Wachstumswunder in der Wüste

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Startup verwandelt Wüstensand in fruchtbaren Boden

Wüstenbildung, die vielfach vom Menschen verursachte Degradierung von Land in trockenen Klimazonen, ist im Steigen begriffen. Dies ist einer der Faktoren, die zu der Herausforderung beitragen, eine wachsende Weltbevölkerung in einem sich verändernden Klima zu ernähren. Das norwegische Start-up Desert Control (Motto „Making Earth green again!“) aus Stavanger versucht, dieses Problems Herr zu werden, indem es trockene Böden in nährstoffreiche, nahrhafte Böden verwandelt, auf denen Nahrungsmittel wachsen.

Inspiriert durch das Geheimnis der Fruchtbarkeit des Nildeltas verwenden die Ingenieure ein Gemisch aus Lehm, Wasser und lokalen Böden, um in der Wüste Feldfrüchte anzubauen. Im März dieses Jahres, gerade als Länder auf der ganzen Welt in den Covid-19 Lockdown gingen, näherte sich in einer Ecke der Vereinigten Arabischen Emirate eine bemerkenswerte Transformation ihrem Abschluss. Innerhalb von nur 40 Tagen war ein einst unfruchtbarer Sandboden in diesem abgelegenen Wüstenstaat mit reifen, süßen Wassermelonen übersät, die unter der arabischen Sonne anschwollen.

Für ein Land, das 90% seiner Frischprodukte importieren muss, war das ein Meilenstein. Die trockene, unwirtliche arabische Wüste war durch die einfache Zugabe von Lehm und Wasser in eine üppige Obstplantage verwandelt worden. Die Melonen waren mit Hilfe von flüssigem „NanoLehm“ möglich, einer Bodengewinnungstechnologie, deren Geschichte vor zwei Jahrzehnten 2.400 km westlich begann.

Damals, in den 80er Jahren, hörten Teile des Nildeltas in Ägypten auf zu blühen. Berühmt für seine Fruchtbarkeit, war es trotz seiner Nähe zur trockenen Wüste seit Tausenden von Jahren ein zuverlässiger Ort für die Landwirtschaft. Seine Produktivität hatte es den alten Ägyptern ermöglicht, ihre Energien von der Subsistenzlandwirtschaft auf die Entwicklung einer mächtigen Zivilisation zu lenken, die Tausende von Jahren später auf der ganzen Welt berühmte kulturelle Errungenschaften hervorbrachte. Doch trotz der Unterstützung von Gemeinschaften in der Region über die Jahrtausende hinweg, versandete diese Fruchtbarkeit innerhalb von nur etwa 10 Jahren.

Die globalen Anbauflächen haben 20-60% ihres organischen Kohlenstoffs verloren – Foto © desertcontrol.com

Jedes Jahr im Spätsommer überschwemmt der Nil die ägyptischen Deltaebenen. Als  Wissenschaftler zu untersuchen begannen, was den Rückgang der Bodenfruchtbarkeit verursacht hatte, entdeckten sie, dass diese Überschwemmungen Mineralien, Nährstoffe und vor allem Lehmpartikel aus dem ostafrikanischen Einzugsgebiet, das den Nil speist, mit sich brachten und ablagerten. Der Lehm gab dem Boden sowohl seine Widerstandsfähigkeit als auch seine Fruchtbarkeit.

Die Ursache lag im Süden Ägyptens: Der Assuan-Staudamm im Nil in den 60er Jahren,  gebaut, um Wasserkraft zu erzeugen und Überschwemmungen zu regulieren, damit die Landwirtschaft überschaubarer und berechenbarer würde. Aber der Riesendamm stoppte auch all das gute Material, das flussabwärts floss. Ein Jahrzehnt ohne diese jährliche Auffrischung, und die gesamte Fruchtbarkeit in den Böden des Deltas war aufgebraucht.

Nachdem die Bodenkundler und Ingenieure das Problem entdeckt hatten, hatten sie auch den Anfang einer Lösung. „Es ist wie das, was Sie in Ihrem Garten sehen könnten“, erklärt Desert Control-Chef Ole Sivertsen, der den Nano-Lehm-Ansatz entwickelt hat. „Dünne Böden haben Mühe, Feuchtigkeit zu speichern oder Pflanzen gedeihen zu lassen. Das Vorhandensein von Lehm im richtigen Verhältnis kann all das drastisch ändern“. Desert Control will mit Nano-Lehm unproduktives Wüstenland „vom Sand zur Hoffnung“ verändern.

Desert Control verwendet eine Substanz namens Liquid Nanoclay (LNC), um Sandpartikel mit einer 1,5 Nanometer dicken Lehmschicht zu überziehen. Auf diese Weise kann der Boden Nährstoffe und Wasser besser aufnehmen, anstatt sie direkt durch den Boden fließen zu lassen. Die Methode verwendet keine giftigen Chemikalien, nur Lehm und Wasser, und nutzt die Vorteile der natürlichen Düngung mit Lehm, die Landwirte seit Jahrhunderten anwenden.

