Microben die stikstof vastleggen kunnen de uitstoot en vervuiling door meststoffen op landbouwgrond terugbrengen. De microben kunnen rechtstreeks op de bodem worden aangebracht, of als coating op zaden.

Stikstof bevattende kunstmest speelt een essentiële rol in de industriële landbouw, maar er zijn hoge milieukosten aan verbonden. De productie en het gebruik van synthetische stikstof veroorzaakt zo’n 5 procent van de wereldwijde uitstoot van broeikasgassen, en draagt ook bij aan vervuiling van lucht en water.

Naast het vinden van groenere manieren om stikstofmeststof te produceren, zoeken onderzoekers en boeren naar manieren om kunstmest efficiënter te gebruiken, zonder dat dit ten koste gaat van de gewasopbrengst.

‘Alle oplossingen voor het klimaatprobleem zijn te vinden in de chemie’
LEES OOK

‘Alle oplossingen voor het klimaatprobleem zijn te vinden in de chemie’

Chemicus Joost Reek knutselt aan moleculen om oplossingen te vinden voor ’s werelds meest complexe problemen.

Het in de Verenigde Staten gevestigde bedrijf Pivot Bio stelt voor om bacteriën toe te voegen aan gewassen. Die bacteriën halen stikstof uit de lucht, en leggen het vast in de bodem in de vorm van nitraten. Vervolgens kunnen de planten die nitraten weer gebruiken.

Luie profiteurs

‘Microben zijn luie profiteurs als er stikstof in de buurt is’, zegt moleculair bioloog Karsten Temme, CEO van het bedrijf. Als de bodem synthetische meststoffen bevat, zullen bacteriën die gebruiken in plaats van stikstof uit de lucht te halen.

Daardoor moeten boeren meer kunstmest gebruiken om hetzelfde effect op de gewasopbrengst te hebben. Dat draagt ook bij aan de uitstoot van stikstofoxide uit de bodem, omdat microben overtollige voedingsstoffen uit de kunstmest omzetten. Stikstofoxide is een krachtig broeikasgas, en emissies uit de bodem zijn verantwoordelijk voor het merendeel van de mest-gerelateerde emissies van dit gas.

Met behulp van genetische modificatie ontwikkelde Pivot Bio twee behandelingen met bacteriën die stikstof blijven vastleggen, zelfs als er al veel stikstof in de bodem aanwezig is. Temme zegt dat de behandelingen ongeveer een kwart van de gebruikte synthetische stikstof vervangen zonder de gewasopbrengst te beïnvloeden. De bacteriën kunnen in een vloeistof direct aangebracht worden op de bodem, of in een poeder worden verwerkt om zaden mee te coaten.

Pivot Bio zegt dat deze behandeling nu wordt gebruikt op meer dan 1,2 miljoen hectare landbouwgrond in de Verenigde Staten. Dat gebeurt voornamelijk bij de teelt van maïs, maar ook op tarwe, sorghum, gerst, gierst, haver en zonnebloemen.

Minder uitstoot

Volgens de eerste schattingen gebruikten de boeren door de behandeling 32 duizend ton kunstmest minder in 2022. Het bedrijf schat dat dit geleid heeft tot een vermindering van uitstoot van broeikasgassen overeenkomend met 220 duizend ton CO2. Ongeveer een derde van deze vermeden uitstoot is afkomstig van het niet produceren van de kunstmest. De andere tweederde is afkomstig van vermeden stikstofoxide-emissies.

Deze schattingen zijn deels gebaseerd op het kunstmestgebruik dat boeren zelf doorgaven, en deels op veranderingen in het gebruik die door een onafhankelijke partij zijn geverifieerd. Er zijn wel grote onzekerheden verbonden aan het koppelen van kunstmestgebruik en emissies, zegt senior director Jane Franch van Pivot Bio.

Een aantal andere bedrijven ontwikkelde soortgelijke microbiële behandelingen voor planten. Agritech-gigant Bayer heeft bijvoorbeeld een samenwerkingsverband met het bedrijf Ginkgo Bioworks om bacteriestammen te ontwikkelen die stikstof efficiënter vastleggen.

Een ander bedrijf is het in Massachusetts gevestigde Kula Bio, dat microben in de bodem voedt met een koolstofgebaseerde energiebron, zodat ze langer leven. Bill Brady, CEO van het bedrijf, zegt dat de behandeling, die in ontwikkeling is, op elk gewas kan worden toegepast, en het stikstofgebruik met ongeveer een kwart kan verminderen.