen Prozessen. Letztere bieten den Vorteil einer hohen Reaktionsgeschwindigkeit. Bei Temperaturen von 250°C und mehr lassen sich organische Verbindungen, auch biologisch nur schwer abbaubare wie Lignin, rasch aufschließen. Thermochemische Prozesse sind jedoch sehr unspezifisch in der Produktbildung: Neben den gewünschten Wertstoffen fallen auch mehr oder weniger problematische organische Nebenprodukte an. Dies verringert die Ausbeute und verursacht zusätzliche Kosten für die Abwasserreinigung.

Die Forscher der am ATB ansässigen Nachwuchsgruppe APECS widmeten sich in ihrer Arbeit den flüssigen Nebenprodukten aus der thermochemischen Umwandlung von Biomasse. Untersucht wurden Abwässer aus der HTC sowie aus der Pyrolyse. Beide Prozesse sind vielseitig anwendbar und lassen eine hohe Relevanz in zukünftigen Bioraffineriekonzepten erwarten. Das Problem bisher: Diese Prozesse erzeugen Abwässer, die eine hohe Belastung mit diversen Schadstoffen wie Phenole, Furane, Aldehyde und Ketone aufweisen.

Hauptprodukt beider Prozesse ist Biokohle, ein kohlenstoff- und energiereicher Feststoff, der als Energieträger Verwendung finden kann, aber auch für eine Reihe weiterer Anwendungsbereiche geprüft wird – von der Bodenverbesserung bis zur Elektrotechnik. Nebenprodukte bei der Pyrolyse sind das sogenannte Syngas, ein energetisch gut verwertbares Gas, sowie ein Kondensat aus flüchtigen Verbindungen, für das es gegenwärtig noch keine ideale Nutzung gibt. Bei der HTC fällt insbesondere eine flüssige Substanz an, die reich ist an verschiedenen organischen und mineralischen Verbindungen. Beide Abwässer erfordern eine gründliche Aufbereitung, bevor sie zurück in die Umwelt gelangen.

In ihrem in der Fachzeitschrift „Bioresource Technology“ erschienenen Artikel berichten die Potsdamer Forscher über die erfolgreiche anaerobe biologische Umwandlung wasserlöslicher Pyrolysekondensate in Labortests.

Die Kondensate stammten aus der Verkohlung von Gärresten von der Biogasproduktion durch Pyrolyse bei Temperaturen von 330 bis 530°C. Ein Großteil der organischen Verbindungen konnte im Biogasprozess zum energiereichen Biomethan ab- bzw. umgebaut werden. Nach der biologischen Behandlung waren die untersuchten toxischen Verbindungen 5-HMF, Furfural, Phenol, Catechol und Guajacol nicht mehr nachweisbar. Eine Ausnahme bildete Kresol, das immerhin um 10 bis 60 % reduziert werden konnte.
Starken Einfluss zeigte die Pyrolysetemperatur: je höher die Temperatur bei der Verkohlung ist, desto weniger organische Substanz ist abbaubar. So führte eine Erhöhung der Pyrolysetemperatur von 330°C auf 530°C dazu, dass statt 57% nur noch 37% des als chemischer Sauerstoffbedarf (CSB) ausgewiesenen Gesamtgehalts an organischen Stoffen abgebaut werden konnten.

„Unsere Ergebnisse zeigen die vielfältigen Möglichkeiten, wie thermochemische Prozesse wie die Pyrolyse und die HTC synergetisch mit der Biogaserzeugung verschaltet werden können“, unterstreicht Projektleiter Dr. Jan Mumme den Mehrwert dieser Verfahrenskombination. „Neben der Biokohle kann so zusätzlich Energie in Form von Biogas gewonnen werden“, ergänzt Nachwuchswissenschaftler Tobias Hübner. „Die Kopplung thermochemischer und biologischer Verfahren im Sinne einer Bioraffinerie ist gegenwärtig ein stark beforschtes Thema. Mit unseren Arbeiten möchten wir einen wichtigen Beitrag für die Wirtschaftlichkeit und Nachhaltigkeit dieser Systeme zu leisten“, so Mumme.

