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Extreme Wetterereignisse und der Klimawandel, sich immer schneller ausbreitende Schädlinge und schwankende Erträge sind die großen Herausforderungen des Ackerbaus.  Die konventionelle Landwirtschaft bekämpft Pflanzenschädlinge mit Pestiziden. Zu diesen Pflanzenschutzmitteln zählen Herbizide, Insektizide und Fungizide. Das Problem: meist handelt es sich um Chemikalien, die nicht ohne Nebenwirkungen bleiben und auch Nicht-Zielorganismen treffen. Oftmals entwickeln Schädlinge auch Resistenzen. Ganz ohne Pestizide wird sich auch in Zukunft die Landwirtschaft nicht gestalten lassen. Jedoch wenden sich Forscher zunehmend sogenannten Biologika als Alternative zu. Biologika basieren auf biologischen Molekülen und sie entfalten eine hochspezifische Wirkung. Dieses Dossier beleuchtet die vielfältigen Einsatzgebiete von Biologika auf dem Acker, sowie ihr enormes Potenzial für die Zukunft einer nachhaltigen Landwirtschaft.

Mit dem Ziel, den Wandel zu einer nachhaltigen Bioökonomie in Nordrhein-Westfalen weiter voranzutreiben, haben im Januar zwei neue FocusLabs unter dem Dach des Bioeconomy Science Centers (BioSC) in Jülich ihre Arbeit aufgenommen. Die beiden neuen Projekte namens „greenRelease“ und „HyImPAct“ werden mit insgesamt 4,2 Mio. Euro im Rahmen des NRW-Strategieprojekts BioSC über drei Jahren vom Ministerium für Kultur und Wissenschaft (MKW) gefördert.

Mini-Behältern dosieren Herbizide

Im FocusLab „greenRelease“ geht es um das Thema "Smartes Management der Pflanzenproduktion". Hier wollen Forscher unter der Leitung von Felix Jakob von der RWTH Aachen, biologisch abbaubare Mini-Container aus Mikrogelen entwickeln, die es ermöglichen, Pflanzenschutzmittel durch genaue Dosierung sparsam einzusetzen. Diese winzigen Container sollen mithilfe von Ankerpeptiden an der Oberfläche von Blättern oder Früchten haften. Sie sind regenfest und je nach Bedarf Herbizide oder Fungizide freisetzen. Zunächst soll die sogenannte greenRelease-Technologie an Blättern von Äpfeln, Kartoffeln, Zuckerrüben und Gerste getestet werden. Zugleich wollen die Partner im FocusLab analysieren, ob diese Technologie auch marktfähig ist.

Zuckerbasierte Wirstoffe für Basischemikalien und Arzneimittel

Um "modulare Biotransformationen zur Herstellung hochwertiger Chemikalien" geht es im neu gegründeten Focuslab „HyImPAct“.  Das von Stephan Noack vom Forschungszentrum Jülich geleitete neue Projekt will sogenannte Multi-Substrat–Multi-Produkt-Prozesse für integrierte Wertschöpfungsnetzwerke aufbauen. Dabei werden erstmals biotechnologische und chemische Verfahren zur Etablierung eines hybriden, also gekoppelten Produktionsprozesses zusammengeführt. Basierend auf der Zuckerart D-Xylose sollen hier sowohl Basischemikalien, wie die Aminosäure L-Alanin, als auch hochwertige Substanzen, wie Pharmazeutika parallel hergestellt werden. Hier setzen die Forscher auf die optimale Kombination von Biokatalysatoren, die auf der Basis einzelner Enzyme aber auch ganzer Mikroorganismenzellen bestehen. Anliegen ist es, den gesamten Wertschöpfungsprozess sowie die Produktpalette fortlaufend unter ökonomischen und ökologischen Gesichtspunkten zu bewerten.

