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Gartenmöbel aus Teakholz sehen nicht nur edel aus. Das Material lässt sich auch leicht bearbeiten und ist zudem sehr widerstandsfähig. Nicht nur hierzulande ist Teakholz deshalb begehrt: Auch in Afrika, wo der Teakbaum Pterocarpus angolensis beheimatet ist, ist die Nachfrage nach dem Holz groß. Dort wird der Baum zudem in der traditionellen Medizin genutzt. Brandrodungen gefährden jedoch die Nutzung. Hinzu kommt, dass Neuanpflanzungen auf Grund der nährstoffarmen Böden schwierig sind. Selbst in Baumschulen gezogene Keimlinge haben nur eine begrenzte Überlebenschance. Fachleute für Biologie von der Universität Bremen haben nun einen Weg gefunden, den Afrikanischen Teak nachhaltig zu züchten. Das Projekt wurde vom Bundesforschungsministerium gefördert.

Biologisch düngen mit Bakterien

Nach langer Suche hat ein Team um die Bremer Mikrobiologin Barbara Reinhold-Hurek in Namibia und Angola Bakterien entdeckt, mit deren Hilfe die Aufzucht von Pterocarpus angolensis in Baumschulen gelingen kann. Über mehrere Jahre hatten die Forschenden Knöllchenbakterien gescreent, bis sie auf geeignete Kandidaten stießen, die mit P. angolensis eine Symbiose eingehen. Der afrikanische Teakbaum gehört zur Familie der Hülsenfrüchtler, die mit Bakterien in der Wurzel Symbiosen bilden. Das Prinzip: Über spezielle Wurzelknöllchen fixieren Knöllchenbakterien Stickstoff aus der Luft und düngen damit die Pflanze auf natürliche Weise.

Nachhaltige Züchtungsmethode für Baumschulen

Wie das Team im Fachjournal Frontiers of Microbiology berichtet, konnte es Bakterienstämme isolieren, im Labor vermehren und schließlich zu den Samen der Teakpflanze geben, damit Symbiosen geschmiedet werden. „Die Pflanzen werden von den Bakterien biologisch gedüngt, das heißt sie können auch auf Böden wachsen, die wenig der Nährstoffe aufweisen, die die Keimlinge brauchen. Mit unserer Forschung möchten wir dazu beitragen, dass die begehrten Pflanzen langfristig gezüchtet werden können“, erklärt Reinhold-Hurek.

Die Forschenden sind damit einen Schritt weiter auf dem Weg zu einer nachhaltigen Züchtung des begehrten Teakbaumes. Sie sind überzeugt, mit den Bakterien einen „Biodünger“ gefunden zu haben, der die Aufzucht der Keimlinge in den Baumschulen erleichtert.

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Teak not only looks noble, the material is also easy to work with and very durable. Therefore, teak is in great demand - not only in Europe but also in Africa where the teak tree Pterocarpus angolensis grows. There, the tree is used in traditional medicine. However, slash-and-burn agriculture endangers its cultivation and new plantings are difficult due to the nutrient-poor soils. Even seedlings grown in nurseries have only a limited chance of survival. Experts in biology from the University of Bremen have now found a way to grow African teak sustainably. The project was funded by the German Federal Ministry of Education and Research.

Biological fertilization with bacteria

After long research, a team led by Bremen microbiologist Barbara Reinhold-Hurek has discovered bacteria in Namibia and Angola that can be used to successfully grow Pterocarpus angolensis in tree nurseries. The researchers had screened nodule bacteria for several years until they came across suitable candidates that form a symbiotic relationship with P. angolensis. The African teak tree belongs to the legume family, which forms symbiotic relationships with bacteria in the root. The principle: via special root nodules, nodule bacteria fix nitrogen from the air and thus fertilize the plant in a natural way.

Sustainable breeding method for nurseries

As the team reports in the journal Frontiers of Microbiology, they were able to isolate strains of bacteria, propagate them in the lab and eventually add them to teak plant seeds to forge symbioses. "The plants are biofertilized by the bacteria, which means they can even grow in soils that have little of the nutrients the seedlings need. With our research, we would like to contribute to the long-term cultivation of these desirable plants," Reinhold-Hurek explains.

The researchers are thus one step closer to sustainable cultivation of the popular teak tree. They are convinced that, with the bacteria, they have found a "biofertilizer" that makes it easier to grow the seedlings in the nurseries.
 

