Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Unsichtbares Gift: Aus der Landwirtschaft freigesetztes Ammoniak bildet gefährliche Feinstäube

11.02.2014
Forscher berechnen die gesundheitlichen und finanziellen Auswirkungen von sekundären Feinstäuben im Zusammenhang mit Ammoniakemissionen in den USA.

Die Landwirtschaft in den USA ist auf Erfolgskurs. In der letzten Dekade haben sich die Lebensmittel-Exporte verdoppelt, begründet durch die steigende Nachfrage aus Asien, insbesondere China. Allerdings hat dieser Erfolg auch seine Schattenseiten:


Intensiv gedüngte Äcker setzen oftmals große Mengen Ammoniak frei.
(Quelle: © iStockphoto.com/ handsomepictures)

Intensivierter Ackerbau und größere Tierbestände lassen auch die Ammoniakfreisetzung in die Höhe schnellen. Nicht nur durch die Geruchsbelästigung, sondern durch einen anderen Wirkmechanismus haben diese Emissionen gesundheitliche Folgen. Denn ungünstigerweise geht Ammoniak gerne eine Koalition mit anderen Luftverschmutzern ein - zusammen mit Schwefel- und Stickoxiden bildet es Feinstäube, die bis in die Lungen eindringen können. Amerikanische Forscher haben jetzt die Auswirkungen auf die Gesundheit sowie die dadurch entstehenden Kosten berechnet.

Ammoniak, Stickoxide und Feinstaub

Ammoniak (NH3) ist ein unangenehm riechendes, farbloses und giftiges Gas, das Augen und Atemwege reizt. Ammoniak gilt als eine der am meisten produzierten Chemikalien der Welt und findet neben der Düngung Anwendung in technischen Prozessen oder als FCKW-freies Kühlmittel. Seine therapeutische Wirkung als Hustenlöser oder Salmiak wird von alters her genutzt. Neben der großtechnischen Gewinnung entstehen kleinere Mengen Ammoniak bei natürlichen Zersetzungsprozessen organischen Materials. Aber selbst im Weltraum konnte Ammoniak nachgewiesen werden. Durch seine toxische Wirkung gilt das Gas als Umweltgift und seine ätzende Wirkung macht Ammoniak gewässerökologisch bedenklich. In Deutschland wurden 2011 über 563 Gigagramm (563 x 106 Kilogramm) Ammoniak in die Atmosphäre abgegeben, etwa 95 Prozent davon stammten aus der Landwirtschaft. Weitere Quellen sind die Industrie (Düngerherstellung, Verwendung als Kühlmittel) und die Nutzung fossiler Brennstoffe. Ammoniak wird beim Abbau von Exkrementen freigesetzt, wenn Harnstoff chemisch zerlegt wird (Ammonifikation). Daher ist die intensive Tierhaltung eine der Hauptquellen. Auch nach dem Ausbringen von Düngern entweicht Ammoniak in die Atmosphäre. Im Boden führt ein Zuviel an Ammoniak zu Bodenversauerung und Überdüngung von Gewässern. In der Luft wird es zu Ammoniumsalzen umgesetzt, die als sekundäre Feinstäube weit transportiert werden können.

Ein giftiger Cocktail

Treffen nun ammoniakhaltige Gase aus der intensiven Landwirtschaft mit Stickoxiden oder Schwefeloxiden aus Industrie und Verkehr zusammen, bilden sie sogenannte „sekundäre Feinstaub-Partikel“ mit einer Größe unter 2,5 µm. Sie bestehen zu einem großen Teil aus Ammoniumnitrat (NH4NO3) oder NH4HSO4 (Ammoniumhydrogensulfat). Aufgrund ihrer geringen Größe können die Feinstaubartikel bis in die Lungenbläschen vordringen. Sie erhöhen dadurch das Risiko für Herz-Kreislauf-Erkrankungen, Allergien, Asthma und Lungenkrebs. Die Forscher schätzen, dass allein durch die intensive Nahrungsmittelproduktion die Bevölkerung in den USA einer zusätzlichen Belastung von 0,36 µg Feinstaub pro Kubikmeter ausgesetzt ist. Diese zusätzliche Belastung verursacht laut Berechnung der Wissenschaftler jährlich Mehrkosten von 36 Milliarden Dollar im Gesundheitswesen (kalkuliert für das Jahr 2006) und könnte für 5.100 vorzeitige Todesfälle pro Jahr verantwortlich sein.

