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Deutschlands Grundwasser enthält zu viel Nitrat, das auf lange Sicht auch das Trinkwasser gefährdet. Natürlich vorkommende Bakterien können dessen Abbau beschleunigen, solange sie dafür ausreichend organischen Kohlenstoff zur Verfügung haben. Der kann ebenfalls natürlich im Untergrund vorkommen, ist allerdings begrenzt und teilweise schon knapp. Durch verschiedene Substanzen könnte dieses Abbauvermögen aufrechterhalten werden. Ihre Wirkung bei unterschiedlichen Temperaturen hat Felix Ortmeyer untersucht. Sein Ergebnis: Bei der typischen Grundwassertemperatur von etwa zehn Grad Celsius wirkt Ethanol als Kohlenstofflieferant am besten. Gemeinsam mit anderen Forschenden hat der Geowissenschaftler der Ruhr-Universität Bochum (RUB) seine Arbeit am 8. November 2021 in der Zeitschrift Water Resources Research veröffentlicht.

Eingreifen ist dringend geboten

Auslöser der zu hohen Nitrat-Werte im Grundwasser sind häufig stickstoffhaltige Düngemittel aus der Landwirtschaft. Wegen Nichteinhaltung der Nitrat-Direktive der EU wurden Deutschland und weitere EU-Mitgliedsstaaten bereits vor dem Europäischen Gerichtshof verklagt. „Es ist also dringend geboten einzugreifen, um das Grundwasser zu schützen“, erklärt Felix Ortmeyer, der am Lehrstuhl Angewandte Geologie/Hydrogeologie der RUB arbeitet. Eine Möglichkeit, den Nitratabbau zu verbessern, ist, dem Grundwasser kohlenstoffhaltige Substanzen hinzuzufügen.

In seiner Studie hat er die Wirkung verschiedener Zusätze untersucht. Dafür baute er das Grundwassersystem im Labormaßstab nach. Sedimentgefüllte Säulen, welche natürliche Mikroorganismen enthalten, wurden von nitrathaltigem Wasser durchströmt. Bei Raumtemperatur und bei der hierzulande typischen Grundwassertemperatur von zehn Grad Celsius fügte Ortmeyer vier Substanzen hinzu und beobachtete, was passiert: Ethanol, Acetat, Ascorbinsäure und Glukose dienten als Kohlenstofflieferanten. Neben dem Nitratabbau untersuchte er in Kooperation mit der Abteilung Evolution der Pflanzen und Pilze der RUB auch die Mikrobiologie. Er konnte beobachten, dass die Zusammensetzung der mikrobiellen Gemeinschaft von der Temperatur und der Zugabe des organischen Kohlenstoffes beeinflusst wurde.

Temperatur beeinflusst die Wahl der Substanz

„Bisherige Studien hatten ergeben, dass der Nitratabbau umso besser funktioniert, je höher die Temperatur ist“, erläutert Felix Ortmeyer. „Bei Ethanol stimmt das aber nicht: Gerade bei kälteren Temperaturen, wie sie für unser Grundwasser typisch sind, erfolgte der Abbau mit Ethanol am besten.“ Bei Raumtemperatur kam Glukose am besten weg.

„Die Grundwassertemperatur ist also ein wichtiger Faktor bei der Auswahl der Substanz, die den Kohlenstoff für den Nitratabbau liefern soll“, fasst Ortmeyer zusammen. „Diese Erkenntnis ist besonders bedeutend, weil durch den Klimawandel auch mit einem Anstieg der Grundwassertemperatur zu rechnen ist.“