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Der Verlust von Lebensräumen und biologischer Vielfalt war nie so dramatisch wie in den vergangenen 50 Jahren. Die Studie „Food System Impacts on Biodiversity Loss“ des Umweltprogramms der Vereinten Nationen (UNEP) und der Denkfabrik Chatham House kommt zu dem Ergebnis, dass die Ursache für Naturzerstörung und Artensterben vor allem die weltweite Fleischindustrie und die intensive Landwirtschaft ist.

Die Umwidmung natürlicher Ökosysteme für die Futtermittelproduktion oder Weideland sowie intensiver Einsatz von Pestiziden und der Anbau von Monokulturen zerstört unwiederbringlich die Böden. In der Folge werden noch mehr natürliche Flächen umgewidmet. Außerdem werden für die Produktion von Fleisch große Mengen fossiler Energie, Dünger und Wasser benötigt.

Laut der Studie kann der dramatische Verlust an Biodiversität und ökologisch sensiblen Lebensräumen nur mit deutlich mehr pflanzlicher Ernährung aufgehalten werden.

The loss of habitats and biodiversity has never been as dramatic as in the last 50 years. The study "Food System Impacts on Biodiversity Loss" by the United Nations Environment Programme (UNEP) and the think tank Chatham House concludes that the causes of nature destruction and species extinction are primarily the global meat industry and intensive agriculture.

The conversion of natural ecosystems for fodder production or grazing land, as well as intensive use of pesticides and the cultivation of monocultures, irretrievably destroys soils. As a result, even more natural land is being converted. In addition, the production of meat requires large amounts of fossil energy, fertiliser and water.

According to the study, the dramatic loss of biodiversity and ecologically sensitive habitats can only be halted with significantly more plant-based food. 

Jede Verpackung ist ein Rohstoffdepot. Das ist die Philosophie des Kölner Start-ups PAPACKS, das seit 2013 umweltfreundliche Verpackungen produziert, die dem Prinzip der Kreislaufwirtschaft gerecht werden. Verwendet werden Frisch- und Recyclingfasern aus Reststoffen der Papierverarbeitung, die mit Hilfe eines speziellen Verfahrens zur Faserformherstellung für maßgeschneiderte Verpackungen genutzt werden.

Cremedose aus Papier komplett recycelbar

Dazu gehören auch Cremedosen, die aus Papierfasern hergestellt werden. Zur Versiegelung des Materials werden ausschließlich natürliche Rohstoffe verwendet. Bei der Beschichtung handelt es sich um einen Mix verschiedenster Stoffe, wie etwa Harze und Wachse. Anders als herkömmliche Kosmetikverpackungen, ist die Cremedose aus Papierfasern zu 100% kompostierbar. Sie kann aber auch zur Weiterverwertung im Altpapiercontainer entsorgt werden.

Auf dem Markt

Die Cremedose ist nur eines von vielen nachhaltigen Verpackungslösungen, die bereits auf dem Markt sind. Die Palette reicht von Eierboxen über Getränkepaletten bis hin zu Pflanzschalen und Kaffeekapseln.

Every package is a raw material depot. That is the philosophy of the Cologne-based start-up PAPACKS. Since 2013, the company has been producing environmentally friendly packaging that complies with the principle of the circular economy. Fresh and recycled fibers from paper processing residues are used, which are utilized for customized packaging with the help of a special fiber molding process.

Paper cream jar completely recyclable

The range also includes cream jars, made of paper fibers. Only natural raw materials are used to seal the material. The coating is a mix of various substances, such as resins and waxes. Unlike conventional cosmetic packaging, the cream can made of paper fibers is 100% compostable. However, it can also be disposed of in the waste paper container for further recycling.

Market readiness

The cream can is just one of many sustainable packaging solutions already on the market. They range from egg boxes and beverage pallets to planter trays and coffee capsules.

Im Dunkeln ist zwar gut munkeln, aber mit der Photosynthese sieht es dann eher mau aus: Der chemische Prozess, in dem Landpflanzen und Grünalgen Biomasse aufbauen, benötigt neben Kohlendioxid und Wasser vor allem Sonnenlicht als Energiequelle. Nachts und bei schwachem Licht kommt dieser Prozess zum Stillstand oder arbeitet sehr ineffizient. Würde die Pflanze die komplette biochemische Maschinerie der Photosynthese in vollem Umfang aktiv halten, wäre das eine ziemliche Energieverschwendung. Deshalb haben Pflanzenzellen eine Art Schalter entwickelt, der die Photosynthese abhängig von der Lichtintensität an- oder ausschaltet. Dessen Arbeitsweise hat nun ein Forschungsteam der Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf gemeinsam mit einer Gruppe aus Japan im Fachjournal PNAS näher beschrieben.