Gewinner und Verlierer

Um zu modellieren, wie stark die Ammoniakemission durch für den Export produzierte Lebensmittel zugenommen hat, nutzten die Wissenschaftler ein Berechnungsmodell, das die Ammoniakfreisetzung beim Anbau von 19 verschiedenen Feldfrüchten sowie sieben verschiedenen Nutztierarten simulieren kann. Die Ergebnisse stellten sie den aktuellen Exportzahlen für die entsprechenden Güter gegenüber. Anschließend ermittelten sie, wo die Belastung durch sekundäre Feinstäube besonders hoch ist.

Demnach gehen rund 13 Prozent der gesamten Ammoniakemissionen aus der Landwirtschaft auf das Konto der für den Export bestimmten Lebensmittel. Die zusätzliche Feinstaubbelastung ist da punktuell besonders hoch, wo in der Nähe von Kohlekraftwerken intensive Landwirtschaft betrieben wird und sich dementsprechend viele Partikel bilden können. Aber auch in den industrie- und verkehrsreichen Ballungsräumen im Nordosten der USA, wo mit den Westwinden erhöhte Ammoniakemissionen aus den ländlichen Regionen ankommen, ist die Belastung hoch, während sie in den ländlichen Gebieten mit wenig Industrie und Autoverkehr vergleichsweise niedrig liegt. Unter dem Strich profitieren die ländlichen Gebiete also von den steigenden Exportzahlen, während die Ballungsräume die Kosten für Erkrankungen durch die höhere Feinstaubbelastung tragen müssen.

Vorbild Europa

Um diese Probleme zu lösen, verweisen die Wissenschaftler vor dem Hintergrund steigender landwirtschaftlicher Produktion auf eine strikte Trennung von Bereichen mit intensiver Landwirtschaft und Ballungsräumen sowie auf eine Senkung der durch Industrie und Verkehr freigesetzten Stickoxide. Sie empfehlen auch einen Blick über den großen Teich: Laut Erhebungen des CEIP (Centre on Emission Inventories and Projections), des Luftschadstoff-Service-Zentrums der Europäischen Wirtschaftskommission der Vereinten Nationen (UNECE) hat sich in Europa die Ammoniakfreisetzung unter anderem durch Verwendung verbesserter Düngerarten sowie durch effektives „Mist-Management“ zwischen 1990 und 2010 um nahezu 30 Prozent reduziert. Es gibt also noch einiges zu tun.

Quelle:
Paulot, F. et al. (2013): Hidden cost of U.S. Agricultural exports: Particulate matter from ammonia emissions. In: Environmental Science & Technology 2014, Vol 48., doi.org/10.1021/es4034793.

Paulot, F. et al | Pflanzenforschung.de
Weitere Informationen:
http://www.pflanzenforschung.de/index.php?cID=9663

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Agrar- Forstwissenschaften:

nachricht Getreide, das der Dürre trotzt
19.09.2017 | Universität Wien

nachricht BMEL verstärkt Maßnahmen im Kampf gegen das Eschentriebsterben
11.09.2017 | Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe e.V.

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Agrar- Forstwissenschaften >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Wundermaterial Graphen: Gewölbt wie das Polster eines Chesterfield-Sofas

Graphen besitzt extreme Eigenschaften und ist vielseitig verwendbar. Mit einem Trick lassen sich sogar die Spins im Graphen kontrollieren. Dies gelang einem HZB-Team schon vor einiger Zeit: Die Physiker haben dafür eine Lage Graphen auf einem Nickelsubstrat aufgebracht und Goldatome dazwischen eingeschleust. Im Fachblatt 2D Materials zeigen sie nun, warum dies sich derartig stark auf die Spins auswirkt. Graphen kommt so auch als Material für künftige Informationstechnologien infrage, die auf der Verarbeitung von Spins als Informationseinheiten basieren.

Graphen ist wohl die exotischste Form von Kohlenstoff: Alle Atome sind untereinander nur in der Ebene verbunden und bilden ein Netz mit sechseckigen Maschen,...