Dass sich Abwässer aus der HTC gut als Ausgangsstoff für die Biogasgewinnung eignen konnten die APECS-Wissenschaftler bereits 2013 belegen. In weiteren Arbeiten zusammen mit dem Fraunhofer Institut für Chemische Technologie ICT Pfinztal gelang es zudem, einzelne Stoffe mittels NIR-Technik in der HTC-Flüssigkeit zu erfassen – eine wichtige Grundlage, um die Umwandlungsprozesse gezielt in Richtung gewünschter Produkte zu lenken.

Die Projektgruppe „APECS – Anaerobic Pathways to Renewable Energies and Carbon Sinks“ wurde von 2009 bis Ende 2014 vom BMBF im Rahmen von „Bioenergie 2021″ gefördert. Projektleiter Dr. Jan Mumme arbeitet gegenwärtig als Gastwissenschaftler am UK Biochar Research Center der University of Edinburgh.

Literatur:
Hübner, T., Mumme, J. (2015): Integration of pyrolysis and anaerobic digestion – use of aqueous liquor from digestate pyrolysis for biogas production. Bioresource Technology, DOI: 10.1016/j.biortech.2015.02.037

Wirth, B., Mumme, J. (2013): Anaerobic digestion of waste water from hydrothermal carbonization of corn silage. Applied Bioenergy 1, 1-10. Online verfügbar unter: http://tinyurl.com/oqwrksp

Reza, M.T., Becker, W., Sachsenheimer, K., Mumme, J. (2014): Hydrothermal carbonization (HTC): Near infrared spectroscopy and partial least-squares regression for determination of selective components in HTC solid and liquid products. Bioresource Technology 161, 91-101. Online verfügbar unter: http://tinyurl.com/lhm7op2

Kontakt:
Dr. Jan Mumme – Leiter der Nachwuchsgruppe APECS
E-Mail: jan.mumme@ed.ac.uk; jmumme@atb-potsdam.de

Helene Foltan – Presse- und Öffentlichkeitsarbeit
Tel.: 0331 5699-820, E-Mail: hfoltan@atb-potsdam.de

Leibniz-Institut für Agrartechnik Potsdam-Bornim e.V. (ATB)
Max-Eyth-Allee 100, 14469 Potsdam

Klumpen blockiert Abwasserkanal

So manchem Einwohner der walisischen Stadt Cardiff dürfte übel werden beim Gedanken daran, was sich unter seinen Füßen befindet: Im Abwassersystem der Stadt wurde ein riesiger Fettkloß entdeckt, der die Stadtentwässerung vor Probleme stellt.
Wie die „Southwales Evening Post“ berichtet, ist der Fettbrocken fast zwei Meter breit.
Der unappetitliche Brocken befindet sich direkt unter einer der belebtesten Party-Straßen Großbritanniens, der Mill Lane. Nach Angaben von Welsh Water hat er sich gebildet, weil Besucher der Partymeile besonders oft Dinge in die Toilette werfen, die dort nicht hingehören – wie Feuchttüchter, Kaugummis oder auch Windeln. Dazu komme das Fett aus den Küchen der vielen Lokale an der Mill Lane.

http://www.rp-online.de/panorama/ausland/cardiff-riesiger-fettkloss-unter-der-stadt-entdeckt-aid-1.4865498

Ein funktionierendes Umweltmanagement verlangt genaue Kenntnisse über die Verbreitung von Arten. Doch Artenspezialisten werden zunehmend rar und die Bestimmung gewisser Spezies bereitet selbst Experten Kopfzerbrechen. Die Eawag hat zusammen mit dem Kanton Zürich nun einen neuen Weg beschritten zur Identifikation von Arten. Gesammelter Erbgut-Abfall genügt dazu.

Handelt es sich bei den entdeckten Bachflohkrebsen um eine bedrohte Art oder um Organismen, die eine gute Gewässerqualität anzeigen? Oder sind die ersten Ankömmlinge einer invasiven Art ins Netz gegangen? Der Naturschutz und das Management von Naturräumen verlangen nach fundierten Artenkenntnissen. Doch Experten, die unter dem Binokular die Arten anhand äusserer Merkmale aufwändig bestimmen können, sind rar. Alternativen für das Gewässer-Monitoring wären daher willkommen. Nun gegen Biologen der Eawag einen neuen Weg zur Erhebung von Arten: Sie machen sich Umwelt-DNA (eDNA) zunutze. Alle Lebewesen geben mit Ausscheidungen, abgestorbenen Hautzellen oder ausgefallenen Haaren ständig genetisches Material an ihre Umgebung ab. So enthält eine Wasserprobe aus einem Fluss oder See unzählige Erbgutfragmente derer Bewohner. Sind die genetischen Codes der Arten bekannt, können solche DNA-Abschnitte heute dank molekularbiologischer Methoden und weltweiter Datenbanken einzelnen Arten zugeordnet werden.