Insgesamt 11 Mio. Euro für fünf FocusLabs

Mit den beiden neuen FocusLabs sind nunmehr fünf solcher interdisziplinären Projekte am BioSC aktiv. Diese werden mit insgesamt über 11 Mio. Euro vom Land NRW gefördert. Drei FocusLabs (CombiCom, AP3 und Bio2) haben bereits im Frühjahr 2017 die Arbeit aufgenommen. Das Bioeconomy Science Center (BIO-SC) wurde 2010 von den Partnern der RWTH Aachen University, der Rheinische Friedrich-Wilhelms-Universität Bonn, der Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf und dem Forschungszentrum Jülich gegründet und wird für mindestens zehn Jahren vom Land NRW gefördert. In den jeweiligen Projekten, die unterschiedliche Schwerpunkte haben, arbeiten die vier Partnerinstitutionen eng zusammen.

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Jubel beim Weltwirtschaftsforum in Davos: Ein Team vom Fraunhofer ISC zählt zu den fünf Gewinnern der mit 1 Mio. US-Dollar dotierten „Circular Materials Challenge 2018“. Dieser Innovationspreis ist Teil der 2016 gegründete New Plastics Economy Initiative der Ellen MacArthur Stiftung. Das ISC-Team um Sabine Amberg-Schwab konnte mit der Entwicklung der sogenannten bioORMOCERe punkten. Es handelt sich um Beschichtungen, die Verpackungen aus Biopolymeren besondere Eigenschaften verleihen.

Biopolymere oft ungeeignet für Lebensmittelverpackungen

Im Jahr 2015 erschien im renommierten Wissenschaftsmagazin Science ein viel beachteter Artikel über den Mülleintrag in die Weltmeere. Zwei Jahre später, im November 2017, wies Dame Ellen Mac Arthur, die Gründerin der gleichnamigen Stiftung, in einem Editorial in genau dieser Zeitschrift auf die immer noch ebenso erschreckende Menge von acht Mio. Tonnen Plastikmüll hin, die jährlich neu in unsere Ozeane gelangen. Und es ist damit zu rechnen, dass sich die Produktion von Plastik in den nächsten zwanzig Jahren nochmals verdoppelt. Bisher wird nur ein geringer Teil gesammelt und wiederverwendet – ein enormer Verlust an Wertstoffen einerseits und andererseits ein großes Umweltproblem. Eine Lösung könnten neue Verpackungsmaterialien auf der Basis nachwachsender Rohstoffe – sogenannte Biopolymere – sein, die kompostierbar sind. Bisher waren solche Materialien für Lebensmittelverpackungen eher ungeeignet, weil sie durchlässig sind für Wasserdampf, Sauerstoff, Kohlendioxid und Aromastoffe.

Hybridpolymere bauen Barriere auf

„Das weltweite Problem des Verpackungsmülls hat uns auch hier im Fraunhofer ISC nicht mehr losgelassen und wir haben nach einer Lösung gesucht“, beschreibt Preisträgerin Sabine Amberg-Schwab ihre Motivation. Sie und ihr Team haben langjährige Expertise bei der Entwicklung von Barriereschichten auf Verpackungsfolien für Lebensmittel, um Qualität und Haltbarkeit der verpackten Lebensmittel zu verbessern. Diese Beschichtungen auf der Basis spezieller Hybridpolymere, genannt ORMOCERe, schützen gegen Wasserdampf und Gaszutritt sowie gegen den unerwünschten Übergang von Fremdstoffen auf den Verpackungsinhalt.

Seit einigen Jahren arbeiten die Forscher nun an kompostierbaren Barriereschichten, die Biopolymeren zu einem Durchbruch für ihren zukünftigen Einsatz als nachhaltige und umweltschonende Verpackungswerkstoffe einer neuen Generation verhelfen können. „Unsere bioORMOCERe beseitigen die Schwächen der Biopolymere und machen sie fit für die hohen Anforderungen an zuverlässiges Verpackungsmaterial“, erläutert Amberg-Schwab. Neben der Aufgabe, die verpackten Lebensmittel zu schützen, sorgen die bioORMOCERe auch dafür, dass die eigentliche Verpackungsfolie aus Biopolymer sich nicht vorzeitig zersetzt.

