Kreislaufwirtschaft Phosphor: Phosphoranpassung in Tierfutter

Abbildung 1: Gegenüberstellung der „End-of-Pipe“-Strategie und des Ansatzes der Phosphor-angepassten Futtermittel

Die Ressource Phosphor

Phosphor (P) ist ein essentieller, wenn nicht sogar der wichtigste Nährstoff für jegliche Form von Leben. In jeder einzelnen Zelle liegt die Erbinformation unter anderem in Form von Phosphaten vor und gewonnene Energie wird in dem Molekül Adenosintriphosphat (ATP) gespeichert und wieder umgesetzt, sodass auch nicht die einfachste Form von Leben ohne Phosphor überlebt.

Um Pflanzen besonders in der Wachstumsphase genug Phosphat über den Boden zur Verfügung zu stellen, werden kommerzielle Düngemittel in hohem Maße mit mineralischem Phosphor angereichert. Mit dem steigenden Nahrungsmittelbedarf der wachsenden Bevölkerung wird auch die Nachfrage nach mineralischem Dünger und damit nach Phosphor immer höher. Da mineralischer Phosphor jedoch eine begrenzt verfügbare Ressource ist, deren Erschöpfung bei Fortgang des momentanen Trends bereits auf das kommende Jahrhundert determiniert wird, rückt die Notwendigkeit effizienten P-Recyclings immer mehr in den Fokus von Forschung und Entwicklung. Quellen für vielversprechende Rückgewinnungsmethoden sind organische Rückstände in Klär- und Abwasser sowie in Pflanzenresten und tierischen Ausscheidungen. Gesetzliche Bestimmungen restriktieren den P-Gehalt in kommunalem Abwasser bereits, sodass hier erste Verfahren zur Phosphor-Rückgewinnung etabliert wurden.

Abbildung 2: Natürliche organische Phosphor-Verbindungen, links: Adenosintriphosphat (ATP), rechts: Phytinsäure

Tiere nehmen Phosphor im Besonderen über pflanzliche Nahrung auf. Da Phosphor in Pflanzen jedoch hauptsächlich nicht in freier, sondern in gebundener organischer Form vorliegt (Beispiele, siehe Abbildung 2), können alle monogastrischen Tiere einen Großteil des natürlichen Phosphor nicht nutzen. Daher wird vor allem Schweine- und Geflügelfutter mineralischer Phosphor beigemischt. Der überschüssige Phosphor, insbesondere Phytinsäure und deren korrelierende Salze, landet mit den tierischen Ausscheidungen zur Düngung wieder auf dem Feld und wird so in Gewässer ausgeschwemmt. Organischer Phosphor wird dort mikrobiell verstoffwechselt und ermöglicht das Wachstum giftiger Bakterien und Algen, was besonders in stehenden Gewässern zu einem hohen Eutrophierungsrisiko führt.

Aktuelle Phosphor-Forschung am IUE

Dieser sowohl umwelttechnischen als auch ernährungsphysiologischen Problematik soll nun durch eine ganz gezielte Anpassung von Tierfutter vorgebeugt werden. Hierfür sollen die vorliegenden P-Verbindungen in eine verwertbare Form umgewandelt und in der je nach Entwicklungsstufe des Tiers benötigten Menge bereitgestellt werden. Evaluiert werden mechanische, chemische und biokatalytische Methoden zur P-Anpassung im Besonderen in P-reichen Getreiderückständen. Diese werden im Labormaßstab erprobt und für eine großtechnische, industrielle Umsetzung zum Pilotmaßstab weiterentwickelt. Dieser Ansatz bietet im Gegensatz zur „End-of-Pipe“-Strategie, bei der das P-Recycling am Nutzungsort aus der anfallenden Gülle erfolgt, eine zentrale Lösung direkt beim Futterhersteller und noch vor der Verfütterung (siehe Abbildung 1). Somit umfasst diese Methode bereits ebenfalls die Bereitstellung verwertbaren Ps. Dies wird bisher durch die Zugabe externer, mikrobiell hergestellter Enzyme gelöst.

Phosphor-angepasste Futtermittel bieten also die folgenden Vorteile:

  1. Bereitstellung von P in verwertbarer Form ohne Zumischung weiterer Bestandteile
  2. Vermeidung des P-Überschusses in Ausscheidungen und somit Reduzierung der Eutrophierungsproblematik
  3. Einsparung des begrenzt vorhandenen mineralischen Rohstoffs Phosphor