Chemikalien – von Antibiotika zur Gesunderhaltung von Nutztieren bis hin zu Pestiziden, die Nutzpflanzen vor Insekten und anderen Schädlingen schützen – spielen in der modernen Landwirtschaft eine wichtige Rolle. Viele dieser Stoffe reichern sich jedoch im Kuhmist an, der als Dünger verwendet wird, wo sie Nutzpflanzen verunreinigen, ins Grundwasser gelangen und Wasserwege verunreinigen, was eine Gefahr für die menschliche Gesundheit und die Umwelt darstellt.
Eine von Umweltingenieuren der Johns Hopkins University durchgeführte Studie legt nahe, dass durch anaerobe Vergärung – der Einsatz von Mikroben zum Abbau organischer Stoffe in Abwesenheit von Sauerstoff – diese potenziell schädlichen Chemikalien aus Rindermist entfernt werden könnten, bevor sie den Boden und das Wasser in der Nähe verschmutzen. Darüber hinaus kann dieser Prozess auch nachhaltige Energie erzeugen, da die organische Substanz im Mist zu Methan, einem Biogas, zerfällt.
„Der zunehmende Einsatz von Antibiotika und Pestiziden in der Landwirtschaft birgt erhebliche Risiken für die menschliche Gesundheit und die Umwelt, weshalb es von entscheidender Bedeutung ist, Maßnahmen zu entwickeln, um ihre negativen Auswirkungen zu mildern“, sagte Teammitglied Carsten Prasse, Assistenzprofessor für Umweltgesundheit und -technik an der Universität Johns Hopkins Universität. „Unsere Arbeit beleuchtet das Potenzial der anaeroben Vergärung als eine Lösung.“
Die Ergebnisse des Teams erschienen in Wissenschaft der gesamten Umwelt.
Die anaerobe Vergärung wird in den USA häufig zur Behandlung von Klärschlamm eingesetzt. Auch in anderen Ländern erfreut es sich als Verfahren zur Verarbeitung von Viehmist zunehmender Beliebtheit. Das Hauptziel dieser Ansätze besteht darin, die Treibhausgasemissionen der Schlachtabfälle zu reduzieren, die typischerweise in großen offenen Lagunen gelagert werden. Frühere Forschungen konzentrierten sich hauptsächlich auf die Auswirkungen von Veterinärantibiotika auf Mikroorganismen, die an der anaeroben Verdauung beteiligt sind.
Prasses Team hatte ein anderes Ziel: herauszufinden, ob durch anaerobe Vergärung diese Chemikalien entfernt und möglicherweise Biogas erzeugt werden könnte. Anstatt sich ausschließlich darauf zu konzentrieren, ob die Chemikalien durch die anaerobe Vergärung entfernt werden, untersuchten die Forscher die Substanzen, die während des anaeroben Entfernungsprozesses entstehen.
„Durch die Untersuchung der Wege, auf denen die Mikroben die Chemikalien abbauen, haben wir Erkenntnisse darüber gewonnen, welche neuen Substanzen produziert wurden“, sagte Prasse. „Dies gibt Aufschluss darüber, welche Mikroben die Verdauung erleichterten und ob es ihnen gelang, die ‚Ausgangs‘-Verunreinigungen vollständig abzubauen oder sie lediglich in andere, neue und potenziell besorgniserregende Verbindungen umzuwandeln.“
In ihrer Studie untersuchten die Forscher das Schicksal von 20 häufig vorkommenden Abfallstoffen von Rindern in kleinen, mit Gülle gefüllten Laborbehältern bei der anaeroben Vergärung. Sie fanden heraus, dass 11 dieser Substanzen abgebaut wurden und dabei 47 neue (sogenannte „Transformationsprodukte“) entstanden.
Das Team machte außerdem eine weitere wichtige Entdeckung: Die Entfernung von Chlor aus organischen Verbindungen führt zu weniger persistenten und oft weniger toxischen Transformationsprodukten.
„Obwohl unsere Studie ein bedeutender Schritt ist, unterstreicht sie auch die Notwendigkeit weiterer Forschung, um die erzeugten Transformationsprodukte zu verstehen und zu prüfen, ob die Ergebnisse auf umfassende Behandlungssysteme übertragen werden können“, sagte Prasse.
Mehr Informationen:
Christopher L. Brueck et al., Bewertung des Schicksals von Antibiotika und Agrochemikalien während der anaeroben Vergärung von Tiermist, Wissenschaft der gesamten Umwelt (2022). DOI: 10.1016/j.scitotenv.2022.159156