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Bio-based polymers are a key area in the production of chemicals.Understandably, the five-year plan also includes agricultural innovations, such as the "12th Five-Year Plan for National Agriculture and Rural Economic Development".

Als die Gebrüder Grimm ihr Märchen „Tischlein, deck dich!“ schrieben, ahnten sie wohl nicht, dass es eines Tages wirklich einen „Goldesel“ geben würde, wenn auch einen sehr kleinen: Das Bakterium Cupriavidus metallidurans erzeugt Nuggets aus reinem Gold und verwertet dazu als Nahrungsquelle Schwermetallgemische. Wie das funktioniert, ohne dass sich die Bakterien vergiften, beschreibt ein deutsch-australisches Forscherteam jetzt im Fachjournal „Metallomics“.

Leben auf giftigen Böden

Böden mit Schwermetallen bieten eigentlich gute Bedingungen für Bakterien. Neben den als Spurenelemente benötigten Metallen findet sich dort reichlich Wasserstoff, der als Energiespeicher fungiert. Außerdem gibt es kaum Konkurrenz für die Mikroorganismen – denn der Haken ist, dass Schwermetalle in höherer Konzentration für die meisten Lebewesen tödlich sind. Nur wenige Arten können daher die günstigen Bedingungen solcher Böden tatsächlich nutzen. „Will ein Organismus hier überleben, muss er eine Möglichkeit finden, sich gegen diese Gifte zu schützen", erläutert Dietrich Nies, Professor für Mikrobiologie an der Universität Halle-Wittenberg.

Das stäbchenförmige Bakterium C. metallidurans lässt sowohl Kupfer als auch Gold mit anderen Elementen zu chemische Verbindungen reagieren, die für sie besser aufzunehmen und zu verstoffwechseln sind. Üblicherweise ist das jedoch eine tödliche Kombination: Die Goldverbindungen im Inneren der Organismen blockieren das Enzym CupA, das überschüssiges – und damit giftiges – Kupfer wieder aus den Bakterien heraustransportiert.

Enzym CopA schützt vor Vergiftung

C. metallidurans löst dieses Problem mit einem weiteren Enzym, CopA. Es verwandelt die Gold- und Kupferverbindungen in der Umgebung der Zelle zurück in deren schwer aufzunehmende Formen. „Dadurch gelangen weniger Kupfer- und Goldverbindungen in das Innere der Zelle, das Bakterium wird weniger vergiftet und das Kupfer-Abpump-Enzym kann ungehindert überschüssiges Kupfer entsorgen“, fasst Nies zusammen. Märchenhafter Nebeneffekt: Die schwerer aufnehmbaren Goldverbindungen verwandeln sich im Außenbereich der Zelle in wenige Nanometer kleine harmlose Goldnuggets.

Goldgewinnung ohne Quecksilber denkbar

Die Publikation liefert wichtige Erkenntnisse über die zweite Hälfte des biogeochemischen Goldzyklus‘. Darin wird Gold-Metall durch andere Bakterien in giftige Gold-Verbindungen umgewandelt, die in der zweiten Hälfte des Zyklus‘ in metallisches Gold rückgewandelt werden. Wird der gesamte Zyklus verstanden, könnte Gold aus Erzen mit geringem Goldanteil gewonnen werden, ohne dass dazu wie bisher giftige Quecksilberverbindungen erforderlich sind.

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Heiße Geysire sind bekannt dafür, ungewöhnliche Mikroorganismen zu beherbergen, die sich an die dortigen extremen Lebensbedingungen angepasst haben. Doch auch kalte Geysire sind für Überraschungen gut, wie jetzt eine internationale Forschergruppe mit Beteiligung der Universität Duisburg-Essen feststellen konnte. Unbekannte Stämme von Bakterien und Archaeen aus 104 unterschiedlichen Abstammungslinien fanden sie im „Crystal Geysir“ in Utah.

