Eine sichere Wasserversorgung ist eines der Nachhaltigkeitsziele der Vereinten Nationen in der Agenda 2030. In Mitteleuropa und Deutschland sind hohe Nährstoffeinträge in Grund- und Oberflächenwässer und schließlich auch in die marinen Systeme nach wie vor einem Problem für aquatische Ökosysteme und die Sicherung der Wasserversorgung. Auf der räumlichen Skala von Flusseinzugsgebieten interagieren dabei eine Vielzahl von Eintragspfaden und Prozessen, die ein mechanistisches Verständnis und klare Ursache-Wirkungs-Beziehungen erschweren. In den letzten Dekaden wurden große Anstrengungen unternommen, Kläranlage zu ertüchtigen und damit Einträge von Phosphor und Stickstoff deutlich zu reduzieren. Andererseits sind diffuse Einträge aus der Landwirtschaft immer noch bedeutend und aufgrund der langen Transportzeiten von der Quelle zur Vorflut schwer zu managen. Es ist momentan schwer abzuschätzen, wie schnell sich Maßnahmen zur Verringerung von Stickstoffüberschüssen in der Landwirtschaft auf die Wasserqualität und ihre zeitlich-räumliche Variabilität in der Vorflut auswirken. In diesem Antrag wird ein einzigartiger Datensatz von Wasserqualität und -quantität über ganz Deutschland hinweg verwendet und einer systematischen Daten-getriebenen Analyse unterzogen. Der Datensatz basiert auf dem langjährigen Monitoring von Wasserqualität der einzelnen Bundesländer und wurde vom UFZ zusammengestellt. In der Analyse dieser Daten werden Muster in der Konzentrationsvariabilität aber auch den Beziehungen zwischen Konzentration und Abfluss verwendet, um Rückschlüsse auf dominante Prozesse und Eintragspfade im Einzugsgebiet zu schließen. Die Arbeit ist dabei auf drei Ziele fokussiert: (a) Die Klassifikation der Einzugsgebiete hinsichtlich ihres Nährstoff-Exportregimes für Daten ab dem Jahr 2010. (b) Die zeitliche Entwicklung der Stickstoff:Phosphor-Stöchiometrie für längere Zeitreihen im Wechselspiel von Punkt- und diffusen Quellen. (c) Die Langzeit-Trajektorien des Nährstoffexports aus Einzugsgebieten und einer möglichen Entwicklung zu chemostatischen Verhältnissen mit geringer Konzentrationsvariabilität aufgrund flächiger landwirtschaftlicher Einträge. Dabei ermöglichen innovative daten-getriebene Methoden und der einzigartige Datensatz einen neuen Blick auf die Steuergrößen von Nährstoffexporten im mitteleuropäischen anthropogen überprägten Landschaftsbild. Die Ergebnisse ebnen zum einen den Weg für komplexitätsreduzierte Wasserqualitäts-Modelle auf der Skala von Einzugsgebieten. Zum anderen haben die Ergebnisse Relevanz für weitere Fachgebiete, wie der aquatischen Ökologie und des Umweltmanagements.
Die BIORESTEC GmbH wurde 2018 als ein unabhängiges Ingenieurbüro im Bereich Umwelttechnik mit Sitz in Laatzen gegründet. Ihre Schwerpunkte sind Dienstleistungen in der Forschung und Entwicklung, Technologietransfer und Markteinführung von innovativen, neuen Produkten im Bereich Bioenergie und Ressourceneffizienz. Am Standort Merkendorf (Bayern) soll eine großtechnische Anlage zur Behandlung von Gärresten errichtet und in Betrieb genommen werden. In der Anlage sollen Gärreste aus der im Umkreis befindlichen Biogasanlage Lachholzfeld behandelt werden, die aktuell unaufbereitet landwirtschaftlich genutzt werden. Da sich die Biogasanlage in einem Gebiet mit hoher Nitratbelastung des Grundwassers befindet (sog. rotes Gebiet), wird die Biogasproduktion und Flexibilität in Hinblick auf die eingesetzten Substrate wegen der in roten Gebieten langen Dünge-Sperrfristen derzeit durch die Lagerkapazität für Gärreste limitiert. Ziel des Vorhabens „ResGAR“ ist die Errichtung, Inbetriebnahme und der Betrieb einer AGRIFER® PLUS-Anlage im großtechnischen Maßstab. In der Anlage sollen jährlich 13.000 Kubikmeter Gärreste behandelt werden. Dabei soll das Volumen der Gärreste reduziert und so die Transportaufwendungen bei der Gärrestnutzung reduziert werden (25 Prozent statt 7 Prozent Trockensubstanz-Gehalt im Gärrest). Das Prinzip der fraktionierten Eindampfung wird als Schlüssel zur Stickstoff-Ausschleusung mit geringerem Säurebedarf genutzt. So sollen jährlich 22 Tonnen Stickstoff als Ammoniakwasser für die Nutzung auch außerhalb der Landwirtschaft zur Verfügung gestellt werden. Das entspricht knapp 30 Prozent des im Gärrest vorhandenen