Angesichts steigender Kosten für Mineraldünger arbeitet das Fraunhofer-Institut für Grenzflächen- und Bioverfahrenstechnik IGB an alternativen Herstellungswegen. Forschende haben verschiedene Verfahren entwickelt und im Pilotmaßstab demonstriert, um Nährstoffe aus regional verfügbaren Reststoffströmen wie Gärresten, Gülle und Abwasser zurückzugewinnen und als direkt einsetzbare Düngemittel nutzbar zu machen. Dieser Kreislaufansatz stärkt die Versorgungssicherheit und schützt gleichzeitig Gewässer sowie das Klima.
Die Dringlichkeit solcher Lösungen zeigt sich an der aktuellen geopolitischen Lage. Spannungen im Iran führen nicht nur zu höheren Energiepreisen, sondern ließen auch die Kosten für Düngemittel bereits um bis zu 30 Prozent steigen. Das wird sich zeitnah auf die Lebensmittelpreise auswirken. Annähernd 30 Prozent des weltweit gehandelten Stickstoff- und Phosphordüngers werden über die Straße von Hormus verschifft. Stickstoffhaltige Kunstdünger wie Ammoniak oder Harnstoff werden in den Golfstaaten energieintensiv unter Einsatz von Erdgas produziert: Daher ist die Abhängigkeit von fossilen Brennstoffen enorm.
Das Fraunhofer IGB zeigt jedoch auf, dass die Produktion auch ohne fossile Energieträger möglich ist. In verschiedenen Projekten untersuchen die Forschenden, wie sich Stickstoff und Phosphor gezielt aus nährstoffreichen Abfallströmen extrahieren lassen. Durch die Entwicklung innovativer Verfahren können diese wichtigen Mineralsalze aus Gülle oder Abwasser recycelt werden, um eine nachhaltige und unabhängige Landwirtschaft zu unterstützen.
Lokal verfügbare Reststoffe als zuverlässige Nährstoffquellen
Reststoffe aus der Landwirtschaft, wie Gülle aus der Nutztierhaltung und Gärreste aus Biogasanlagen, weisen ebenso wie kommunales Abwasser besonders hohe Konzentrationen an Nährstoffen auf. Dr. Brigitte Kempter-Regel verdeutlicht das Potenzial: „Allein in der Tierhaltung werden EU-weit jährlich Stickstoff und Phosphor in Mengen ausgeschieden, die ausreichen würden, den europäischen Bedarf an Mineraldünger zu decken“.
Obwohl Gülle und Gärreste wertvolle Wirtschaftsdünger darstellen, ist ihre Ausbringung auf Felder vielerorts problematisch. In Regionen mit intensiver Tierhaltung oder hoher Biogasdichte droht eine Überdüngung der Böden, was Grund- und Oberflächenwasser belastet. Zudem macht der hohe Wassergehalt von 80 bis 90 Prozent einen Transport dieser Stoffe ökologisch und ökonomisch wenig sinnvoll. Deshalb stellt die gezielte Rückgewinnung von Stickstoff und Phosphor eine notwendige Lösung dar.
In herkömmlichen Kläranlagen werden Nährstoffe zwar bereits entfernt, um Grenzwerte einzuhalten und die Eutrophierung von Gewässern zu verhindern, doch geschieht dies meist ohne echte Rückgewinnung. Wertvolle Phosphate werden oft als nicht bioverfügbare Aluminium- oder Eisensalze gefällt. Gleichzeitig wird Ammonium-Stickstoff unter enormem Energieeinsatz für die Belüftung der Becken zu molekularem Stickstoff umgewandelt, der ungenutzt in die Luft entweicht. Dieser Prozess setzt zudem häufig Lachgas frei, dessen Treibhausgaswirkung die von CO2 um das 265-fache übertrifft.
Stickstoff und Phosphor aus Abwasser recyceln
Das Membranabsorptionsverfahren zur Herstellung von Ammoniumsulfat, das bereits bei der Gülle- und Gärrestbehandlung erfolgreich eingesetzt wird, konnte auch für das Nährstoffrecycling in Kläranlagen demonstriert werden. Im Rahmen des Projekts „RoKKa“ wurde die Ammoniumkonzentration im Filtrat der Schlammentwässerung um 90 Prozent reduziert, wobei Messungen zudem verringerte Lachgasemissionen belegten.
Innerhalb dieses Projekts wurde das Membranverfahren hinter das am Fraunhofer IGB entwickelte ePhos-Modul geschaltet. „In diesem Verfahren wird Phosphor rein elektrochemisch – ohne Zugabe von Chemikalien – als Magnesium-Ammonium-Phosphat ausgefällt, ein auch Struvit genannter Phosphor-Langzeitdünger“, erklärt Bohn. Das für diesen Prozess notwendige Magnesium wird dabei über eine sich verbrauchende Opferanode in einer Elektrolysezelle präzise zudosiert.
Nährstoffrecycling stärkt Versorgungssicherheit, Gewässer- und Klimaschutz
In Zeiten geopolitischer Unwägbarkeiten bietet eine regionale Nährstoff-Kreislaufwirtschaft entscheidende Vorteile. „Abwasser aus Kläranlagen, Gülle aus der Landwirtschaft und Gärreste aus Biogasanlagen sind zuverlässig lokal verfügbar, Abhängigkeiten internationaler Lieferketten werden reduziert und die heimische Wirtschaft gestärkt“, argumentiert Kempter-Regel. Die Rückgewinnung von Nährstoffen aus diesen Reststoffströmen trägt dazu bei, die Belastung in Klärwerken und Biogasanlagen zu verringern. Gleichzeitig erzeugt sie nährstoffarme Wasserströme, die den Frischwasserverbrauch senken. Darüber hinaus werden durch diesen Ansatz große Mengen fossiler Energie eingespart und Lachgasemissionen reduziert. Das stellt einen wirksamen Beitrag gegen die rasant zunehmende Erderwärmung dar.
Neue Geschäftsmodelle zur Nutzung der Potenziale
Das Interesse der Landwirtschaft an dezentral realisierbaren Technologien zur wertschöpfenden Nutzung von Gülle und Gärresten ist groß. Neben Geschäftsmodellen, bei denen große Unternehmen als Betreiber von Recyclinganlagen fungieren, sind auch Kooperativen interessierter Landwirte ein denkbarer Ansatz. „Landwirte profitieren ja nicht nur von zurückgewonnenen Nährstoffen. Vor allem erhalten sie lager- und transportfähige Produkte und sie können die nährstoffarmen Güllereste problemlos ausbringen“, so Kempter-Regel. Die Investitionskosten würden sich dabei über die Zeit durch eingesparte Entsorgungs- und Düngemittelkosten sowie erwirtschaftete Erlöse amortisieren. Kläranlagen könnten wiederum als Betreiber zur Düngemittelproduktion auftreten und Partnerschaften mit der Industrie eingehen, um ihre Produkte erfolgreich am Markt zu platzieren.
Quelle
Fraunhofer-Institut für Grenzflächen- und Bioverfahrenstechnik IGB (04/2026)