Mit hocheffizienten Formulierungen Pflanzenschutzmittel optimieren

Formulierungen von Pflanzenschutzmitteln sind fertige Produktmischungen, die Wirkstoffe, also die aktiven Substanzen, in einer verwendungsfähigen Form für den Pflanzenschutz bereitstellen. Während der Wirkstoff für die eigentliche biologische Wirksamkeit gegen Schädlinge, Krankheiten oder Unkräuter verantwortlich ist, sorgen die Formulierungskomponenten dafür, dass das Produkt einfach und problemlos anzuwenden ist und die eingesetzten Wirkstoffe durch hohe Stabilität und zielgerichtete Wirkoptimierung eine sichere und verlässliche Wirkung entfalten.

Optimierte Formulierungen sind ein entscheidender Erfolgsfaktor, denn sie steigern die Leistung von Pflanzenschutzmitteln. Nicht alle Wirkstoffe können jedoch auf die gleiche Weise formuliert werden. Je nach Wirkstoffeigenschaft und Zielorganismus werden jeweils angepasste Formulierungen benötigt. Daher gibt es in der Praxis unterschiedliche Formulierungsarten.

Grundsätzlich lassen sich nahezu alle Pflanzenschutzmittel einer von drei Formulierungsgruppen zuordnen:

Festformulierungen: Diese Formulierungen eignen sich für Wirkstoffe, die sowohl in Wasser, aber auch in Lösungsmitteln instabil oder schwer löslich sind oder die vorwiegend Kontaktwirkung aufweisen.
Formulierungen auf Wasserbasis: Lösungsmittelfreie Formulierungen kommen vor allem bei wasserlöslichen Wirkstoffen zum Tragen.
Lösungsmittel- oder Öl-basierte Formulierungen: Sie eignen sich besonders für Wirkstoffe, die in Wasser schwer löslich oder instabil sind. Im Gegensatz zu den Festformulierungen unterstützen diese Formulierungen besonders systemische Wirkeigenschaften.

Innerhalb dieser Gruppen gibt es noch mal verschiedene Formulierungstypen. Die gängigsten Formulierungstypen sind in Tabelle 1 aufgeführt.

Abkürzung	Bezeichnung
CS	Kapselsuspension
DC	Dispergierbares Konzentrat
EC	Emulgierbares Konzentrat
EW	Emulsion, Öl in Wasser
FS	Suspensionskonzentrat zur Saatgutbehandlung
GR	Granulat
ME	Mikroemulsion
OD	Öldispersion (ölhaltiges Suspensionskonzentrat)
SC	Suspensionskonzentrat
SE	Suspoemulsion
SL	Lösliches Konzentrat
WG	Wasserdispergierbares Granulat
WP	Spritzpulver

Eine maßgeschneiderte Formulierung zu entwickeln, ist eine Wissenschaft für sich und bedarf viel Erfahrung und Zeit, denn sie muss gleichzeitig verschiedene Anforderungen erfüllen: Eine hohe chemische und physikalische Stabilität des Wirkstoffs und des gesamten Produkts, die bestmögliche Verteilung des Pflanzenschutzmittels auf Saatgut, Boden oder Pflanze, die optimale Aufnahme und Verteilung des Wirkstoffs in der Pflanze, eine robuste Leistung bei unterschiedlichsten Witterungsbedingungen, optimale Wirkungsgrade, eine sichere Handhabung und Lagerung sowie gute Umweltverträglichkeit.

Um dies zu erreichen, gibt es eine Vielzahl von Formulierungshilfsstoffen, wie zum Beispiel:

Emulgatoren und Tenside: Diese verbessern die Anlagerung und die Benetzung, die Wirkstoffaufnahme sowie die Stabilität von nicht mischbaren Phasen (Öl/Wirkstoff – Wasser).
Lösungsmittel: Diese ermöglichen die Verfügbarkeit hochaktiver, gelöster Wirkstoffe trotz unzureichender Wasserlöslichkeit.
Dispergierhilfsstoffe: Sie stabilisieren fein verteilte Wirkstoffpartikel in der Spritzbrühe und verhindern deren Aggregation und Sedimentation.
Konservierungsstoffe und Antioxidanzien: Sie schützen vor mikrobieller Kontamination und chemischem Abbau.
Haft- und Regenfestigkeitsadditive: Diese verbessern die Haftung auf Pflanzenoberflächen und verringern die Abwaschung durch Regen.
Stabilisatoren und pH-Puffer: Durch diese kann die Wirksamkeit empfindlicher Wirkstoffe auch bei langfristiger Lagerung oder bei unterschiedlichster Eigenschaft des Spritzwassers abgesichert werden.

