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Dünger hat Milliarden Leben gerettet, hat aber auch eine Schattenseite

2022

Das Folgende ist ein Auszug aus "Pandoras Labor: Sieben Geschichten der Wissenschaft, die falsch sind" von Paul A. Offit.

Wir sind nicht so kompliziert. Obwohl wir unterschiedliche Formen und Größen, Körpergrößen und -gewichte sowie Hintergründe und Temperamente haben und wir unterschiedliche Gene haben, die unterschiedliche Proteine ​​und Enzyme produzieren, reduzieren wir uns alle auf vier wesentliche Elemente: Wasserstoff, Sauerstoff, Kohlenstoff und Stickstoff. Wenn eines dieser Elemente nicht mehr verfügbar ist, endet unsere Zeit auf Erden. Drei der vier Elemente sind leicht zu erhalten.

Wasserstoff kommt aus dem Wasser, das wir trinken und das aus zwei Wasserstoffatomen und einem Sauerstoffatom (H 2 O) besteht. Kein Wunder, dass Sauerstoff aus der Luft kommt, die wir atmen (O 2). (Nur Fische können durch ihre Kiemen dem Wasser Sauerstoff entziehen.) Kohlenstoff kommt auch aus der Luft. Grüne Pflanzen nehmen in Gegenwart von Sonnenlicht Kohlendioxid (CO 2 ) aus der Luft auf und fangen es in Form von komplexen Zuckern ein, die Kohlenstoff enthalten (dh Photosynthese). Wir gewinnen unseren Kohlenstoff durch den Verzehr von Pflanzen oder durch den Verzehr von Tieren, die die Pflanzen fressen. In beiden Fällen sind auch Wasserstoff, Sauerstoff und Kohlenstoff reichlich vorhanden, da Luft und Wasser reichlich vorhanden sind.

Das schwächste Glied im Lebenszyklus ist Stickstoff, der nur aus dem Boden stammt. Wenn Bauern Getreide wie Mais, Weizen, Gerste, Kartoffeln oder Reis anbauen, entziehen sie dem Boden Stickstoff. Wenn sie es nicht ersetzen, wird der Boden nicht reich genug sein, um mehr Pflanzen anzubauen. Die Landwirte füllen den Stickstoff auf drei Arten auf. Sie verwenden natürliche Düngemittel aus verrottenden Pflanzen oder tierischem Dünger. Sie tauschen ihre Ernten mit Hülsenfrüchten wie Kichererbsen, Luzerne, Erbsen, Sojabohnen oder Klee aus, die Bakterien in ihren Wurzeln enthalten, die Stickstoff aus der Luft aufnehmen und ihn im Boden in eine brauchbare Form umwandeln - ein Vorgang, der als „Stickstofffixierung“ bezeichnet wird sie warten auf Gewitter; Wie sich herausstellt, kann ein Blitz auch Stickstoff aus der Luft binden.

Wenn jeder Bauer in jedem Land auf jedem Kontinent der Welt jeden Zentimeter fruchtbaren Landes nutzte, seine Felder mit natürlichem Dünger bestreute, seine Ernten akribisch wechselte und alle davon überzeugte, sich vegetarisch zu ernähren, könnten sie etwa vier Milliarden Menschen ernähren. Aber seit 2016 haben mehr als sieben Milliarden Menschen die Erde durchstreift. Und obwohl viele Menschen hungern, ist das Problem nicht, dass es nicht genug zu essen gibt. Es gibt viel zu essen. Das Problem ist, dass das Essen nicht effizient an diejenigen verteilt wird, die es brauchen.

