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Muscheln sind wahre Experten wenn es darum geht sich irgendwo anzuhaften – gerade auch auf nassem Untergrund. Wo immer sie sich festsetzen – sei es an Booten, Rohren, am Pier oder anderen Oberflächen unter Wasser – verursachen sie auch enorme Schäden. Tatsächlich sind Muscheln und vor allem Miesmuscheln die schlimmsten Verursacher des sogenannten „Biofoulings“, also dem dicken Bewuchs mit Meeresorganismen.

Bei Booten werden dadurch nicht nur die Materialien beschädigt, sondern auch enorme Treibstoffmehrkosten verursacht. Ein internationales Forscherteam, an dem auch ein Wissenschaftler der Universität Erlangen-Nürnberg (FAU) maßgeblich beteiligt ist, hat eine neuartige umweltfreundliche Beschichtung gegen die Anheftung der blinden Passagiere entwickelt. Außerdem konnte das Team die Haftmechanismen der Muscheln weiter entschlüsseln und diesen so gezielt entgegenwirken. Ihre Ergebnisse wurden im Fachjournal „Science“ veröffentlicht.

Bisherige Mittel zu giftig oder nicht wirksam

Auch ökologisch ist der Befall mit Muscheln problematisch: Fremde Arten gelangen quasi per Anhalter in ferne Ökosysteme und können unter Umständen deren fragile Gleichgewichte stark beeinträchtigen. Bisher wurden zur Abwehr der Anhefter vor allem immer giftigere Farbanstriche verwendet. Dadurch stieg die Schadstoffbelastung im Wasser enorm an, außerdem starben die Fische daran oder reicherten praktisch einen Giftcocktail an.

Selbst neuere Anstriche mit geringerer Oberflächenhaftung, die als ungiftige Alternativen entwickelt wurden, konnten keine Abhilfe schaffen – sie waren schlicht nicht effektiv genug und mussten oft erneuert werden. Und auch Beschichtungen auf der Basis von Silikon oder Fluoropolymeren bewirken lediglich, dass sich der Bewuchs leichter entfernen lässt.

Inspiriert von der fleischfressenden Kannenpflanze

Nicolas Vogel, heute Professor an der FAU und zu Projektbeginn noch Postdoktorand an der Harvard University, und Ali Miserez von der Nanyang Technological University in Singapur, gelang nun die Entwicklung eines neuen Ansatzes zur Muschelbekämpfung. Abgeschaut haben sich die Forscher den Trick von einer Pflanze: „Uns hat die fleischfressende Kannenpflanze inspiriert. Auf ihrer rutschigen Lippe finden Insekten keinen Halt und gleiten hilflos in das Innere der Pflanze, wo sie verdaut werden. Diesen Effekt haben wir auf synthetische Materialien übertragen“, erklärt Nicolas Vogel.

Flüssigkeitsfilm verhindert Anheftung

Das Besondere an der neuen Technologie: Oberflächen können aufgrund ihrer Strukturierung und Oberflächenchemie analog zur Kannenpflanze mit einer Flüssigkeit benetzt werden, die einen geschlossenen Film auf der Oberfläche bildet. Dieser verhindert den direkten Kontakt zur festen Oberfläche und ermöglicht die abweisende Wirkung. Im Labor beobachteten die Wissenschaftler, dass die Tiere auf den benetzten Oberflächen irritiert wirkten.

„Unmittelbar nachdem der Muschelfuß in Kontakt mit der Oberfläche kam, schnellte er wieder zurück in die schützende Schale. Es wirkte fast, als hätte die Muschel auf eine heiße Herdplatte gefasst“, umschreibt Nicolas Vogel die Beobachtungen. Die Forscher testeten zwei verschiedene Varianten der Beschichtung. Als besonders vielversprechend zeigte sich eine infiltrierte Version von Polydimethylsiloxan, einer polymeren Beschichtung, die als Silikon weitverbreitete Anwendung im Bad und in der Küche findet.

