Bedeutung der mineralischen Stickstoffdüngung

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Heinrich Koenig
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1 Bedeutung der mineralischen Stickstoffdüngung BAD-/VLK-Tagung Würzburg, 24. April 2012 Prof. Dr. Hermann Kuhlmann, IVA Vorsitzender des Fachbereichs Pflanzenernährung 24. April 2012

2 Über 50 % der deutschen Bevölkerung fürchtet sich vor Düngemittelrückständen im Essen* Dabei ist es aber gerade das Ziel, dass Pflanzen einen möglichst hohen Anteil des ausgestreuten Düngemittels aufnehmen, damit nicht genutzte Düngemittelanteile die Umw elt nicht belasten. Der Bevölkerung ist leider nicht bekannt: 1. dass sich Stickstoff aus Düngemittel und bodenbürtiger Stickstoff nicht unterscheiden 2. dass Düngemittel Pflanzennährstoffe sind, die w ir für unsere Nahrungsmittelproduktion brauchen * Umfrage der Gfk Marktforschung, Nürnberg 2

3 Gliederung Bedeutung der Stickstoffdüngung für die Ernährung der Weltbevölkerung für zukünftige Anforderungen für Landnutzung und Flächenumw andlung und somit für die CO 2 -Emissionen für den w irtschaftlichen Erfolg Ziele des Düngereinsatzes Stickstoffdünger effizient produzieren und anw enden Zusammenfassung 3

4 Sprengel, Liebig, das Haber-Bosch-Verfahren und die Konsequenzen Sprengel (1828) und Liebig (1858) schufen die Grundlagen der Agrikulturchemie (Identifikation von essentiellen Pflanzennährstoffen, Gesetz des Minimums) Um 1900 w urde in Europa das Problem der w achsenden Bevölkerung und einer drohenden Hungersnot diskutiert z.b. William Crookes, 1898: Die Frage der Bindung des Luftstickstoffs ist eine Frage auf Leben und Tod für die kommenden Generationen. Sept. 1913: erste Ammoniakanlage im Werk Oppau (BASF) Zitat aus Wikipedia zum Stichw ort Haber-Bosch-Verfahren : Heutzutage hat, zumindest in Industrienationen, ca. 40 % des im menschlichen Körper enthaltenen Stickstoffs schon einmal an der Haber- Bosch-Synthese teilgenommen. 4

5 Die Mineraldüngung ernährt bereits heute etwa 50% der Weltbevölkerung Mrd. Menschen 39% 48% = 3,2 Mrd. Menschen 8% 24% Quelle: nach Erisman et al. 2008, Nature Geoscience 5

6 Ertragsentwicklung von Winterweizen in Deutschland von 1840 bis 2007 Quelle: Schuster, 1997 in Farack,

7 Noch nie war Weizen so billig wie heute! Rel. Realer Weizenpreis* (1657 = 100%) * Weizenpreis bezogen auf den Verbraucherpreisindex Erhöhung der Erträge und Senkung der Stückkosten als Folge der Arbeiten von Sprengel und Liebig 7

8 Entwicklung des globalen N-Düngerverbrauchs Zuwachs je Jahr ca. 2 Mill. t N => 4 neue Düngemittelwerke pro Jahr Quelle: IFA

9 Mill. t Stickstoff (N) Entwicklung und Prognose des N-Düngerverbrauches in verschiedenen Weltregionen Prognose* (pro Jahr) China: 1,2 % Indien: 2,2 % Restl. Asien: 1,9 % Europa: 2,1% Nordamerika: 1,9 % Lateinamerika: 3,8 % F 2013F * CAGR Quelle: IFA 2010,

10 Gliederung Bedeutung der Stickstoffdüngung für die Ernährung der Weltbevölkerung für zukünftige Anforderungen für Landnutzung und Flächenumw andlung und somit für die CO 2 -Emissionen für den w irtschaftlichen Erfolg Ziele des Düngereinsatzes Stickstoffdünger effizient produzieren und anw enden Zusammenfassung 10

