Brasilianer entwickeln Glasdünger, der Abfall und Umweltbelastung auf dem Feld reduziert
Ein von brasilianischen Forschern entwickelter Glasdünger verspricht eine Alternative zur Bewirtschaftung von Plantagenböden und bietet gegenüber herkömmlichen Modellen eine Reihe von Vorteilen. Das Material ist nicht nur effizienter und reduziert den Bedarf an Nachdüngungen, sondern belastet durch seine verlängerte Auflösung auch die Umwelt weniger.
Die Innovation wurde von einem Team des São Carlos Chemistry Institute (IQSC) und der São Carlos School of Engineering (EESC) an der Universität von São Paulo (USP) mit Unterstützung der brasilianischen Agrarforschungsgesellschaft (Embrapa) entwickelt.
Die glasartige Formulierung wurde unter Einbeziehung von Makro- und Mikronährstoffen synthetisiert, die für die verschiedenen Stadien der Pflanzenentwicklung notwendig sind, wie etwa Phosphor, Kalium, Silizium, Magnesium, Bor und Kalzium.
Die Eigenschaften des Materials ermöglichen eine kontrollierte Freisetzung der Verbindungen, ohne dass diese durch Wasserinfiltration aus dem Boden entfernt werden und ohne eine Eutrophierung – also eine übermäßige Nährstoffzunahme – von Grundwasser, Flüssen und Seen zu verursachen. Das Produkt ist zu Partikeln von etwa 1 mm verarbeitet und kann wie herkömmliche Düngemittel ausgebracht werden.
Der Chemiker Danilo Manzani, Koordinator des Labors für anorganische und glasartige Materialien am IQSC und einer der Verantwortlichen für die Forschung, sagt, dass sich die agronomische Leistung des Glasdüngers in In-vitro -Tests und in Gewächshäusern als um 70 % besser als bei herkömmlichem NPK erwiesen habe.
„Wenn wir die Zusammensetzung des Glases verändern, können wir seine Auflösung anpassen. Unser Ziel ist es, künftig spezifische Zusammensetzungen für bestimmte Kulturen entwickeln zu können“, erklärt er.
Da bei der Glassynthese Temperaturen von bis zu 1.100 °C erreicht werden, enthielten die ersten synthetisierten Materialien weder Stickstoff noch Schwefel, da diese bei dieser Temperatur nicht eingearbeitet werden können. Forscher haben nun jedoch eine Alternative gefunden, um dieses Problem zu umgehen: Sie kapseln die Verbindungen in einer Biopolymerstruktur ein, wodurch sie in Glas eingearbeitet und anschließend im Boden aufgelöst werden können.
Die Forschung begann 2018, als Manzani Spezialgläser untersuchte, die ohne Siliziumdioxid, den Hauptbestandteil von Alltagsglas, auskommen. Eines der Probleme der von ihm entwickelten Strukturen war ihre geringe chemische Beständigkeit gegenüber Feuchtigkeit.
„Ich habe beispielsweise früher Phosphatglas für eine Anwendung in der Optik hergestellt und dabei beobachtet, dass es mit der Zeit durch die Luftfeuchtigkeit an Qualität einbüßt“, sagt er. Im Gespräch mit dem Werkstoffingenieur Eduardo Bellini Ferreira vom EWSA kamen beide auf die Idee, diese Eigenschaft zu nutzen, um einen Glasdünger zu entwickeln, der genau dieses „Problem“ löst.
An der Entwicklung waren auch die Doktoranden Liane Miranda und José Hermeson beteiligt. Um sicherzustellen, dass das Material keine toxischen oder mutagenen Auswirkungen auf Pflanzen hat, arbeitete das Team auch mit der Molekularbiologin Dânia Christofoletti Mazzeo von der Bundesuniversität São Carlos (UFSCar) zusammen, die ökotoxikologische Tests mit Salat- und Zwiebelsamen durchführte.
Die Gewächshausexperimente wurden in Zusammenarbeit mit Alberto Bernardi und Ana Rita Nogueira von Embrapa Pecuária Sudeste durchgeführt. Die Ergebnisse wurden im Februar im Artikel „Design and Performance of a Multicomponent Glass Fertilizer for Nutrient Delivery in Precision Agriculture“ in der Fachzeitschrift ACS Agricultural Science & Technology veröffentlicht.
Manzani erklärt, dass der Herstellungsprozess des Düngemittels derselbe sei wie der für herkömmliches Glas, was bedeute, dass die Produktion problemlos auf ein industrielles Niveau hochskaliert werden könne.
Obwohl die Synthesekosten höher sind als bei herkömmlichem NPK, betont er, dass es neben der geringeren Häufigkeit der erneuten Anwendung und der Möglichkeit, die Verbindungen gezielt auf bestimmte Abschnitte der Plantagen auszurichten, in denen ein Mangel an bestimmten Nährstoffen herrscht, auch zu weniger Materialverlust kommt.
„Um Ihnen eine Vorstellung zu geben: Etwa 20 bis 30 Prozent des in den Boden eingebrachten NPK werden von der Pflanze aufgenommen, der Rest wird ausgewaschen. Die Umweltbelastung ist also sehr groß, aber wir können sie durch die Anwendung dieser langsam freisetzenden Materialien verringern“, erklärt er.
„Wir haben das Produkt noch nicht preislich festgelegt, da viele Parameter zu berücksichtigen sind, aber wir glauben, dass es gegenüber der NPK-Produktion im Vorteil ist“, sagt er. Obwohl er sich nicht auf Termine festlegen möchte, glaubt der Forscher, dass das Produkt in etwa ein bis zwei Jahren auf dem Markt erhältlich sein könnte.
gazetadopovo