Den Ausschalter entfernt

Die zentrale Rolle in der Untersuchung spielt dabei das Enzym Malat-Dehydrogenase. Es besitzt wie viele der an der Photosynthese beteiligten Enzyme einen Abschnitt, an dem eine sogenannte Redox-Reaktion erfolgt. Sie schaltet das Enzym lichtabhängig ein oder aus. Für ihre Studie haben die Fachleute nun dieses Enzym in der Modellpflanze Ackerschmalwand (Arabidopsis thaliana) mit Hilfe der Genschere CRISPR/Cas9 gentechnisch so verändert, dass die Malat-Dehydrogenase unabhängig vom Licht jederzeit aktiv ist. Die Zellen der Pflanze können ihr Photosyntheseverhalten damit nicht mehr an die Umweltbedingungen anpassen.

Bedeutung bei schwankenden Lichtverhältnissen

Aus dem Vergleich mit nicht veränderten Pflanzen konnte das Forschungsteam erkennen, dass der entfernte Schalter tatsächlich jenen Mechanismus verkörpert, der das Enzym während der Dunkelphasen abschaltet. Unter bei uns üblichen Bedingungen mit etwa acht Stunden Sonnenlicht am Tag blieb überraschenderweise jedoch weitgehend folgenlos, wenn der Schalter entfernt und das Enzym daueraktiv war. Die Erklärung dafür ist noch offen, doch könnte diese Energieverschwendung in den Dunkelphasen durch eine höhere Enzymaktivität in der Energieerzeugung kompensiert werden, mutmaßen die Fachleute. Schwankten die Lichtbedingungen stark oder war die Tageslichtdauer kurz, wirkte sich das Fehlen des Schalters erwartungsgemäß negativ auf das Wachstum aus.

Anpassung der Pflanzen an Anbauregionen

Der Biochemiker Andreas Weber von der Universität Düsseldorf resümiert daher: „Die Arbeit zeigt die Bedeutung der Redox-Regulation von Enzymaktivitäten in Chloroplasten für eine kontinuierliche Anpassung von Pflanzen an sich dynamisch ändernde Umweltbedingungen, insbesondere die Lichtbedingungen.“ Hierüber könnten möglicherweise in der Folge auch Pflanzen speziell auf unterschiedliche Lichtbedingungen angepasst werden, so dass verschiedene Varianten in unterschiedlichen Anbaugebieten gute Erträge liefern könnten.

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Der Kohleausstieg ist beschlossen. Spätestens 2038 soll die Förderung des fossilen Rohstoffs in Deutschland beendet sein. Auch für die Braunkohleregionen Mitteldeutsches Revier und das Lausitzer Revier heißt das – umdenken. Neben dem Gesetz zum Kohleausstieg hat die Bundesregierung daher ein Strukturstärkungsgesetz verabschiedet. Um den Wandel in den betroffenen Gebieten zu unterstützen, stellt das Bundesforschungsministerium allein 70 Mio. Euro für Forschungs- und Innovationsinitiativen in den Braunkohleregionen Rheinisches Revier und Lausitz zur Verfügung. Schon heute steht der Kurs fest: Der Strukturwandel in den Kohlerevieren ist auf ein bioökonomisches Wirtschaftssystem fokussiert, das sich auf die regionalen Besonderheiten stützen kann. Denn Mitteldeutschland und die Lausitz sind ebenso stark von Land- und Forstwirtschaft geprägt und haben damit ein enormes Potenzial für die nachhaltige Bioökonomie.

Infoportal bündelt regionale Bioökonomie-Fakten

Mit dem interaktiven Bioökonomieatlas für Mitteldeutschland und die Lausitz werden nun erstmals alle relevanten bioökonomischen Daten auf einer Webseite gebündelt und kostenlos zur Nutzung bereitgestellt. „Voraussetzung für den Wandel ist eine fundierte Kenntnis bioökonomischer Stärken und Potenziale. Diese müssen sichtbar und die Informationen zugänglich und nutzbar sein“, erklärt Projektleiter Romann Glowacki vom Deutschen Biomasse Forschungszentrum (DBFZ).

Lignin ist neben Cellulose der wichtigste pflanzliche Rohstoff. Seine strukturgebenden Eigenschaften machen den Holzinhaltsstoff gerade für die Bioökonomie interessant. Vor allem die chemische Industrie setzt auf Lignin als Ausgangsstoff für neue biobasierte Kunststoffe und Materialien. Derzeit wird das Biopolymer aber noch vor allem zur Energiegewinnung genutzt. Als Nebenprodukt der Zellstoff- und Bioethanol-Produktion wurde Lignin auf Grund seines hohen Schwefelanteils bisher kaum verwendet und daher verbrannt. Das Hamburger Start-up LignoPure hat eine Technologie entwickelt, die eine Nutzung des Holzabfallstoffs auf breiter Ebene ermöglicht.

