Gut zu wissen

Bereits seit 2005 arbeiten viele Hersteller an der Technik, mit Hilfe von Nah-Infrarot-Spektroskopie (NIR) die Inhaltsstoffe Stickstoff, Phosphor und Kalium bestimmen und den Trockensubstanzgehalt der Gülle bzw. des ­Gärrestes erfassen zu können.
Allerdings ist die Nah-Infrarot-Spektroskopie keine direkte Art Inhaltsstoffe zu ­messen, sondern die Systeme überprüfen lediglich einen „Fingerabdruck“ des Mediums und vergleichen diesen mit den System-bekannten Daten. Für eine möglichst hohe Genauigkeit muss das System also mit vielen Referenzdaten (Fingerabdrücken) gefüttert sein, damit die tatsächlichen Werte der Gülle angezeigt werden können.

MRT für Gülle

Auch Samson bietet zwar für seine Tanks ein System mit NIRS-Technik an, nach eigenen Angaben ist ein NIRS-System aber zu ungenau. Daher hat man sich gegen eine Entwicklung von NIRS- und für die NMR-Technik entschieden. Vor drei Jahren begann Samson die Zusammenarbeit mit der dänischen Firma NanoNord, die die Gülle mit Hilfe der Nuklearen Magnetischen Resonanz (NMR) Spektroskopie analysiert. NanoNord entwickelte zusammen mit der dänischen Universität Aarhus diese Technik, um Sand und Aluminiumteile in Schweröl aufzuspüren, die Schiffsmotoren großen Schaden zufügen können.
Aufgrund der Größe, der benötigten Rechnerleistung und dem Preis eines NMR-Scanners schien der Einsatz dieser Technologie als mobiles Gerät zunächst undenkbar. Zusammen hat man daher die Technik so angepasst, dass der Magnet nur noch 7 kg schwer ist und der Preis die 80 000 Euro Marke nicht überschreitet (ohne Fass wohlgemerkt).
2013 hat sich Jensen erstmals mit NMR-Analyse von Gülle beschäftigt. Der Sensor wurde als Prototyp auf der letzten Agritechnica beim Partner Samson ausgestellt: das SlurryLab. Mit einer Größe von 75 x 40 x 25 cm und 43 kg Gewicht lässt sich das NMR-Gerät problemlos mit gängiger Gülletechnik kombinieren.
Aktuell arbeitet NanoNord an der Zykluszeit für eine Messung: Um Inhaltsstoffe in Flüssigkeiten präzise deklarieren zu können, braucht diese Technik in der Regel 30 Minuten — für den mobilen Einsatz am Güllefass nicht akzeptabel.

Diskontinuierlich, aber genau

Für die Analyse muss Gülle durch einen Magneten strömen. Dafür wird dem Sensor eine Probe (diskontinuierlich) zugeführt. Um diesen NMR-Sensor bezahlbar zu machen (auf etwa dem Niveau heutiger NIR-Sensoren), hat man sich für einen Magneten mit einem Durchmesser von 12,5 mm und 30 cm Länge entschieden. „Der Preis nimmt mit größerem Durchmesser exponentiell zu“, so ­Jensen von NanoNord. Zeitgleich nimmt die Genauigkeit zum Quadrat ab, wenn die Zyklus­zeit zu kurz gewählt wird. „Aktuell arbeiten wir mit einer Zykluszeit von fünf Minuten, das Ziel sind drei Minuten.“
Und wie steht es mit der Genauigkeit? Dafür hat NanoNord 132 Gülleproben auf den Ammoniumanteil in einem dänischen Labor erfasst und mit den Ergebnissen des SlurryLab (Zykluszeit: 5 min) verglichen. 95 % der vom NMR-Sensor erfassten Daten wichen maximal 10 % von den Labordaten ab. Die maximale Abweichung mit Bezug auf den Ammoniumanteil betrug 25 %.
Jensen weist darauf hin, dass die Stickstoffmenge in 95 % der Fälle bei nur drei Minuten Zykluszeit wenige hundert ppm abweichen. Noch genauer sei der Sensor bei der Phosphat-Bestimmung. Hier betrage die Abweichung nur 10 bis 20 ppm bei einem P-Gehalt von 200 bis 2 000 ppm in der Gülle.
Jensen gibt aber offen zu, dass die Kalium-­Bestimmung mehr als 3 Minuten Zykluszeit in Anspruch nimmt, weil sich die Kalium-­Atome schwieriger bestimmen lassen.
Die Zykluszeit und die kleine Menge Gülle, die beprobt wird, ist aktuell der größte Nachteil gegenüber den heutigen NIR-Sensoren. Diese messen kontinuierlich und je nach Anbieter nimmt die Genauigkeit der NIR-Sensoren über das Sammeln von Kennzahlen von verschiedenen Güllezusammensetzungen weiter zu.
Jensen sieht in dem System dennoch eine große Zukunft, weil der NMR-Sensor Inhaltsstoffe in der Gülle direkt misst und nicht mit Kennzahlen vergleicht: „Besser eine genaue Messung als tausend ungenaue.“
2022 sollen die ersten NMR-Sensoren über Samson vermarktet werden.

Was ist NMR?