Die Emissionen einer riesigen Düngemittelfabrik in Louisiana im Fokus

Dec 10, 2023

Im Südosten von Louisiana liegt der Donaldsonville-Komplex von CF Industries am Westufer des Mississippi. Es ist die weltweit größte Ammoniakproduktionsanlage und produziert jedes Jahr 8 Millionen Tonnen Stickstoffprodukte. (Foto von Josie Heimsoth/Columbia Missourian)

DONALDSONVILLE, La. – Ein Komplex aus Industrietürmen erhebt sich aus der flachen Landschaft am Rande einer Autobahn, seine Schornsteine ​​und Rohre schlängeln sich umeinander. Arbeiter in neongelben Westen und Schutzhelmen navigieren in Pickups durch das Labyrinth. Künstliche Wolken schweben über dem nahegelegenen Mississippi, wo Lastkähne und Schiffe Waren flussaufwärts und flussabwärts transportieren.

Dabei handelt es sich um den Donaldsonville Complex von CF Industries, die weltweit größte Ammoniakproduktionsanlage. Die 1.400 Hektar große Stickstoffdüngemittelanlage ist Teil einer weitläufigen globalen Industrie, die für einen erheblichen Teil der weltweiten Treibhausgasemissionen verantwortlich ist.

Laut einer Studie von Scientific Reports aus dem Jahr 2022 ist die Lieferkette für synthetische Stickstoffdünger für 2,1 % der weltweiten Emissionen von Wärmespeichergasen verantwortlich – mehr als die Emissionen des gesamten Luftverkehrs. Allein das Werk in Donaldsonville ist die größte Quelle industrieller Treibhausgasemissionen in Louisiana.

Doch der Emissions-Fußabdruck von Stickstoffdüngern endet nicht vor der Fabrik; Während des gesamten Lebenszyklus des Düngemittels entstehen Gase, die den Planeten erwärmen. Der Studie zufolge stammen nur etwa 41 % der Emissionen aus der Herstellung und dem Versand von Düngemitteln aus Orten wie Donaldsonville. Der Großteil entsteht nach der Ausbringung des Düngers auf landwirtschaftlichen Feldern.

Die Wurzel des Problems: Manche Landwirte verwenden mehr Dünger, als für ein optimales Pflanzenwachstum nötig ist. „Die Pflanzen nehmen den zusätzlichen Stickstoff nicht auf“, sagte Alicia Ledo, Mitautorin der Scientific Reports-Studie. „Es geht einfach in die Atmosphäre, was eine Verschwendung ist.“

Die Reise von Stickstoffdünger – und die Freisetzung starker wärmespeichernder Gase – ist langwierig und beeinflusst unterwegs das Klima.

In der Fabrik

Die Entdeckung eines Verfahrens zur Herstellung synthetischer Düngemittel im frühen 20. Jahrhundert revolutionierte die Landwirtschaft und ermöglichte große Produktivitätssprünge.

Das heute noch angewandte Haber-Bosch-Verfahren entnimmt der Luft Stickstoff und kombiniert ihn mit Wasserstoff aus fossilen Brennstoffen – meist Erdgas, auch Methan genannt – zu Ammoniak. Der Prozess emittiert zwei Haupttreibhausgase: Methan und Kohlendioxid.

Ammoniak ist ein Ausgangsstoff für die Herstellung stickstoffbasierter Düngemittel wie Harnstoff. Außerdem ist es die am zweithäufigsten produzierte Chemikalie der Welt und macht 2 % des weltweiten Energieverbrauchs aus fossilen Brennstoffen aus. Dadurch erzeugt die Chemikalie jährlich 450 Millionen Tonnen Kohlendioxid und ist emissionsintensiver als die Stahl- und Zementherstellung.

Im Jahr 2019 meldete der Donaldsonville Complex von CF Industries mehr als 10 Millionen Tonnen Kohlendioxidemissionen – das entspricht den jährlichen Emissionen von 2,7 Kohlekraftwerken.

Beim Herstellungsprozess wird auch Methan freigesetzt, ein Gas, das mehr als 25-mal so wirksam ist wie Kohlendioxid und in der Atmosphäre kürzer verbleibt. Eine Studie der Cornell University und des Environmental Defense Fund ergab, dass die Methanemissionen von sechs repräsentativen Ammoniakdüngemittelfabriken 100-mal höher waren als die von der Düngemittelindustrie selbst gemeldeten Schätzungen.