Hydrogeologie und Mikrobiologie zusammengeführt

Die im Fachjournal „Nature Microbiology“ publizierte Studie zielte darauf ab, die biologischen Prozesse in kohlendioxidreichem Grundwasser besser zu verstehen und mit den geologischen Prozessen in einen Zusammenhand zu bringen. Denn am „Crystal Geysir“ hatten Wissenschaftler jahrelang erforscht, wie sich verflüssigtes Kohlendioxid dauerhaft im Untergrund einlagert. „Zusammen mit Kollegen der University of Calgary brachten wir die Hydrogeologie und Mikrobiologie auf einen Nenner. So konnten wir die Herkunft des Grundwassers und der Mikroorganismen genauer analysieren“, berichtet der Mikrobiologie Alexander Probst.

Die Forscher beprobten dazu den Geysir zu verschiedenen Zeiten seines fünftägigen Eruptionszyklus‘. Durch Genomanalysen klassifizierten sie die Mikroorganismen in den Proben und durch geochemische Analysen ordneten sie deren Vorkommen drei verschieden tief gelagerten Grundwasserleitern im Sandsteinuntergrund zu.

Überraschende Abhängigkeiten vieler Organismen

In der Tiefe fanden die Mikrobiologen vor allem Nanoarchaeen, Vertreter der Altoarchaeota und Bakterien der „Candidate Phyla Radiation“. In letzterer werden seit wenigen Jahren Bakterien zusammengefasst, die nur im Zusammenleben mit anderen Bakterienstämmen existieren können. In der mittleren Tiefe kamen diese symbiontischen Bakterien noch häufiger vor. In den oberflächennächsten Proben dominierten Stämme der Stickstoff fixierenden und Schwefel oxidierenden Bakterien der Gattung Sulfurimonas.

Variantenreiche Kohlendioxidstoffwechsel

Bei der näheren Analyse zeigte sich, dass die Bakterien und Archaeen der jeweiligen Schichten auf sehr unterschiedliche Weise Kohlendioxid binden und in organische Verbindungen einbauen. „Dieser Vorgang, das Einbinden von Kohlendioxid in organische Materie, ist nicht zu unterschätzen. Er ist die Voraussetzung dafür, dass sich ein breites Spektrum an Mikroorganismen bilden kann“, erläutert Probst. Auch biotechnologisch sei dies von sehr großer Bedeutung.

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Der wichtigste Energieträger in allen lebenden Zellen ist Adenosintriphosphat, kurz ATP. Das Enzym ATP-Synthase regeneriert verbrauchte ATP-Moleküle und stellt den Zellen so neue Energie zur Verfügung. Einer deutsch-englischen Forschungsgruppe mit Beteiligung der Ludwig-Maximilians-Universität München, LMU, des Max-Planck-Instituts für Biophysik in Fraknfurt, MPIBP, sowie dem Imperial College London ist es nun gelungen, ultraviolettes Licht als Ein- und Ausschalter für diese ATP-Synthase zu verwenden. Im Fachjournal „FEBS Letters“ berichtet das Team um Projektleiter Dirk Trauner von der LMU und Thomas Meier vom MPIBP und dem Imperial College London von ihrem Erfolg, der auch für biotechnologische Prozesse und damit für die Industrie relevant sein könnte.

Polyphenole blockieren die Enzymaktivität

Eine Schlüsselrolle bei der Aktivierung spielen dabei Azo-Polyphenole. Polyphenole sind sekundäre Pflanzenstoffe, denen aufgrund ihrer Bioaktivität vielfältige Funktionen zukommen: Sie bilden Farbstoffe, Geschmackstoffe oder Tannine, schützen die Zellen vor UV-B-Strahlung und gelten als gesundheitsfördernd wenn sie über die Nahrung aufgenommen werden. Außerdem können verschiedene Polyphenole an das Enzym ATP-Synthase binden und so dessen Aktivität blockieren.