Stickstoffs. Das Verfahren kann dazu beitragen, dass der Stickstoffüberschuss auf den umliegenden landwirtschaftlichen Flächen in der Region gesenkt wird. Es wird davon ausgegangen, dass die geringeren Lachgasemissionen während der Lagerung der Gärreste einer Emissionsminderung von 25 Tonnen CO 2 -Äquivalente pro Jahr gleichkommen. Durch den (im Vergleich zur Produktion von Ammoniak im Haber-Bosch-Verfahren) geringeren Energieeinsatz bei der Herstellung des Ammoniakwassers können zudem indirekte Emissionen von rund 180 Tonnen CO 2 -Äquivalente pro Jahr eingespart werden. Im Vergleich zu einer zweistufigen Eindampfung mit Brüdenwäscher soll der Säureeinsatz um ca. 90 Prozent von jährlich 210 Tonnen auf 18 Tonnen reduziert werden. Zudem stellt die dreistufige Wärmekaskade eine Verbesserung der Energieeffizienz im Vergleich zum Stand der Technik dar. Das energieeffiziente Verfahren zur Produktion von Ammoniakwasser sowie die Reduktion des Einsatzes von Chemikalien bei der Gärrestaufbereitung sind auch übertragbar auf andere Anlagentypen. Beispielsweise kann das Verfahren zur Aufbereitung anderer Wirtschaftsdünger, z.B. Gülle eingesetzt werden. Die Technik könnte damit auch in Viehhaltungsbetrieben ohne Biogasanlage eingesetzt werden. Hierbei müsste jedoch die fehlende Wärmequelle bei der Gülleaufbereitung berücksichtigt werden, während Biogasanlagen die Wärme aus Blockheizkraftwerken nutzen können. Grundsätzlich kann die ResGAR-Technologie auf viele Betriebe der gleichen oder anderer Branchen übertragen werden.
Branche: Wasser, Abwasser- und Abfallentsorgung, Beseitigung von Umweltverschmutzungen
Umweltbereich: Ressourcen
Fördernehmer: BIORESTEC GmbH
Bundesland: Bayern
Laufzeit: seit 2024
Status: Laufend
Die wichtigsten Fakten Deutschland hat sich verpflichtet, zur Erreichung der Meeresschutzziele maximale Bewirtschaftungszielwerte für Gesamtstickstoff am Übergangspunkt limnisch-marin (Binnengewässer/Meer) einzuhalten. Im abflussgewichteten Mittel wird diese Zielkonzentration bei den Nordseezuflüssen bereits eingehalten, für die Ostsee jedoch noch überschritten. Einige der Nord- und Ostseezuflüsse weisen noch sehr hohe Gesamtstickstoffkonzentrationen auf. Für die Zielerreichung ist es jedoch erforderlich, dass jeder Fluss das das Bewirtschaftungsziel erreicht. Damit die Stickstoffkonzentrationen in den Flüssen weiter sinken, müssen vor allem Maßnahmen in der Landwirtschaft und im Abwassermanagement ergriffen werden. Welche Bedeutung hat der Indikator? Der „gute ökologische Zustand“ gemäß der Oberflächengewässerverordnung wird in den deutschen Gebieten der Nord- und Ostseeeinzugsgebiete weiterhin verfehlt. Die wichtigste Ursache dafür sind zu hohe Nährstoffbelastungen durch Stickstoff und Phosphor ( Eutrophierung ). Die negativen Auswirkungen der Eutrophierung sind im Rahmen des Indikators „Ökologischer Zustand der Übergangs- und Küstengewässer“ beschrieben. Nährstoffe werden vor allem über Flüsse in die Meere eingetragen. Der Indikator betrachtet die Konzentration des Gesamtstickstoffs der in Deutschland in Nord- und Ostsee einmündenden Flüsse und des Grenzflusses Rhein (die Oder ist ausgenommen). Witterungsbedingt können diese Konzentrationen stark schwanken, da in niederschlagsreichen Jahren mehr Stickstoff aus den Böden ausgewaschen wird. In Bezug auf den Nährstoff Phosphor wurde bisher davon ausgegangen, dass die Erreichung der Orientierungswerte in den Flüssen ausreichend für den guten Zustand der Küsten- und Meeresgewässer ist (siehe Indikator „Eutrophierung von Flüssen durch Phosphor“ ). Wie ist die Entwicklung zu bewerten? Um die Ziele der EU-Wasserrahmenrichtlinie (WRRL 2000/60/EG) und der EU-Meeresstrategie-Rahmenrichtlinie (MSRL 2008/56/EG) zu erreichen, gibt die Oberflächengewässerverordnung (OGewV 2016) für die in Nord- und Ostsee mündenden Flüsse sogenannte Bewirtschaftungszielwerte vor: 2,6 Milligramm Gesamtstickstoff pro Liter (mg/l) für in die Ostsee und 2,8 mg/l für in die Nordsee mündende Flüsse. Diese Zielwerte wurden auch für die Nachhaltigkeitsstrategie der Bundesregierung übernommen. Die durchschnittlichen Stickstoffkonzentrationen sind vor allem wegen der Verbesserung der Abwasserreinigung gesunken. In den letzten Jahren stagnieren sie jedoch. Während das hier gezeigte