Landwirtschaft

Das Ölfördermaximum und die Produktion von Kunstdünger

Im Internet finden sich häufig Behauptungen, das Ölfördermaximum würde automatisch ein Ende der Künstdüngerproduktion nach sich ziehen, In diesem Zusammenhang ist es nützlich, ein paar allgemeine Fakten zum Dünger zu betrachten. (Autor: Forumsmitglied Bernd Ohm)

1) Es gibt nicht "den" Kunstdünger

Pflanzen brauchen für ihre "Ernährung" neben Sonnenlicht und CO2 eine Reihe von chemischen Substanzen, die teils durch natürliche Prozesse (Verrottung, Tierfäkalien, Regen) in den Boden gelangen, teils "künstlich" zugeführt werden, um die Fruchtbarkeit zu erhöhen.

Im Einzelnen sind das:

Stickstoff:

Zweifellos das wichtigste Düngemittel. Ohne zusätzliche Stickstoffversorgung bringt ein Hektar Weizen nur 750 kg Ertrag, heute werden in Deutschland über 7 Tonnen/Hektar geerntet. N-Dünger wird mithilfe des Haber-Bosch-Verfahrens mit Erdgas produziert, mit Kohle funktioniert es aber auch. Die hat man früher tatsächlich dafür verwendet, bevor das Erdgas billig wurde, aber mit dreifachem Energieeinsatz (Quelle). Andere Verfahren zur Stickstoffgewinnung sind technisch möglich, die Frage ist allein der Preis und der Umstand, dass eine entsprechende großtechnische Infrastruktur erst wieder aufgebaut werden müsste. Nach dem Ölknick ist wohl zu erwarten, dass die Nachfrage nach Erdgas ansteigt, und es gibt ja auch die Meinung, "Peak Natural Gas" würde bald folgen.

Die in den Forumsbeiträgen von diazotrophicus häufiger erwähnten Bakterien leben in Symbiose mit bestimmten Pflanzen und ermöglichen die "Gewinnung" von Luftstickstoff (was Pflanzen sonst nicht können) den sie im Austausch gegen Zucker an die Pflanze liefern. Das ist nichts Besonderes - gewöhnliche Erbsen, Bohnen oder Schwarzerlen nutzen solche Symbionten, außerdem "Gründünger" wie Weißklee oder Senf, den man als Teil einer Fruchtfolge oder im Mischfruchtanbau zwischen die Nutzpflanzen aussäen kann. In den letzten Jahrzehnten wurde viel geforscht, wie man die Haupt-Nahrungspflanzen wie etwa Weizen oder Mais mit stickstofffixierenden Bakterien "impfen" kann, um Stickstoffdünger einzusparen, aber bis jetzt gibt es da keine großen Durchbrüche. Soja wird allerdings heute im kommerziellen Maßstab mit Bakterien geimpft, sonst wäre der Anbau in vielen Gegenden (etwa Brasiliens) nicht wirtschaftlich. Man sollte auch nicht vergessen, dass durch die Bakterien ausschließlich die Stickstoffzufuhr gesichert wird, bei den anderen Nährstoffen kann man nur so viel "mobilisieren", wie im Boden vorhanden ist (oder zugeführt wird). In diesem Zusammenhang ist es nützlich auf das Liebigsche Minimumgesetz hinzuweisen: Wenn beispielsweise Phosphor oder Magnesium im Boden fehlen, kann man die Pflanze mit noch so viel Stickstoff versorgen, sie wächst trotzdem nicht mehr.

Phosphor:

Vermutlich die Achillesferse des Industriedüngersystems. Phosphate werden aus Minerialien wie Apatit im Tagebau gewonnen und müssen dann zunächst aufgeschlossen werden. Aufgrund der chemischen Eigenschaften sind die Vorkommen häufig mit Schwermetallen wie Cadmium oder Uran verunreinigt, die sich bei Verwendung als Dünger in der Nahrungskette anlagern (siehe Wikipedia über Phosphate - für manche Leute ist es eine Phosphatmine, andere halten es für ein Uranvorkommen). Die Vorräte an Phosphatgestein sind natürlich endlich, teilweise wird schon vor einem bevorstehenden Peak Phosphorus gewarnt. Die Daten scheinen mir da nicht völlig eindeutig zu sein, aber allein die Verunreinigung mit Schwermetallen ist eigentlich schwerwiegend genug, um die Verwendung von Phosphatgestein zur Düngemittelproduktion möglichst zu vermeiden.

