Umweltverträgliche Landwirtschaft 29.04.2019, 07:01 Uhr

Comammox-Bakterien könnten die Freisetzung von Lachgas reduzieren

Ein internationales Forscherteam hat ein kürzlich entdecktes Bakterium näher untersucht. Seine Eigenschaften könnten dazu beitragen, Düngemittel der industriellen Landwirtschaft umweltfreundlicher abzubauen.

Darstellung Comammox-Bakterium

Elektronenmikroskopische Aufnahme eines Zell-Aggregats von Comammox-Bakterien. Entdeckt wurden die Mikroorganismen erst 2015.

Foto: Anne Daebeler und Stefano Romano / Universität Wien

Kohlendioxid wird fast immer an erster Stelle genannt, wenn es um schädliche Treibhausgas-Emissionen geht. Tatsache ist jedoch: Lachgas ist fast dreihundertmal stärker und greift die Ozonschicht dementsprechend massiv an. Vor alle durch die Düngemittel der industriellen Landwirtschaft wird es in größeren Mengen freigesetzt. Denn Düngemittel stimulieren Mikroorganismen, die für den Stickstoff-Kreislauf entscheidend sind. Ein Forscherteam aus Kanada, Österreich und Deutschland hat für dieses Problem eventuell eine Lösung gefunden: Das Bakterium Comammox (COMplete AMMonia OXidiser) setzt deutlich weniger Lachgas frei als andere Mikroben.

Lachgas schadet der Umwelt über mehrere Mechanismen

Stickstoffhaltiger Dünger ist für die moderne Landwirtschaft unverzichtbar. Er bringt jedoch einen großen Nachteil mit sich: Die Pflanzen, die den Stickstoff zum Wachstum nutzen, können ihn gar nicht vollständig aufnehmen. Daher wird er mit dem Regen aus dem Boden ausgewaschen und ins Grundwasser gespült. Von dort gelangt er in Flüsse, Seen und Meere – mit fatalen Folgen. Denn der Stickstoff verringert nicht nur die Qualität des Trinkwassers und führt dementsprechend zu einem höheren Aufwand bei dessen Aufbereitung, er fördert auch das Umkippen (Eutrophierung) vor allem stehender Gewässer mit dramatischen Folgen für viele Lebewesen. Ein Teil von ihnen geht an diesem Effekt schließlich zugrunde. Darüber hinaus wird bei der Umsetzung des Stickstoffs aus Düngemitteln Lachgas (N2O) freigesetzt. Das entweicht wiederum in die Atmosphäre, wo es die Ozonschicht angreift und zum Treibhauseffekt beiträgt.

Top Stellenangebote

Zur Jobbörse
Stadtbetrieb Wetter (Ruhr)-Firmenlogo
Bauingenieur/in (m/w/d) Fachrichtung Tiefbau / Straßenbau Stadtbetrieb Wetter (Ruhr)
Wetter (Ruhr) Zum Job 
Stadtwerke München GmbH-Firmenlogo
Brandschutzbeauftragte*r mit Zusatzfunktionen Tram (m/w/d) Stadtwerke München GmbH
München Zum Job 
Die Autobahn GmbH des Bundes-Firmenlogo
Planungsingenieur (w/m/d) Streckenplanung Die Autobahn GmbH des Bundes
Uwe Wenzel WW-Personalkonzepte e.K.-Firmenlogo
Entwicklungsingenieur (m/w/d) Wärmepumpensysteme und Regelungen Uwe Wenzel WW-Personalkonzepte e.K.
Großraum Hamburg Zum Job 
Landeshauptstadt München-Firmenlogo
Verkehrsingenieur*innen für die Verkehrswende (w/m/d) Landeshauptstadt München
München Zum Job 
Framatome-Firmenlogo
Ingenieur (m/w/d) für nukleare Entsorgung Framatome
Karlstein am Main, Erlangen Zum Job 
Die Autobahn GmbH des Bundes-Firmenlogo
Bauingenieur als Bauwerksprüfer (w/m/d) Die Autobahn GmbH des Bundes
Berliner Stadtreinigungsbetriebe (BSR)-Firmenlogo
Projektingenieurin / Projektingenieur (w/m/d) Verfahrenstechnik Berliner Stadtreinigungsbetriebe (BSR)
Technische Universität Graz-Firmenlogo
Universitätsprofessur für Nachhaltige Antriebssysteme und angewandte Thermodynamik (m/w/d) Technische Universität Graz
Graz (Österreich) Zum Job 
Berliner Stadtreinigungsbetriebe (BSR)-Firmenlogo
Projektingenieurin / Projektingenieur (w/m/d) Elektrotechnik Berliner Stadtreinigungsbetriebe (BSR)
Lübeck Zum Job 
Die Autobahn GmbH des Bundes-Firmenlogo
(Umwelt-)Ingenieur (w/m/d) für Boden, Abfall, Altlasten und Georisiken Die Autobahn GmbH des Bundes
Nürnberg Zum Job 
Fuest Familienstiftung-Firmenlogo
Bauzeichner, Bautechniker oder Innenarchitekt (m/w/d) Fuest Familienstiftung
Timm Technology GmbH-Firmenlogo
Sales Manager / Vertriebsingenieur (m/w/d) Timm Technology GmbH
Reinbek Zum Job 
Caljan GmbH-Firmenlogo
Maschinenbauingenieur / Konstrukteur Sondermaschinenbau (m/w/d) Caljan GmbH
Halle (Westfalen) Zum Job 
Stadtwerke München GmbH-Firmenlogo
(Senior) Projektmanager*in Niederspannung (m/w/d) Stadtwerke München GmbH
München Zum Job 
DFS Deutsche Flugsicherung GmbH-Firmenlogo
Ingenieur* Produktmanagement für Navigationsdienste DFS Deutsche Flugsicherung GmbH
Langen (Hessen) Zum Job 
VAHLE-Firmenlogo
Ingenieur Automatisierungs- und Steuerungstechnik (m/w/d) VAHLE
Kamen, Großraum Dortmund Zum Job 
Grünecker Patent- und Rechtsanwälte PartG mbB-Firmenlogo
Patentingenieur (m/w/d) der Fachrichtung Physik und/oder Elektrotechnik mit der Möglichkeit zur Ausbildung zum "European Patent Attorney (m/w/d/)" Grünecker Patent- und Rechtsanwälte PartG mbB
München Zum Job 
DFS Deutsche Flugsicherung GmbH-Firmenlogo
Flugsicherungsingenieur (w/m/d) DFS Deutsche Flugsicherung GmbH
Grünecker Patent- und Rechtsanwälte PartG mbB-Firmenlogo
Europäischer Patentanwalt (m/w/d) der Fachrichtung Physik, Informatik, Elektrotechnik oder Nachrichtentechnik Grünecker Patent- und Rechtsanwälte PartG mbB
München Zum Job 

