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Neue Nachweismethode für hormonartige Rückstände im Wasser

Seit einigen Jahren wächst – sowohl in der Forschung wie auch in der Öffentlichkeit – das Bewusstsein für endokrine Substanzen in Flüssen und im Abwasser. Diese hormonähnlichen Schadstoffe stammen aus Pestiziden, Industriechemikalien sowie menschlichen und tierischen Ausscheidungen, die oft noch Spuren von Arzneimitteln enthalten. Forscher vermuten, dass sie Veränderungen im menschlichen und tierischen Hormonhaushalt verursachen können.

Die üblichen chemisch-analytischen Tests können nur jeweils vordefinierte Substanzen erkennen und sind daher für den Nachweis oftmals noch unbekannter endokriner Stoffe nicht geeignet. Denn bei diesen handelt es sich um eine uneinheitliche Stoffklasse aus etwa 150 Substanzen – einige Schätzungen gehen jedoch von bis zu 70.000 Stoffen aus – die entweder selbst Hormone sind oder den Hormonhaushalt stören. Bisherige biologische Tests sind teuer und aufwändig. Der Yeast-Estrogen-Assay, kurz YES-Test, hingegen zeichnet sich dadurch aus, dass er auch bisher undefinierte Substanzen nachweisen kann, ohne menschliche Zelllinien auskommt und in Standardlabors möglich ist.

Auch weil Tests für endokrine Substanzen bisher kaum evaluiert sind, testeten die Arbeitsgemeinschaft Wasserwerke Bodensee Rhein (AWBR) zusammen mit dem Technologiezentrum Wasser in Karlsruhe den YES-Test im Vergleich mit chemisch-analytischen Verfahren. Dazu entnahmen die Wissenschaftler Proben aus Oberflächengewässern sowie verschiedenen Stufen der Kläranlage Breisgauer Bucht. Die Ergebnisse zeigten auf, dass die Beeinträchtigung durch estrogen wirksame Stoffe über den Trinkwasserpfad als gering einzustufen sind. Nichtdestotrotz ist es für die Versorgungssicherheit wichtig, dass der Eintrag von schwer abbaubaren anthropogenen Stoffen mit endokrinem Potenzial in die aquatische Umwelt kontrolliert und weiter reduziert wird.

Projektdaten

Projektnummer 2009-11
Projektart Forschung und Studien
Projektträger AWBR Arbeitsgemeinschaft Wasserwerke Bodensee Rhein
Laufzeit Juli 2009 bis März 2014
Zuschuss 112.100

Ihre Ansprechpartner

Richard Tuth

Richard Tuth

Innovationsfonds Klima- & Wasserschutz

T: 0761-279-29 84

E-Mail: richard.tuth@badenova.de

Michael  Artmann

Michael Artmann

Innovationsfonds Klima- & Wasserschutz

T: 0761-279-22 53

E-Mail: michael.artmann@badenova.de

Einblicke in weitere Förderprojekte:

Grundwasserschonende Bioenergieerzeugung
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Wie erzeugt man klima- und grundwasserschonend Biomasse?

Immer mehr Landwirte erwägen, neben ihren zum Verzehr bestimmten Feldfrüchten auch Pflanzen anzubauen, aus denen feste, gasförmige oder flüssige Brennstoffe entstehen. Obwohl es unzählige solche Energiepflanzen gibt, verwendet die deutsche Landwirtschaft in der Praxis nur wenige. Die Agentur für Nachhaltige Nutzung von Agrarflächen (ANNA) analysierte daher auf Testflächen in Hausen und Bad Krozingen, welche Pflanze unter welchen Bedingungen wirtschaftlich sinnvoll und ökologisch vorteilhaft ist. Für vier Anbauoptionen untersuchten die Experten unter anderem, wie stark verschiedene Energiepflanzen Grundwasser und Atmosphäre belasten: Neben der Dauerwiese, die besonders für Wasserschutzgebiete geeignet ist, waren das zwei Dauerkulturen mit Micanthus (Chinaschilf) und Salix, einer schnell wachsenden Kurztriebweide. Außerdem verglichen die Wissenschaftler eine Energiefruchtfolge mit einer Fruchtfolge aus der Nahrungsmittelproduktion. Aus den Daten erstellten sie eine Ökobilanz, welche die Energieaubeute des Endproduktes mit dem Energieaufwand verrechnet, der während des Anbaus anfiel. Dazu zählt neben der unmittelbaren Wachstumsphase beispielsweise auch die Energie für Dünger, Transport oder anschließende Produktionsschritte. Im Ergebnis waren die Dauerkulturen Micanthus und Salix am umweltfreundlichsten, weil sie weniger Dünger benötigen und die Landwirte ihre Maschinen seltener einsetzen, wenn sie übers Jahr nur eine Frucht anbauen. Im Gegenzug schnitt die Energiefruchtfolge relativ schlecht ab, weil sie mehr Arbeit und Dünger erfordert, was auch die Umwelt stärker belastet. Trotz der Unterschiede sind alle vier Anbauarten eine umweltfreundlichere Alternative zu fossilen Energien, wobei Micanthus und Dauerwiese das höchste Energiesparpotential pro Kilogramm Trockenmasse aufweisen. Als Fazit sprachen sich die Experten von ANNA deshalb dafür aus, dass die Landwirte in Deutschland zukünftig einen Mix aus Energiepflanzen anbauen, bei dem die untersuchten vier Optionen einen großen Anteil ausmachen. Mehr Informationen auf der Homepage von ANNA.