Wie können die Landwirte das tun? Wie können sie so viele Menschen ernähren? Die Antwort liegt in einem Ereignis, das am 2. Juli 1909 stattfand. Aufgrund dieses einzigartigen Moments stammen 50 Prozent des Stickstoffs in unserem Körper aus natürlichen Quellen und 50 Prozent aus der Arbeit eines Mannes - eines Mannes, der uns sofort rettete lebt und sät die Samen unserer Zerstörung. Fritz Haber wurde am 9. Dezember 1868 in Breslau geboren. Mit 26 Jahren besuchte Haber die Universität Karlsruhe, die eine hervorragende Beziehung zu Badische Anilin & Soda-Fabik (BASF) unterhielt: einem großen Chemieunternehmen, das nur einen Steinwurf vom Rhein entfernt ist.

Habers Aufgabe, Stickstoff aus der Luft zu gewinnen und eine chemische Verbindung zu schaffen, die Pflanzen ernähren kann, war nicht einfach. Obwohl Luft 79 Prozent Stickstoff enthält, existiert sie nicht als einzelnes Atom (N). Es besteht aus zwei miteinander gekoppelten Atomen (N 2 ) in einer Dreifachbindung, die im Wesentlichen unzerbrechlich ist: die stärkste chemische Bindung in der Natur. Während N 2 in der Luft zum Aufblasen von einer Million Ballons verwendet werden kann, kann es nicht zum Züchten eines einzelnen Maisstängels verwendet werden.

Da N 2 normalerweise nicht von der Natur abgebaut wird, war ein unnatürlicher Prozess erforderlich: in gewissem Sinne eine Handlung gegen die Natur. Die Formel ist einfach:

N 2 + 3H 2 2NH 3

Von links nach rechts gesehen verbinden sich zwei gepaarte Stickstoffatome mit drei gepaarten Wasserstoffatomen, um zwei Ammoniakmoleküle zu bilden. Haber wusste, dass Ammoniak perfekt als Kunstdünger geeignet wäre.

Eine Reihe von zufälligen Ereignissen ermöglichte es Fritz Haber, Erfolg zu haben, wo viele vor ihm gescheitert waren. Zunächst kam ein junger Physiker aus England namens Robert Le Rossignol in sein Labor. Le Rossignol war ein geschickter und erfinderischer Experimentator, der schließlich einen kleinen Tischapparat aus Quarz und Eisen entwarf, der Temperaturen von bis zu 1, 832 ° F standhielt und heiß genug war, um Kupfer zu schmelzen. und Drücke von bis zu 3.000 Pfund pro Quadratzoll, die stark genug sind, um ein U-Boot zu zerdrücken. Zweitens fand Haber einen Katalysator, der die Reaktion beschleunigte: Osmium, ein seltenes Metall, das als Filament in Glühbirnen verwendet wird. Drittens hat Haber einen Weg gefunden, Ammoniak schnell abzukühlen, damit es bei der hohen Hitze nicht verbrennt. Schließlich überredete Carl Engler, Habers Mentor in Karlsruhe, die BASF, Habers Experimente zu finanzieren. Wenn sie arbeiten würden, würde BASF die Patente besitzen und Haber würde einen kommerziellen Partner haben.

Haber und Le Rossignol bastelten an den Armaturen und probierten verschiedene Temperaturen und Drücke aus. Im März 1909 konnten sie endlich Erfolge verzeichnen. Haber war begeistert. »Komm runter, du musst sehen, wie das flüssige Ammoniak ausgeht!«, Rief er einem Kollegen zu, der sich erinnerte: »Ich kann es immer noch sehen. Es gab ungefähr einen Kubikzentimeter Ammoniak. Es war fantastisch. «Es war nicht viel - ungefähr ein Fünftel Teelöffel -, aber es war ein Anfang. Innerhalb weniger Monate produzierten die Geräte von Haber und Le Rossignol rund um die Uhr Ammoniak.

