Ohne Erde, ohne Dünger: Mikroben-Trick macht Pflanzenanbau auf dem Mars möglich

Für Pflanzenanbau auf dem Mars fehlen alle gewohnten Grundlagen: Es gibt keinen fruchtbaren Boden, keine natürlichen Kreisläufe und kaum verfügbare Nährstoffe. Trotzdem lassen sich Pflanzen unter diesen Bedingungen erzeugen. Mikroorganismen übernehmen dabei zentrale Aufgaben. Sie wandeln einfache Stoffe in Nährstoffe um und halten den Kreislauf stabil.

Eine Studie im Chemical Engineering Journal beschreibt diesen Ansatz genauer. Ein Forschungsteam vom Zentrum für angewandte Raumfahrttechnologie und Mikrogravitation (ZARM) nutzt dazu Cyanobakterien und Mikroben. Sie erzeugen aus Marsstaub und Gasen einen funktionierenden Nährstoffkreislauf.

Mikroben treiben den Pflanzenanbau auf dem Mars gezielt an

Der Prozess beginnt mit den Cyanobakterien. Diese Mikroorganismen wachsen mit Kohlendioxid, Licht und Mineralien. Sie benötigen keine Erde. Stattdessen nutzen sie genau die Stoffe, die auf dem Mars vorhanden sind. Aus diesen einfachen Ressourcen entsteht Biomasse.

Im nächsten Schritt übernehmen andere Mikroben. Sie bauen die Biomasse ohne Sauerstoff ab. Dabei entstehen wichtige Pflanzennährstoffe wie Ammonium und Phosphat. Gleichzeitig fällt Methan an, das als Energiequelle genutzt werden kann. So entsteht ein geschlossener Kreislauf, der mehrere Probleme gleichzeitig löst.

Aus nur einem Gramm getrockneter Cyanobakterien entstehen rund 27 Gramm frische Pflanzenmasse. Diese Effizienz gilt als zentraler Baustein für eine langfristige Versorgung auf dem Mars.

Optimale Bedingungen steigern Ausbeute deutlich

Marsboden enthält zwar Mineralien, doch Pflanzen können diese nicht direkt nutzen. Zudem erschweren ungünstige pH-Werte und problematische Stoffe den Anbau. Deshalb setzen die Forschenden auf den Zwischenschritt mit den Mikroben, die aus dem Rohmaterial erst nutzbare Nährstoffe machen.

Besonders wichtig ist dabei die richtige Dosierung. In den Experimenten zeigte sich:

• Etwa 10 Gramm Mars-Regolith pro Liter liefern die besten Ergebnisse
• Höhere Mengen bremsen den Prozess und senken die Nährstoffausbeute
• Zu viel Material kann sogar wichtige Stoffe binden und unbrauchbar machen

Auch die Temperatur spielt eine Rolle. Rund 35 Grad Celsius sorgen für die effizienteste Umwandlung. Unter diesen Bedingungen arbeiten die Mikroben am zuverlässigsten.

Vom Mikrobenkreislauf zur essbaren Pflanze

Am Ende steht eine Pflanze, die direkt verzehrt werden kann. In den Versuchen diente die Wasserpflanze Lemna als Beispiel. Sie wächst schnell, enthält viel Eiweiß und lässt sich leicht kultivieren.

Die Ergebnisse zeigen, dass der Kreislauf tatsächlich funktioniert. Entscheidend bleibt die Steuerbarkeit. Mehr eingesetzte Biomasse führt zu mehr Ammonium. Diese Beziehung ist nahezu linear und lässt sich gut planen. Für eine spätere Anwendung ist das ein wichtiger Vorteil.

Gleichzeitig entsteht ein zweiter Nutzen. Das bei der Vergärung entstehende Methan kann Energie liefern. So verbindet das System Nahrungsproduktion und Energiegewinnung in einem Prozess.

System stößt an Grenzen

Trotz der Fortschritte bleibt das System anspruchsvoll. Einige Probleme zeigen sich bereits deutlich:

• Ohne Kontrolle sinkt der pH-Wert stark ab und Pflanzen sterben.
• Derzeit sind hohe CO₂-Konzentrationen nötig, die für Menschen ungeeignet sind.
• Die Nährstoffe liegen nicht im idealen Verhältnis vor.

Vor allem Stickstoff stellt eine Herausforderung dar. Pflanzen vertragen Ammonium nur begrenzt. In klassischen Systemen kommt zusätzlich Nitrat zum Einsatz. Hier braucht es noch Lösungen.

Auch die Zusammensetzung der Nährstoffe muss angepasst werden. Einige Elemente fehlen, andere sind zu stark vertreten. Das erfordert zusätzliche Steuerung oder Ergänzungen.

Nachhaltige Landwirtschaft profitiert vom Mikrobenkreislauf

Pflanzenanbau auf dem Mars mag ein Spezialfall sein, doch das Prinzip lässt sich übertragen. Landwirtschaft in trockenen Regionen, geschlossene Systeme in Städten oder nachhaltige Produktion unter extremen Bedingungen könnten davon profitieren.

Der entscheidende Vorteil liegt im Kreislauf. Ressourcen werden mehrfach genutzt. Abfälle verschwinden nicht, sondern werden wieder zu Nährstoffen – ein Ansatz, der nicht nur für den roten, sondern auch für unseren blauen Planeten wichtig ist.

Kurz zusammengefasst:

• Mikroorganismen ermöglichen Pflanzenanbau ohne Erde und klassischen Dünger, indem sie aus CO₂ und Marsstaub über mehrere Schritte nutzbare Nährstoffe erzeugen.
• Der Pflanzenanbau auf dem Mars funktioniert über einen geschlossenen Kreislauf: Cyanobakterien liefern Biomasse, Mikroben machen daraus Dünger, daraus wachsen wieder Pflanzen.
• Aus 1 g Ausgangsstoff entstehen etwa 27 g essbare Biomasse, das System braucht aber genaue Steuerung bei pH-Wert, Nährstoffen und CO₂.

Übrigens: Während Mikroben bereits Pflanzenanbau auf dem Mars ermöglichen, bleiben sie im Naturschutz der Erde oft unsichtbar – obwohl sie Böden, Klima und Ernährung sichern. Mehr dazu in unserem Artikel.

Bild: © ZARM, Universität Bremen