Polyphenolmoleküle bestehen aus Kohlenstoffringen mit weiteren chemischen Gruppen an den Seiten des Rings. Befinden sich diese Gruppen alle auf der gleichen Seite der Ringebene, sprechen Chemiker von einer cis-Konformation. Sind diese Gruppen des ansonsten gleichen Polyphenolmoleküls jedoch auf unterschiedlichen Seiten der Ringebene angeordnet, handelt es sich um die trans-Konformation.

cis- oder trans-Konformation entscheidend

Für die Funktion des Moleküls kann dieser kleine molekulare Unterschied große Folgen haben, wie die Forschergruppe am Beispiel des Azo-Polyphenols gezeigt hat: Als trans-Molekül bindet es an die ATP-Synthase und verhindert so die ATP-Produktion, nicht jedoch in seiner cis-Form. Die Umwandlung von der einen in die andere Form ist überraschend einfach: „Wir haben Azo-Polyphenole synthetisiert, deren Wechsel zwischen der cis- und trans-Konformation durch ultraviolettes Licht geändert werden kann", erklärt Felix Hartrampf vom Department für Chemie an der LMU.

Damit haben die Wissenschaftler einen einfach zu bedienenden Schalter für die wichtigste Energiequelle der Zellen geschaffen: „Diese Funktion haben wir dazu genutzt, um die ATP-Synthase gezielt und mehrfach an- und auszuschalten“, beschreibt Bianca Eisel vom Max-Planck-Institut für Biophysik den Nutzen der Azo-Polyphenole.

Einfacher Schalter für biotechnologische Prozesse?

Die lichtgesteuerten Konformationsänderungen der Azo-Polyphenole könnten in Zukuuft auch biochemisch genutzt werden, um andere Zielproteine zu blockieren. Zudem könnte man durch das gezielte An- und Abschalten der Energieversorgung in lebenden Zellen biotechnologische, energieverbrauchende Prozesse einfach per Licht steuern, resümieren die Autoren der Studie. „Sie setzen die Basis für die weitere Entwicklung von lichtaktivierbaren Verbindungen, welche in Zukunft auch direkt in Zellen eingesetzt werden sollen", so die beiden Projektleiter Trauner und Meier.

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Vom und im Totholz im Wald leben zwölfmal so viele Pilzarten, wie Biologen bisher gedacht haben. Möglich macht diese überraschende Feststellung das „Next Generation Sequencing“, ein modernes Verfahren der Erbgutanalyse. Damit wurden erstmals auch jene Pilze erfasst, die sich innerhalb des Holzes als feines Myzel verbergen. Frühere Studien konnten nur die auf dem Holz sichtbaren Fruchtkörper berücksichtigen. Details ihrer Entdeckung berichten Ökologen des Helmholtz-Zentrums für Umweltforschung Leipzig (UFZ) im Fachblatt „The ISME Journal“.

1254 unterschiedliche Arten

Die Forscher hatten zunächst im Biosphärenreservat Schorfheide-Chorin, im Nationalpark Hainich und im Biosphärengebiet Schwäbische Alb insgesamt rund 300 bis zu vier Meter lange Totholzstämme von je elf Baumarten ausgelegt. Drei Jahre später untersuchten sie, welche Pilzgemeinschaften sich an den Stämmen angesiedelt hatten.

„Die Vielfalt der holzbewohnenden Pilze ist um ein Vielfaches höher als bislang angenommen“, berichtet Witoon Purahong, Bodenökologe am UFZ in Halle und Erstautor der Studie. Insgesamt bestimmten die Forscher in den untersuchten Holzstämmen 1254 sogenannte „Operational Taxonomic Units“ (OTU). Darunter verstehen Mikrobiologen Organismen, die aufgrund ihrer DNA einer eigenständigen Art gleichgesetzt werden können, jedoch noch keinen Artnamen haben.  In einer Vorgängerstudie zählten Wissenschaftler auf den gleichen Flächen anhand der Fruchtkörper nur 97 Arten.

Ähnliches Holz, ganz andere Pilze

Pro Stamm fanden die Autoren der neuen Studie zwischen 22 und 42 unterschiedliche OTUs. Doch nicht nur die Anzahl erstaunte die Wissenschaftler. Sie stellten auch fest, dass holzbewohnende Pilze bestimmte Baumarten bevorzugen und nicht – wie bislang angenommen – generell entweder Nadel- oder Laubbaum besiedeln. „Eiche und Esche haben viele identische Eigenschaften wie etwa die Holzstruktur oder das Kohlenstoff-Stickstoff-Massenverhältnis, aber sie unterscheiden sich in der Anzahl der OTUs deutlich“, schildert Purahong.