Bei BASF Agricultural Solutions arbeiten Biochemiker und Chemiker eng mit Fachleuten aus Chemieinformatik, Agrarwissenschaft, Gärtnerei, Patentrecht, Ingenieurwesen und Automatisierungs- und Anwendungstechnik zusammen. Für jedes neue Pflanzenschutzmittel werden unterschiedlichste Formulierungen im Labor entwickelt und anschließend im Gewächshaus und Feld getestet. Die Ergebnisse fließen dann wieder zurück in eine weitere Optimierung. Für ein Pflanzenschutzmittel kommen so schon mal bis zu 100 verschiedene experimentelle Formulierungen, mehrere hundert Feldversuche in ganz Europa sowie über 200 Applikations- und 800 Mischverträglichkeitsstudien im Technikum zusammen. Dort werden verschiedene Situationen simuliert, die beim Landwirt auftreten können, um mögliche Probleme bereits im Vorfeld zu erkennen und zu beseitigen. So schauen sich die Fachleute beispielsweise an, ob das Produkt den Scherkräften beim Rühren standhält, ob sich bei Standzeiten und Lagerung darin auch nichts absetzt oder ob es bei den zahlreichen gängigen Tankmischungen nicht ausflockt. All das würde den Landwirt Zeit und Geld kosten und die Wirkung des Produkts verringern. Bis zu zwei Jahre kann es daher dauern, bis eine neue Formulierung steht. Durch den Einsatz digitaler Formulierungstechnologien und künstlicher Intelligenz können neue Formulierungsansätze gezielter und effizienter geplant werden und sogar maßgeschneiderte Formulierungshilfsstoffe identifiziert werden.

Doch wo liegen für den Anwender die Vorteile, in eine innovative Formulierung zu investieren? Wenn man bedenkt, dass die auf den Hektar ausgebrachten Wirkstoffmengen sehr gering sind – variierend von ein paar Gramm im Herbizid- oder Insektizidbereich bis zu ein paar Hundert Gramm –, wird deutlich, wie wichtig eine homogene Ausbringung der Wirkstoffmengen ist. Ebenso wichtig ist es, dass die Spritzbrühe dort haftet, wo sie haften bleiben soll, nämlich an den Blättern, und dass sie nicht abperlt. Diese Anforderungen gewinnen nochmal an Bedeutung, wenn driftreduzierende Düsen eingesetzt werden. Durch sie werden größere Tropfenspektren erreicht, die schwerer vom Wind verlagert werden. Größere Tropfen haften allerdings schlechter an der wachsigen Oberfläche der Blätter, was bei blattaktiven Wirkstoffen zu höherem Verlust führen kann. Dieses Dilemma kann durch optimierte Formulierungen deutlich verringert werden.

Spreiter (aus der Gruppe der Emulgatoren und Tenside) in Formulierungen von Fungiziden wiederum sorgen dafür, dass die auf den Blättern anhaftenden Tropfen auseinanderlaufen und einen Schutzfilm auf der Blattoberfläche bilden. Dies bringt zwei Vorteile mit sich: Erstens ist nach der Applikation ein größerer Teil der Blattfläche vor neuen Infektionen geschützt, und zweitens können die Wirkstoffe gleichmäßiger ins Blattgewebe aufgenommen werden, was für eine systemische, kurative Wirkung vorteilhafter ist. Hochaktive EC-Formulierungen transportieren den Wirkstoff schnell in die Pflanze, sodass er dort umgehend seine Wirkung entfalten kann, denn das Myzel des Pilzes befindet sich oft schon im Pflanzengewebe. Um eine kurative Wirkung zu erreichen, muss der Wirkstoff über das Blattgewebe diese Pilzstrukturen erreichen, um ein weiteres Wachstum effektiv zu hemmen.

Das Gleiche gilt für blattaktive Herbizide, deren Wirkung durch eine schnelle Aufnahme des Wirkstoffes in die Unkräuter begünstigt wird.

Ein weiterer Vorteil einer schnellen Wirkstoffaufnahme ins Blatt ist eine verbesserte Regenfestigkeit. Einmal im Innern der Pflanze angelangt, kann der Wirkstoff nicht durch Regen abgewaschen oder durch UV-Strahlung zerstört werden. Ein Beispiel dafür sind die hocheffektiven EC-Formulierungen der Fungizide im Getreide, wie zum Beispiel Xenial^®, Revytrex^® oder Navura^®.

Mit den passenden Formulierungen können somit die vorhandenen Wirkstoffe so effizient wie möglich genutzt werden. Dies ist vor dem Hintergrund immer weniger werdender Wirkstoffvielfalt und zunehmender Resistenzen ein wichtiger Aspekt. Im Laufe der Zeit hat sich die Formulierungstechnologie weiterentwickelt – neue Hilfsstoffe stehen zur Verfügung, neue Techniken kommen zum Einsatz. Eine Formulierung ändert nicht den Wirkmechanismus, mit ihr kann aber das maximale Potenzial eines Wirkstoffs genutzt werden und so mit der gleichen Menge eine höhere Wirksamkeit erreicht werden. Dies hat insbesondere vor dem Hintergrund des Umwelt- und Naturschutzes eine immens hohe Bedeutung. Durch Forschung und Entwicklung auch im Bereich der Formulierungstechnologie kann der Landwirt sicher sein, dass er bei Produkten der forschenden Industrie ein gut formuliertes Produkt erhält, bei dem er keine Applikationsprobleme hat, das er flexibel anwenden kann, das eine hohe zuverlässige Wirkung hat und mit dem er somit seine Ernte zuverlässig schützen kann. Mit innovativen, optimierten Formulierungen besteht eine höhere Wirkungssicherheit – und damit funktioniert „so wenig, wie möglich, aber so viel, wie nötig“ auch auf dem Acker.