Kantonale Fachstellen sind interessiert
Zusammen mit dem Amt für Abfall, Wasser, Energie und Luft des Kantons Zürich (Awel) haben die Forschenden untersucht, ob sich das Verfahren für wirbellose Kleintiere (Makroinvertebraten) eignet. Makroinvertebraten wie Eintagsfliegen, Flohkrebse, Muscheln oder Schnecken sind wichtige Bioindikatoren, die für die Beurteilung der Wasserqualität und Ökotoxizität verwendet werden. Beprobt wurden 14 Stellen an Zürcher Seen und Flüssen – klassisch mit einem Netz und der nachträglichen Bestimmung der gesammelten Arten und mit der Analyse des DNA-Cocktails aus den Wasserproben.

Zwar lieferten die beiden Verfahren nicht in jedem Fall identische Resultate, doch fünf von sechs gesuchten Arten konnten mit beiden Methoden zuverlässig nachgewiesen werden. Vor allem für Lebewesen, die nur in kleinen Populationen vorkommen, scheint die DNA-Methode präzisere Resultate zu liefern. So fanden die Biologen Erbgut der seltenen Eintagsfliege Baetis buceratus zusätzlich an zwei weiteren Standorten, an denen ihnen keine Baetis-Exemplare ins Netz gegangen waren. Laut Projektleiter Florian Altermatt eignet sich die neue Methode deshalb möglicherweise auch, um invasive Arten schon in einem frühen Stadium der Besiedlung zu entdecken. In den USA und in Frankreich wird dies bei invasiven Karpfen bereits erprobt.

Routineüberwachung der Biodiversität als Fernziel
Die eDNA-Methode bietet weitere Vorteile: Weil Umwelt-DNA im Wasser mehr oder weniger überall und jederzeit vorkommt, widerspiegeln die Befunde die Situation eines ganzen Einzugsgebiets und sind weniger zeitkritisch. Das traditionelle Vorgehen mit dem Fangnetz stellt dagegen eine punktuelle Stichprobe zu einem festen Zeitpunkt dar. Bei vielen Arten ist ein Nachweis damit nur für gewisse Lebensstadien und daher nur zu bestimmten Zeiten im Jahr möglich. Für die eDNA-Analyse müssen einem Gewässer keine Organismen entnommen werden und im Prinzip lassen sich Hunderte von Arten gleichzeitig bestimmen. Eine routinemässige und permanente Überwachung der Biodiversität in Gewässern, so wie es heute mit chemischen Parametern geschieht, rückt damit näher.
Das ist allerdings noch Zukunftsmusik. Abgesehen von methodischen Verbesserungen ist das Verfahren derzeit ebenfalls noch aufwändig und teuer. Den Kantonen fehlen Infrastruktur und Wissen. Altermatt erwartet aber, dass es nicht allzu lange dauern werde, bis sich technische Standards etablieren und einen rationellen Betrieb möglich machen: «Dann werden eDNA-Analysen wenige hundert Franken kosten und billiger sein als klassische Erhebungen.» Das herkömmliche Vorgehen wird allerdings nicht ganz zu ersetzen sein. Altermatt plädiert dafür, die Vorteile beider Verfahren zu nutzen. Artenspezialisten blieben zudem unverzichtbar um die Ergebnisse neuer Methoden überprüfen und eichen zu können, so der Forscher.

Ein ausführlicher Beitrag zur eDNA-Methode wird heute im Eawag-Newsletter 4/2014 publiziert.

