Stickstoffhaltige Düngemittel, wie sie in der Landwirtschaft zum Einsatz kommen, belasten Grundwasser, Flüsse und Küstengewässer mit Nitraten. Die Felder werden vielfach überdüngt, weil die Landwirte nicht genau wissen, wie viel Düngemittel der Boden tatsächlich benötigt. Hier gibt es jetzt eine interessante Lösung: Mit Hilfe eines Chips kann der Nährstoffgehalt des Bodens binnen weniger Minuten analysiert werden. Danach können dem Boden gezielt die Nährstoffe zugeführt werden, die er benötigt. Der Mikrochip ist im EU-Projekt OPTIFERT von Wissenschaftlern der Universität Bremen und TU Wien unter Beteiligung weiterer Hochschulen und Industriepartner entwickelt worden.

Das wichtigste Düngemittel in der Landwirtschaft ist Nitrat. Im Boden ist es sehr mobil, wandert in tiefere Schichten oder wird ausgespült. Deshalb ist es sehr schwer einzuschätzen, wie viel Dünger den Ackerpflanzen zur Verfügung steht. Bisher waren Laboruntersuchungen erforderlich, um den Düngemittelbedarf des Bodens festzustellen. Jetzt übernimmt ein kleiner Spezial-Chip diese Untersuchung. Das Chemie-Labor wird auf den Acker verlegt.

Wie funktioniert dieses „Lab on a Chip“?

Ein halber Teelöffel der zu untersuchenden Erde wird mit Wasser ausgespült und gefiltert. Die Flüssigkeit kommt dann in eine Kapillare, die unter elektrische Spannung gesetzt wird. In dem elektrischen Feld bewegen sich die einzelnen chemischen Bestandteile der Lösung mit unterschiedlicher Geschwindigkeit. Der Chip registriert die unterschiedliche Beweglichkeit der Moleküle und kann daraus die chemische Zusammensetzung des Nährstoffgehaltes des Bodens ableiten. „Der Sensorchip ist zudem mit dem GPS verbunden, so dass der Ort der Bodenprobe und das Untersuchungsergebnis sehr genau zugeordnet werden können“, erläutert Projekt-Leiter Professor Michael Vellekoop vom Institut für Mikrosensoren, -aktuatoren und -systeme im Fachbereich Physik / Elektrotechnik der Universität Bremen. „Das erlaubt eine extrem gezielte Düngung des Ackers. Wir sprechen in dem Zusammenhang vom „Precision Farming“. Das Ausbringen der mit dem Chip ermittelten Düngermenge erfolgt dann durch eine kombinierte Dünge- und Bewässerungsanlage, die vom ttz Bremerhaven und der Firma Hydro-Air aus Brandenburg entwickelt wurde.

Die Methode hat sich im Feldversuch bereits bewährt. Jetzt geht es darum, die Alltagstauglichkeit zu verbessern. „Die Mikrosystemtechnik erlaubt geringe Produktionskosten für den Chip, so dass auch die Kosten für die Bodenuntersuchungen niedrig sind“, erläutert Kai Burdorf, Koordinator des Microsystems Center Bremen (MCB), dessen Aufgabe es ist, Unternehmen die Vorteile und Möglichkeiten der Mikrosystemtechnik aufzuzeigen. Wenn der Chip in einigen Jahren kommerziell hergestellt wird, lässt sich Überdüngung des Ackerlandes in großem Stil verhindern – gut für die Umwelt und gut für den Geldbeutel des Landwirtes.

Weitere Informationen:
Universität Bremen
Fachbereich Physik / Elektrotechnik
Institut für Mikrosensoren, -aktuatoren und -systeme
Prof.Dr. Michael Vellekoop
Tel.: +49 421 218-62604
E-Mail: mvellekoopprotect me ?!imsas.uni-bremenprotect me ?!.de

Microsystems Center Bremen (MCB)
Kai Burdorf
Tel.: +49 421 218-62640
E-Mail: kburdorfprotect me ?!mcb.uni-bremenprotect me ?!.de