Die Bodenchemie des Phosphors ist ziemlich komplex (Kurzübersicht). Im Allgemeinen sind die Böden hier in Deutschland eigentlich mit Phosphor überdüngt, da aber dieser Phosphor im Boden unter Umständen nur schwer für die Pflanzen verfügbar ist (der pH-Wert spielt eine große Rolle, auch die chemische Bindung an andere Stoffe), wird trotzdem mit "leicht verfügbarem" Phosphor nachgedüngt, sodass paradoxerweise sowohl zu viel als auch zu wenig Phosphor da ist. Als Phosphate noch in Waschmitteln erlaubt waren, führte dies zu einer starken Überdüngung der Gewässer (Eutrophierung) durch ungeklärte Abwässer.

Kalium:

Wird vor allem für den Aufbau der Zellwände benötigt. Die Düngung erfolgt in Form von Kalisalz, das im Untertagebau gewonnen wird. Deutschland hat ausreichende eigene Vorkommen (wenn man südlich von Hannover auf der A7 fährt, kann man die großen Abraumhalden bei Lehrte sehen), allerdings stellen die Abfallprodukte ein Problem dar. In meiner Kindheit waren Werra und Weser durch die bei der Kaliproduktion anfallenden Salzabwässer so stark belastet, dass teilweise ein ebenso hoher Salzgehalt wie in der Nordsee gemessen wurde (historischer Wert für die Weser zu DDR-Zeiten sind 30 Gramm/Liter, die Nordsee hat 35 Gramm/Liter). Der Flussgesundheit dient das natürlich nicht unbedingt (Rückgang des Fischertrags in der Weser: von 200 kg/ha auf 4 kg/ha, Quelle). Heute ist die Belastung geringer, was aber hauptsächlich mit dem Zusammenbruch der DDR-Kaliindustrie nach 1990 zu tun hat.

Weitere Nährstoffe:

Magnesium, Calcium, Chlor, Schwefel, Natrium und Spurenelemente (wie etwa Eisen oder Kupfer) müssen in ausreichender Menge im Boden vorhanden sein und nach dem Nährstoffentzug durch die Ernte dem Boden wieder zugeführt werden. Insbesondere Schwefel, Calcium und Magnesium sind häufig in industriell hergestellten Düngemitteln enthalten, aber es gibt auch spezielle Spurenelementdünger. Die prinzipielle Verfügbarkeit der jeweiligen Stoffe sollte in der Regel kein Problem sein, da alle auch anderweitig industriell genutzt werden und mir keine Versorgungsengpässe bekannt sind.

2) Düngung ist auch eine Frage der Effizienz

Früher bestand Düngung hauptsächlich daraus, so viel wie möglich auf das Feld zu schmeißen, um einen möglichst maximalen Ertrag zu erzielen. Pflanzen nehmen aber in Wasser gelösten Dünger gar nicht so gerne auf, lieber haben sie an Ton-Humuskomplexe gebundene Nährstoffe, die bei Bedarf langsam abgerufen werden können. Die Folge des früheren "Breitbandverfahrens" war, dass jede Menge Nährstoffe überhaupt nicht von den Pflanzen genutzt, sondern in die umliegenden Gewässer ausgespült wurden, wo sie zur Eutrophierung beitrugen. Das Umkippen von Gewässern ist auch heute noch ein Riesenproblem, im Golf von Mexiko gibt es etwa durch die vom Mississippi herangebrachten Düngemittelreste eine über 22000 Quadratkilometer große sauerstoffarme "Todeszone", in der die marinen Ökosysteme zusammengebrochen sind.

Das Düngemittelgesetz von 1977 hatte deswegen auch nicht den Zweck, die Hektarerträge zu begrenzen, sondern es diente (neben dem Verbot der Waschmittelphosphate) vor allem dazu, diese enorme Überdüngung zu beenden. Die in Forumsbeiträgen erwähnte GPS-gesteuerte Düngung wird noch nicht allzu häufig eingesetzt, aber es gibt noch andere Methoden, z.B. eine Ertragsmessung am Mähdrescher mit Datenspeicherung, um im nächsten Jahr zu wissen, wie viel Dünger man braucht, oder die Chlorophyllmessung per Infrarot. (siehe diese interessante Diskussion). Außerdem werden auf jeden Fall mehr Bodenuntersuchungen durchgeführt und dann wird nur der benötigte Dünger zugegeben. Durch besondere Arten von Düngergranulat (mit Polymeren umhüllt, soll aber ab 2014 verboten werden) kann außerdem erreicht werden, dass ein bestimmter Nährstoff nur langsam in den Boden kommt und nicht sofort wieder vom Regen ausgewaschen wird. Solche effizienzsteigernden Techniken haben (neben der Einführung ertragreicherer Pfanzensorten und optimierten Fruchtfolgeplänen) dazu beigetragen, dass die Erträge heute höher sind, obwohl weniger Dünger verwendet wird.

