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
Hochschule Esslingen-Firmenlogo
Professor:in für das Lehrgebiet "Konstruktion" Hochschule Esslingen
Göppingen, Esslingen Zum Job 
Safran Data Systems GmbH-Firmenlogo
Testingenieur / Certified Tester (m/w/d) Safran Data Systems GmbH
Bergisch Gladbach Zum Job 
Fraunhofer-Gesellschaft e.V.-Firmenlogo
Sachgebietsleiter*in Technisches Gebäudemanagement - Betrieb, Wartung & Weiterentwicklung Fraunhofer-Gesellschaft e.V.
München Zum Job 
Stadtwerke München GmbH-Firmenlogo
Commissioning Manager Control, Field and Automation Engineering (m/w/d) Stadtwerke München GmbH
München Zum Job 
Hochschule Esslingen-Firmenlogo
Professor:in für das Lehrgebiet "Elektrotechnik und Elektrische Energieversorgung" Hochschule Esslingen
Göppingen, Esslingen Zum Job 
Rhein-Sieg Netz GmbH-Firmenlogo
Ingenieur (m/w/d) Netzbetrieb Rhein-Sieg Netz GmbH
Siegburg Zum Job 
Röhm GmbH-Firmenlogo
Ingenieur (m/w/d) Elektrotechnik / Automatisierungstechnik / EMSR Röhm GmbH
Wesseling Zum Job 
Wasserstraßen- und Schifffahrtsverwaltung des Bundes-Firmenlogo
Bauingenieurinnen / Bauingenieure (m/w/d) Fachrichtung konstruktiver Ingenieurbau Wasserstraßen- und Schifffahrtsverwaltung des Bundes
Brunsbüttel, Rendsburg Zum Job 
BMI Deutschland GmbH-Firmenlogo
Sicherheitsfachkraft / Fachkraft für Arbeitssicherheit (m/w/d) BMI Deutschland GmbH
Dülmen Zum Job 
SWM Services GmbH-Firmenlogo
Inbetriebsetzungsleiter*in für Verfahrenstechnik (m/w/d) SWM Services GmbH
München Zum Job 
Fachhochschule Dortmund-Firmenlogo
Vertretungsprofessur "Produktions- und Qualitätsmanagement"; Fachbereich Maschinenbau Fachhochschule Dortmund
Dortmund Zum Job 
BMI Deutschland GmbH-Firmenlogo
Sicherheitsfachkraft / Fachkraft für Arbeitssicherheit (m/w/d) BMI Deutschland GmbH
Dülmen, Heyrothsberge Zum Job 
Herrenknecht AG-Firmenlogo
Technischer Redakteur (m/w/d) Herrenknecht AG
Schwanau Zum Job 
Wasserstraßen- und Schifffahrtsverwaltung des Bundes-Firmenlogo
Bauingenieurin /Bauingenieur (m/w/d) Wasserstraßen- und Schifffahrtsverwaltung des Bundes
Brunsbüttel Zum Job 
ONTRAS-Firmenlogo
Spezialist Strategische Technologie (m/w/d) ONTRAS
Leipzig Zum Job 
Die Autobahn GmbH des Bundes-Firmenlogo
Techniker als Fachexperte für Vertragsmanagement, Ausschreibung, Vergabe & Abrechnung (w/m/d) Die Autobahn GmbH des Bundes
Krailling bei München Zum Job 
Fraunhofer-Institut für Arbeitswirtschaft und Organisation IAO-Firmenlogo
Wissenschaftliche*r Referent*in der Institutsleiterin Fraunhofer-Institut für Arbeitswirtschaft und Organisation IAO
Stuttgart Zum Job 
FH Münster-Firmenlogo
Professur für "Strömungstechnik" im Fachbereich Maschinenbau FH Münster
Münster Zum Job 
Technische Hochschule Rosenheim-Firmenlogo
Professorin / Professor (m/w/d) für Applied Embedded Computing Technische Hochschule Rosenheim
Rosenheim Zum Job 
FUNKE Wärmeaustauscher Apparatebau GmbH-Firmenlogo
Verfahrensingenieur (m/w/d) im technischen Vertrieb Rohrbündelwärmeaustauscher FUNKE Wärmeaustauscher Apparatebau GmbH
Gronau (Leine) 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.