Im Focus: Hochautomatisiertes Fahren bei Schnee und Regen: Robuste Warnehmung dank intelligentem Sensormix

Schlechte Sichtverhältnisse bei Regen oder Schnellfall sind für Menschen und hochautomatisierte Fahrzeuge eine große Herausforderung. Im europäischen Projekt RobustSENSE haben die Forscher von Fraunhofer FOKUS mit 14 Partnern, darunter die Daimler AG und die Robert Bosch GmbH, in den vergangenen zwei Jahren eine Softwareplattform entwickelt, auf der verschiedene Sensordaten von Kamera, Laser, Radar und weitere Informationen wie Wetterdaten kombiniert werden. Ziel ist, eine robuste und zuverlässige Wahrnehmung der Straßensituation unabhängig von der Komplexität und der Sichtverhältnisse zu gewährleisten. Nach der virtuellen Erprobung des Systems erfolgt nun der Praxistest, unter anderem auf dem Berliner Testfeld für hochautomatisiertes Fahren.

Starker Schneefall, ein Ball rollt auf die Fahrbahn: Selbst ein Mensch kann mitunter nicht schnell genug erkennen, ob dies ein gefährlicher Gegenstand oder...

Im Focus: Ultrakurze Momentaufnahmen der Dynamik von Elektronen in Festkörpern

Mit Hilfe ultrakurzer Laser- und Röntgenblitze haben Wissenschaftler am Max-Planck-Institut für Quantenoptik (Garching bei München) Schnappschüsse der bislang kürzesten Bewegung von Elektronen in Festkörpern gemacht. Die Bewegung hielt 750 Attosekunden lang an, bevor sie abklang. Damit stellten die Wissenschaftler einen neuen Rekord auf, ultrakurze Prozesse innerhalb von Festkörpern aufzuzeichnen.

Wenn Röntgenstrahlen auf Festkörpermaterialien oder große Moleküle treffen, wird ein Elektron von seinem angestammten Platz in der Nähe des Atomkerns...

Im Focus: Ultrafast snapshots of relaxing electrons in solids

Using ultrafast flashes of laser and x-ray radiation, scientists at the Max Planck Institute of Quantum Optics (Garching, Germany) took snapshots of the briefest electron motion inside a solid material to date. The electron motion lasted only 750 billionths of the billionth of a second before it fainted, setting a new record of human capability to capture ultrafast processes inside solids!

When x-rays shine onto solid materials or large molecules, an electron is pushed away from its original place near the nucleus of the atom, leaving a hole...

Im Focus: Quantensensoren entschlüsseln magnetische Ordnung in neuartigem Halbleitermaterial

Physiker konnte erstmals eine spiralförmige magnetische Ordnung in einem multiferroischen Material abbilden. Diese gelten als vielversprechende Kandidaten für zukünftige Datenspeicher. Der Nachweis gelang den Forschern mit selbst entwickelten Quantensensoren, die elektromagnetische Felder im Nanometerbereich analysieren können und an der Universität Basel entwickelt wurden. Die Ergebnisse von Wissenschaftlern des Departements Physik und des Swiss Nanoscience Institute der Universität Basel sowie der Universität Montpellier und Forschern der Universität Paris-Saclay wurden in der Zeitschrift «Nature» veröffentlicht.

Multiferroika sind Materialien, die gleichzeitig auf elektrische wie auch auf magnetische Felder reagieren. Die beiden Eigenschaften kommen für gewöhnlich...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

»Laser in Composites Symposium« in Aachen – von der Wissenschaft in die Anwendung

19.09.2017 | Veranstaltungen

Biowissenschaftler tauschen neue Erkenntnisse über molekulare Gen-Schalter aus

19.09.2017 | Veranstaltungen

Zwei Grad wärmer – und dann?

19.09.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

»Laser in Composites Symposium« in Aachen – von der Wissenschaft in die Anwendung

19.09.2017 | Veranstaltungsnachrichten

Zentraler Schalter der Immunabwehr gefunden

19.09.2017 | Biowissenschaften Chemie

Neue Materialchemie für Hochleistungsbatterien

19.09.2017 | Biowissenschaften Chemie