Die Verwendung von Lehm zur Bodenverbesserung ist nichts Neues – die Bauern tun das bereits seit Tausenden von Jahren. Allerdings war die Einarbeitung von dickem, schwerem Lehm in den Boden historisch gesehen sehr arbeitsintensiv und störte die unterirdischen Ökosysteme. Das Pflügen, Ausgraben und Wenden des Bodens ist auch mit Kosten für die Umwelt verbunden, da der gebundene Kohlenstoff dem Sauerstoff ausgesetzt ist und so als Kohlendioxid in die Atmosphäre entweicht. Damit verbunden ist die Störung des unglaublich komplexen Bodenbioms, die mit dem Anbau einhergeht, wie der Bodenkundler Saran Sohi von der Universität Edinburgh erklärt.

„Ein wichtiger Teil der Bodenbiologie ist eine symbiotische Beziehung zwischen Pflanzen und Pilzen in Form von Mykorrhizen, Pilzfäden, die im Wesentlichen als Erweiterungen des pflanzlichen Wurzelsystems fungieren“, sagt Sohi. „Sie sind von mikroskopisch kleinen haarähnlichen Strukturen, den so genannten Hyphen, bedeckt, die viel feiner sind als die Wurzeln der Pflanze und den Zugang zu Nährstoffen ermöglichen, auf welche die Pflanze sonst vielleicht nicht trifft. Dabei verbinden die Pilzfäden auch die mineralischen Bodenpartikel miteinander, wodurch die Bodenstruktur erhalten bleibt und die Erosion gemildert wird. Die Störung des Bodens durch Graben oder Kultivieren zersetzt diese Pilzstrukturen, die Zeit brauchen, um wieder nachwachsen zu können, und in der Zwischenzeit wird der Boden anfällig für Schäden und Nährstoffe, die leicht entweichen können.“

In jahrelangen Experimenten suchte als Kristian P. Olesen, ein norwegischer Ingenieur für Strömungsmechanik nach einer Möglichkeit, eine Lehmrezeptur herzustellen, die sich leicht mit Sand mischen lässt, um ihn in lebensspendenden Boden zu verwandeln. Ein Großteil der Forschung und Entwicklung der Nano-Lehm-Lösung wurde darauf verwendet, eine sorgfältig ausgewogene Formel zu finden, die leicht durch die winzigen Partikel des lokalen Bodens (daher der Nanoteil) sickern kann, aber nicht so schnell abfließt, dass sie frei versickert und ganz verloren geht. Ziel ist es, die magischen 10-20 cm des Bodens zu behandeln, der sich in und unterhalb der Wurzelzone von Standardkulturen befindet.

Der flüssige Nano-Lehm (Liquid Nano Clay, LNC), eine eigenständige Entwicklung von Desert Control, die Wüstensand auf ein Fruchtbarkeitsniveau anreichert, das mit qualitativ hochwertigem Ackerboden vergleichbar ist – mit einem geringeren Bewässerungsbedarf und potenziell höheren Ernteerträgen, arbeitet durch die Herstellung einer optimalen Mischung aus Sand und Lehm, die für einen feuchtigkeitshaltenden und dennoch luftigen Boden sorgt. Dieser Prozess, der sonst mit mechanischen Geräten sehr zeitaufwändig ist, dauert mit LNC nur wenige Stunden. Darüber hinaus bedeckt LNC die Oberfläche jedes einzelnen Sandkorns mit Nanopartikeln, während die alte mechanische Mischmethode nur die Lücke zwischen den Sandpartikeln füllt und zehnmal so viel Lehm benötigt.

Seit 2008 wurde die LNC-Technologie entwickelt und in Labor- und Feldversuchen kommerziell erprobt. Im Anschluss an Feldversuche in Ägypten, China und Pakistan wurde das Produkt auf einer Farm in den Vereinigten Arabischen Emiraten getestet, um den Eintritt in den Markt des Nahen Ostens zu erleichtern. Basierend auf VWC- (volumetrischer Wassergehalts des Bodens) und Temperaturmessungen in verschiedenen Bodentiefen ermöglicht LNC einen geringeren Bewässerungsbedarf, während die Wurzeln auf Temperaturen gehalten werden, die denen der Kontrollflächen entsprechen. Eine technische Bewertung des VWC und der Temperatur zeigt, dass die optimale Bewässerung darin besteht, bei der niedrigsten Bodenoberflächentemperatur zu bewässern und so zu bewässern, dass der VWC innerhalb von 5 bis 10% gehalten wird. Dies deutet auf optimales Wachstum und optimale Wassereinsparungspotentiale hin.

Ein Nachteil dieser innovativen Methode sind die Kosten. Derzeit kostet die Behandlung eines Quadratmeters Land zwischen 1,70 und 4,20 Euro, was sie für viele Landwirte unerschwinglich macht. Zusätzliche Forschung ist auch notwendig, um zu beurteilen, ob sich die Behandlung auf das breitere Ökosystem in irgendeiner Weise negativ auswirkt. Um dort Wirkung zu erzielen, wo es wirklich darauf ankommt – in Afrika südlich der Sahara – muss Sivertsen herausfinden, wie diese Kosten gesenkt werden können. Die meisten afrikanischen Bauern hätten nicht das Kapital im Voraus für diese Behandlung. Die Behandlung dauert auch etwa fünf Jahre, danach muss der Lehm nachgefüllt werden. Sivertsen sagt, dass sie diese Kosten senken können. In Zukunft könnte es wesentlich billiger sein, unproduktives Land umzuwandeln, als einen etablierten Betrieb aufzusuchen.

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