Neuer Nitratsensor für den Klimaschutz

Vor-Ort-Messgerät für die Bestimmung des Düngebedarfs

Herausragend für den Klimaschutz - dieses Prädikat hat das Land NRW dem Projekt von Nachwuchswissenschaftler Dr. Nicolas Plumeré verliehen. Am Zentrum für Elektrochemie der Ruhr-Universität Bochum entwickelt er mit seinem Team einen Nitratsensor. Dieser soll es ermöglichen, Nutzpflanzen mit exakt der richtigen Menge Dünger zu versorgen, ohne den Boden unnötig zu belasten. Das Projekt wurde für die "KlimaExpo.NRW" ausgewählt.

Bochumer Nitratsensor: Ein Messstäbchen saugt eine kleine Menge Pflanzensaft auf, aus der das Messgerät automatisch die enthaltene Nitratmenge berechnet. (© RUB, Foto: Gorczany)

Bis zu doppelt so viel Dünger im Einsatz wie notwendig
Zurzeit setzen Landwirte bis zu doppelt so viel Dünger ein, wie Nutzpflanzen tatsächlich benötigen. Dadurch gelangt überflüssiges Nitrat in die Böden, das die Umwelt belastet. Auch die Produktion der Stickstoffdünger schadet dem Klima: Jährlich verschlingt sie etwa ein Prozent des globalen Energiebedarfs. Bislang gab es nur wenige Methoden, um die auf dem Feld vorhandene Nitratmenge zu bestimmen und somit den Düngebedarf zu ermitteln. Da die Verfahren aufwendig und teuer sind, nutzen Landwirte sie nur wenig.

Leicht einsetzbare Methode zur Nitratbestimmung
Nicolas Plumeré entwickelt mit seinem Team einen zuverlässigen Nitratsensor, den Bauern unkompliziert direkt auf dem Feld einsetzen können. Er funktioniert ähnlich wie ein Blutzuckermessgerät. Der Anwender ritzt einen Pflanzenstängel an, um einen winzigen Tropfen Pflanzensaft zu gewinnen. Ein Messstäbchen saugt genau die für den Test benötigte Menge auf - am Ende sollen das gerade einmal 300 nl sein - und gibt als Ergebnis die vorhandene Nitratmenge aus.

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Das Messstäbchen enthält ein Enzym, das Nitrat zu Nitrit umsetzt. Bei der Reaktion werden Elektronen frei; den resultierenden Stromfluss misst eine Elektrode im Stäbchen. Aus dem Stromfluss wiederum berechnet das Gerät automatisch die Nitratkonzentration im Pflanzensaft. Da Luftsauerstoff das Nitratmessverfahren stört, integrierten die Forscher spezielle weitere Enzyme in das Messstäbchen, die den Sauerstoff abfangen.

Das Verfahren optimieren
Zurzeit optimiert die Forschergruppe das Messverfahren, damit es robust gegen alle Störeinflüsse auf dem Feld ist. In ein bis zwei Jahren könnte ein funktionstüchtiger Prototyp vorliegen, ein marktreifes Produkt in drei bis fünf Jahren.

So belastet Nitrat die Umwelt
Nitrat führt in Gewässern zu einem Überangebot an Nährstoffen und bringt so das Ökosystem aus dem Gleichgewicht. In die Luft ausgeschiedener Stickstoff erhöht außerdem die Feinstaubbelastung, kann Krankheiten wie Krebs und Asthma fördern und unterstützt die Bildung von bodennahem Ozon.

KlimaExpo.NRW: 1000 Schritte bis zum Ziel
Die KlimaExpo.NRW ist ein Projekt der Landesregierung von Nordrhein-Westfalen, das eine nachhaltige Entwicklung für Wirtschaft und Gesellschaft beflügeln soll. Schubkräfte für diese Entwicklung sind Energiewende, Klimaschutz sowie die notwendige Anpassung an die Folgen des Klimawandels. Ziel ist es, erfolgreiche Projekte in innovativen Formaten einem breiten Publikum bis hin zur internationalen Ebene zu präsentieren und zusätzliches Engagement für den Klimaschutz zu initiieren. Die KlimaExpo.NRW soll das technologische und wirtschaftliche Potenzial Nordrhein-Westfalens in diesem Bereich präsentieren. Sie läuft landesweit bis zum Jahr 2022.

Weitere Informationen:
Dr. Nicolas Plumeré
Zentrum für Elektrochemie, Fakultät für Chemie und Biochemie der Ruhr-Universität
44780 Bochum
E-Mail: nicolas.plumere@rub.de.

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