Die Ursache dieser spezifischen Besiedelung ist noch unklar. „Die Millionen Jahre lange Koevolution zwischen Bäumen und holzbewohnenden Pilzen könnte ein Ansatz für das Zusammenleben liefern – so wie man dies beispielsweise von den symbiotischen Pilzen kennt“, so Purahong. Aber auch die Interaktion der im Totholz lebenden Pilz-, Bakterien- und Wirbellosen-Gemeinschaften könnte Erklärungen für spezifische Besiedlungsstrategien liefern. 

Erhalt der Biodiversität

Mit dem neuen Wissen ist es möglich, Pilzarten besser zu schützen, die durch Monokulturen bedroht sein könnten, und solche Arten besser zu verstehen, die bislang nur als Symbionten oder Pflanzenschädlinge bekannt waren.

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Fruchtfolgen sind Teil der guten landwirtschaftlichen Praxis. Wechseln sich unterschiedliche Feldfrüchte wie Weizen, Raps und Roggen auf einem Feld ab, ist das gut für den Boden und erleichtert das Schädlingsmanagement. Es bietet aber auch signifikante Vorteile unter Klimaschutzaspekten, wie Ingenieure der Technischen Universität Berlin im Fachjournal „Agronomy for Sustainable Development“ berichten.

Biodiesel aus Raps profitiert

In ihrer mehrjährigen Studie haben die Forscher die Klimabilanzen für Brot aus Weizen, Milch von Kühen und Biodiesel aus Raps sowie Bioethanol aus Stroh neu berechnet. Dabei haben sie sowohl die Fruchtfolge als auch das Nebenprodukt Stroh berücksichtigt. Ihre Ergebnisse verglichen die Berliner Agrarforscher mit bisherigen Ergebnissen, bei denen die Fruchtfolge ignoriert worden war. Der Vorteil der Fruchtfolge ist deutlich: Die Anbaumethode verbessert die CO₂-Bilanzen von Brot um elf Prozent, von Milch um 22% und von Biodiesel aus Raps um 16%. Für strohbasierte Biokraftstoffe allerdings fiel die Bilanz um 80% schlechter aus, denn zuvor war Stroh stets als Abfall- und nicht als Anbauprodukt in die Berechnungen eingeflossen.

„Erstmals können wir nun produktbezogene CO₂-Fußabdrücke landwirtschaftlicher Erzeugnisse berechnen, die in Fruchtfolgesystemen angebaut wurden“, erklärt Umwelttechniker Gerhard Brankatschk, der sich in seiner Dissertation mit neuen Methoden für die Ökobilanz von Agrarprodukten beschäftigt hat. Das Berechnungsverfahren harmoniert dabei mit den internationalen Normen für Ökobilanzierung (ISO 14040/14044).

Entscheidungshilfe für Landwirte und Politiker

Das neue Wissen bietet handfesten Nutzen. „Mit dem international anerkannten Instrument ,Ökobilanzen‘ steht nun nicht nur der Landwirtschaft, sondern auch der Politik und der Wirtschaft ein aussagekräftiges und attraktives Instrument zur lebenszyklusbasierten Nachhaltigkeitsbewertung zur Verfügung“, erläutert TU-Forscher Matthias Finkbeiner.

Beispielsweise können damit die Umweltwirkungen landwirtschaftlicher Optionen wie die Aufnahme von Stickstoff-fixierenden Leguminosen in die Fruchtfolge bewerten werden.

Weltweiter Beitrag zu UN-Nachhaltigkeitszielen

Brankatschk ergänzt einen weiteren Vorteil: „Unsere Berechnungen berücksichtigen auch die Nährwerte für Nutztiere.“ Sie bezögen so die beiden anspruchsvollen UN-Nachhaltigkeitsziele Ernährungssicherung und Bekämpfung des Klimawandels mit ein. Und da Landwirte weltweit Fruchtfolgen und Strohernte praktizieren, können die Erkenntnisse der Studie in allen Regionen der Erde Verbesserungen bewirken.