Inwieweit sich diese Effizienz bei der Düngung in Zukunft noch steigern lässt, wird sich zeigen. Die Frage ist letztendlich (wie immer), wie viele Mittel mobilisiert werden müssen, um eine weitere Steigerung zu erreichen, und wie wirtschaftlich das dann ist, das Ertragsgesetz wurde ja nicht zufällig zuerst für die Landwirtschaft aufgestellt.

3) Der Ölknick bedeutet nicht das Ende des Kunstdüngers, aber das Ende des billigen Kunstdüngers

Wie man an den oberen Ausführungen schon sehen kann, endet nicht gleich die industrielle Düngemittelherstellung, weil das Ölfördermaximum überschritten wurde. Eine Effizienzsteigerung ist sicher möglich, vielleicht nicht unbedingt in Deutschland, aber doch in vielen anderen Ländern, die noch nach dem Motto "immer feste druff" düngen. Beim Phosphor besteht allerdings großer Forschungsbedarf, um die im Boden vorhandene Menge besser nutzen und damit den Bedarf an zusätzlicher Düngung senken zu können, insbesondere falls das Fördermaximum für Phosphor tatsächlich unmittelbar bevorsteht oder schon hinter uns liegt.

Das heißt natürlich nicht, das es sonst keine Probleme gäbe. Bei der Gewinnung und Herstellung der industriellen Düngemittel kommt jeweils jede Menge fossile Energie zum Einsatz. Wird diese Energie teurer, werden auch die Düngemittel teuer, letztendlich ist es ein Faktor, der zur allgemeinen Preissteigerung bei den Lebensmitteln beiträgt. Außerdem stellt sich wie sonst auch die Frage, wie schnell man eine neue großtechnische Infrastruktur einrichten kann (zum Beispiel für ein anderes Verfahren zur Stickstoffgewinnung) und ob ein paar Jahre nach dem Peak noch genügend Mittel vorhanden sind, um diese Infrastruktur auch zu finanzieren. Bei einer großen allgemeinen Wirtschaftskrise gäbe es mit Sicherheit ziemlich gravierende Probleme.

Und das Ölfördermaximum stellt ja auch nur einen der Stressfaktoren dar, die auf die Landwirtschaft einwirken. Zunehmende Dürren wegen der Erderwärmung (ob man nun meint, die würde von der Sonne oder vom Menschen verursacht), die Wasserknappheit, man denke derzeit an den US-Südosten oder den Süden Afrikas, die Bodenerosion z.B. im Mittleren Westen der USA, die Ausbereitung der Wüsten und die immer weiter wachsende Weltbevölkerung sind IMHO wesentlich schlimmer.

Derzeit gibt es allerdings tatsächlich Schwierigkeiten, da die Düngemittel nächstes Jahr sehr teuer werden bzw. sogar schon knapp sind: Der Fachinformationsdienst ernaehrung.de warnt vor steigenden Preisen, Ende 2007 konnte kein Flüssig-Stickstoffdünger für das Frühjahr 2008 bestellt werden. In dieselbe Kerbe haut das britische Bauernfachblatt Farmer's Guardian, das in recht drastischen Tönen vor einer Düngemittelknappheit im Frühjahr 2008 aus logistischen Gründen warnt.

