Auswirkungen neuartiger synthetischer umweltfreundlicher Hydrogel-Verbundstoffe aus Abfällen der Insektenzucht auf die Bodenhydraulik, -stabilität und -fruchtbarkeit

• Antragsteller: Professor Dr. Stephan Peth
• Fachliche Zuordnung: Bodenwissenschaften
• Förderung: Förderung seit 2025
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 555623994

Hydrogele auf Polysaccharidbasis gelten durch ihre Fähigkeit zur Nährstoff- und Wasseraufnahme und ihrer Biokompatibilität als potenzielle Bodenverbesserer. Herkömmliche Hydrogele weisen jedoch häufig eine geringe mechanische Stabilität auf und werden im Boden schnell abgebaut. Ein Lösungsansatz könnte in der Verwendung spezifischer Füllstoffe liegen, z. B. Biokohle, Hydrokohle oder Aktivkohle, die stabiler sind und die Bindungsfähigkeit von Ionen und Molekülen erhöhen. Bisher wurde zwar versucht, die Sorptionskapazität von reinen Hydrogelen in Kombination mit Füllstoffen zu bestimmen. Es gibt jedoch keine Studien über ihre Auswirkungen auf Bodeneigenschaften und Pflanzenentwicklung. Die Agenda für nachhaltige Entwicklung 2030 fordert im Sinne einer Kreislaufwirtschaft alle neuen Materialien aus Abfällen herzustellen. INSECT wählt daher für die Herstellung von Hydrogelen Abfälle aus der Insektenzucht, einer der am schnellsten wachsenden Industriezweige. Hauptziel von INSECT ist die Synthese und Bewertung neuer umweltfreundlicher Hydrogel-Verbundstoffe (HGC), die aus Abfällen der Insektenindustrie hergestellt werden, sowie die Untersuchung ihrer Auswirkungen auf Bodeneigenschaften und Pflanzenwachstum. Es werden vier Hydrogel-Verbundstoffe auf Chitosan-Basis mit verschiedenen Füllstoffen hergestellt: Hydrogel gefüllt mit Biokohle, Aktivkohle und Insektenexkrementen (Frass). Ihre Eigenschaften und Wirkungen werden mit denen von Hydrogelen ohne Füllstoffe verglichen. Chitosan, Biokohle, Hydrokohle und Aktivkohle werden aus toten Imagines von Hermetia illucens (Schwarze Soldatenfliege) hergestellt. Die spezifischen Ziele sind, folgende Eigenschaften der neuen Hydrogele zu bestimmen: (1) physikalisch-chemische Parameter, Nährstoffgehalt, Sorptionsfähigkeit für Wasser und Schwermetallionen, (2) Ökotoxizität in Boden und Wasser, (3) Auswirkungen auf physikalisch-chemische Bodenparameter, den Nährstoffgehalt, die Schwermetallsorption und die mikrobielle Aktivität als Funktion der Zeit, (4) Abbaugeschwindigkeit im Boden, (5) Auswirkung auf das Pflanzenwachstum unter Trockenstressbedingungen und bei Schwermetallkontamination, (6) Auswirkung auf hydraulische Bodeneigenschaften und Bodenstruktur, (7) Auswirkung auf die Aggregierung und die mechanische Bodenstabilität. Die Experimente werden in Deutschland und Polen mit Sandböden unterschiedlicher Bodennutzung und Entstehung sowie geringer Wasserspeicherkapazität und Benetzbarkeit durchgeführt, die durch den Einsatz von HGCs möglicherweise verbessert werden könnten. Hydrogel-Verbundstoffe haben zum Ziel alle Vorteile von Biokohle, Hydrokohle, Aktivkohle oder Frass mit den positiven Aspekten von Hydrogelen zu kombinieren und so die Fähigkeit, Böden und Pflanzen vor Trockenheit zu schützen und an degradierten Standorten Böden wieder zu verbessern. Wir erwarten, dass die Eigenschaften der in INSECT entwickelten Hydrogel-Verbundstoffe die von herkömmlichen Hydrogelen ohne Füllstoffe übertreffen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Polen
• Partnerorganisation: Narodowe Centrum Nauki (NCN)
• Kooperationspartnerin: Professorin Dr. Katarzyna Szewczuk-Karpisz, Ph.D.