Eine der häufigsten Stickstoff-Verbindungen, die sowohl in Kunstdüngern als auch in Gülle vorkommt, ist Harnstoff. Dieser wird im Boden in Ammonium umgewandelt, das Mikroorganismen schließlich zunächst in giftiges Nitrit und anschließend in das etwas harmlosere Nitrat umbauen. Bei diesem Prozess, der Nitrifikation genannt wird, entsteht Lachgas. Dessen schädliche Effekte werden zum Teil dadurch ausgeglichen, dass Stickstoff das Wachstum der Pflanzen verbessert – die der Luft im Gegenzug Kohlendioxid entziehen.

Bei Sauerstoffmangel ändert sich jedoch das Verhalten vieler Mikroben und die Menge des freigesetzten Lachgases steigt exorbitant an. Das passiert vor allem in gedüngten Böden, zum Beispiel nach Niederschlägen sowie in Kläranlagen, wo die Nitrifikation für die biologische Abwasserreinigung eingesetzt wird. Dieser Reinigungsprozess, der dazu dient, die Folgen des Düngens fürs Trinkwasser abzufangen, schadet also im Gegenzug wieder der Umwelt.

Wachstum der Comammox-Bakterien gezielt fördern

Die Forscher haben nun erstmals die Eigenschaften des Comammox-Bakteriums analysiert – dänische Forscher hatten diesen Mikroorganismus erst im Jahr 2015 entdeckt. Er ist nämlich in der Lage, Ammonium ganz allein zu Nitrat umzuwandeln, während andere Mikroben dazu auf Arbeitsteilung angewiesen sind. Dabei fanden die Wissenschaftler heraus, das Comammox selbst kein Lachgas freisetzen kann, weil ihm die dafür notwendigen Enzyme fehlen. Zwar entstehe das Treibhausgas bei den Umwandlungsprozessen trotzdem, durch eine chemische Reaktion aus Hydroxylamin, einer Substanz, die Comammox-Bakterien in ihre Umgebung abgeben. Die Menge sei jedoch deutlich geringer als die sonst übliche Lachgas-Produktion.

Im nächsten Schritt wollen die Wissenschaftler Comammox näher erforschen. Da das Bakterium bislang noch nicht bis ins Detail analysiert wurde, ist nämlich auch nicht bekannt, welche Bedingungen es für ein optimales Wachstum benötigt. „Wenn es gelingt, gezielt das Wachstum von Comammox-Bakterien anstelle der anderen Nitrifikanten zu fördern, lassen sich die Lachgas-Emissionen in Böden und Kläranlagen vielleicht vermindern“, sagt Dimitri Kits von der Universität Wien. Lösbar sei die Stickstoff-Problematik allein mit Comammox aus seiner Sicht zwar nicht, aber eine Verringerung der Lachgas-Emissionen wäre realistisch. Ergänzend könnten die Bodeneigenschaften manipuliert werden. Etwa durch eine Erhöhung des pH-Wertes oder des Humusgehaltes des Bodens sei es vermutlich möglich, die chemische Umwandlung von Hydroxylamin in Lachgas zu minimieren. Dann wäre es unproblematisch, dass die Comammox-Bakterien Hydroxylamin ausscheiden.

Weitere Beiträge zu Innovationen in der Landwirtschaft:

Ein Beitrag von:

  • Nicole Lücke

    Nicole Lücke macht Wissenschaftsjournalismus für Forschungszentren und Hochschulen, berichtet von medizinischen Fachkongressen und betreut Kundenmagazine für Energieversorger. Sie ist Gesellschafterin von Content Qualitäten. Ihre Themen: Energie, Technik, Nachhaltigkeit, Medizin/Medizintechnik.

Themen im Artikel

Zu unseren Newslettern anmelden

Das Wichtigste immer im Blick: Mit unseren beiden Newslettern verpassen Sie keine News mehr aus der schönen neuen Technikwelt und erhalten Karrieretipps rund um Jobsuche & Bewerbung. Sie begeistert ein Thema mehr als das andere? Dann wählen Sie einfach Ihren kostenfreien Favoriten.