Was wäre, wenn Landwirte nicht nur verhindern könnten, dass überschüssiger Phosphor die flussabwärts gelegenen Gewässer verschmutzt, sondern diesen Nährstoff auch als Langzeitdünger recyceln könnten, und das alles, ohne viel Geld auszugeben? In einer einzigartigen Feldstudie zeigen Forscher der University of Illinois Urbana-Champaign, dass dies möglich und wirtschaftlich ist.
„Es wurden Phosphorentfernungsstrukturen entwickelt, um gelösten Phosphor aus Fliesenentwässerungssystemen aufzufangen, aber aktuelle Phosphorsorptionsmaterialien sind entweder ineffizient oder es handelt sich um Industrieabfallprodukte, die nicht einfach zu entsorgen sind. Dies hat uns dazu motiviert, eine umweltfreundliche und akzeptable Lösung zu entwickeln.“ Material zur Entfernung von Phosphor aus Fliesenentwässerungssystemen“, sagte Studienautor Hongxu Zhou, der die Studie als Doktorand in der Abteilung für Agrar- und Biotechnik (ABE) des College of Agricultural, Consumer and Environmental Sciences und The Grainger abgeschlossen hat College of Engineering an der U. of I.
Zhou und seine Co-Autoren verwendeten Sägemehl und Kalkschlamm, Nebenprodukte aus Mühlen- bzw. Trinkwasseraufbereitungsanlagen. Sie vermischten die beiden Zutaten, formten die Mischung zu Pellets und verbrannten diese langsam unter sauerstoffarmen Bedingungen, um eine „Designer“-Pflanzenkohle mit deutlich höherer Phosphorbindungskapazität im Vergleich zu Kalkschlamm oder Pflanzenkohle allein zu schaffen.
Wichtig ist, dass diese Pellets, sobald sie den gesamten Phosphor binden, den sie aufnehmen können, auf Feldern ausgebracht werden können, wo der eingefangene Nährstoff im Laufe der Zeit langsam freigesetzt wird. Die Ergebnisse sind veröffentlicht im Tagebuch Chemosphäre.
Das Team nutzte die vielen nachhaltigen Eigenschaften von Designer-Biokohle und testete Pellets zum ersten Mal unter Arbeitsbedingungen im Feld. Dabei überwachte es zwei Jahre lang die Phosphorentfernung auf Feldern in Fulton County, Illinois. Wie die meisten Mais- und Sojafelder im Mittleren Westen waren auch die Versuchsfelder mit unterirdischen Entwässerungsrohren ausgestattet.
Dieses Entwässerungswasser floss durch Phosphorentfernungsstrukturen, die mit Designer-Pflanzenkohlepellets in zwei verschiedenen Größen gefüllt waren. Das Team testete im ersten Jahr des Experiments 2–3 Zentimeter große Biokohle-Pellets und ersetzte sie dann im zweiten Jahr durch 1 cm große Pellets.
Weitere Informationen:
Simin Yang et al., Einfangen und Rückgewinnen von gelöstem Phosphor aus wässrigen Lösungen durch eine Designer-Biokohle: Einblicke in Mechanismus und Leistung, Chemosphäre (2021). DOI: 10.1016/j.chemosphere.2021.129717