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Nitrat im Grundwasser vermeiden

Wider dem Nitratproblem: Neuer Nitratbiosensor erlaubt Landwirten optimale Düngung

| Autor / Redakteur: Meike Drießen / Dr. Ilka Ottleben

Tobias Vöpel (links) und Nicolas Plumeré werden vom European Research Council mit einem Proof of Concept Grant gefördert, um den Nitratsensor marktreif zu machen.
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Tobias Vöpel (links) und Nicolas Plumeré werden vom European Research Council mit einem Proof of Concept Grant gefördert, um den Nitratsensor marktreif zu machen. (Bild: © Damian Gorczany, Ruhr-Universität Bochum)

Stickstoff als ist essentiell für das Pflanzenwachstum, Stcikstoffdünger daher die wichtigste Düngerform. Pflanzen nehmen Stickstoff überwiegend als Nitrat auf. Wird zu viel gedüngt, gelangt das Nitrat in das Grundwasser und wird dort zum potenziell gesundheitsschädlichen Problem. Nun haben Forscher an der Ruhr-Universität Bochum einen neuen Nitratbiosensor entwickelt, mit dem Landwirte künftig zur bedarfsgerechten Düngung direkt auf dem Feld ermitteln können, ob und wie viel Dünger ihre Pflanzen gerade brauchen.

Bochum – Größere Ernten, bessere Qualität, geringere Kosten und Umweltschutz: Das alles verspricht ein Nitratbiosensor, den Forscher an der Ruhr-Universität Bochum entwickelt haben. Der Sensor, den Landwirte direkt auf dem Feld selbst nutzen können, soll jetzt in Serie gehen: Prof. Dr. Nicolas Plumeré und Dr. Tobias Vöpel bekommen dafür einen Proof of Concept Grant des European Research Council (ERC) für eineinhalb Jahre.

Bisher setzen Landwirte auf Erfahrung

Weil Labortests zwar zuverlässig, aber auch teuer und langwierig sind, müssen sich Landwirte bisher auf ihre Erfahrung stützen, wenn es ums Düngen geht. Traditionell düngen sie daher eher zu viel, um sicherzugehen, dass ihre Pflanzen ausreichend mit Nitrat versorgt sind, das sie zum Aufbau von Eiweißen brauchen.

Nitratproblem: Dünger verunreinigt das Grundwasser

„Dünger kostet aber nicht nur Geld, sondern wandert auch ins Grundwasser, wenn er nicht von den Pflanzen aufgenommen wird", erklärt Nicolas Plumeré, Mitglied des Exzellenzclusters Ruhr explores solvation, kurz Resolv. Weil Nitrat von Bakterien in gesundheitsschädliches Nitrit umgewandelt wird, muss es aus dem Trinkwasser entfernt werden. Das erzeugt zusätzliche Kosten für die Allgemeinheit.

Ein Tröpfchen Pflanzensaft genügt

In seinem ERC Starting Grant entwickelte Plumeré gemeinsam mit Tobias Vöpel den Nitratsensor, der nur wenig größer als ein Cent-Stück und mit aufgedruckten Einweg-Elektroden versehen ist. Er ermittelt den Nitratgehalt des Bodens aus einem Tröpfchen Pflanzensaft in Sekundenschnelle und schickt dem Landwirt das Ergebnis auf sein Smartphone. „So kann der Nutzer vor Ort genau sehen, wie viel Dünger seine Pflanzen gerade brauchen“, erklärt Tobias Vöpel. Zum richtigen Zeitpunkt optimal gedüngt, verbessert sich der Proteingehalt der Pflanzen, wodurch sie sich teurer verkaufen lassen. Auch lässt sich so die Menge der geernteten Pflanzen deutlich steigern.

Bedarf an Nitrat abschätzen

Darüber hinaus soll künftig eine zugehörige Software aus den mit vielen Sensoren an verschiedenen Orten ermittelten Nitratwerten, die vom Feld über den Sensor in die Cloud wandern, lokale und regionale Nitratlandkarten erzeugen. Verknüpft mit Wetterdaten, Simulationen und Satellitenbildern werden sich so sich auch Trends in der Nitratversorgung ablesen und der künftige Düngemittelbedarf abschätzen lassen.

Spin-off für die Vermarktung

Die Forscher werden, unterstützt durch den Grant, eine Marktanalyse machen, den Sensor in Serie herstellen und einen Business-Plan für ein Spin-off-Unternehmen entwickeln, das künftig die Vermarktung des Sensors übernehmen soll.

* M. Drießen: Ruhr-Universität Bochum, 44801 Bochum

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