Ausgehend
von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde,
ein Verfahren bereitzu stellen, das es auf einfache Weise erlaubt,
zu wirtschaftlich günstigen
Bedingungen biologisch abbaubare Düngemittel mit Langzeitwirkung herzustellen,
wobei die Nährstoffabgabe
unabhängig von
mechanischen Beschädigungen
der Düngemittelkörper gewährleistet
ist. Ferner liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein derartiges
Düngemittel
mit verzögerter
Nährstoffabgabe
zur Verfügung
zu stellen.
Diese
Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1 gelöst. Ferner
wird die Aufgabe durch ein Düngemittel
mit den Merkmalen des Patentanspruchs 9 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der
Erfindung sind in den abhängigen
Ansprüchen ausgeführt.
Durch
die erfindungsgemäßen Merkmale wird
ein Verfahren zur Herstellung eines Düngemittels mit verzögerter Nährstoffabgabe
bereitgestellt, das mit sehr geringem apparativem Aufwand zu wirtschaftlich
günstigen
Bedingungen hergestellt werden kann.
Durch
die weitgehend homogene Vermischung des organischen Materials mit
dem Mineralsalz wird erreicht, dass sich der hydrophobisierende Effekt,
welcher für
die Langzeitwirkung verantwortlich ist, über den Gesamtbereich des Düngemittelkörpers auswirken
kann. Dadurch kann sichergestellt werden, dass auch bei einer mechanischen
Weiterverarbeitung, wie beispielsweise einer Zerkleinerung, keine
Beeinträchtigung
der Langzeitwirkung auftritt, da die hydrophobe Verbindung die Düngemittelkörper vollständig durchdringt
und nicht nur in bestimmten Bereichen, z.B. in der Hülle, vorliegt.
Das
Mineralsalz ist somit homogen in einer Matrix des organischen Materials
eingebettet, wobei die Hydrophobizität lediglich ein verzögertes Eindringen
von Bodenfeuchtigkeit in den Düngemittelkörper und
dadurch ein langsames Auswaschen des Mineralsalzes erlaubt. Dabei
ist die Homogenität
auch bei unterschiedlicher Korngröße gewährleistet, so dass über diesen
Parameter die spezifische Oberfläche des
Düngemittels
und damit der Nährstoffstrom
einfach und dennoch gezielt gesteuert werden kann. Auch ist der
hydrophobe Charakter der organischen Matrix durch geeignete Wahl
der hydrophoben Verbindung fast beliebig variierbar, wodurch die
Geschwindigkeit der Nährstofffreisetzung
ebenfalls kontrolliert werden kann.
Die
erforderliche Vermischung von organischem Material und Mineralsalz
kann durch sehr einfache mechanische Vorrichtungen rasch und ohne hohe
Kosten realisiert werden. Es entfällt insbesondere der hohe apparative
Aufwand, wie er beispielsweise für
die Herstellung von Düngemittelkörpern mit einer
definierten Hüllenstruktur
erforderlich ist.
Es
ist vorteilhaft, wenn als organisches Material ein ölhaltiger
natürlicher
Rohstoff, insbesondere ölhaltiges
Pflanzenmaterial, wie Samen, Kerne, Früchte und dergleichen verwendet
wird. Ein derartiges ölhaltiges
Material wird beispielsweise von sogenannte Ölpflanzen geliefert, die in
ihren Samen, Kernen oder Früchten öl- oder
fettartige Stoffe enthalten. Wichtige Ölpflanzen sind die Ölfrüchte der
Olive, der Ölpalme
und die Avocado, sowie die sogenannten Ölsaaten wie Raps, Lein, Soja,
Baumwolle, Erdnuss, Sonnenblume, Kürbis, Koriander, Rizinus, Mohn,
Sesam, Kokosnuss, Kakao und Mandeln.
Diese
nachwachsenden natürlichen
Rohstoffe sind in den meisten Fällen
auch in großen
Mengen zu niedrigen Kosten erhältlich
und erfordern keine aufwändigen
Synthese- und Reinigungsverfahren. Zudem sind derartige biologische Rohstoffe
naturgemäß vollständig biologisch
abbaubar, wobei bei der Zersetzung dieses Biomaterials wichtige
Pflanzennährstoffe,
insbesondere stickstoffhaltige Verbindungen, freigesetzt werden.