Zuletzt erprobten die Forscher ihre Ergebnisse auch unter freiem Himmel. Sie kooperierten mit einem Meeresschutzpark im Hafen von Scituate in der Nähe von Boston. Sie versenkten verschiedene Paneele mit unterschiedlichen Beschichtungen und beobachteten über 16 Wochen hinweg, wie diese besiedelt wurden. Das infiltrierte Polydimethylsiloxan erwies sich auch hier als besiedelungsresistent – und das nicht nur für Muscheln sondern auch andere Meeresorganismen, die sich sonst gerne auf Oberflächen festheften.

jmr

Circular or closed-loop economy is the holy grail of any sustainable economy. The idea is that no materials are being wasted and lost during production, and instead everything can and will be reused and recycled. However, although Germany has one of the most advanced waste management systems in the world, only about 14% of the raw materials used in the German industry are derived from recycling processes. In order to analyse how this small percentage could be increased, the German Federal Environment Ministry studied the issue and came to the conclusion that the circular economy would especially benefit from the growing digitalisation.

At the same time the study also showed that this topic is not really being systematically addressed yet. Therefore, Henning Wilts and Holger Berg at the newly established Circular Economy research unit at the Wuppertal Institute are working on a “Circular Economy Literacy” framework, which is intended to pave the way for the digital and resource-efficient circular economy. They describe these issues in detail in the recently published “in brief”.

Great potential but poor execution

Although the potential for using recycled materials is there, the reality is still far removed from a so-called closed-loop system. Secondary raw materials recovered from waste (recyclates) have previously been fed back into production and usage processes at volumes that are far below what is possible. This means loss of value, creates dependency on volatile commodity markets, lowers resource productivity and increases environmental pollution. The study “The Digitisation of Environmental Technology”, commissioned by the German Federal Ministry for the Environment, Nature Conservation, Building and Nuclear Safety, indicates that no other lead market in the environmental sector stands to benefit from digitalisation more than the circular economy, whilst also suggesting that no sector has ever been so poorly positioned.

Digitalisation as an information revolution

Companies are still relying too much on primary materials instead of recycled raw materials – although the latter would be less expensive. One reason is the fact that it is often times simply not known when and where waste is produced that can be used as recyclates. In addition, the value of waste materials is heavily dependent on their composition and what is known about them. Therefore Wilts, Head of the Research Unit Circular Economy, stresses: “There is an urgent need for better coordination of flows of materials and information, if we are to advance the transition to the circular economy.”

Holger Berg adds: “Information about the quantity and especially the quality of products and the raw materials they contain must be gathered, analysed and retained.” Until now, it has not been possible to overcome much of this information deficit. However, Wilts and Berg anticipate that the digital transformation could provide the solution, because it is an information revolution and can thus serve as the link to enable the implementation of the circular economy.

Providing a strategic vision for circular economy

The ultimate objective is to prevent waste as far as possible and to enable a resource-efficient circular economy. Wilts and Berg are evaluating how such comprehensive change processes can be made possible and set on the right tracks. Their projects aim to bring together the various stakeholders and provide a strategic vision for a digital circular economy in North Rhine-Westphalia, Germany and Europe. In order to advance the field, they stress the necessity of building bridges between the digitalisation and circular economy, they ask to better support small- and medium-sized enterprises, aim to track the progress of the digital circular economy and they ask which areas would stand to benefit the most from the digital circular economy.

jmr

Die Weltbevölkerung wächst rasant. 2050 werden nach Schätzungen der Vereinten Nationen 9,7 Milliarden Menschen auf der Erde leben. Schon heute haben 795 Millionen Menschen nicht ausreichend zu essen und leiden unter Hunger und Unterernährung.

Proteinversorgung der Zukunft im Blick

Die Weltbevölkerung auch zukünftig zu ernähren, gehört daher zu den größten Herausforderungen unserer Zeit. Dabei geht es aber nicht nur um Masse, sondern um „eine für Mensch und Umwelt gesunde Ernährung“, wie der Bioökonomierat in einem aktuellen Analysepapier schreibt. Hinsichtlich einer gesunden und nachhaltigen Ernährung sieht das Beratergremium der Bundesregierung daher die „Proteinversorgung“ als Schlüssel und lenkt den Fokus auf das Potenzial alternativer Eiweißquellen wie Hülsenfrüchte, Algen und Insekten.