Markteintritt Lignin-basierter Produkte beschleunigen

Mit Mitteln aus dem High-Tech Gründerfonds, dem Innovationsstarter Fonds Hamburg GmbH (IFH) und der Swiss Holding Tanovis AG konnte sich das LignoPure-Team nun 2,2 Mio. Euro für eine Seed-Finanzierungsrunde sichern. „Diese erste Finanzierungsrunde wird ein Eckpfeiler für das Erreichen unserer nächsten Meilensteine ​​sein. Sie wird uns helfen, den Markteintritt zu beschleunigen und uns als Pioniere bei der Verwendung von Lignin in Produkten für den menschlichen Verzehr zu positionieren“, sagt Joana Gil, Mitgründerin und Geschäftsführerin der LignoPure GmbH.

Lignin-Pulver für Kosmetika maßschneidern

Lignin-basierte Produkte für den Endverbraucher nutzbar zu machen, ist das Ziel des 2019 gegründeten Unternehmens. Dabei geht es nicht nur darum, neue Produkte auf dem Markt zu etablieren und fossile Rohstoffe zu ersetzen. Das Hamburger Team will auch als Bindeglied zwischen den Bioraffinerien und den verarbeitenden Industrien im Material- und Life-Science-Bereich fungieren und maßgeschneidertes Lignin-Pulver für neue Anwendungen anbieten. Mit Hilfe des Investments will LignoPure zunächst die Produktion von „100 % natürlichen, ultrafeinen, hochwertigen Ligninpartikeln“ der Marke LignoBase für den Einsatz in der Kosmetikindustrie ankurbeln. Im Fokus steht erstmals eine Großproduktion des Lignins im „Tonnenmaßstab“.

„Wir freuen uns, LignoPure auf seinem Weg zu einem Unternehmen mit wichtigen Auswirkungen auf unsere Umwelt zu unterstützen“, so Juri Bach und Stefan Fasbender vom High-Tech Gründerfonds. Das LignoPure-Team habe mit seinem umfassenden Branchenwissen und einer aufregenden Technologie beeindruckt, die das Potenzial habe, die Nachhaltigkeit von Produkten in vielen Branchen zu verbessern.

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Next to cellulose, lignin is the most important plant raw material. Its structure-giving properties make the wood ingredient particularly interesting for the bioeconomy. The chemical industry in particular relies on lignin as a starting material for new bio-based plastics and materials. At present, however, the biopolymer is still used primarily for energy production. As a by-product of cellulose and bioethanol production, lignin has hardly been used so far due to its high sulfur content and has been burned instead. The Hamburg-based start-up LignoPure has developed a technology that enables the waste wood material to be used on a broad scale.

Accelerating the market entry of lignin-based products

With funding from High-Tech Gründerfonds, Innovationsstarter Fonds Hamburg GmbH (IFH) and Swiss Holding Tanovis AG, the LignoPure team has now secured €2.2 million for a seed financing round. "This first round of financing will be a cornerstone for reaching our next milestones. It will help us accelerate our market entry and position us as pioneers in the use of lignin in products for human consumption," says Joana Gil, co-founder and CEO of LignoPure GmbH.

Tailoring lignin powder for cosmetics

Making lignin-based products available to end consumers is the goal of the company, which was founded in 2019. The aim is not only to establish new products on the market and replace fossil raw materials, the Hamburg-based team also wants to act as a link between biorefineries and the processing industries in the materials and life science sectors and offer customized lignin powder for new applications. With the help of the investment, LignoPure intends to boost production of "100% natural, ultra-fine, high-quality lignin particles" under the LignoBase brand for use in the cosmetics industry. The focus is on a first-time production of the lignin on a "ton scale".

"We are pleased to support LignoPure on its way to becoming a company with an important impact on our environment," said Juri Bach and Stefan Fasbender of High-Tech Gründerfonds. They said the LignoPure team has impressed with its extensive industry knowledge and an exciting technology that has the potential to improve the sustainability of products in many industries.

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Entlang der bundeseutschen Fernstraßen gibt es 39.500 Brücken. Davon bestehen 87%  aus Spannbeton oder Stahlbeton. Im Jahr 2019 befand das Bundesverkehrsministerium, dass zwölf Prozent aller Straßenbrücken in einem „nicht ausreichenden“ oder „ungenügenden“ Zustand waren. Bei vier von fünf untersuchten Großbrücken bleibt wohl nur noch der Neubau. Künftig könnte jedoch durch fortlaufende Reparaturen die Lebensdauer von Brücken und anderen Betonbauten deutlich verlängert werden. Möglich machen das Mikroorganismen, die Calciumcarbonat (Kalk) absondern, und damit genutzt werden können, um Risse und Poren im Beton zu schließen. Das würde Folgeschäden verhindern.

