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Stickstoff: Für Dünger und Sprengstoff
Was brauchen Pflanzen?
Natürlich Licht, Luft und Wasser, darüber hinaus aber auch noch eine Vielzahl von Mineralstoffen und Spurenelementen. Es stimmt zwar, dass bei der Fotosynthese grundsätzlich Kohlendioxid aus der Luft und Wasser aus dem Boden mithilfe der Sonnenenergie zu organischer Materie umgesetzt werden. Doch ohne weitere Nährstoffe kann keine Pflanze überleben. Diese müssen zwar, ähnlich wie Vitamine beim Menschen, meist nur in geringen Mengen aufgenommen werden, doch ohne sie würde kein Enzym und kein Protein korrekt zusammengebaut werden können.
Warum ist Stickstoff wichtig?
Aus zwei Gründen: Zum einen sagt schon der wissenschaftliche Name »Aminosäure«, dass diese Grundbausteine aller Proteine Stickstoff enthalten, denn die Wortbestandteile »Amin-« und »Ammon-« stehen in der Chemie immer für stickstoffhaltige Moleküle. Zum anderen besteht Luft zwar zu vier Fünfteln aus Stickstoff, dieser kann jedoch weder von Pflanzen noch von Tieren genutzt werden. Nur bestimmte Bakterien, die sog. Stickstofffixierer, sind in der Lage, das äußerst stabile Stickstoffmolekül zu knacken und in biologisch verwertbare Formen umzuwandeln.
Übrigens: Dass bestimmte Feldfrüchte wie Erbsen, Bohnen oder Lupinen als »Stickstofffixierer« bezeichnet werden, liegt daran, dass ihre Wurzeln Bakterien als sog. Symbionten beherbergen, welche für sie den Stickstoffaufschluss bewerkstelligen.
Wie behalf man sich früher bei Nährstoffmangel im Boden?
Bis ins 19. Jahrhundert hinein waren Dreifelderwirtschaft und der Eintrag von Jauche und Mist die einzige Methode, verbrauchte Ackerböden zu regenerieren. Bei der Dreifelderwirtschaft wurde in einem Jahr auf einer Ackerfläche Wintergetreide, auf einer zweiten Sommergetreide angebaut. Eine dritte Fläche blieb brach und wurde als Weide benutzt. In den nachfolgenden Jahren wurde die Feldfrucht reihum gewechselt, so dass jeder Anbaufläche alle drei Jahre ein Ruhejahr eingeräumt wurde.
Warum ist die Ammoniaksynthese Segen und Fluch zugleich?
Die Produktion des stickstoffhaltigen Ammoniakmoleküls aus Luftstickstoff im großtechnischen Maßstab brachte im Jahr 1913 der Menschheit sowohl unermesslichen Nutzen als auch großes Leid: Sie lieferte gleichzeitig den ersten künstlichen Stickstoffdünger und einen billigen Grundstoff für Sprengstoff und Munition, wie sie im kurz danach beginnenden Ersten Weltkrieg in Massen eingesetzt wurden.
Was ist Gründünger?
Eine Form der Feldbewirtschaftung, die hilft, den Einsatz von Gülle und Kunstdünger zu begrenzen. Ein Problem bei der Ausbringung von Dünger hat jeder Landwirt: Einen Teil der Nährstoffe, die nicht sofort von den Pflanzen aufgenommen werden, spült das im Boden versickernde Regenwasser in tiefere Schichten, bis sie im Grundwasser verschwinden. Dies gilt insbesondere für Stickstoffverbindungen. Sie treten nämlich häufig in Form des gut im Wasser löslichen Ions Nitrat auf. Darum weisen Grund- und Trinkwasser in Regionen mit intensiver Landwirtschaft und stark gedüngten Kulturen wie Spargel oft hohe Belastungen mit gesundheitsschädlichen Nitraten auf.
Der Vorteil beim Anpflanzen von Gründüngerkulturen liegt nun darin, dass nach der Ernte der Hauptfrucht schnell wachsende Pflanzen wie Raps oder Klee ausgesät werden, die noch im Herbst keimen und aufwachsen. Bis in den Frühwinter nehmen sie dazu die im Boden verbliebenen Nährstoffe auf und bauen sie in Stängel und Blätter ein. Im Frühjahr werden die winterharten Pflanzen dann untergepflügt, woraufhin Mikroorganismen ihre organische Materie zu natürlichen Düngestoffen zersetzen. Diese können dann von der neuen Saat sofort aufgenommen werden. Auf diese Weise wird einerseits der mittlerweile nicht mehr ganz billige Kunstdünger gespart und andererseits das Grundwasser vor zu hohen Nitratwerten geschützt.
Wussten Sie, dass …
im 19. Jahrhundert Stickstoffdünger aus Chilesalpeter gewonnen wurde?
die Ammoniaksynthese nach Haber und Bosch so energieaufwendig ist, dass 3 % des globalen Energieverbrauchs nur in diese eine Reaktion gehen?
80 % des so erzeugten Ammoniaks für Düngemittel verwendet werden?
der Name des Sprengstoffs Nitroglycerin vom wissenschaftlichen Namen des Stickstoffs, Nitrogenium, herrührt?
Fritz Haber das Kaiser-Wilhelm-Institut für Physikalische Chemie in Berlin, das er ab 1911 leitete, bei Beginn des Ersten Weltkriegs der preußischen Heeresverwaltung zur Verfügung stellte, als Initiator und Organisator des deutschen Giftgaskriegs gilt und zudem für die Einführung der Grün- und Blaukreuzgeschosse verantwortlich war?
er trotzdem 1918 den Chemienobelpreis erhielt?
Fritz Haber 1933 wegen seiner jüdischen Herkunft nach Großbritannien emigrierte?
Was ist das Haber-Bosch-Verfahren?
Die erste großtechnisch durchführbare Methode zur Herstellung von Ammoniak (NH3) aus Luftstickstoff (N2). Während die Herstellung von Stickstoffdünger aus Ammoniak relativ leicht zu bewerkstelligen ist, war die Umwandlung des Luftstickstoffs äußerst schwierig. Der Grund hierfür liegt in der sehr starken chemischen Bindung zwischen den beiden Stickstoffatomen im N2-Molekül. Dies bedeutet, dass sehr viel Energie aufgewendet werden muss, um diese Bindung aufzubrechen und die Stickstoffatome mit Wasserstoff reagieren zu lassen. Fritz Haber (1868–1934) entdeckte, dass unter hohem Druck die Stickstoffbindung leichter geknackt werden kann, Carl Bosch (1874–1940) schuf das großtechnische Verfahren, das die Massenproduktion und damit die enorme Ausweitung der mineralischen Stickstoffdüngung erst möglich machte.
Bosch war ab 1925 Chef des Chemiekonzerns I. G. Farben; in dieser Funktion unterstützte er indirekt die Machtergreifung der Nationalsozialisten und war außerdem mitverantwortlich für deren spätere Aufrüstungs- und Kriegspolitik.
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