Der Grund: Die Produktion eiweißhaltiger Lebensmittel vor allem auf Basis tierischer Proteine belasten zunehmend Umwelt, Klima und Gesundheit. Etwa 70% der weltweiten Agrarflächen werden allein für den Anbau von Futtermitteln für Nutztiere verwendet. Hinzukommen der enorme Wasserverbrauch in Ackerbau und Tierhaltung sowie große Mengen klimaschädlicher Stoffe wie Methan oder Nitrat, die durch die Tierhaltung die Umwelt schädigen. Gleichzeitig steigt die Nachfrage nach tierischen Proteinquellen auch in Ländern wie Indien deutlich an.

Lösungen für nachhaltige Ernährung

Mit seiner aktuellen Kurzanalyse „Bioökonomie für eine nachhaltige Ernährung – Lösungsansätze für die Proteinversorgung der Zukunft“ nimmt sich der Bioökonomierat diesem Thema an und formuliert Lösungsansätze. Bereits heute bietet der Markt zahlreiche vegane oder pflanzliche Alternativen, um den Proteinbedarf zu decken. „Es gibt jedoch neue Produkte und Verfahren der Bioökonomie, die hier noch einen Schritt weiter gehen. Die wohl spannendsten Entwicklungen spielen sich gerade in der Proteingewinnung durch Algen, Insekten und Mikroorganismen ab“, betont die Ernährungsforscherin Hannelore Daniel, die Mitglied des Rates ist. Den Fleischkonsum auf ein „gesundes Maß“ zu reduzieren und gleichzeitig die Nutzung alternativer Proteinquellen stärken, würden nach Einschätzung des Biokonomierates vor allem in den Industrieländern die mit der Tierhaltung verbundenen Probleme deutlich entschärfen.

Mit einem Anteil von 7,5% ist der Ökolandbau im Hinblick auf die gesamte landwirtschaftliche Nutzfläche in Deutschland noch recht gering. Aktuelle Daten des Bundesamtes für Landwirtschaft und Ernährung (BLE) zeigen jedoch einen klaren Trend hin zur nachhaltigen Bewirtschaftung von Feldern und Wiesen. Mit einem Anstieg um 14,9% auf 1.251.320 Hektar war das Wachstum 2016 im Vergleich zum Vorjahr sogar überdurchschnittlich hoch.

Umstellung auf Ökolandbau lohnt sich

Dass die Artenvielfalt von Pflanzen und Tieren auf ökologisch bewirtschafteten Äckern höher ist als auf konventionell betrieben Feldern haben frühere Untersuchungen gezeigt. Nun liefern Göttinger Agrarökologen den Beweis, dass er für Landwirte auch profitabel ist. Für die im Fachjournal „Nature Ecology & Evolution“ erschienene Studie hatte das Team um Péter Batáry die traditionell eher großräumige Landwirtschaft im Osten Deutschlands mit den kleinräumigen Äckern im Westen des Landes hinsichtlich Artenvielfalt und Gewinn verglichen.

Geringe Artenvielfalt auf großen Äckern

Das Ergebnis: Eine Umstellung auf Ökolandbau war für beide Landschaftstypen zwar mit geringen Ertragseinbußen verbunden, jedoch auch mit einer Verdopplung des Gewinns. „Großräumigkeit führte zu keinem höheren Ertrag, aber zu 50% mehr Gewinn für die Landwirte – wegen der geringeren Produktionskosten“, erläutert Péter Batáry. Die Biodiversität war hingegen auf großräumigen und intensiv bewirtschafteten Feldern reduziert.

Biodiversitätsvorteile kleiner Äcker anerkennen

Zugleich zeigte sich, wie wichtig kleine von Feldrändern und Randstrukturen geprägte Äcker für die Artenvielfalt sind. Der Studie zufolge sind die Bewirtschaftungskosten zwar höher. Die Biodiversität wird hier jedoch ähnlich stark gefördert wie im ökologischen Landbau. „Die Kleinräumigkeit der landwirtschaftlichen Bewirtschaftung für die Biodiversitätsförderung ist genauso wichtig wie die Umstellung auf ökologischen Landbau, spielt aber leider bei der Förderung im Rahmen der EU-Agrarpolitik bisher keine Rolle“, betont Batáry. Die Forscher appellieren daher an die Politik der Europäischen Union, die überraschend hohen Biodiversitätsvorteile der Kleinlandwirtschaft anzuerkennen, weil sie vergleichbar mit einer Umstellung auf ökologischen Landbau ist.

bb

Zwischen 2014 und 2017 wurden Modellanalysen der Stromerzeugung bis zum Jahr 2030 sowie Studien zum Einfluss der Elektromobilität auf das Verteilnetz ausgewertet. Ergänzt wurden die Analysen durch einen Stakeholder-Dialog mit Vertretern aus der Automobil- und Energiewirtschaft, mit Verbrauchervertretern und der Zivilgesellschaft.

