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Phosphor – Was tun, wenn ein Pflanzennährstoff knapp wird?

Phosphor ist ein wichtiger Pflanzennährstoff, doch die weltweiten Vorräte schwinden. Eine Alternative ist Phosphor-Recycling aus Klärschlamm.

Phosphor ist ein schwindender Rohstoff, der nicht ersetzt werden kann.
Quelle: BrianBrownImages via Getty Images

Phosphor ist nach Stickstoff der mengenmäßig wichtigste Nährstoff im Acker- und Gartenbau. Das heißt, ohne Phosphor kein Pflanzenwachstum. Phosphor übernimmt wichtige Funktionen in der Energieversorgung der Pflanze und ist unverzichtbarer Baustein für Zellwände, Erbgut und verschiedene Eiweiße. Damit unseren Kulturpflanzen dieser Nährstoff nicht ausgeht, müssen Landwirtinnen und Landwirte regelmäßig düngen.

Natürliche Phosphorlieferanten sind tierische Dünger wie Gülle oder Mist. Vor allem Schweinegülle enthält viel Phosphor. Tierhaltende Betriebe können einen Teil des Phosphors, den ihre Kulturpflanzen benötigen, über die Ausbringung von Gülle und Mist wieder auf die Felder bringen. In geringen Mengen ist Phosphor auch in Kompost enthalten. In aller Regel reicht der darin enthaltene Phosphor aber nicht aus, um den Bedarf der Pflanzen zu decken.

Konventionelle viehlose Betriebe greifen daher meist zu synthetisch hergestellten Phosphor- oder Mehrnährstoffdüngern. In letzteren sind neben Phosphor auch andere Pflanzennährstoffe enthalten.

Phosphorquelle Rohphosphat

Der Phosphor in diesen Kunstdüngern liegt meist in gebundener Form als Phosphat – chemisch P2O5 – vor. Phosphat stammt aus Lagerstätten, die im Tagebau abgebaut werden. Weil das dort gewonnene Rohphosphat schlecht in Wasser lösbar ist, wird es meist noch mit Hilfe von Säuren aufbereitet. Auf diese Weise wird das Phosphat für die Pflanzen besser verfügbar.

Im Ökolandbau ist der Einsatz von solchen synthetisch hergestellten Phosphatdüngern verboten. Bio-Landwirtinnen und -landwirte verwenden daher das unbehandelte Rohphosphat.

Phosphat ist ein endlicher Rohstoff

Woher kommt Phosphat?

Weltweit verfügen gerade mal fünf Länder über 85 Prozent der bekannten Phosphatreserven: Marokko, China, Algerien, Syrien, Brasilien und Südafrika. Mit Abstand die größten Bestände hat Marokko. Knapp drei Viertel der Weltvorräte liegen dort.

Das grundsätzliche Problem mit natürlichen Rohstoffen ist: Sie sind nicht unendlich lang verfügbar. Das gilt auch für Phosphat. Bauen wir weiterhin so viel Phosphat ab wie heute, reichen die weltweiten Phosphatreserven verschiedenen Schätzungen zufolge noch etwa 300 Jahre. Unter Reserven versteht man diejenigen Rohstoffvorkommen, die nach heutigem Stand der Technik wirtschaftlich sinnvoll gewonnen werden können.

Darüber hinaus gibt es noch weitere Phosphatressourcen. Diese Vorkommen sind bekannt und theoretisch geeignet, um eine Verlängerung des Nutzungszeitraums zu ermöglichen. Wie viele dieser Ressourcen allerdings tatsächlich wirtschaftlich sinnvoll genutzt werden können, ist heute noch unklar.

Phosphor ist nicht ersetzbar

Das Problem der Rohstoffverknappung kennt man bereits von anderen Rohstoffen wie zum Beispiel Erdöl. Beim Öl sucht man deswegen schon seit Jahren nach alternativen Energiequellen, um diesen fossilen Rohstoff mittel- bis langfristig komplett ersetzen zu können.