Umweltfreundliche Alternative zu Kunststoffen

Ein Bakterium, das diese Fähigkeit besitzt und weitverbreitet ist, ist Sporosarcina pasteurii. Bislang scheitert ein großflächiger Einsatz des Mikroorganismus’ als Betondoktor jedoch daran, die Einzeller in ausreichend großen Mengen zu wirtschaftlichen Konditionen zu produzieren. Ein Forschungsteam der Hochschule München hat deshalb gemeinsam mit drei Industriepartnern das Projekt „MicrobialCrete“ gestartet, gefördert vom Bundesministerium für Bildung und Forschung. Das Ziel ist es, eine nachhaltige Alternative zu kunststoffbasierten Instandhaltungsmaßnahmen für Betonstrukturen zu schaffen. Mineralische Ausscheidungen der Bakterien wären umweltfreundlich und basierten überwiegend auf nachwachsenden Rohstoffen.

Bakterien besser verstehen

Die größte Herausforderung für die Wissenschaft ist derzeit noch, dass man einfach zu wenig darüber weiß, wie diese Kalkabsonderungen zustande kommen und unter welchen Kultivierungsbedingungen sich S. pasteurii am schnellsten vermehrt. Nicht zuletzt müssen die Bakterien in der Lage sein, im Beton mit hohen pH-Werten oder auch hohen Chlorid-Konzentrationen zurechtzukommen.

Fünffach produktiverer Prozess

Im Hochdurchsatzverfahren in automatisierten Mikrobioreaktoren testet das Münchener Team deshalb zahlreiche Kombinationen aus Bakterienstämmen und Nährmedium-Zusammensetzungen. Einen ersten großen Erfolg präsentieren die Forschenden um Robert Huber nun im Fachjournal „Scientific Reports“: Ihnen ist es gelungen, ein Verfahren zu entwickeln, mit dem im Vergleich zu bisherigen Methoden die fünffache Menge an Bakterien produziert werden kann. Die Kosten des Nährmediums erhöhten sich dabei nur um vier Prozent.

Neben der Betonsanierung sind die Mikroorganismen grundsätzlich auch geeignet, Schadstoffe wie Schwermetalle zu immobilisieren, Staub im Tagebau zu kontrollieren oder Böden zu verfestigen. Auch diese Einsatzzwecke sollen im Verlauf des Projekts optimiert werden.

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There are 39,500 bridges along Germany's trunk roads. Of these, 87% are made of prestressed concrete or reinforced concrete. In 2019, the German Federal Ministry of Transport found that twelve percent of all road bridges were in "insufficient" or "inadequate" condition. Four of five major bridges inspected will most likely need to be redone. In the future, however, ongoing repairs could significantly extend the service life of bridges and other concrete structures. This could be made possible by microorganisms that secrete calcium carbonate (lime) and can thus be used to close cracks and pores in the concrete. This would prevent consequential damage.

Eco-friendly alternative to plastics

One bacterium that possesses this ability is Sporosarcina pasteurii. So far, however, area-wide use of the microorganism as a concrete cure has failed because the single-celled organism cannot be scaled at economic conditions. A research team from Munich University of Applied Sciences, together with three industrial partners, has therefore launched the "MicrobialCrete" project, funded by the German Federal Ministry of Education and Research. The aim is to create a sustainable alternative to plastic-based maintenance for concrete structures. Mineral excretions of the bacteria would be environmentally friendly and based predominantly on renewable raw materials.

Better understanding bacteria

The biggest challenge for science at the moment is that there is simply too little known about how these lime secretions come about and under which cultivation conditions S. pasteurii reproduces most rapidly. After all, the bacteria must be able to cope with high pH values or even high chloride concentrations in concrete.

Five times more productive process

In a high-throughput process in automated microbioreactors, the Munich team is therefore testing numerous combinations of bacterial strains and nutrient medium compositions. The researchers led by Robert Huber have now presented their first major success in the scientific journal „Scientific Reports“: They have succeeded in developing a process that can produce five times the amount of bacteria compared to previous methods. The cost of the culture medium increased by only four percent.

In addition to concrete remediation, the microorganisms are also suitable for immobilizing pollutants such as heavy metals, controlling dust in open-cast mines or solidifying soils. These applications are also to be optimized in the course of the project.

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