Dabei verhindert die hohe Salzkonzentration die Umsetzung des organischen Materials
vor der Ausbringung und auch eine häufig damit verbundene störende Geruchsbelästigung. Dies
wird dadurch bewirkt, dass über
die hohe Mineralsalzkonzentration, welche bis zu 95 % Gewichtsprozent,
vorzugsweise 25 bis 75 Gewichtsprozent, betragen kann, über einen
osmotischen Prozess vorhandenen schädlichen Pilzen oder Bakterien
das Wasser entzogen wird, und die Kulturen dadurch abgetötet werden.
Eine Verpilzung oder mikrobiologische Zersetzung des Düngemittels
wird dadurch vermieden. Andererseits kann über die Menge und den Ölgehalt
des verwendeten Pflanzenmaterials die Hydrophobie des Düngemittels
und damit die Freisetzungskinetik der Mineralsalze definiert beeinflusst und
an die speziellen Erfordernisse der Bodenqualität oder der Nutzpflanzen angepasst
werden.
Zweckmäßigerweise
wird das ölhaltige Pflanzenmaterial
zuvor entölt
und weist vor der Vermischung einen Restölgehalt von 1 bis 30 Gewichts-%
auf. Dadurch kann das überschüssige, meist
sehr hochwertige Öl
auch in Anwendungen weiterverarbeitet werden, die auf eine bestimmte hochwertige Ölqualilität angewiesen
sind, wie beispielsweise die Lebensmittel- oder die Kosmetikindustrie. Auf diese
Weise können äußerst wirtschaftlich
zunächst
durch einfache mechanische Operationen, wie z.B. Auspressen, hochwertige Ölfraktionen gewonnen
und genutzt werden, während
der zurückbleibende
Restölgehalt,
dessen Gewinnung ohnehin einen deutlich höheren Aufwand erfordert, ausreicht, um
die notwendige Hydrophobie des Düngemittels zu
gewährleisten.
Sofern der Ölgehalt
des Pflanzenmaterials für
eine hinreichende Hydropho bisierung nicht ausreicht, können ersatzweise
oder zusätzlich Öle, Fette
und Wachse auch separat hinzugefügt werden.
Als Pflanzenmaterial kann besonders kostengünstig Pressgut verwendet werden,
welches als ein Abfallstoff bei der Ölgewinnung anfällt.
Es
ist bevorzugt, wenn das Mischen in einem Extruder, insbesondere
einem Mehrwellen-Extruder, durchgeführt wird. Mit diesem Gerät kann die
Vermischung von organischem Material und Mineralsalz schnell und
mit dem gewünschten
Homogenitätsgrad unter
wirtschaftlich günstigen
Bedingungen in einer einzelnen Vorrichtung erreicht werden. Die
Extrudertechnik ist eine bewährte
und ausgereifte Technologie, die nur wenig Bedienpersonal und einfache
Wartung erfordert. Dabei wird aus den einzelnen Düngemittelkomponenten
in dem Extruder unter Verwendung der Restfeuchte durch die mechanischen
Belastungen die plastische Masse gebildet. Bei einem Mehrwellenextruder
mit insbesondere zwei kämmenden
Extruderschnecken kann das Verfahren besonders schnell und damit
schonend durchgeführt
werden.
Selbstverständlich kann
das Vermischen von organischem Material und Mineralsalz auch in
anderen dafür
geeigneten Vorrichtungen, wie beispielsweise einer Pelletiermaschine,
durchgeführt
werden.