11 Herausforderung: die Getreidenachfrage steigt jährlich um ca. 2 % 2025: ca. 8 Mrd. Menschen Nahrungsmittel, Futtermittel Biotreibstoff als zusätzliche Nachfragequelle Anbaufläche, Klima, Infrastruktur sind begrenzende Faktoren Quelle: USDA 11

12 relativ Die zunehmende Bevölkerung benötigt Getreide, dass nur durch Zufuhr von Pflanzennährstoffen produziert werden kann, da Ackerland begrenzt ist Getreideproduktion + 50 % Bevölkerung + 40 % Mineraldüngerverbrauch + 37 % Ackerland + 7 % Quelle: FAO; Tow ards 2015/ 30; Final Report

13 Die globale Herausforderung: Ackerland ist begrenzt Fläche (Mrd. ha) Weltw eite Landfläche (13,4 Mrd. ha) 1,61 1,55 0,91 9,21 Bis 2030 geschätzte zusätzliche (netto) Landfläche für die Pflanzenproduktion (120 Mio. ha) heutiges Ackerland geeignetes Land, jedoch derzeit Wälder, Feuchtgebiete, Siedlungsfläche bedingt geeignet, aber mit großen Mängeln für Pflanzenproduktion unbrauchbar Die 120 Mio. ha zusätzliches Ackerland liegen in Brasilien und in Afrika südlich der Sahara. Quelle: FAO (2003): World Agriculture: tow ards 2015/

14 Gliederung Bedeutung der Stickstoffdüngung für die Ernährung der Weltbevölkerung für zukünftige Anforderungen für Landnutzung und Flächenumwandlung und somit für die CO 2 -Emissionen für den w irtschaftlichen Erfolg Ziele des Düngereinsatzes Stickstoffdünger effizient produzieren und anw enden Zusammenfassung 14

15 Globale Treibhausgasemissionen 49 Mrd t CO 2 äq/ Jahr Landw irtschaft 26 %: Energie, Abfall, Industrie, etc. (74%) Düngerproduktion (0,8%)* N 2 O aus mineralischer N-Düngung (1,3%)* N 2 O aus organischen N-Quellen (3,8%) Andere landw irtschaftl. THG, v.a. CH 4 (8,4%) Umw andlung in LNF (12%) = ~ 6 Mrd. t EU-27 insgesamt 5 Mrd. t Nach IPCC (2007), Bellarby et al. (2008), * EFMA Berechnungen 15

16 Warum führt Flächenumwandlung zu CO 2 -Emissionen? Natürliche Ökosysteme wie Wald, Grasland oder Moore binden große Mengen Kohlenstoff sowohl im Boden als auch im Bewuchs. Durch Umwandlung in Ackerland wird dieser Kohlenstoff zu großen Teilen freigesetzt. Flächenumwandlung (Bsp. Europa) CO 2 -Verlust (in t/ha) Wald zu Ackerland 260 Grasland zu Ackerland 590 Moor zu Ackerland 2210 Zum Vergleich: CO 2 -Emission (t/ha u. Jahr) Intensive Weizenproduktion (10 t) auf 1 ha 2,5 Berechnet nach IPCC (2001) in Bellarby et al. (2008); Brentrup et al. (2004) 16

17 Mrd. t CO 2 -eq Die Steigerung der landwirtschaftlichen Produktivität hat seit 1965 weltweit mehr als 500 Milliarden Tonnen CO 2 eingespart (Stanford Univ.) THG-Emissionen aus: Flächenumwandlung Anbau von Nassreis Düngerproduktion N2O aus dem Boden Tatsächliche THG- Emissionen ( ) THG-Emissionen ohne Intensivierung ( ) Quelle: Daten aus Burney et al. (2010) 17

18 Mrd. t CO 2 -eq Die Steigerung der landwirtschaftlichen Produktivität hat seit 1965 weltweit mehr als 500 Milliarden Tonnen CO 2 eingespart (Stanford Univ.) THG-Emissionen aus: Flächenumwandlung Anbau von Nassreis Düngerproduktion N2O aus dem Boden 0 Tatsächliche THG- Emissionen ( ) THG-Emissionen ohne Intensivierung ( ) Annahme: Hektarertrag wie 1965, aber Nahrungsmittelbedarf wie heute Quelle: Daten aus Burney et al. (2010) 18