Hier noch ein paar weitere Indizien für die bereits bestehende und bevorstehende Düngemittelknappheit Ende 2007:

Indien, Andra Pradesh

In Irland macht man sich Sorgen (kein Wunder, der Düngemittelverbrauch in Irland ist pro Kopf fast fünfmal so hoch wie in Deutschland, Quelle)

Fidschi

Simbabwe

USA


4) Gedüngt wurde schon immer

Man kann nicht einfach irgendeine Jahreszahl nehmen und sagen: So viele Menschen wie damals könnten wir ohne "Kunstdünger" ernähren. In irgendeiner Form gedüngt wird Ackerland seit mindestens 3500 Jahren (den ersten archäologischen Nachweis gibt es für die minoische Kultur, in Deutschland ist Düngung erst für die "Celtic Fields" der vorrömischen Eisenzeit in Flögeln nachgewiesen, vgl. Hoops, Reallexikon der germanischen Altertumskunde, Eintrag "Düngung und Bodenmelioration"), die Frage lautet also: Welchen Dünger nimmt man, und wie nachhaltig ist seine Produktion? Die europäischen Böden waren Mitte des 19. Jahrhunderts ziemlich erschöpft, was zu allerlei Forschungsanstrengungen führte, die von den jeweiligen Regierungen gefördert wurden. Liebigs Arbeiten zur Bodenchemie sind z.B. aus diesem Kontext heraus zu verstehen. (Wen's interessiert: Clive Ponting, A Green History of the World hat weitere Informationen.) Es wurden schon früh alle möglichen Anstrengungen unternommen, um mit den neuen Erkenntnissen die Bodenfruchtbarkeit zu erhöhen. Die Engländer importierten sogar Katzenmumien aus Ägypten, die zu phosphatreichem Düngermehl verarbeitet wurden (Quelle). Zu den ersten "Kunstdüngern" zählten (lange vor der Entwicklung des Haber-Bosch-Verfahrens) südamerikanische Vogelexkremente ("Guano"), ab 1900 die riesigen Phosphatvorkommen auf der Südseeinsel Nauru (im Prinzip ebenfalls Vogelexkremente). Landwirtschaft ohne "Kunstdünger" findet man also erst vor Mitte des 19. Jahrhunderts, und zu dieser Landwirtschaft kann man nicht einfach zurückkehren, weil sie über Jahrhunderte die Böden ausgelaugt hatte. Das ist die passende Stelle für mein übliches Mantra: Wir müssen uns schon was Neues einfallen lassen.

5) Düngung dient der Ertragssteigerung, ist aber nicht zwingend erforderlich

Wie die Experimente Ewiger Roggenbau der Universität Halle oder insbesondere das englische Winterweizen-Versuchsfeld von Rothamsted zeigen, kann man durchaus jahrelang immer wieder ohne jede Düngung dieselbe Frucht auf demselben Stück Land anbauen, ohne dass die Erträge steil abfallen - sie sind allerdings sehr viel kleiner, als wenn man düngen würde (Seite 9 der PDF von Rothamsted zeigt einen guten Vergleich, bis zu 9 to/ha mit Düngung und Pestiziden, nur 0,5 bis 1 to/ha ohne). Daher ist es auch irreführend, wenn man von irgendeiner Energiepflanze sagt, sie könne "einfach so und ohne Düngung und Pflanzenschutzmittel" irgendwo wachsen. Das können relativ viele Pflanzen, entscheidend ist der gewünschte Ertrag.

6) Man bräuchte eigentlich gar keinen Kunstdünger

Die Nährstoffe verschwinden ja nicht einfach, sondern gelangen aus dem Boden in die Nahrung, dann in den Verdaungstrakt von Menschen oder Tieren und von dort in die ausgeschiedenen Fäkalien, die man einfach nur von schädlichen Keimen reinigen und wieder in den Boden bringen müsste. Genau das passiert ja in einem natürlichen Ökosystem auch, z.B. bei Tierfäkalien im Wald. Alle nicht verwerteten Pflanzenüberreste kann man kompostieren und dem Boden direkt wieder zuführen. Die Wiedergewinnung von Nährstoffen funktioniert aber im großen Maßstab nicht, weil sich über den Verlauf der Nahrungskette Schadstoffe in der Nahrung ansammeln (z.B. die oben erwähnten Schwermetalle, Medikamente, Pestizidrückstände usw.), die bei ihrem Einsatz die vorgeschriebenen Grenzwerte jeweils nicht überschreiten, durch die Anreicherung in der Nahrungskette aber zum Abfallproblem werden. Gleiches gilt für die in der Massentierhaltung anfallende Gülle. In der Schweiz ist beispielsweise das Ausbringen von Klärschlamm seit 2006 auf Ackerland völlig verboten. In Deutschland ist es für Grünland und Obst verboten, für Ackerland erlaubt. Trotzdem wird Klärschlamm oftmals auch in Deutschland schlicht und einfach verbrannt. Die Nährstoffe gehen auf diese Weise natürlich verloren.

