Solar- und Boden-Biobatterie-System erzeugt Harnstoff direkt auf dem Feld
Die CONFETI-Pilotanlage in Viladecans synthetisiert Stickstoffdünger aus Kohlendioxid und landwirtschaftlichen Nitraten mit vor Ort erneuerbarer Energie.
Von Giovanni Sapere
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Forschende unter Leitung der Universitat Autònoma de Barcelona haben erfolgreich eine landwirtschaftliche Pilotanlage in Betrieb genommen, die Stickstoffdünger vor Ort aus Umweltschadstoffen herstellt. Die in Viladecans getestete Anlage synthetisiert Harnstoff aus Kohlendioxid und landwirtschaftlichen Nitraten mit Energie aus Solarpanelen und Boden-Biobatterien. Das Projekt bietet eine dezentrale Methode zur Herstellung essenzieller landwirtschaftlicher Betriebsmittel ohne fossile, energieintensive Lieferketten.
Dezentrale Düngemittelsynthese auf dem Hof
Die traditionelle Herstellung von Stickstoffdüngern stützt sich auf zentrale industrielle Infrastruktur, die große Mengen fossiler Energie verbraucht und umfangreiche Vertriebsnetze erfordert. Als Alternative hat das von der Universitat Autònoma de Barcelona (UAB) koordinierte CONFETI-Projekt nach drei Jahren Forschung eine dezentrale Feldanlage in Viladecans, Spanien, in Betrieb genommen, wie Autonomous University of Barcelona via Phys.org berichtet. Die landwirtschaftliche Innovation konzentriert sich darauf, Harnstoff, den weit verbreiteten Stickstoffdünger, nach Bedarf direkt dort zu synthetisieren, wo Landwirte ihre Kulturen anbauen.
„Die größte Herausforderung war, das Gerät vom Labor in eine landwirtschaftliche Umgebung zu bringen. Das war eine der schwierigsten Aufgaben.“
— Gonzalo Guirado, Professor am Fachbereich Chemie der Universitat Autònoma de Barcelona
Wie Bodenbakterien und Sonnenlicht den Reaktor antreiben
Die Feldanlage integriert drei miteinander verbundene technologische Komponenten in ein einziges Betriebsschema, so Autonomous University of Barcelona via Phys.org. Kernstück der Anlage ist ein elektrochemischer Reaktor, der Kohlendioxid (CO2) und Nitrate in Harnstoff umwandelt. Dieser Reaktor wird von einem hybriden Energiesetup angetrieben, das herkömmliche Solar-Photovoltaikpaneele mit Biobatterien kombiniert, die die natürliche mikrobielle Aktivität und organische Substanz im Boden zur Stromerzeugung nutzen. Eine integrierte elektronische Steuerung gleicht die Energieströme aus den Bodenmikroben und den Solarpanelen aus, um die Reaktion aufrechtzuerhalten, und fördert so die ökologische Nachhaltigkeit im ländlichen Betrieb.
Den Stickstoffkreislauf durch photochemische Rückgewinnung schließen
Eine ergänzende Stufe des Systems befasst sich mit landwirtschaftlichem Abfluss, indem sie nicht aufgenommene Nitrate in Ausgangsstoffe umwandelt, wie Autonomous University of Barcelona via Phys.org dokumentiert. Die Anlage verfügt über einen photochemischen Reaktor, der Sonnenlicht und einen wiedergewinnbaren Photokatalysator nutzt, um in landwirtschaftlichem Drainagewasser gelöste Nitrate zu Ammoniak zu reduzieren, einem primären chemischen Zwischenprodukt, das für den harnstoffbildenden Schritt benötigt wird. Durch das Recycling von Nitraten, die die Pflanzen nicht aufnehmen, verringert das Verfahren die Grundwasserverschmutzung und macht zugleich den Transport gefährlicher Chemikalien in ländliche Gebiete überflüssig.
Praxiserprobung und der Weg zur kommerziellen Skalierung
Der Umzug chemischer Geräte aus kontrollierten Laborkammern auf einen aktiven Bauernhof bringt erhebliche technische Hürden mit sich. Laut Autonomous University of Barcelona via Phys.org bestätigte der Projektkoordinator Gonzalo Guirado, Professor am Fachbereich Chemie der UAB, dass der funktionierende Prototyp während der Sommerhitze und starker Herbstregenfälle durchgehend in Betrieb war. Das Forschungskonsortium wertet derzeit die Leistungsdaten aus dem Versuch in Viladecans aus, um technische Engpässe zu beheben und zu bewerten, ob eine bedarfsgerechte Düngemittelproduktion kommerzielle Wirtschaftlichkeit erreichen kann.
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