Ein Energieprivileg für Photovoltaikfreiflächenanlagen? Eine rechtliche, betriebswirtschaftliche und landschaftsökologische Untersuchung.
Kehl

Ein Energieprivileg für Photovoltaikfreiflächenanlagen?

Der Ausbau der erneuerbaren Energieträger muss weiter voranschreiten, um die gesetzten Klimaziele zu erreichen. Neben der Windkraft hat sich auch die Photovoltaik flächendeckend in Deutschland verbreitet. Insbesondere dort, wo hohe Sonnenstunden erwartet werden können und wo keine Konkurrenz zu anderweitiger Nutzung entsteht. Damit wurden bislang in Süddeutschland Photovoltaikanlagen vorzugsweise auf den Dachflächen von Gebäuden installiert. Diese Flächen werden allerdings irgendwann mit zunehmenden Ausbau erschöpft sein. Dieser Ausbau ist zu erwarten, da weiter sinkende Produktionskosten die Photovoltaik als vergleichsweise günstige regenerative Stromerzeugungsform attraktiv machen. Somit wird es unumgänglich werden, neben den Dachflächen zukünftig auch andere Flächen vermehrt in Betracht zu ziehen. In Frage kommen hierbei beispielsweise bislang landwirtschaftlich genutzte Freiflächen. Ziel dieses Projektes ist es daher, in einem interdisziplinären Ansatz die rechtlichen, betriebswirtschaftlichen und landschaftsökologischen Aspekte der Umwandlung bislang landwirtschaftlich oder zur Biogasmaisproduktion genutzter Flächen in Freiflächensolaranlagen aufzuarbeiten und zu prüfen, unter welchen Bedingungen eine Ausweitung von PV-Freiflächenanlagen möglich und sinnvoll ist. Hieraus lassen sich in einem nächsten Schritt dann Vorschläge für die Landwirtschaft, die Energiewirtschaft, die flächennutzungsplanenden Gemeinden und Regionalverbände sowie den Gesetzgeber ableiten, die auf der einen Seite den steigenden Bedarf nach Energie aus Erneuerbaren Energien und auf der anderen Seite die Konkurrenz zwischen ökologischer, landwirtschaftlicher, siedlungswirtschaftlicher und energetischer Flächennutzung berücksichtigen. Entsprechend soll in diesem Projekt eine landschaftsökologische Untersuchung anhand von Vergleichsflächen mit entsprechend unterschiedlicher Nutzung umgesetzt werden.