Originalartikel:
Utility of environmental DNA for monitoring rare and indicator macroinvertebrate species; Elvira Mächler, Kristy Deiner, Patrick Steinmann, Florian Altermatt; Freshwater Science, Vol. 33, No. 4 (December 2014), pp. 1174-1183; http://www.jstor.org/stable/10.1086/678128

Weitere Auskünfte
Prof. Dr. Florian Altermatt, florian.altermatt@eawag.ch
http://www.eawag.ch/medien/bulletin/20141211/index
 

DBU und Land Rheinland-Pfalz fördern wegweisendes Projekt der Chemischen Fabrik Budenheim zum Phosphorrecycling aus Klärschlamm

Phosphor ist für alle Lebewesen unersetzlich, neben Stickstoff die wichtigste Grundlage für Pflanzenwachstum und Hauptbestandteil von Pflanzendünger: ein wertvoller Mineralstoff. Doch während die Weltbevölkerung stetig wächst, schwinden die Phosphatvorkommen und können zudem nur unter großen Umweltbelastungen und hohem Energieaufwand gewonnen werden. „Die Lösung heißt Kreislaufwirtschaft: Menschen und Tiere nehmen nicht nur Phosphor auf, sondern scheiden ihn auch wieder aus. Nach der Abwasserreinigung bleibt der größte Teil im Klärschlamm zurück. Von den in Deutschland jährlich anfallenden zwei Millionen Tonnen Klärschlamm-Trockenmasse, die etwa 60.000 Tonnen Phosphor enthalten, werden aber nur 45 Prozent als Dünger oder anderweitig stofflich verwendet. Der Rest wird verbrannt und der Phosphor geht verloren. Das können wir uns nicht mehr leisten“, sagt Dr. Heinrich Bottermann, Generalsekretär der Deutschen Bundesstiftung Umwelt (DBU). Mit fachlicher und finanzieller Unterstützung der DBU von 390.000 Euro entwickelt die Chemische Fabrik Budenheim (Rheinland-Pfalz) ein umweltfreundliches Verfahren, das mit Kohlensäure Phosphor aus Klärschlamm zurückgewinnt.

Weltweit wurden 2012 etwa 210 Millionen Tonnen Rohphosphat zum Herstellen von Phosphor für die chemische Industrie gefördert. Der größte Anteil wird mit 82 Prozent für die Produktion von Düngemitteln verwendet. Die mineralischen Phosphorvorkommen seien jedoch eine endliche Ressource und die riesigen Tagebaue würden gravierende ökologische Schäden am Boden und bleibende ökologische Einschnitte in den Ländern verursa-chen. Zudem werde in den Tagebauen von Marokko, China, Jordanien oder Südafrika zunehmend mit den Schadstoffen Cadmium und Uran belastetes Rohphosphat abgebaut. Europa importiere Phosphorerze mangels eigener Vorkommen und produziere daraus Düngemittel, mit denen diese Schadstoffe in die Böden gelangten. „Auch deshalb ist ein nachhaltigerer Umgang mit der endlichen Ressource, etwa durch eine gezieltere Düngung, und
deren Rückgewinnung dringend notwendig“, fordert Dr. Hans-Christian Schaefer, DBU-Referent für Biotechnologie.
Um ein Umlenken in diese Richtung anzustoßen, fördere die DBU seit zehn Jahren Phosphorrecycling. So gebe es bereits unterschiedliche Verfahren zur Rückgewinnung von Phosphor aus Klärschlamm und aus der Asche der Klärschlammverbrennung. Doch nur wenige Verfahren gelangten bisher zur technischen Umsetzung, weil die ökologischen und ökonomischen Nachteile aufgrund der benötigten Mengen an Chemikalien und Energie zu hoch seien.

Die Laborentwicklung des neuen Verfahrens der Chemischen Fabrik Budenheim unterstützte zuvor die Investitions- und Strukturbank Rheinland-Pfalz (ISB) im Auftrag des Landes Rheinland-Pfalz mit 416.000 Euro. „Die Förderung innovativer Ideen und kreativer Unternehmer ist eines unserer zentralen Themen“, sagt die rheinland-pfälzische Wirtschaftsministerin Eveline Lemke. „Das aussichtsreiche Verfahren hat das Potenzial zur signifikanten Rückgewinnung wertvoller Rohstoffe und zur Vermeidung von Abfällen.“ Darauf aufbauend sollen jetzt umfangreiche Versuche mit einer Pilotanlage an der Kläranlage Mainz-Mombach durchgeführt werden, um Klarheit über die Wirtschaftlichkeit und die ökologischen und ökonomischen Auswirkungen des Verfahrens zu bekommen. Die neu entwickelte Versuchsanlage ist verfahrenstechnisch so kompakt und einfach aufgebaut, dass nicht nur weniger Chemikalien, sondern auch deutlich weniger Wärme, also Energie, für die Verfahrensschritte benötigt wird, sagt Franz-Peter Heidenreich, DBU-Referent für Wasserwirtschaft und Bodenschutz.

