Synthetische Düngemittel spielen eine zentrale Rolle in der globalen Nahrungsmittelproduktion, wobei allein stickstoffbasierte Düngemittel die Ernährung von etwa der Hälfte der Weltbevölkerung unterstützen.  

Allerdings sind sie mit erheblichen Umweltkosten und Bedenken hinsichtlich der Ernährungssicherheit verbunden. Diese erstrecken sich sowohl auf die nachgelagerte Ausbringung der Düngemittel auf landwirtschaftlichen Betrieben als auch auf deren vorgelagerte Produktion und Verteilung. In diesem Blogbeitrag konzentrieren wir uns auf das letztgenannte Problem. 

Warum Stickstoff? 

Stickstoff ist ein wichtiger Nährstoff für Nutzpflanzen und erleichtert entscheidende Prozesse wie Blattwachstum, Aminosäuresynthese und Chlorophyllentwicklung. In der Natur nehmen Pflanzen Stickstoff aus dem Boden auf, wo er von Mikroben in verschiedenen bioverfügbaren Formen aus der Luft fixiert wird. 

Während der 19th Jahrhundert kämpften Wissenschaftler und Ingenieure darum, Wege zu finden, Stickstoff zu synthetisieren, um den Pflanzenanbau über das hinaus anzukurbeln, was diese natürlich vorkommenden Mikroben ermöglichten. Das Ergebnis dieser Bemühungen ist das Haber-Bosch-Verfahren, das die großtechnische Produktion von Ammoniak ermöglicht; eine stickstoffhaltige Verbindung, die die Vorstufe der meisten heute verwendeten Stickstoffdünger ist. 

Düngemittelproduktion, -verteilung = gestapelte Emissionen 

Beim herkömmlichen Haber-Bosch-Verfahren wird Stickstoff aus der Luft mit Wasserstoff aus fossilen Brennstoffen, typischerweise Erdgas, umgesetzt. Auch fossile Brennstoffe sind erforderlich, um die für diese Reaktion erforderlichen hohen Temperaturen zu erzeugen. Der energieintensive Charakter der traditionellen Düngemittelproduktion macht etwa 1–2 % des gesamten weltweiten Energieverbrauchs und 1–2 % der gesamten globalen Treibhausgasemissionen aus.  

Darüber hinaus ist die Branche stark zentralisiert, um die für die Massenproduktion erforderlichen Skaleneffekte zu erzielen. Daher ist ein Transport über weite Strecken erforderlich, um den Dünger zu seinen Endverbrauchern (d. h. landwirtschaftlichen Betrieben) zu bringen. Dies führt zu weiteren Emissionen und macht Düngemittel sehr anfällig für Lieferkettenschocks. Beispielsweise stiegen die Düngemittelpreise zwischen 2020 und 2022 aufgrund von Covid-bedingten Störungen, geringen Lagerbeständen, der Eskalation des russisch-ukrainischen Konflikts und einem wirksamen Exportverbot großer chinesischer Hersteller und Händler in die Höhe. 

Dennoch steigt die Nachfrage nach Düngemitteln weiter an, vor allem aus Ländern mit niedrigerem Einkommen, die den größten Bedarf an Nährstoffen zur Ertragssteigerung haben und in der Regel am weitesten von den Produktionsstandorten entfernt liegen. 

Auf dem Weg zu einer dezentralen Industrie 

Die Erkenntnis, dass diese Energieverbrauchsprobleme, Emissionen und Ineffizienzen in der Lieferkette verringert werden müssen, hat Innovationen im Bereich verteilter Düngemittelproduktionsmodelle vorangetrieben. Solche Modelle zielen darauf ab, den Transportbedarf zu minimieren und die Nachhaltigkeit zu verbessern, indem sie die Düngemittelproduktion näher an die Endverbraucher verlagern und gleichzeitig „sauberere“ Ansätze zur Stickstofffixierung nutzen. 

Im Großen und Ganzen haben sich zwei Kategorien herausgebildet: 

1. Lokale/regionale Produktion im mittleren Maßstab: Hierbei handelt es sich um eine Produktion in einem etwas kleineren Maßstab als bei herkömmlichen Haber-Bosch-Anlagen, die jedoch im Großen und Ganzen nach den gleichen Grundsätzen arbeitet (dh „grünes Ammoniak“). Das Hauptunterscheidungsmerkmal besteht darin, dass der zur Herstellung von Ammoniak benötigte Wasserstoff durch Elektrolyse aus Wasser gewonnen wird; Während der Prozess eher durch erneuerbare Energien, typischerweise aus am selben Ort installierten Solar- oder Windkraftanlagen, angetrieben wird, als durch Kohlenwasserstoffe. Beispiele für Innovatoren, die diesen Ansatz übernehmen, sind: FertigHy, das eine grüne Ammoniakanlage in Spanien plant, um nachhaltige Düngemittel für europäische Landwirte herzustellen. 
    

1. Produktion im Mikromaßstab vor Ort: Dieser Ansatz zielt darauf ab, das Dezentralisierungskonzept an seine Grenzen zu bringen. Dabei handelt es sich um kompakte Produktionseinheiten, die oft in einem Versandcontainer untergebracht sind und ausreichend Dünger für einen einzelnen Bauernhof oder eine Gemeinde produzieren können. Im Rahmen dieser Vor-Ort-Produktionsweise erforschen Innovatoren im Allgemeinen zwei Methoden zur Stickstofffixierung: 

Vorteil des Amtsinhabers? 

Trotz der vielversprechenden Aussichten einer verteilten Produktion bestehen weiterhin Herausforderungen. Etablierte Düngemittelunternehmen konzentrieren sich tendenziell auf die Integration von Kohlenstoffabscheidungs- und -speicherungstechnologien in traditionellen Haber-Bosch-Anlagen (z. B. „blaues Ammoniak“) und nachgelagerten Eingriffen wie stickstoffverstärkenden biologischen Inputs. Mit wenigen Ausnahmen beschäftigen sie sich nur minimal mit verteilten Technologien im mittleren und kleinen Maßstab.  

Stattdessen treiben Akteure aus der Lebensmittel- und Energiebranche die Beteiligung von Unternehmen an verteilten Lösungen voran. Beispiele hierfür sind der Feldversuch von Nitricity mit seiner Vor-Ort-Stickstofffixierungstechnologie mit Olam Food Ingredients sowie Heineken und RIC Energy, die Gründungsinvestoren von FertigHy werden.  

Im Bereich der Lösungen im Mikromaßstab haben Technologie-VCs Frühphaseninvestitionen in Start-ups wie Nitricity und Jupiter Ionics vorangetrieben. Unterdessen zeigen Infrastrukturinvestoren wie Macquarie Interesse an mittelgroßen Unternehmungen wie Atlas Agro. 

Da sich die Umweltvorschriften in wichtigen Gerichtsbarkeiten verschärfen und neue Märkte für grünes Ammoniak für Anwendungen wie Kraftstoff- und Energiespeicherung in den Vordergrund rücken, können wir davon ausgehen, dass eine ausgewählte Gruppe von Düngemittelinnovatoren davon profitieren wird. Die Möglichkeit, neue Ammoniakmärkte zu erschließen, bedeutet diversifizierte Umsatzmöglichkeiten, die das Interesse etablierter Unternehmen wecken könnten, insbesondere bei Innovatoren mit einzigartigen Technologieangeboten. 

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• Quelle: https://www.cleantech.com/distributed-fertilizer-supply-is-crucial-for-future-food-security-and-sustainability/