Zehn Monate nach Habers Demonstration bauten Wissenschaftler der BASF in Ludwigshafen, einem Dorf unweit von Karlsruhe, einen kleinen Prototyp. Das Werk wurde am 18. Mai 1910 offiziell eröffnet. Habers 2-Fuß-Tischgerät war zu einer 26-Fuß-Megamaschine geworden. Innerhalb von zwei Monaten hatte die Einheit mehr als 2.000 Pfund Ammoniak produziert. Anfang Januar 1911 wurden mehr als 8.000 Pfund pro Tag produziert.

Andere Länder ahmten Habers Prozess nach. Bis 1963 waren etwa 300 Ammoniakanlagen in Betrieb und mehr als 40 befanden sich im Bau. Heute werden rund 130 Millionen Tonnen Stickstoff aus der Luft entfernt und als Dünger auf der Erde verteilt. Mehr als drei Milliarden Menschen leben heute - und in Zukunft noch Milliarden - leben für Fritz Haber. Noch nie haben so viele Menschen so viel gegessen.

Aber es gibt eine dunkle Seite.

Die größte Stickstoffproduktionsanlage in den Vereinigten Staaten befindet sich in Donaldsonville, Louisiana. Täglich verbraucht die Anlage Erdgas im Wert von einer Million Dollar, kocht 30.000 Tonnen Wasser aus einem lokalen Fluss in Dampf und produziert 5.000 Tonnen Ammoniak (2 Millionen Tonnen pro Jahr). Jeden Tag werden diese 5.000 Tonnen Ammoniak auf Triebwagen verladen, auf Lastkähne gesetzt, den Mississippi hinuntergetrieben und über das Land auf Mais- und Weizenfelder gestreut. Nicht der gesamte im Ammoniak enthaltene Stickstoff gelangt in die Ernte. Nur etwa ein Drittel des auf einem Maisfeld abgelagerten Stickstoffs gelangt in einen Maiskörner. Der Rest fließt in Ströme und Blutegel in Grundwasser.

Der Golf von Mexiko neben der Ammoniakanlage in Louisiana ist ein perfektes Beispiel dafür, was passieren kann, wenn niemand zuschaut. Jährlich werden etwa 1, 5 Millionen Tonnen Stickstoff in den Golf abgeladen. Dieser überschüssige Stickstoff hat ein Überwachsen von Algen verursacht, das das Wasser trübt und anderen Arten wie Fischen und Weichtieren Sauerstoff und Sonnenlicht entzieht. Das Überwachsen von Algen hat Bäche, Seen und Küstenökosysteme auf der Nordhalbkugel zerstört. Und es sind nicht nur die Fische, die sterben. Auch die Vögel, die den Fisch fressen, sterben. Die Verschmutzung durch synthetischen Stickstoff ist nicht auf die Gewässer beschränkt. Es ist auch in die Luft gelangt und als saurer Regen auf die Erde zurückgekehrt, wodurch Seen, Bäche und Wälder sowie die Tiere, die von ihnen abhängen, weiter beschädigt werden. Diese Probleme werden sich nur verschlimmern.

Im Deutschen Museum in München steht, durch eine kleine Barriere vom Betrachter getrennt, das Tischgerät, das Fritz Haber und Robert Le Rossignol zur Fixierung von Stickstoff aus der Luft gebaut haben. Gelegentlich halten die Zuschauer inne, starren ein paar Sekunden lang an und gehen vorbei, ohne an diese Maschine zu denken, die die weltweite Herstellung von Kunstdünger in Gang gesetzt hat. Dieser Prozess hat so vielen Menschen das Leben gekostet, und zwar aufgrund der anhaltenden Kontamination der Umwelt mit überschüssigem Stickstoff - ein Prozess, der wahrscheinlich die Zeit ihrer endgültigen Zerstörung in Gang gesetzt hat.

Auszug aus dem Buch Pandora's Lab von Paul Offit, veröffentlicht von National Geographic Partners am 4. April 2017.

Dr. med. Paul A. Offit ist Professor für Pädiatrie und Direktor des Vaccine Education Center am Kinderkrankenhaus in Philadelphia.

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