Auch hier spielt natürlich Energie eine Rolle. Nahrung wird auf dem Land produziert, Klärschlamm fällt in der Stadt an. Das Schließen des Nährstoffkreislaufs kann also nur gelingen, wenn Transportenergie aufgewendet wird. Auch Kläranlagen benötigen Energie.

Einfacher ist es für Selbstversorger, die Komposttoiletten einsetzen können. Nähere Informationen siehe zum Beispiel das Humanure Handbook.

Auch Schweine- oder Rindergülle im Biolandbau ist übrigens (sehr) langfristig gesehen nicht "nachhaltig", weil man damit dem Weideland dauerhaft Nährstoffe entzieht und in Form von Fäkalien auf den Acker bringt. Von dort gelangen sie dann wiederum in die Kläranlage in der Stadt und werden zum Abfallproblem. Entscheidend ist immer nur die Frage, ob man den Nährstoffkreislauf zwischen Stadt und Land schließen kann. Dann ist zusätzlicher Dünger nicht mehr nötig.


7) Wie viele Menschen könnten wir eigentlich ernähren?

Vor kurzem erschien ein interessanter Beitrag in der britischen Publikation The Land, der sich der Frage widmet, wie viele Menschen man in Großbritannien mit verschiedenen Arten von Landwirtschaft ernähren könnte. Der Autor bezeichnet das selbst als "back of the envelope job", es sind also nur grobe Richtwerte, aber die Größenördnungen sind doch von Interesse. Verglichen wurden drei Systeme, konventionelle Landwirtschaft, ökologische Landwirtschaft und Permakultur mit zusätzlicher Faser-, Holz-, Fisch- und Wildnahrungsproduktion, jeweils mit oder ohne Nutztierhaltung (und stattdessen Proteinversorgung durch Erbsen). Nähere Einzelheiten findet man in dem Bericht, hier nur kurz die Ergebnisse:

1) konventionelle Landwirtschaft mit Tierhaltung: 5,6 Personen/Hektar
2) konventionelle Landwirtschaft ohne Tierhaltung: 20 Personen/Hektar
3) ökologische Landwirtschaft mit Tierhaltung: 3,75 Personen/Hektar
4) ökologische Landwirtschaft ohne Tierhaltung: 8 Personen/Hektar
5) Permakultur mit Tierhaltung: 4,4 Personen/Hektar
6) Permakultur ohne Tierhaltung: 8,5 Personen/Hektar

Wenn man die zusätzlichen Aufgaben der Permakultur bedenkt, schneidet sie eigentlich ganz gut ab, der Ökolandbau steht etwas schlechter da, als manche seiner Verfechter meinen. Zu beachten ist auch, dass hierbei keinerlei Flächen für Biotreibstoffe oder die Ernährung von Zugtieren (ja, ja, diazotrophicus, ich habe deine VDI-Nachrichten von 1925 gelesen und werde sie noch kommentieren, wenn ich die Zeit finde, dein üblicher Hinweis darf also entfallen) mit einberechnet wurden und der durchschnittliche Kalorienverbrauch pro Person sehr viel niedriger angesetzt wurde als der tatsächliche Wert, nämlich mit knapp 2800 statt um die 3500.

Auf Deutschland (2005 laut BMELV gut 17 Millionen Hektar landwirtschaftliche Nutzfläche) umgerechnet ergibt das:

1) 98,6 Mio, Einwohner
2) 340 Mio. Einwohner
3) 63,8 Mio. Einwohner
4) 136 Mio. Einwohner
5) 74,8 Mio. Einwohner
6) 144,5 Mio. Einwohner

Für Deutschland besteht also momentan kein Grund, die Alarmglocken zu läuten, und allein durch eine Senkung des Fleischkonsums sollten etwaige Düngemittelknappheiten relativ problemlos ausgeglichen werden können (was mehr oder weniger über den Geldbeutel passieren wird). Für die weitere Zukunft ist entscheidend, wie die Energieversorgung sich gestaltet - Pflanzentreibstoff, AKWs, Sonnenenergie? - und wie sich das auf den Flächenverbrauch auswirkt. Aber darüber wird ja an anderen Stellen des Forums genug diskutiert.

Weltweit bin ich wegen des weiteren Bevölkerungswachstums und des Wassermangels pessimistischer.