Die gewonnenen Produkte sollen dann untersucht werden, ob sie sich für die Weiterverarbeitung zu Phosphordünger eignen. Denn das recycelte Phosphat müsse bestimmte Bedingungen erfüllen, damit es für Düngemittel verwendet werden könne: „Es muss löslich sein, damit es die Pflanzenwurzeln aufnehmen können. Außerdem sollte der Gehalt an Schadstoffen wie Schwermetallen und organischen Schadstoffen die gesetzlichen Vorgaben möglichst deutlich unterschreiten, um ein Anreichern von Schadstoffen im Boden zu verhindern“, erklärt Heidenreich.
Unter erhöhtem Druck werde Kohlenstoffdioxid in das Klärschlamm-Wasser-Gemisch geleitet, wandele sich zu Kohlensäure um, bringe den pH-Wert zum Sinken und löse die im Klärschlamm enthaltenen Phosphate heraus, die nun die Form von Kristallen leichter wiedergewonnen werden könn-ten, erklärt Projektleiterin Eva Stössel von der Chemischen Fabrik Budenheim. „Im Prozess kann im Gegensatz zu bisherigen Verfahren auf Chemikalien wie Salz- oder Schwefelsäure und Natronlauge vollständig verzichtet werden.“ Beim sogenannten Budenheim-Verfahren sollen keine umwelt-schädlichen Abwasser oder Abluftströme mehr entstehen. Die nach dem Trocknen übrigbleibenden Phosphate können dann zu Düngemittel weiterverarbeitet werden. Das bei diesem Prozess entweichende Kohlendioxid
werde aufgefangen und im Kreislauf erneut für den Reaktionsbehälter genutzt.

„Ziel dieses Verfahrens ist es, je nach Herkunft des kommunalen oder industriellen Klärschlamms bis zu 50 Prozent des Phosphats zurückzugewinnen“, sagt Stössel. Dieses energiesparende Kreislaufverfahren gehe „weit über den bisherigen technischen Kenntnisstand hinaus, weil der gewonnene Dünger keine organischen und anorganischen Schadstoffe und Schwermetalle mehr enthält, die im Prozess weitgehend entfernt werden und im Klärschlamm-Rückstand zurückbleiben.“ Der phosphatarme Rückstand bzw. Restschlamm soll auf seine wertvollen Inhaltsstoffe analysiert werden, um die Reststoffe ebenfalls in den Kreislauf zurückzuführen und ressourcen-schonend verwenden zu können.
Außerdem könnten die Verfahrenskosten mit geschätzten 60 bis 70 Cent pro Kilogramm gewonnenem Phosphor deutlich geringer sein als bei den bisherigen Verfahren, die zwischen zwei und 25 Euro pro Kilogramm Phos-phor liegen. Heidenreich: „Durch die um ein Vielfaches günstigeren Verfahrenskosten ist die Wahrscheinlichkeit hoch, den Phosphordünger auch am Markt verkaufen zu können. Das Budenheimer Verfahren hat somit gegenüber den bislang bekannten Verfahren deutliche verfahrenstechnische, öko-logische, energetische und damit auch ökonomische Vorteile.“

Ansprechpartner für Fragen zum Projekt:
Eva Stössel, Abteilung Innovation und New Business Development, Chemische Fabrik Budenheim KG
Telefon: 06139/89-543
E-Mail: eva.stoessel@budenheim.com

Forschungsprojekt will ökonomisch und ökologisch optimierte Nutzungsstrategien entwickeln

Leipzig. Am 23. September 2014 startete im Rahmen eines Kick-off-Meetings am Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung (UFZ) in Leipzig das Verbundprojekt AquaMak (Aquatische Makrophyten – ökologisch und ökonomisch optimierte Nutzung). Koordiniert wird das Projekt am UFZ. Beteiligt sind neben der HfWU Nürtingen-Geislingen auch das Deutsche Biomasse-Forschungszentrum (DBFZ) und zahlreiche Praxispartner.