Gezeigt werden konnte, dass Elektrofahrzeuge bereits heute eine deutlich bessere Klimabilanz als konventionelle Fahrzeuge vorweisen. Das erstaunt umso mehr, bedenkt man, dass der heutige Strommix nur zu etwa 30% aus erneuerbaren Energien besteht. Umso höher der Anteil an erneuerbaren Energien, umso stärker wird der Vorteil demnach ansteigen. Im Jahr 2030, so die Modellanalysen des Öko-Instituts, stehen jeder Tonne CO₂, die für die Nutzung eines Elektrofahrzeugs erzeugt werden müssen, zwei im Verkehr eingesparte Tonnen CO₂ gegenüber.

ERA CoBioTech hat zusammen mit der Europäischen Kommission am 01. Dezember 2016 eine Ausschreibung zur Einreichung von Anträgen für Forschungsprojekte geöffnet.

Mit einem Gesamtvolumen von etwa 36 Mio. Euro sollen interdisziplinäre, innovative und multinationale Forschungs- und Entwicklungsvorhaben gefördert werden. Ansätze aus der Synthetischen Biologie, der Systembiologie, der Bioinformatik und der Biotechnologie sollen verwendet werden, um verschiedene Rohstoffe und Bioressourcen nachhaltig in bio-basierte höherwertige Produkte umzuwandeln; neue Produkte und Dienstleistungen zu entwickeln und industrielle Prozesse in Bezug auf ihre Nachhaltigkeit zu verbessern.

An dieser Stelle setzt das europäische ERA-Netz für Marine Biotechnologie – ERA-MBT an. Dabei kooperieren 19 Förderorganisationen aus 14 Ländern um die wissenschaftliche Zusammenarbeit zwischen EU- und assoziierten Staaten auf dem Gebiet der sogenannten Blauen Biotechnologie zu stärken. Hierunter versteht man den Zweig der Biotechnologie, der die Anwendung biotechnologischer Methoden auf Meereslebewesen zum Gegenstand hat.

Durch Förderung von transnationalen F&E-Kooperationsprojekten im Rahmen dieser Initiative möchte das BMBF nun das noch relativ junge Forschungsgebiet in Abstimmung mit europäischen Partnern vorantreiben. Ziel ist es durch die koordinierte Nutzung und Anwendung der marinen Biotechnologie einen wertvollen Beitrag zur Lösung drängender gesellschaftlicher Probleme in den Gebieten Umweltschutz, menschliche Gesundheit, nachhaltige Versorgung mit Lebensmitteln, Energie und anderen Gütern zu leisten.

Bereits drei Bekanntmachungen

Im Rahmen des ERA-MBT wurden bereits zwei Bekanntmachungen zu den Themen „Entwicklung von Bioraffinerieprozessen für marine Biomaterialien“ und „BioDiscovery – Bioaktive Moleküle aus dem Meer“ veröffentlicht.

Bei der hier vorliegenden dritten Förderbekanntmachung steht das Themengebiet „Metagenomische Ansätze für die Wertschöpfung aus dem Meer“ im Fokus. Dabei soll das genetische Material nicht-kultivierbarer, mariner Mikroorganismen als Bioressource untersucht, identifiziert und charakterisiert werden.Weiterhin sollen kulturunabhängige Methoden entwickelt und eingesetzt werden, mithilfe derer sich die genetische Vielfalt mariner Mikroorganismen gewinnbringend für Anwendungen und Innovationen in der Biotechnologie und Bioökonomie nutzen lassen. Vorrangiges Ziel ist es, neue Enzyme, Metabolite und metabolische Pfade mit biotechnologischem Potenzial zu identifizieren.