Mittel aller Flüsse sich dem Zielwert nähert oder diesen auch erreicht, liegen die maximalen Konzentrationen einzelner Flüsse noch deutlich darüber. Die Ostseezuflüsse weisen höhere maximale Konzentrationen auf als die Nordseezuflüsse. Die minimalen Konzentrationen unterschreiten die Bewirtschaftungszielwerte bereits. Zur Bewertung der Zielerreichung wird jedoch, nicht wie hier das abflussgewichtete Mittel aller Zuflüsse bewertet, sondern jeder Nord- und Ostseezufluss muss den Bewirtschaftungszielwert im langjährigen Mittel erreichen. Der Bund gibt über Verordnungen wie die Oberflächengewässerverordnung, die Düngeverordnung und die Abwasserverordnung den Rechtsrahmen zur weiteren Reduzierung von Nährstoffeinträgen vor, die Länder setzen diese Verordnungen um und kontrollieren ihre Einhaltung. Maßnahmen zur Senkung der Nährstoffeinträge werden im Rahmen der Umsetzung der Nitrat-RL, der WRRL und der MSRL ergriffen. Gegenwärtig geht die größte Belastung von der Landwirtschaft aus. Die Novelle der Düngeverordnung wird mittelfristig zu einem Rückgang dieser Belastung führen (siehe auch Indikator „Stickstoffüberschuss der Landwirtschaft“ ). Um die Zielwerte zu erreichen, sind darüber hinaus voraussichtlich noch weitere Maßnahmen in der Landwirtschaft erforderlich. Wie wird der Indikator berechnet? An den Mündungen der Flüsse in Nord- und Ostsee liegen Messstellen (Gewässergütemessstellen). An diesen wird die Stickstoffkonzentration mindestens monatlich gemessen. Diese Messwerte dienen, gemittelt über ein Jahr, als Grundlage für den Indikator . Um witterungsbedingte Schwankungen auszugleichen, wird der Indikator als gleitendes Mittel der letzten 5 Jahre berechnet und die einzelnen Flüsse werden entsprechend ihrer Abflussspende gewichtet. Darüber hinaus werden die maximalen und minimalen Konzentrationen als gleitende 5-Jahres Mittel berechnet. Ausführliche Informationen zum Thema finden Sie in den Daten-Artikeln "Flusseinträge und direkte Einträge in die Nordsee" und "Nährstoffeinträge über Flüsse und Direkteinleiter in die Ostsee" .
In diesem Projekt soll in enger Zusammenarbeit mit dem Demonstrations- und Modellvorhaben (MuD) und insbesondere den landwirtschaftlichen Betrieben des MUD-Netzwerkes sowie der Beratungsplattform ISIP e.V. neue sowie re-implementierte Verfahren zur modellgestützten Stickstoffdüngung eingeführt und getestet werden. Im Vordergrund steht dabei die Nutzung von jahres- und schlagspezifischen Informationen und deren Bewertung mit prozessbasierten Simulationsmodellen für eine bedarfsgerechtere Stickstoffdüngung. Als ergänzender Aspekt soll die Wasserversorgung und Beregnungsbedürftigkeit quantifiziert und auf der ISIP Web-Plattform abrufbar gemacht werden. Hierdurch sollen Stickstoffüberschüsse durch überzogene Düngung in Situationen mit geringerem als dem durchschnittlichen N-Bedarf vermieden werden, gleichzeitig jedoch die Sicherung von ausreichenden Erträgen und Qualitäten in Normal- bis Hochertragssituationen gewährleistet werden. Insgesamt wird hierdurch ein nennenswerter Beitrag zum Klima- und Grundwasserschutz erwartet. Durch die Nutzung von etablierten Düngekonzepten und bereits entwickelten Simulationsmodellen sowie die Implementierung auf der etablierten, nichtkommerziellen Beratungsplattform ISIP und die Zusammenarbeit mit den kooperierenden MuD-Vorhaben wird ein rascher Wissenstransfer erwartet.
Der Stickstoffüberschuss der Landwirtschaft ist ein Kernindikator für die Stickstoffstrategie Baden-Württemberg. Ziel des Vorhabens ist, die besten verfügbaren bundes- und landesweiten Agrardaten zu den Stickstoffflüssen in der Landwirtschaft auszuwerten und den Stickstoffüberschuss zu berechnen. Das Vorhaben zielt zunächst darauf, die Gemeinden mit sehr hohen Stickstoffbilanzüberschüssen zu lokalisieren.
Bilanzen für die Düngeberatung unterscheiden wegen der in der Agrarwirtschaft praktizierten 'Verlustabzüge' erheblich von Bilanzen für Fragen des Umwelt- und Naturschutzes. Klärend orientiert sich daher das Vorhaben an der vom BUND-LÄNDER-FACHGESPRÄCH STICKSTOFFBILANZ vorgelegten Typisierung. Die Stoffflüsse der ersten Hoftorbilanz auf Gemeindeebene in Baden-Württemberg müssen vor der Festsetzung der Kritischen Überschüsse (Critical Surplus) evaluiert und überprüft werden.