Vorteilhafterweise
wird das Mischen im Extruder unter einem definierten Druck und einer
definierten Temperatur durchgeführt. Über den
Druck kann die Festigkeit des Düngemittels
und dadurch dessen Auflösungsgeschwindigkeit
im Boden gesteuert werden. Ferner ist unter einem gegebenen Mengenverhältnis von
organischem Material zu Mineralsalz bei einer bestimmten Restfeuchte
und Ölgehalt
ein definierter Druck notwendig, um aus der Mischung eine plastische
Masse zu bilden, welche besonders gut in die gewünschte Düngemittelkörperform gebracht werden kann,
wobei der Knetprozess im Extruder durch die plastischen Eigenschaften
unterstützt
wird. Um diesen gewünschten
plastischen Zustand zu erreichen, ist zudem das Einstellen einer definierten
Temperatur notwendig, da über
diesen Parameter die Viskosität
der Masse und der Feuchtigkeitsgehalt beeinflusst werden können. Auch
sind Diffusion und Löslichkeit
wie der Mineralsalzionen stark von der Temperatur abhängig, so
dass erst bei einer definierten Temperatur eine vollständige homogene
Durchdringung des organischen Materials mit Salzionen sichergestellt
ist.
Schließlich werden
ab einer bestimmten Temperatur von vorzugsweise über 80°C im zunehmenden Maße Keime
und Bakterien abgetötet
und eine Sterilisation der Düngemittelmasse
erreicht, wodurch die Lagerfähigkeit
verbessert wird.
Es
ist bevorzugt, wenn aus dem Extruder Feuchtigkeit abgeführt und
ein definierter Feuchtegehalt der Mischung zwischen 1 bis 25 Gewichts-%
eingestellt wird. Bei diesem Feuchtegehalt können die plastischen Eigenschaften
der Masse in ausreichendem Maß aufrechterhalten
werden und gleichzeitig ist sichergestellt, dass die Mineralsalzionen
in der wässrigen
Phase ungehindert diffundieren und sich im Düngemittelmaterial frei verteilen
können.
Zudem ist dieser Feuchtegehalt auch ausreichend niedrig, um die
Lager- und Transportkosten durch ein zu hohes Gewicht nicht übermäßig zu belasten.
Sofern der gewünschte
Feuchtegehalt durch die mechanischen Einwirkungen im Extruder erreicht
werden kann, können
spätere
aufwändigere
und energieintensivere Trocknungsschritte entfallen.
Es
ist vorteilhaft, wenn die plastische Masse durch ein Formwerkzeug,
insbesondere eine Lochplatte, am Extruder extrudiert und insbesondere
unmittelbar am Austritt zu einem Granulat abgelängt wird. Dadurch kann das
Düngemittel
in praktisch jeder beliebigen Geometrie und Größe hergestellt werden. Da sich über die
Granulatgröße und -geometrie die
spezifische Oberfläche
des Granulates bestimmt, ist es möglich, über diese Parameter die Zersetzungsgeschwindigkeit
des Düngemittels
im Boden an die erforderlichen Bedingungen anzupassen. Ferner wird
durch das Extrudierverfahren die notwendige mechanische Druckkraft
bereitgestellt, welche für ein
Hindurchpressen durch ein Formwerkzeug notwendig ist, so dass eine
sehr schnelle und gleichmäßige Formgebung
erreicht wird.
Besonders
bevorzugt ist es, wenn in den Extruder weitere Komponenten, insbesondere
biologisch abbaubare Lösungsmittel,
Bindemittel oder Additive eingeleitet werden. Mit diesen Komponenten können die
gewünschte
Konsistenz, Dichte, Fließfähigkeit,
Grenzflächeneigenschaften
und andere physikalisch-chemische Merkmale definiert eingestellt werden,
um während
des Extrusionsprozesses eine verformbare plastische Masse zu erhalten,
welche am Extruderausgang dennoch über eine ausreichende Formstabilität verfügt, um durch
ein Schneidwerkzeug zu einem Granulat abgelängt zu werden. Ferner können die
Additive auch eine Keim tötende
Wirkung aufweisen, um eine längerfristige
Lagerung ohne die Gefahr von Pilzbefall und anderen Verrottungsprozessen
zu ermöglichen.
Darüber
hinaus ist es möglich,
zur Steuerung der Hydrophobie des Düngemittels zusätzlich Öle oder
Fette hinzuzufügen,
sofern die im organischen Material vorhandene hydrophobe Verbindung
nicht in ausreichender Menge vorliegt. Natürlich lässt sich auch ein Überschuss
an unpolaren hydrophoben Substanzen durch Zugabe von polaren hydrophilen
Ver bindungen kompensieren, so dass der gewünschte Hydrophobizitätsgrad exakt eingestellt
werden kann. Auch über
einen hohen Druckaufbau an der Lochplatte von etwa 50 bis 150 bar
können überschüssige Öle und Fette
freigesetzt werden, welche dann eine Art Oberflächenvergütung des Düngerkorns bilden können.