Im Feld

Nach der Produktion wird der Dünger über Pipelines, Lastkähne, Schiffe, Züge und Lastwagen verschifft. Der Studie zufolge ist der Transport für 2,6 % der Gesamtemissionen von Düngemitteln verantwortlich.

Dann geht es weiter zu den Händlern und letztendlich zu den Landwirten und ihren Feldern. Jedes Jahr werden in den USA, insbesondere im Maisgürtel des Mittleren Westens, 6 Millionen Tonnen Stickstoffdünger auf Mais ausgebracht.

In den Vereinigten Staaten entstehen schätzungsweise 72 Millionen Tonnen Kohlendioxid-äquivalente Emissionen aus dem Stickstoff, der auf landwirtschaftlichen Flächen ausgebracht wird. Dies alles ist auf den Stickstoffkreislauf zurückzuführen, in dem Stickstoff und seine Verbindungen für Pflanzen und andere lebende Organismen zugänglich gemacht werden.

Die Luft, die wir atmen, ist voller Stickstoff, aber Pflanzen müssen das Gas in eine nutzbare Form umwandeln. „Bakterien und andere Organismen helfen beim Abbau.“ Pflanzen wie Hülsenfrüchte, Bohnen und Erbsen können Stickstoff gut binden, andere, wie Mais, Tomaten und Melonen, können ihren Stickstoffbedarf jedoch oft nicht ohne zusätzliche Hilfe decken.

Im „Bone Valley“ Floridas, einem Hotspot der Düngemittelproduktion, transportiert eine Pipeline flüssiges Ammoniak. (Foto von Lauren Whiddon/WUFT)

Düngemittel verstärken die natürlichen mikrobiellen Aktivitäten des Bodens und produzieren mehr Lachgas, ein Gas, das 265-mal wirksamer ist als Kohlendioxid und die schützende Ozonschicht des Planeten zerstört.

Lachgasemissionen entstehen „bis zu einem gewissen Grad immer dann, wenn Stickstoff im Boden verfügbar ist“, sagte Rod Venterea, ein bundesstaatlicher Bodenwissenschaftler und außerordentlicher Professor an der University of Minnesota. „Jetzt haben wir die Möglichkeit, dem Boden größere Mengen Stickstoff zuzuführen, und das stimuliert natürliche Prozesse und schafft Produktions-Hotspots, die weit über das hinausgehen, was auf natürliche Weise produziert wird.“

In Bächen und Flüssen

Zusätzlicher Dünger kann auch von Feldern ins Grundwasser und in Flüsse gespült werden, wodurch Stickstoff, Phosphor und andere Nährstoffe flussabwärts gelangen.

Ein hoher Nährstoffgehalt führt dazu, dass in Gewässern Algen wachsen, was wiederum zu mehr Lachgas-, Kohlendioxid- und Methanemissionen führt. Dieser Vorgang wird Eutrophierung genannt.

In einer Studie aus dem Jahr 2018 wurde geschätzt, dass die Eutrophierung in Seen und Stauanlagen für 20 % der weltweiten Kohlendioxidemissionen aus fossilen Brennstoffen verantwortlich ist. Aufgrund des Klimawandels und des Bevölkerungswachstums wird erwartet, dass die Methanemissionen durch Eutrophierung in Seen im nächsten Jahrhundert um 30–90 % zunehmen.

Jessica D'Ambrosio, die Leiterin des Landwirtschaftsprojekts Ohio für Nature Conservancy, arbeitet daran, die Nährstoffverschmutzung im Eriesee zu reduzieren, der unter ausgedehnten Algenblüten leidet, die teilweise durch den Abfluss von Düngemitteln verursacht werden. Ungefähr 80 % der in den See mündenden Fläche sind landwirtschaftlich genutzt.

„Wenn Sie die Menge an Stickstoffdünger reduzieren, tragen Sie dazu bei, Algenblüten und Treibhausgasemissionen zu reduzieren“, sagte D'Ambrosio. „Wenn Ihre Böden gesund sind und Nährstoffe speichern, hat das beides für Sie und Ihr Wassereinzugsgebiet.“

Reduzierung der Düngemittelemissionen

Angesichts des enormen Treibhausgas-Fußabdrucks von Düngemitteln stehen Hersteller und Anwender zunehmend unter Druck, sich zu ändern.

André Cabrera Serrenho, Assistenzprofessor für Ingenieurwissenschaften an der Universität Cambridge, war Co-Autor einer aktuellen Studie in Nature Food, die ergab, dass die Emissionen von Düngemitteln mit den derzeit verfügbaren Technologien bis 2050 um 80 % reduziert werden könnten.

