Grünes Düngemittelsystem zielt darauf ab, Abfälle wiederzuverwenden und Treibhausgasemissionen zu reduzieren

VERÖFFENTLICHT AM 21. August 2023

AMES, Iowa – Forscher aus dem Mittleren Westen wollen einen Teil der Treibhausgasemissionen aus Pflanzendüngern entfernen.

Forschungsteams der Iowa State University und der Wichita State University in Kansas arbeiten gemeinsam an der Entwicklung eines Systems, das überschüssigen Stickstoff und Kohlendioxid auffängt, um einen grünen Dünger herzustellen, der den Ausstoß von Lachgas reduziert, einem Treibhausgas, das 300-mal wirksamer ist als Kohlendioxid.

Das große Ziel des Systems besteht laut einer Forschungszusammenfassung darin, „N₂O (Lachgas) und CO₂ (Kohlendioxid)-reduzierte Stickstoffdünger mit wirtschaftlicher Widerstandsfähigkeit und Umweltbewusstsein als innovativen Weg zur Milderung der Herausforderungen des Klimawandels zu fördern.“ bedrohte Bauern- und Viehzuchtgemeinden im Mittleren Westen.“

Die National Science Foundation unterstützt das Projekt mit einem vierjährigen Zuschuss in Höhe von 4 Millionen US-Dollar, wobei die Hälfte an den Bundesstaat Iowa und die andere Hälfte an den Bundesstaat Wichita geht. Die Finanzierung erfolgt aus dem Established Program to Stimulate Competitive Research (bekannt als EPSCoR) der Agentur.

EPSCoR-Zuschüsse dienen dem Aufbau wissenschaftlicher Infrastruktur und Kapazitäten im ganzen Land. Dieser Zuschuss stammt aus dem „Track 2“-Programm des EPSCoR, das Forschungskooperationen zwischen Staaten oder Territorien fördert. Der aktuelle Schwerpunkt des Programms liegt auf der „Förderung der Forschung zum Klimawandel und der Resilienzkapazität“.

Wenzhen Li, Professor für Chemie- und Bioingenieurwesen und Herbert L. Stiles Faculty Fellow, wird die Arbeit des Staates Iowa an dem Projekt leiten. Zu den weiteren Teammitgliedern gehören Michael Castellano, William T. Frankenberger-Professor für Bodenkunde; Liang Dong, Vikram L. Dalal-Professor für Elektrotechnik und Informationstechnik; und Fallys Masambuka-Kanchewa, Assistenzprofessorin für landwirtschaftliche Ausbildung und Studien.

Zu den Aufgaben des Teams gehören die Entwicklung von Materialien, Prozessen und Reaktoren für die elektrochemische Erfassung und Umwandlung von Abfallstickstoff und Kohlendioxid für einen als „grüner Harnstoff“ bekannten Düngemittel, die Modellierung des Stickstoffkreislaufs in Nutzpflanzen, die Entwicklung und Erprobung von Stickstoffsensoren für Nutzpflanzen sowie die Schulung von Landwirten und Viehzüchter über den neuen Dünger.

(Harnstoff ist ein häufiger Bestandteil von Düngemitteln und Chemikalien. Säugetiere scheiden damit Stickstoff im Urin aus; er muss gereinigt werden, bevor er in Düngemitteln verwendet werden kann. Hochreiner Harnstoff kann auch aus anorganischen Materialien synthetisiert werden.)

Darüber hinaus wollen die Forscher die Nachhaltigkeit des Projekts steigern, indem sie Wind- und Sonnenenergie für die elektrochemische Synthese ihres Gründüngers nutzen. „Wir wollen die reichlich vorhandene erneuerbare Energie nutzen, die Iowa und Kansas derzeit erzeugen und nutzen“, sagte Li.

Shuang Gu, außerordentlicher Professor für Maschinenbau an der Wichita State, wird das Projekt in Kansas leiten. Er wird mit Mark Schneegurt, einem Professor für Biowissenschaften, zusammenarbeiten; Janet Twomey, stellvertretende Dekanin für Graduiertenstudien, Forschung und Fakultätserfolg am College of Engineering und Professorin für Industrie-, System- und Fertigungstechnik; und Ruowen Shen, Assistenzprofessor an der Hugo Wall School of Public Affairs.

Zu den Aufgaben des Kansas-Teams gehören das Auffangen und Konzentrieren von Nitrat, die Abtrennung von Harnstoff, die Untersuchung mikrobieller Gemeinschaften im Boden, die Durchführung von Lebenszyklusbewertungen grüner Düngemittel und die Bestimmung der gesellschaftlichen Auswirkungen grüner Düngemittel.

Die Forscher von Iowa State und Wichita State haben bei anderen Projekten zusammengearbeitet, daher war es sinnvoll, diese neue Zusammenarbeit fortzusetzen.

„Es gibt eine nahtlose Synergie zwischen der ISU in Iowa und der WSU in Kansas im Hinblick auf gemeinsame Probleme, ein gemeinsames Interesse an Landwirtschaft und Viehzucht im Mittleren Westen sowie die Ergänzung von Forschungskompetenz und Bildungsstärke“, sagte Gu.

Li sagte, das Projekt werde mehr bewirken, als nur ein neues, grünes Düngemittelprodukt zu schaffen. Es wird ein ganzes System von Technologien und Erkenntnissen entstehen, die die Lachgasemissionen von Düngemitteln reduzieren könnten.

Die Forscher werden herausfinden, wie Stickstoff und Kohlendioxid aus landwirtschaftlichen Abwässern aufgefangen werden können. Sie werden außerdem eine Technologie zur Synthese von grünem Harnstoff aus dem gesammelten Stickstoff und Kohlendioxid entwickeln.

Die Forscher werden auch Lebenszyklus- und Wirtschaftsanalysen der Verwendung von Gründünger durchführen, fortschrittliche Sensoren für die Messung des Stickstoffverbrauchs durch Pflanzen vor Ort entwickeln, den Pflanzenstoffwechsel von Lachgas untersuchen, die Auswirkungen politischer Änderungen untersuchen und daran arbeiten, den Einsatz zu fördern von Gründüngern.

„Da wir im Mittleren Westen leben – dem Herzen der Landwirtschaft“, schrieben Gu und Li, „fühlten wir uns verpflichtet, etwas zu tun, um dieses nationale Problem der Treibhausgas- und Lachgasemissionen zu lindern.“ Der von Lachgas befreite Stickstoffdünger könnte das langfristige Gedeihen und den Wohlstand der Landwirtschaft im Mittleren Westen stärken und gleichzeitig die Probleme des Klimawandels abmildern.“

–Iowa State University über EurekAlert!

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