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Fünf Prozent der deutschen Waldfläche sollten bis spätestens 2020 dauerhaft und rechtsverbindlich ihrer natürlichen Entwicklung überlassen werden. So lautet eines der Ziele der 2007 verabschiedeten Nationalen Strategie zur biologischen Vielfalt (NBS). Da private Waldbesitzer nicht zu dieser Maßnahme gezwungen werden können, beabsichtigten die Bundesländer, zehn Prozent der öffentlichen Waldflächen aus der Bewirtschaftung zu nehmen. Doch Ende 2017 hatten nur Nordrhein-Westfalen (11,5%), Niedersachsen (10%) und das Saarland (10%) die Vorgabe erfüllt, wie eine Erhebung der Naturwald Akademie belegt.

Wenig Fortschritt in Bremen, Brandenburg und Hessen

Schlusslichter sind demnach Bremen (0,4%), Brandenburg (2,5%) und Hessen (3,9%). Für Stadtstaaten wie Bremen ist es zwar aufgrund fehlender geeigneter Flächen schwieriger, das Zehn-Prozent-Ziel zu erreichen. Doch Berlin (7,0%) und Hamburg (9,4%) kommen dem Ziel durchaus nah.

In einer Stellungnahme des Bundesumweltministeriums heißt es dazu: „Insgesamt wird die gesetzliche Verpflichtung der Länder, ein Netz verbundener Biotope zu schaffen, das mindestens zehn Prozent der Fläche eines jeden Landes einnimmt, noch zu langsam umgesetzt […] so dass die notwendige Trendwende beim Verlust der biologischen Vielfalt in Deutschland bislang nicht erreicht wurde. […] Es bedarf daher erheblicher zusätzlicher Anstrengungen von Bund, Ländern und auf kommunaler Ebene in möglichst allen betroffenen Politikfeldern.“

Kritik der Umweltverbände

Deutlicher werden die Umweltverbände BUND, NHR, DUH, NABU und WWF in einem gemeinsamen Zwischenbericht nach zehn Jahren NBS: Verwaltungstechnische und finanzielle Engpässe müssten beseitigt werden. Rund 50 Millionen Euro seien dazu erforderlich, unter anderem für Ausgleichszahlungen für besonders artenreiche Waldflächen.

Kritik kommt auch vom Niedersächsische Ministerium für Ernährung, Landwirtschaft und Verbraucherschutz: „Niedersachsen beklagt, dass der Bund die Länder zu wenig bei der NBS unterstützt, und sie nicht etwa durch Änderungen im Bundesnaturschutzgesetz oder Bundeswaldgesetz verbindlich macht.“

Werden die richtigen Flächen geschützt?

Unklar bleibt angesichts des allein über die Fläche definierten Ziels weiterhin, ob damit auch tatsächlich die ökologisch wertvollsten Wälder geschützt werden. Der Naturwald Akademie zufolge findet die Bedeutung für die Artenvielfalt nicht immer Berücksichtigung, wenn Bundesländer neue Naturwaldflächen ausweisen.

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Immer mehr Menschen auf dem Planeten bedeutet auch immer mehr Abfall und nicht zuletzt immer mehr Abwasser. Dessen herkömmliche Aufbereitung in Kläranlagen ist energetisch aufwendig und teuer. Nun gibt es einen neuen Ansatz, bei dem Bakterien im Fokus stehen. Diese Mikroorganismen können nämlich nicht nur Abwasser reinigen, sondern gleichzeitig auch Strom erzeugen. Experten des CUTEC Umweltwelttechnik Forschungszentrums der Technischen Universität Clausthal testen die neue Technologie der Bio-Brennstoffzelle bereits im Einsatz einer Kläranlage in Goslar im Harz. Damit konnte das Team in der Kategorie Forschung beim Deutschen Nachhaltigkeitspreis 2018 punkten.