Die Studie ergab, dass etwa ein Drittel der Emissionen durch die Dekarbonisierung des Produktionsprozesses eingespart werden könnten. Erneuerbare Energie kann zum Erhitzen und zur Erzeugung des Wasserstoffs zur Herstellung von Ammoniak genutzt werden. Dieser Prozess wird manchmal als „grüne Wasserstoffproduktion“ bezeichnet. Eine andere Möglichkeit ist die Verwendung von sogenanntem „blauem Ammoniak“, das immer noch auf fossilen Brennstoffen basiert, aber das entstehende Kohlendioxid auffängt und speichert und es manchmal in den Untergrund einspritzt, um die Gewinnung von Öl und Gas zu unterstützen.

Die Düngemittelindustrie hat sich beide Technologien zu eigen gemacht. Das CF Industries-Werk in Donaldsonville begann Ende 2021 mit dem Bau einer Elektrolyseanlage, die voraussichtlich 20.000 Tonnen grünes Ammoniak pro Jahr oder ein Viertel von 1 % der Gesamtproduktion produzieren wird. Das Unternehmen ist außerdem eine Partnerschaft mit ExxonMobil bei einem CO2-Abscheidungsprojekt für Donaldsonville eingegangen und evaluiert einen nahegelegenen Standort für eine neue exportorientierte Produktionsanlage für blaues Ammoniak im Wert von 2 Milliarden US-Dollar.

The Mosaic Co., ein weiteres führendes Düngemittelunternehmen, strebt Netto-Null-Emissionen an. Aufgrund der hohen Kosten verfolgt Mosaik derzeit kein grünes Ammoniak und erforscht die CO2-Abscheidung, sagte Sprecherin Natali Archibee.

Die CO2-Abscheidung stößt bei industriemüden Nachbarn und bei Kritikern auf Widerstand, die sagen, dass dadurch lediglich die Abhängigkeit von fossilen Brennstoffen aufrechterhalten wird.

In einem Bericht des Center for International Environmental Law aus dem Jahr 2022 wird die Kohlenstoffabscheidungstechnologie als „falsche Lösung“ bezeichnet, die versucht, die Emissionen der Düngemittelindustrie durch „grün getünchte“ Produkte zu waschen. „Die Energie, die zur Herstellung von blauem Wasserstoff benötigt wird, macht es genauso schlimm, wenn nicht noch schlimmer, als nur die direkte Verbrennung von Gas“, sagte Carroll Muffett, Präsident und CEO von CIEL.

Darüber hinaus ist eine umweltfreundlichere Produktion nur ein Teil der Lösung, da zwei Drittel der Emissionen erst nach der Anwendung entstehen. Laut Serrenhos Studie können Lachgasemissionen von Bakterien im Boden durch die Zugabe von Chemikalien, sogenannten Nitrifikationshemmern, reduziert werden. Auch die Umstellung auf emissionsärmere Düngemittel würde helfen.

Die wichtigste Änderung besteht jedoch darin, die Menge des Düngemittels zu reduzieren. Weniger als die Hälfte des weltweit ausgebrachten Düngers wird von Pflanzen aufgenommen. Landwirte könnten viel weniger verbrauchen, ohne den Ertrag zu verringern. „Allein dadurch können wir die Hälfte der mit Düngemitteln und anderen Umweltauswirkungen verbundenen Emissionen einsparen“, sagte Serrenho.

Der CIEL-Bericht forderte einen Übergang weg von industriellen Landwirtschaftsmodellen und synthetischem Dünger und hin zu regenerativeren Modellen, die die Lebensmittelproduktion nachhaltiger machen und gleichzeitig die biologische Vielfalt schützen würden.

„Der Beginn dieses Übergangs weg von fossilen Düngemitteln hin zu nachhaltigeren Lebensmittellösungen ist nicht nur ein entscheidender Teil der Reaktion auf die Klimakrise, sondern bringt uns auch wieder innerhalb unserer planetarischen Grenzen zurück, die die Erde zum Leben sicher machen“, sagte Muffett.

Diese Geschichte ist Teil von „The Price of Plenty“, einem Sonderprojekt zur Untersuchung von Düngemitteln des University of Florida College of Journalism and Communications und der University of Missouri School of Journalism, das von der landesweiten Connected Coastlines-Berichterstattungsinitiative des Pulitzer Centers unterstützt und vom Mississippi River verbreitet wird Becken Ag & Wasser Schreibtisch.

Diese Arbeit wird durch ein Stipendium der Walton Family Foundation unterstützt und von der Society of Environmental Journalists verwaltet.