Viele Flüsse und Seen in Deutschland sind zunehmend durch übermäßigen Bewuchs von Wasserpflanzen betroffen. Oftmals handelt es sich dabei um Pflanzen, die nicht heimisch sind (sog. Neophyten) und die deshalb durch das Ökosystem nicht wirkungsvoll reguliert werden. Neben den ökologischen Problemen wird auch die Nutzung der Gewässer zur Naherholung, zum Wassersport und zur Energiegewinnung teils erheblich eingeschränkt. Diesen Schwierigkeiten begegnen Kommunen und private Träger mit aufwändigen Räumarbeiten und anschließender Entsorgung der Biomasse, was eine hohe finanzielle Belastung bedeutet.

Die Wasserpflanzen produzieren aber viel Biomasse und haben auch interessante Inhaltsstoffe. Statt sie zu entsorgen, könnten sie deshalb auch ökonomisch und ökologisch sinnvoll genutzt werden, z.B. als Substrat für Biogasanlagen. Genau darum geht es in AquaMak. Die Forscher wollen zunächst die in Deutschland anfallenden Mengen berechnen und dann die technische Machbarkeit sowie die Kosten und Akzeptanz verschiedener Nutzungspfade bewerten.
Das Projekt „AquaMak“ wird über das Bundesministerium für Ernährung und Landwirtschaft aufgrund eines Beschlusses des Bundestages aus Mitteln des Sondervermögens „Energie- und Klimafonds (EKF)“ gefördert und hat eine Laufzeit von drei Jahren.

Weiterführende Informationen
Prof. Dr.-Ing. Andreas Zehnsdorf
Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung (UFZ)
Department Umwelt- und Biotechnologisches Zentrum
andreas.zehnsdorf@ufz.de

Gewässerexperimente ergänzen Erdbeobachtungsplattform

Magdeburg. Mit einer Serie von bislang einzigartigen mobilen Laboren wollen Wissenschaftler in den kommenden Jahren die Auswirkungen des Klima- und Landnutzungswandels auf die Fließgewässer in Mitteldeutschland untersuchen. Am Montag hat die dazu neu geschaffene Forschungsinfrastruktur MOBICOS offiziell ihren Betrieb aufgenommen. Die Labore sind Teil des TERENO-Netzwerkes zur Erdbeobachtung und werden vom Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung (UFZ) an verschiedenen Standorten in Sachsen-Anhalt betrieben. Finanziert wurde MOBICOS mit rund 3,5 Millionen Euro als Ausbauinvestition der Helmholtz-Gemeinschaft durch das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) sowie die Länder Sachsen-Anhalt und Sachsen.