19 Die Intensivierung des globalen Ackerbaus seit 1965 hat die zusätzliche Flächenumwandlung von 1,7 Milliarden ha verhindert wodurch 500 Milliarden Tonnen CO 2 -Freisetzung eingespart wurden. Quelle: Burney et al. (2010); Stanford Univ. 19

20 Landflächen sind knapp eine Umw andlung von Wäldern / Feuchtgebieten etc. führt zu unverantw ortlichen Umw elteinflüssen, z.b. Treibhausgasemissionen und vermindert die Biodiversität => daher sollten die vorhandenen Flächen produktiv genutzt w erden, um die Weltbevölkerung zu ernähren 20

21 Gliederung Bedeutung der Stickstoffdüngung für die Ernährung der Weltbevölkerung für zukünftige Anforderungen für Landnutzung und Flächenumw andlung und somit für die CO 2 -Emissionen für den wirtschaftlichen Erfolg Ziele des Düngereinsatzes Stickstoffdünger effizient produzieren und anw enden Zusammenfassung 21

22 Ökonomische Betrachtung eines Langzeitversuches zur Stickstoffdüngung - Winterweizen, Rothamsted/UK Kornertrag (t/ ha) 10 optimale N-Düngung halbe N-Dgg => Der zusätzliche Netto-Ertrag ist bei optimaler N-Düngung ca. 200 höher als bei halber N-Düngung 0 ohne N-Dgg Langzeitversuch Broadbalk N-Düngung (kg N/ ha) 22

23 Gliederung Bedeutung der Stickstoffdüngung für die Ernährung der Weltbevölkerung für zukünftige Anforderungen für Landnutzung und Flächenumw andlung und somit für die CO 2 -Emissionen für den w irtschaftlichen Erfolg Ziele des Düngereinsatzes Stickstoffdünger effizient produzieren und anw enden Zusammenfassung 23

24 t CO 2 -äq. / t N Moderne Düngerproduktion reduziert Treibhausgase Beispiel: Produktion von Kalkammonsalpeter Quelle: Jenssen, 2010, Nitrogen+Syngas

25 Überdüngung vermeiden Kornertrag (t/ ha) optimale N-Düngung halbe N-Düngung Überdüngung vermeiden durch Beratung Entscheidungshilfen (z.b. N-Sensor) Produktausw ahl ohne N-Düngung Langzeitversuch Broadbalk N-Düngung (kg N/ ha) 25

26 Weniger Treibhausgase durch gezielte Düngung und gesteigerte N-Effizienz N 2 O aus landw irtschaftlichen Böden in Europa (Millionen Tonnen CO 2 -äq in EU-15) N-Ausnutzung in Prozent (gleitendes Mittel über 3 Jahre) N-Ausnutzung in % = (N-Abfuhr/ N-Düngung) x Quelle Stickstoffausnutzung: eigene Berechnungen basierend auf FAO- und Efma-Daten Quelle N 2 O-Emissionen: United Nations Framew ork Convention on Climate Change (UNFCCC, 2008) 26

27 Unvertretbarer N-Flächenbilanzüberschuss in Regionen mit intensiver Viehhaltung (ohne N-Deposition, ohne Abzug von NH ) Quelle: Osterburg 2010 Düngeverordnung: zulässiges Netto-N-Saldo 60 kg N/ ha und a 27

28 Gliederung Bedeutung der Stickstoffdüngung für die Ernährung der Weltbevölkerung für zukünftige Anforderungen für Landnutzung und Flächenumw andlung und somit für die CO 2 -Emissionen für den w irtschaftlichen Erfolg Ziele des Düngereinsatzes Stickstoffdünger effizient produzieren und anw enden Zusammenfassung 28

29 Zusammenfassung - Bedeutung der Stickstoffdüngung Positive Auswirkung Produktion von Biomasse: Ernährung der Weltbevölkerung durch Ertragssteigerung Schutz der Landflächen weniger Flächenumwandlung durch Intensivierung Erhöhung des wirtschaftlichen Erfolges Negative Auswirkungen ertragsbezogene Treibhauseffekte, Nitratauswaschung und Versauerung werden durch Effizienzerhöhung reduziert 29

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