Pflanzenkohle als Maßnahme gegen Nitratauswaschung im Weinbau
Merzhausen

Pflanzenkohle im Weinbau

In der Landwirtschaft werden häufig stickstoffhaltige Dünger eingesetzt. Außerdem wird durch Bodenbearbeitungsmaßnahmen die Freisetzung von Stickstoff aus dem Boden, insbesondere aus dem Humus, gefördert. Je nach Bodenbeschaffenheit und Wetter wird dabei Nitrat in tiefere Bodenschichten und damit ins Grundwasser verlagert. Auch wenn Landwirte heutzutage wesentlich sparsamer und verantwortungsvoller mit Dünger umgehen, bleiben erhöhte Nitratwerte im Grundwasser ein Problem für die Wasserversorger. Badenova unterstützte schon mehrere Projekte, um die Nitratbelastung des Grundwassers zu reduzieren. In diesem Projekt wurde untersucht, ob sich Pflanzenkohle dazu eignet, Nitrat im Boden zu binden, so dass es verstärkt in den oberen Bodenschichten verbleibt und dennoch gut für die Pflanze verfügbar ist. Das Projektteam des Büros für Nachhaltigkeits-Projekte und des Staatlichen Weinbauinstituts Freiburg nutzt hierfür Pflanzenkohle-Kompost, der für den Öko-Anbau geeignet ist. Der Spezialkompost stammte aus einer vorherigen Kooperation zwischen Dr. C. Holweg und dem ROM-Kompostwerk. Für die Verkohlung selbst wurde das BiGchar-Verfahren aus Australien verwendet, das sich bereits in einem vorherigen Innovationsfondsprojekt bewährte. Als Material zur Herstellung der Kohle diente ausschließlich Landschaftspflegeholz und Gehölz aus Naturschutz- oder Rebflächen. Pflanzenkohle entsteht, wenn Biomasse – d.h. Holz oder andere pflanzliche Ausgangsstoffe – verkohlt wird. Das Herstellungsprinzip auf Grundlage von Hitzezufuhr und Sauerstoffentzug entspricht ganz dem von Holzkohle. In den vergangenen Jahren wurden die nützlichen aber auch die begrenzenden Eigenschaften verschiedener Pflanzenkohlen untersucht. Die gute Wasser- und Nährstoffbindekapazität der Pflanzenkohle führen zu Vorteilen für den Boden. Auch das Argument der Kohlenstoffsenke wird häufig genannt, da Pflanzenkohle durch ihre sehr lange Haltbarkeit CO2 lange gebunden hält. Wie genau sich Pflanzenkohle auf den Nitrathaushalt des Bodens und der Pflanzen in Rebenjunganlagen auswirkt, war zu Projektbeginn noch unbekannt. Das Projekt erforschte dies exemplarisch für den Weinbau, einer für Südbaden typischen landwirtschaftlichen Kultur. Auf Flächen der Wein- und Sektgüter Norbert Helde in Sasbach-Jechtingen, sowie Andreas Dilger in Freiburg St. Georgen und Heinrich Gretzmeier in Merdingen erprobte das Projektteam über drei Jahre hinweg verschiedene Versuchsanordnungen, maß regelmäßig die Nitratgehalte in verschiedenen Bodentiefen und verfolgte die Effekte auf Pflanzenwachstum und Bodenqualität. Besonders interessant war es herauszufinden, ob es mögliche Synergieeffekte zwischen Pflanzenkohle und Kompost gibt, wenn beide gemeinsam ausgebracht werden, denn die Pflanzenkohle speichert sowohl die im Kompost enthaltenen als auch die im Boden frei werdenden Nährstoffe und macht sie für die Wurzeln der Rebe verfügbar. Gleichzeitig ist so weniger Pflanzenkohle nötig. Ab April 2017 kam eine Fläche in Heitersheim (Julian Zotz) hinzu, auf der pure Pflanzenkohle zum Vergleich diente. Im Weinbau ist das Risiko, dass Nitrat ins Grundwasser ausgewaschen wird, in den Jahren und Jahrzehnten der Ertragsanlage bei der heutzutage üblichen Bewirtschaftung zwar gering, aber vor allem nach der Rodung alter Anlagen und im Pflanzjahr deutlich erhöht. Durch das Einbringen eines Pflanzenkohle-Substrates kurz vor oder während der Pflanzung von Reben kann eventuell der mögliche Nitrataustrag in das Grundwasser reduziert oder unterbunden werden. Um die Kosten für die Winzer gering zu halten, wurden die Substrate nur entlang der Rebzeilen, Gassen oder direkt ins Pflanzloch eingebracht. Als nitratbindender Stoff, der bei richtiger Anwendung der pflanzlichen Aufnahme nicht entgegensteht, bietet Pflanzenkohle einen Weg für einen nachhaltigeren Wein- und sonstigen Pflanzenbau, effizienteren Einsatz von Düngemitteln und reineres Grundwasser. Fachveranstaltungen und Begehungen auf den Versuchsflächen informierten über Fortschritte und Ergebnisse. Die drei wesentlichen Erkenntnisse aus dem Projekt sind: Im 1. Jahr der Rebenneuanlage bewirkte Pflanzenkohle eine N-Retention über die Wintermonate (im Kaiserstuhl, Jechtingen, bei einem Hektaraufwand von 7,2 t). Das Auswaschungspotenzial von Nitrat in das Grundwasser ist damit geringer. Die Wirkung dauerte in den Folgejahren an. Im 2. Standjahr wurden höhere Gehalte an N-Verbindungen im Most gemessen, die für die alkoholische Gärung und die Weinqualität wichtig sind. Dass hierfür schon eine Pflanzenkohlemenge von 7,2 t/ha ausreicht, die nur bei Rebzeilen nötig ist, bedeutet ökonomische Vorteile. Bei hoher Pflanzenkohledosis waren die Bodenwassergehalte deutlich erhöht. Gemahlen nimmt Pflanzenkohle mehr Wasser auf als ungemahlen. Die Vorbehandlung mit Grünschnitt-Kompost und eine tiefe Einarbeitung in den Boden (z.B. per Spatenmaschine) verbessert die Effektivität der Pflanzenkohleanwendung. Wie Rebstockkohle direkt im Feld durch einfachste Methoden zu Pflanzenkohle umgesetzt und dem Boden rückgeführt werden kann, zeigt ein erster Praxistest vom Februar 2019 bei Freiburg. Die Idee ist, den Aufwand über eine CO2-Kompensation zu tragen. Den Artikel dazu aus der DER WINZER 06/2019 finden Sie unter Downloads.