Wollen Wissenschaftler die Wechselwirkungen zwischen Landnutzung, Klimawandel und dem ökologischen Zustand der Bäche und Flüsse untersuchen, dann stehen sie vor einem Dilemma: Im Freiland sind die Veränderungen zwar gut zu beobachten. Da aber viele Faktoren wirken, lässt sich oft nicht sicher sagen, welcher davon wie stark zur Veränderung beiträgt. Im Labor lassen sich dagegen viele Parameter gezielt beeinflussen. Aber sind die Bedingungen dann noch realistisch? Ein Ausweg könnte ein neuer Ansatz sein: Das Labor wird einfach an das Gewässer verlagert.
Seit 2013 stellen Forscher des UFZ Speziallabore, die in transportablen Containern untergebracht sind, an verschiedenen Standorten in Sachsen-Anhalt auf. Diese MOBICOS (Mobile Aquatic Mesocosms) genannten Fließwasserlabore ermöglichen es nun, dass ökologische Untersuchungen und Experimente naturnah durchgeführt werden können. Sie funktionieren, in dem Wasser aus dem zu untersuchenden Fließgewässer in Versuchsbecken in den Containern geleitet und dort analysiert oder „experimentell“ manipuliert wird. „So ist es zum Beispiel unter realistischeren Bedingungen als im Labor möglich, die Reaktion von Ökosystemen auf neuartige Stressoren wie Mikroschadstoffe zu prüfen oder zu untersuchen, wie sich Veränderungen der Wassertemperatur, des Nährstoffgehalts oder der Schadstoffbelastung auf das Gewässerökosystem auswirken“, erklärt Prof. Markus Weitere vom UFZ in Magdeburg. Die Wissenschaftler wollen zudem Maßnahmen entwickeln, die helfen können, unerwünschte Verbindungen abzubauen und dadurch die natürlichen Funktionen von Fließgewässern und deren Ökosystemleistungen zu stärken. „Wir wollen uns unter anderem das Wachstum von Biofilmen in diesen Gewässern genauer ansehen“, berichtet MOBICOS-Koordinator Dr. Helge Norf. „Die ökologische Funktion von Biofilmen wird immer noch massiv unterschätzt. Dabei spielen Bakterien, Algen und andere Mikroorganismen eine entscheidende Rolle bei den Stoffumsatzprozessen in Fließgewässern.“ Mithilfe der Gewässerlabore rückt auch die Lösung eines anderen Rätsels in Reichweite: Wieso breiten sich invasive Arten wie die Asiatische Körbchenmuschel im Rhein stark aus, in der Elbe aber nicht? Gerade für Arten, die sich im Labor schwer kultivieren lassen, sind die mobilen Labore eine ideale Lösung, um sie naturnah genau unter die Lupe zu nehmen.

Insgesamt sind jetzt sechs der Fließwasserlabore in Betrieb und ermöglichen damit Vergleiche zwischen kleinen, unbelasteten Bächen wie dem Oberlauf der Bode und großen belasteten Flüssen wie der Elbe. Zwei weitere Container sind in Planung. Da MOBICOS aus kleineren, beweglichen Labormodulen besteht, die sowohl einzeln als auch modular verwenden werden können, sind die Wissenschaftler vergleichsweise flexibel. Dadurch können sowohl die Größe als auch die Bestückung der Mesokosmen je nach wissenschaftlicher Fragestellung optimiert und auch dem verfügbaren Gelände angepasst werden. Im Gegensatz zu festen Installationen können die Container bei Bedarf einfach umziehen. Schließlich verändert sich die Wasserqualität der Flüsse auch im Laufe der Jahre.

„Dieser experimentelle Ansatz ergänzt perfekt unsere Beobachtungsplattform TERENO (TERrestrial ENvironmental Observatories), die größte, langfristig betriebene Infrastruktur zur Umweltbeobachtung in Deutschland. Im Rahmen von TERENO hat die Helmholtz-Gemeinschaft insgesamt vier Observatorien in Deutschland eingerichtet, in denen die Auswirkungen des globalen Wandels auf regionaler Ebene erforscht werden. Das UFZ-Untersuchungsgebiet in Mitteldeutschland reicht dabei vom Hochharz über das Gebirgsvorland bis hinab zu den großen Flüssen wie der Elbe und dem Großraum Halle-Leipzig“, betont Dr. Steffen Zacharias, der TERENO am UFZ koordiniert. Die mobilen Mesokosmen werden auch dabei helfen zu erklären, wieso die Konzentration an Huminstoffen in Talsperren in den letzten Jahren angestiegen ist. Diese gestiegenen Konzentrationen beunruhigen die Wasserversorger. Um den Weg des Kohlenstoffs zu verfolgen, haben die Wissenschaftler im Einzugsgebiet der Rappbodetalsperre im Harz umfangreiche Messtechnik installiert.

Wie auch bei den anderen TERENO-Projekten wird die MOBICOS-Infrastruktur künftig nicht nur den eigenen Forschern zur Verfügung stehen, sondern eine Plattform bilden, die auch von externen Forschergruppen für Experimente genutzt werden kann. Bereits jetzt laufen Kooperationen bzw. gemeinsam betreute studentische Abschlussarbeiten mit verschiedenen Hochschulen, etwa der Hochschule Magdeburg-Stendal, der TU Dresden, der Universität zu Köln, der Universität Koblenz-Landau oder der TU Bergakademie Freiberg.

Tilo Arnhold
Prof. Dr. Markus Weitere, Dr. Helge Norf
Department Fließgewässerökologie am Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung (UFZ)