Phosphor-Kollektor
Das Element Phosphor ist ein essentieller Baustein des Lebens, da chemische Phosphorverbindungen bei allen Lebewesen, inklusive Pflanzen und Pilzen, an Aufbau und Funktion in zentralen Bereichen beteiligt sind. Ihre genetischen Informationen codieren sie in Form von Desoxyribonukleinsäure (DNA), deren allseits bekannte Doppelhelix durch Phosphat-Desoxyribose aufgespannt wird und so ihr Rückgrat bildet. Weiterhin nutzen alle Lebewesen Adenosintriphosphat als Energieträger für ihre grundlegenden energieaufwändigen Prozesse: für chemische Arbeit zur Synthese organischer Moleküle, für osmotische Arbeit zum aktiven Stofftransport sowie für mechanische Arbeit zum Antrieb von Bewegungen. Auch für Knochen und Zähne ist eine Phosphorverbindung, das Hydroxylapatit, einer der Hauptbestandteile ihrer Gerüstsubstanz. So besteht der Mensch zu etwa einem Gewichtsprozent aus Phosphor.
Angesichts seiner zentralen Rolle für das Leben ist Phosphor unverzichtbar und kann in Düngemitteln durch keinen anderen Stoff ersetzt werden. Es ist jedoch überraschend, dass dieses Element auf der Erde nur in geringer Menge verfügbar ist. Die bei weitem wichtigsten Lagerstätten für Phosphor sind Mineralien, die es meist in Form von Phosphaten enthalten. Von den heute weltweit jährlich geförderten etwa 180 Millionen Tonnen an Rohphosphaten werden etwa 90 % zur Herstellung von Düngemitteln verwendet. Phosphor ist demnach eine endliche Ressource, die aus Phosphat-Erzen gedeckt wird, deren Verfügbarkeit jedoch stark schwindet und in wenigen Jahrzehnten aufgebraucht sein könnte. Die heute verbleibenden Quellen sind zudem oft mit Schwermetallen oder Radioaktivität belastet.
Nach ihrem Durchlauf durch die Nahrungskette findet sich ein Großteil der eingesetzten Phosphate in Abwässern. Diese werden derzeit in Klärwerken als schwerlösliche und stark verunreinigende Salze gefällt, was ihre Wiederverwendung unmöglich macht. Der wertvolle Rohstoff ist damit in einer chemisch ungünstigen Form und muss daher deponiert oder Baustoffen als Füllmaterial zugegeben werden. Für seine Rolle in der Nahrungskette ist er so dauerhaft verloren.
Das Forschungsprojekt "Enzsymmoderierte Phosphor-Regeneration" begegnet dieser Herausforderung mit einem durch die Bionik motivierten Ansatz, bei dem biologische Prinzipien mit technischen Mitteln nachvollzogen werden. Das biologische Vorbild ist das durch Enzyme moderierte Phosphormanagement, welches sich durch eine hochgradige Energieeffizienz auszeichnet. So sollen Phosphorverbindungen bei der Abwasseraufbereitung durch den Einsatz von Enzymen gezielt isoliert werden, die nach anschließender Aufreinigung in hochreine Phosphorsalze umgeformt und in dieser Form unmittelbar erneut in der Landwirtschaft eingesetzt werden können. Sowohl die Enzyme als auch die Trägermaterialien wären wiederverwendbar.