Gegenstand
der Erfindung ist auch ein Düngemittel
mit verzögerter
Nährstoffabgabe
gemäß den Merkmalen
des Patentanspruchs 9, welches vorzugsweise durch das zuvor beschriebene
Verfahren hergestellt ist.
Durch
das Bereitstellen einer plastischen Mischung aus einer hydrophoben
Matrix aus einem organischen Material mit hydrophobem Charakter
und einem polaren Mineralsalz mit hydrophilen Eigenschaften werden
zwei vorteilhafte Effekte bewirkt. Zum einen verhindert die Einbettung
des Mineralsalzes in die organische Matrix ein zu schnelles Auswaschen
der Nährstoffsalze
in den Boden und erhöht damit
die Dauer der Nährstoffabgabe.
Dieser Effekt beruht darauf, dass auf die polaren Wassermoleküle und Mineralsalzionen
eine hydrophobe Umgebung eine abweisende Wirkung ausübt und dadurch
die Zugänglichkeit
der Bodenfeuchtigkeit in das Düngemittel
zum Auflösen
der Salze stark eingeschränkt
ist. Andererseits verhindert die hohe Salzkonzentration im Düngemittel
ein schnelles Verrotten des organischen Materials durch Pilz- oder
Bakterienbefall, wodurch sich insbesondere die Lagerfähigkeit
verbessert.
Im
Gegensatz zu bekannten Düngemitteln mit
Langzeitwirkung durchdringen sich polare und unpolare Anteile in
möglichst
homogener Weise, so dass in jedem Zustand während der Auflösung des Düngemittelkorns
im Boden und auch bei unvollständigen
Kornbruchstücken
eine stets gleich bleibende Nährstoffabgabe
gewährleistet
ist. Demgegenüber besteht
bei den bekannten Langzeitdüngemitteln
mit polarem Nährstoffkern
und hydrophober Hülle
stets die Gefahr eines Bruches oder Risses dieser apolaren Schicht
mit einem darauf folgenden sehr raschen kurzschlussartigen Ausströmen der
Nährsalze.
In
einer bevorzugten Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Düngemittels
ist das organische Material ein nachwachsender biologischer Rohstoff, insbesondere
ein Pflanzenmaterial, welches als hydrophobe Verbindung wenigstens
ein Öl,
Wachs und/oder Fett aufweist. Nachwachsende biologische Rohstoffe
sind in den meisten Fällen
in großen
Ressourcen vorhanden und zu niedrigen Kosten zu erhalten. Darüber hinaus
sind sie durch die Mikrobiologie des Bodens vollständig abbaubar,
wobei bei der Zersetzung wertvolle, insbesondere stickstoffhaltige Nährstoffe,
freigesetzt werden, die ihrerseits eine Düngewirkung erfüllen. Besonders
geeignet sind dabei die bereits genannten Ölpflanzen, die einen relativ
hohen Gehalt an natürlichen Ölen und
Wachsen enthalten. Selbstverständlich
können
aber auch tierische Materialien wie beispielsweise fetthaltige Haut- und
oberflächennahe
Gewebestrukturen verwendet werden, wie sie z.B. als Abfallprodukte
in der Fleisch verarbeitenden Industrie anfallen. Dabei kann die
hydrophobe Verbindung in Form von Ölen, Wachsen oder Fetten sowohl
in ursprünglicher
Verbindung mit dem pflanzlichen oder tierischen Material als auch separat
eingesetzt werden, wobei jeweils Gesichtspunkte der Praktikabilität der Abtrennung
oder eine mögliche
vorteilhaftere Verwendung einer der Komponenten den Ausschlag geben.