Das was bei Erdöl machbar ist, wird beim Phosphor jedoch nicht möglich sein. Aus dem einfachen Grund: Phosphor ist als Nährstoff für das Pflanzenwachstum essentiell und damit unersetzbar.
Das heißt, die zunehmende Verknappung der Phosphatreserven führt dazu, dass die noch vorhandenen Vorkommen mit der Zeit immer gefragter und damit auch immer teurer werden. Schon jetzt können sich viele Landwirtinnen und Landwirt in ärmeren Ländern dieser Welt kaum noch Phosphordünger leisten.

Dieses Problem wird sich in Zukunft verschärfen und wahrscheinlich auch auf Europa übertragen, wenn sich nichts ändert. Seit 2014 schon steht Phosphor auf der EU-Liste für kritische Rohstoffe.

Negative Umweltwirkung von Phosphatabbau und -düngung

Zu hohe Phosphoreinträge führen häufig zu verstärktem Algenwachstum und schaden dem ökologischen Gleichgewicht von Seen und Flüssen.
Quelle: prill via Getty Images

Um die landwirtschaftliche Erzeugung auch zukünftig in dem Maße aufrecht erhalten zu können wie wir sie heute betreiben, müssten wir sehr viel sparsamer mit dem Rohstoff Phosphor umgehen. Der sparsame Umgang ist jedoch nicht nur aus Knappheitsgründen angesagt. Auch der Umwelt ginge es besser, wenn Phosphor verantwortlicher eingesetzt würde.

Die noch vorhandenen Phosphatvorräte sind immer schwerer zu erschließen und ihr Abbau und Transport erfordert immer größere Mengen an Energie. Hinzu kommt: Die Qualität der gewonnenen Rohphosphate nimmt stetig ab. Vor allem Rohphosphate sedimentären Ursprungs weisen heute immer höhere Gehalte an Cadmium, Uran und anderen unerwünschten Stoffen auf, die über die Düngung bei uns in den Boden gelangen.

Gewässerbelastung durch zu viel Phosphor

Laut Umweltbundesamt sind hierzulande die Phosphorkonzentrationen in fast zwei Drittel aller offenen Gewässer zu hoch. Zu viel Phosphor bringt die Gewässerökosysteme aus dem Gleichgewicht und führt zur sogenannten Eutrophierung. Die Folge sind schädliches Wachstum von Algen und Wasserpflanzen, Abnahme der Biodiversität, Sauerstoffmangel, bis hin zu Fischsterben.

Die größten Eintragsquellen für Phosphor in Flüsse und Bäche sind kommunale Kläranlagen und die Landwirtschaft. In manchen Regionen sind die Böden durch den übermäßigen Einsatz von mineralischen Phosphordüngern und Gülle derart überversorgt, dass unerwünscht große Mengen Phosphor durch Bodenerosion in die Flüsse und Seen gelangen.

Unter anderem aus diesem Grund wurden die Regeln für die Phosphordüngung vor einiger Zeit verschärft. Landwirtinnen und Landwirt müssen nun genauestens darüber buchführen, wie viel Phosphor ihre Pflanzen brauchen und wie viel sie ausbringen. Werden die Grenzwerte überschritten, drohen Bußgelder. Aber auch Kläranlagen sind aufgefordert mit entsprechender Technik die Phosphorausträge zu minimieren.

Wie sich das Phosphor-Dilemma lösen lässt

Über die Düngung werden Jahr für Jahr große Menge an Phosphor auf die Felder und Wiesen ausgebracht. Nur einen Teil davon brauchen die Pflanzen tatsächlich für ihr Wachstum.
Quelle: mikedabell via Getty Images

Um die Versorgung mit Phosphor dauerhaft zu sichern, wird es nicht ausreichen, wenn wir sparsamer mit den Phosphorreserven umgehen. Lösen können wir das Phosphor-Dilemma langfristig nur, wenn wir beginnen, die Nährstoffkreisläufe wieder zu schließen.

