Düngemittel Stickstoff einfach erklärt – Herstellung

Stickstoff ist ein zentraler Baustein von Aminosäuren, Eiweißen und dem Blattgrün Chlorophyll, deshalb benötigen Pflanzen ihn in großen Mengen zum Wachsen. Obwohl Luft zu etwa 78 Prozent aus Stickstoffmolekülen besteht, können die meisten Pflanzen diesen elementaren Stickstoff nicht direkt nutzen.

Der Grund liegt in der sehr stabilen Dreifachbindung des Stickstoffmoleküls, die viel Energie zum Aufbrechen benötigt. Pflanzen nehmen Stickstoff deshalb überwiegend in gebundener Form als Nitrat- oder Ammonium-Ionen über die Wurzeln auf, weshalb Düngemittel mit Stickstoff in genau dieser Form nötig sind.

Ein typischer Fehler ist zu glauben, mehr Dünger bedeute automatisch mehr Ertrag. Überschüssiger Stickstoff, den die Pflanze nicht aufnehmen kann, wird ausgewaschen oder gelangt als Lachgas in die Atmosphäre, ohne dem Wachstum weiter zu nutzen.

Der erste Schritt zur Herstellung von Stickstoffdüngern ist das Haber-Bosch-Verfahren, bei dem Luftstickstoff mit Wasserstoff bei hohem Druck, hoher Temperatur und mithilfe eines Katalysators zu Ammoniak umgesetzt wird. Ammoniak selbst ist gasförmig und wird deshalb weiterverarbeitet.

Ein Teil des Ammoniaks wird zu Salpetersäure oxidiert, die dann mit weiterem Ammoniak zu Ammoniumnitrat neutralisiert wird. Aus Ammoniak und Kohlenstoffdioxid entsteht außerdem Harnstoff, ein weiterer wichtiger Stickstoffdünger, der besonders viel Stickstoff je Kilogramm enthält.

Die gängigen Stickstoffdünger unterscheiden sich vor allem im Stickstoffgehalt und in der Form, in der der Stickstoff vorliegt. Ammoniumsulfat und Ammoniumnitrat liefern Stickstoff direkt als Ammonium- beziehungsweise Nitrat-Ion, Kalkammonsalpeter ist eine Mischung aus Ammoniumnitrat und Calciumcarbonat, das den Boden zusätzlich stabilisiert.

Harnstoff enthält mit rund 46 Prozent den höchsten Stickstoffanteil aller festen Standarddünger, muss aber im Boden erst durch Bodenbakterien zu Ammonium umgewandelt werden, bevor die Pflanze ihn aufnehmen kann. Je nach Bodenart und Kulturpflanze wählen Landwirte deshalb unterschiedliche Düngerarten.

Ein häufiger Fehler ist, den Stickstoffgehalt verschiedener Dünger gleichzusetzen, obwohl sich die Prozentangaben stark unterscheiden. Wer die gleiche Menge Kilogramm unterschiedlicher Dünger ausbringt, düngt je nach Produkt mit sehr unterschiedlichen Mengen an reinem Stickstoff.

Ein zweiter Fehler ist zu glauben, Pflanzen könnten den Stickstoff der Luft direkt aufnehmen. Nur bestimmte Bakterien, etwa in den Wurzelknöllchen von Leguminosen wie Klee oder Bohnen, können Luftstickstoff biologisch binden, alle anderen Pflanzen sind auf Nitrat- oder Ammonium-Ionen aus dem Boden angewiesen.

Ein dritter Fehler ist, zu viel Dünger auf einmal auszubringen in der Annahme, das beschleunige das Wachstum zusätzlich. Überschüssiger Stickstoff kann von der Pflanze nicht aufgenommen werden, wird ausgewaschen und belastet Gewässer und Grundwasser.

Der massenhafte Einsatz von Stickstoffdüngern hat die weltweite Nahrungsmittelproduktion enorm gesteigert, bringt aber auch Umweltprobleme mit sich. Wird mehr Stickstoff ausgebracht, als die Pflanzen aufnehmen können, gelangt ein Teil als Nitrat ins Grundwasser und kann dort die Trinkwasserqualität beeinträchtigen.

Zusätzlich entsteht bei mikrobiellen Umwandlungsprozessen im Boden das Treibhausgas Lachgas, das ein Vielfaches stärker zur Erderwärmung beiträgt als Kohlenstoffdioxid. Deshalb wird in der Landwirtschaft zunehmend auf eine bedarfsgerechte Düngung geachtet, bei der die ausgebrachte Menge genau am tatsächlichen Bedarf der Pflanzen orientiert ist.