Die Vorhaben sollen dazu beitragen, die Wechselwirkungen zwischen Technik, Ökonomie, Ökologie und Gesellschaft zu erfassen und systemische Forschungsansätze zu entwickeln, auf deren Grundlage die Chancen und Risiken eines bioökonomischen Transformationsprozesses abgeschätzt und bewertet werden können.

Gefördert werden Nachwuchsgruppen aus dem Spektrum der Sozial-, Politik- und Wirtschaftswissenschaften, aber auch der Kultur- und Geisteswissenschaften. Besondere Berücksichtigung erfahren Forschungsvorhaben, die sich mit Fragestellungen rund um die sozialen, politischen und ökonomischen Implikationen eines Transformationsprozesses hin zu einer bio-basierten und nachhaltigen Wirtschaftsweise befassen. Dabei kann es um die Bedingungen gehen, unter denen der bioökonomische Wandel erfolgreich zu gestalten und zu legitimieren ist, aber auch um Ziel- oder Verteilungskonflikte, die im Zuge dieser Transformation auftreten können. Da die zunehmende Bedeutung der Bioökonomie kein national oder regional begrenztes Phänomen ist, kann ein weiterer Fokus der zu fördernden Forschungsarbeiten auf der Entwicklung transnationaler Perspektiven liegen. In diesem Sinn werden auch internationale Kooperationen auf der Ebene des wissenschaftlichen Nachwuchses begrüßt.

Deren Ergebnisse sollen mit der bereits in zahlreichen Maßnahmen geförderten natur- und technikwissenschaftlichen Forschung verzahnt und als wichtige Beiträge zur Umsetzung der NFSB genutzt werden. Gemeinsam sollen sie die Grundlage für ein vertieftes Verständnis einer nachhaltigen, bio-basierten und an natürlichen Kreisläufen orientierten Wirtschaftsweise sowie deren Weiterentwicklung legen.

Gefördert werden Forschungsvorhaben, die sich den sozialen, politischen und ökonomischen Herausforderungen widmen, die dem Übergang zu einer nachhaltigen Bioökonomie im Wege stehen – oder durch bioökonomische Transformationsprozesse erst entstehen. Die Struktur der Vorhaben sollte den forschungsspezifischen Gegebenheiten entsprechen und auf einen bestmöglichen Ertrag ausgerichtet sein. Das gilt sowohl für die Zusammensetzung der Forschungsteams als auch für die Projektdauer. Abhängig von Thema, Fragestellung und Methodik ist es möglich, Einzelprojekte oder Verbünde zu fördern. Diese können sich aus Forscherinnen und Forschern der Politik-, Sozial- und Wirtschaftswissenschaften, aber auch der Kultur- und Geisteswissenschaften zusammensetzen.

Gefördert wird die Entwicklung, Umsetzung und Evaluierung von Maßnahmen, die darauf abzielen, mithilfe verschiedener Formate, Instrumente und Methoden eine fundierte öffentliche Debatte über die Ziele und die Ausgestaltung der Bioökonomie zu fördern und damit möglichst breite Teile der Gesellschaft stärker einzubinden und/oder bürgerschaftliches Engagement zu stärken. Besonders herausfordernd ist dabei der Umgang mit der Vielschichtigkeit, der Abstraktheit, der Offenheit der Entwicklung und dem teilweise kontroversen Charakter der Bioökonomie. Im Rahmen einer wissenschaftlichen Evaluierung der durchgeführten Maßnahmen soll zusätzlich Wissen bezüglich der kritischen Erfolgsfaktoren von innovativen Kommunikations- und Partizipationskonzepten generiert werden, das auch in anderen Themenfeldern genutzt werden kann.

Um ein möglichst breites – und interdisziplinäres – Spektrum von Sichtweisen aufzugreifen, sollten sich Akteure aus unterschiedlichen Tätigkeitsfeldern zu Verbünden zusammenschließen. Idealerweise sollten Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler (beispielsweise aus den Sozial-, Politik-, Geistes-, Wirtschafts- und/oder Naturwissenschaften) mit Vertreterinnen und Vertretern der organisierten Öffentlichkeit (beispielsweise Verbänden, NGOs) und Akteurinnen und Akteuren mit besonderen Vermittlungs- bzw. Kommunikationskompetenzen (beispielsweise aus den Bereichen Medien, Ausstellungswesen, Kunst/Design) zusammenarbeiten.