Hier kommt der Landwirtschaft eine besondere Rolle zu. Denn rund 85 Prozent des nach Deutschland importierten Phosphors werden allein in Landwirtschaft und Gartenbau verwendet. In anderen Ländern sieht das ähnlich aus. Ein Großteil des gedüngten Phosphors landet mit Gemüse und Getreide, mit Eiern, Milch und Fleisch auf unserem Teller. Die vom Menschen unverwerteten Nährstoffe gelangen dann mitsamt dem enthaltenen Phosphor weiter über das Abwasser in die Kläranlage.

Eine Rückführung der in den Kläranlagen anfallenden Klärschlämme auf die Felder und Beete wäre daher eine naheliegende Lösung, den Kreislauf zu schließen.

Dies wurde in der Vergangenheit auch schon gemacht. Das Problem mit Klärschlamm ist allerdings: Er enthält nicht nur die vielen wertvollen Nährstoffe, die unsere Pflanzen brauchen, sondern auch alles andere, was wir in die Toilette oder den Gully spülen: Arzneimittel und Haushaltschemikalien, Industrieabwässer oder den von der Straße gewaschenen Reifenabrieb.

Aufgrund dieser Problematik hat man die Klärschlammdüngung in Deutschland stark reduziert und wird sie, zumindest in der bestehenden Form, mittelfristig ganz verbieten. Spätestens 2032 dürfen alle größeren Kläranlagen (> 50.000 Einwohner) Klärschlamm nicht mehr unbehandelt auf die Felder ausbringen. Darüber hinaus schreibt der Gesetzgeber vor, dass alle Kläranlagen binnen einer Frist bestimmte Teile des im Klärschlamm gebundenen Phosphors wieder zurückgewinnen müssen.

Phosphorrückgewinnung aus Klärschlamm

Die Phosphorrückgewinnung aus Klärschlamm in Kläranlagen soll zukünftig Pflicht werden.
Quelle: ollo via Getty Images

Derzeit laufen an vielen Kläranlagen Pilotversuche, in denen passende Techniken zur Phosphorrückgewinnung erprobt werden. Ein vielversprechendes Verfahren ist die Rückgewinnung von Phosphor aus dem Schlammwasser mithilfe von Magnesiumsalzen. Die dabei entstehende Verbindung Struvit enthält sowohl Phosphor als auch Stickstoff und kann von den Pflanzen, die man damit düngt, gut aufgenommen werden.

Eine andere Möglichkeit der Rückgewinnung ist die Verbrennung von Klärschlamm zu Aschen. Der Vorteil dieser Methode ist, dass größere Mengen des Phosphors (90 %) zurückgewonnen werden können. Allerdings liegt der auf diese Weise gewonnene Phosphor in Verbindungen vor, die schlecht pflanzenverfügbar sind. Ein weiterer Nachteil ist, dass durch die Verbrennung wichtige Nährstoffe wie Stickstoff und Schwefel verloren gehen. Insofern scheint die Rückgewinnung von Struvit für den Acker- und Gartenbau sinnvoller.

Die Mehrkosten für die Phosphorrückgewinnung können nach Angaben des Umweltbundesamtes von den Kläranlagen auf die Abwassergebühr umgelegt werden. Fachleute schätzen, dass sich die Abwasserentgelte durch die Phosphorrückgewinnung nur um drei bis elf Euro pro Anwohner und Jahr erhöhen werden.

Somit stellt das Phosphorrecycling eine machbare und zugleich bezahlbare Lösung dar, um das Phosphorproblem zu lösen.


Weitere Informationen

Bundeslandwirtschaftsministerium (BMEL): Phosphor, alles nur eine Frage der Verfügbarkeit

Umweltbundesamt (UBA): Recyclingdünger als Alternative zu konventionellen Düngemitteln

UBA: Umwelt-Indikatoren – Eutrophierung von Flüssen durch Phosphor


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