Geeigneterweise
ist der biologische Rohstoff ein Abfallprodukt eines vorausgegangenen Ölgewinnungsschrittes,
insbesondere handelt es sich um ein Pressgut. Dadurch können zunächst gerade
bei hochwertigen Ölpflanzenkulturen
wie beispielsweise Oliven, Mandelbäumen, Lorbeer, Kakaobäume und Kokospalmen
die wertvollen Öle
für eine
wirtschaftlich vorteilhafte Verwendung in der Lebensmittel- und Kosmetikindustrie
Gewinn bringend verwendet werden, während die praktisch wertlosen
Rückstände aus
der Ölgewinnung
zur Herstellung des erfindungsgemäßen Düngemittels zur Verfügung stehen.
Aber auch bei landwirtschaftlichen Massenkulturen wie beispielsweise
Raps ist es von wirtschaftlichem Vorteil, lediglich die Rückstände aus
einer vorhergehenden Verarbeitung zu verwenden, sofern der Restölgehalt
noch ausreichend ist. Somit kann eine vollständige Verwertung des eingesetzten
Pflanzematerials unter ökologisch
vorteilhaften Bedingungen erzielt werden, wobei sämtliche
pflanzlichen Komponenten einem Zweck zugeführt werden und keine aufwändig zu
entsorgenden Abfälle
anfallen. Die Rückstände wie Öl- und Presskuchen
enthalten nicht selten toxische Stoffe wie Gossypol und Ricin oder eingeschleppte
Mykotoxine wie Aflatoxine und sind deshalb nicht einmal als Futtermittel
verwendbar. Diese Stoffe sind für
das erfindungsgemäße Düngemittel
besonders vorteilhaft, da sie durch ihre toxische Wirkung einem
frühzeitigen
Verrotten oder Zersetzen des Düngemittels
etwa durch Bakterien entgegenwirken.
Vorteilhafterweise
ist der biologische Rohstoff ausgewählt aus der Gruppe bestehend
aus Pflanzenkeimen, -samen, -kernen und -früchten. Diese Pflanzenbestandteile
weisen im Allgemeinen den höchsten
relativen Ölgehalt
bei häufig
höherer
Qualität
auf, so dass die Ölausbeute
sowohl für
die eigentliche Ölgewinnung
als auch in der Verwendung als ölhaltiger
Düngemittelkompontente
bei geringem Aufwand vorteilhaft ist. Zudem weisen insbesondere Pflanzensamen
und -kerne eine hohe Dichte und mechanische Stabilität auf, welche
die Lagerung und den Transport bis zur eigentlichen Verwendung kostengünstig gestaltet.
In
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Düngemittels
ist das Mineralsalz ein stickstoff-, phosphor-, kalium-, calcium-
oder magnesiumhaltiges Salz oder eine Kombination davon. Diese Mineralsalze
umfassen die wichtigsten für
das Pflanzenwachstum erforderlichen Mineralsalze, wobei insbesondere
Stickstoff, Phosphor und Kalium essenzielle Elemente darstellen
und in dieser Kombination auch als sogenannte NPK-Dünger erhältlich sind.
Als stickstoffhaltige Salze eignen sich insbesondere Ammoniumsulfat,
Kalkammonsalpeter, Harnstoff, Harnstoff-Aldehyd-Kondensate, Stickstoffmagnesia,
Ammonsulfatsalpeter, Kalksalpeter und Calciumcyanamid. Der als Nährstoff
enthaltene Stickstoff wird durch Hydrolyse in Form von Ammoniak,
Harnstoff oder Nitrat freigesetzt. Im Fall von Kalkstickstoff entsteht
als Zwischenprodukt Cyanamid, das gleichzeitig als Unkrautvertilgungsmittel und
Schädlingsgift
dient.
Geeignete
phosphathaltige Salze sind z.B. Mono-, Doppel-, Tripel-Superphosphat,
Thomasmehl oder Thomasphosphat, Dicalciumphosphat, weicherdiges
Rohphosphat und teilaufgeschlossenes Rohphosphat.
Verwendbare
Kalisalze sind beispielsweise reine Kalisalze wie Kaliumchlorid
und Kaliumsulfat sowie Magnesium enthaltende Kalisalze wie Kalimagnesia.
Vertreter der Kalk- bzw. Magnesiumdünger sind z.B. Calciumcarbonat
(Kalkstein, Kreide), Calciumoxid (Branntkalk), Kieserit und Dolomit.