Aufbauen konnten die Wissenschaftler unter anderem auf einer 3-Mio-Euro-Förderung des Bundesministeriums für Bildung und Forschung (BMBF) für das Projekt "BioBZ" im Rahmen der Maßnahme „Zukunftsfähige Technologien und Konzepte für eine energieeffiziente und ressourcenschonende Wasserwirtschaft” (ERWAS). Dass Bakterien überhaupt als Stromlieferant in Frage kommen, daran hat Uwe Schröder keinen unerheblichen Anteil. Der Chemiker an der TU Braunschweig will die bakteriellen Mechanismen verstehen, die das neue Verfahren ermöglichen und kooperiert schon seit langem mit den Ingenieurs-Kollegen in Clausthal. Gemeinsam wollen sie die Basis dafür schaffen, die Bio-Brensstoffzelle möglichst effizient in der Industrie zu nutzen. 

A growing number of people on the planet also means a growing amount of waste and waste water. Its conventional treatment in sewage treatment plants requires a lot of energy and is quite expensive. Now, there is a new approach that focuses on bacteria. In short: these microorganisms can not only purify waste water, but also generate electricity at the same time.

Uwe Schröder played a big part in even considering that bacteria could be an electricity supplier. The chemist at TU Braunschweig aims to understand the bacterial mechanisms underlying the new method and has long been cooperating with engineering colleagues in Clausthal. Together, they aim to facilitate an efficient use of the bio-fuel source in industry.

Chirurgische Eingriffe sind für Patienten immer eine Belastung, auch wenn sie erfolgreich verlaufen. Eine Forschungskooperation aus mehreren Firmen mit dem Thüringischen Institut für Textil- und Kunststoff-Forschung e.V. (TITK), die vom Bundeswirtschaftsministerium gefördert wird, will nun eine Unannehmlichkeit der Behandlungen beseitigen: Sie arbeiten an Nahtmaterial aus biobasierten Kunststofffasern, das den Patienten mehr Sicherheit und Komfort bieten soll.

Bioresorbierbar ohne toxische Nebenprodukte

An Kunststofffasern und ihre funktionalen Eigenschaften werden im medizinischen Umfeld zunehmend hohe Anforderungen gestellt. „Im Projekt entwickeln wir neuartige Fasern aus Biopolymeren, die den Patienten den Vorteil bieten, dass sie für die Menschen besonders verträglich sind und mit der Zeit vom Körper abgebaut werden, ohne dass dabei toxische Nebenprodukte anfallen“, erläutert Rüdiger Strubl vom TITK.

In diesem Fall liegt die Messlatte sogar noch höher: Das chirurgische Nahtmaterial soll nicht nur sämtliche medizinischen Anforderungen erfüllen, sondern auch aus nachwachsenden Rohstoffen gewonnen werden. Denn wie in vielen Bereichen der Kunststoffindustrie gilt für die Medizintechnik ebenfalls das Bestreben, erdölbasierte Rohstoffe durch erneuerbare, biobasierte Materialien zu ersetzen.

Polyester-Urethan-Fasern aus nachwachsenden Rohstoffen

Die neuen Fasern sollen vor allem für Einsatzgebiete entwickelt werden, in denen es heute keine oder nur wenig Alternativen gibt, erklären die Projektpartner. Dazu setzen sie auf Polyester-Urethan-Fasern aus pflanzlichen Rohstoffen.

Die Aufgaben haben die Projektpartner nach ihren Kompetenzen verteilt: Die Fritzmeier Umwelttechnik GmbH liefert die Polyesterrohstoffe, die UnaveraChemLab GmbH entwickelt deren chemische Modifikationen, das TITK produziert die Fasern im sogenannten modifizierten Schmelzspinnverfahren, die FABES Forschungs-GmbH führt die toxikologischen Untersuchungen durch und die Catgut GmbH erprobt die Eignung für die unterschiedlichen medizinischen Einsatzzwecke.

Drei Jahre fördert das „Zentrale Innovationsprogramm Mittelstand“ vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie die Forschung – dann sollen Resultate vorliegen.

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