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GPS und Sensortechnik haben längt die Landwirtschaft erobert. Nicht nur auf dem Acker kann die Digitalisierung die Arbeit der Landwirte erleichtern und effizienter machen. Auch in der Tierhaltung können Funkchips und Co. die Tiergesundheit überwachen und so für höhere Erträge sorgen. Welche Vorteile die Digitalisierung der Landwirtschaft bringt, haben Landwirte und deren Dienstleister erkannt, wie eine aktuelle Umfrage des Digitalverbandes Bitkom und dem Deutschen Bauernverband (DBV) zeigt. Das Ergebnis: Landwirtschaft 4.0 ist in den Höfen angekommen und schreitet rasant voran.

Landwirte investieren in digitale Technik

Der Umfrage zufolge nutzen schon heute 53 Prozent aller Landwirte bei Feldarbeit und Tierhaltung moderne digitale Technologien wie Hightech-Landmaschinen und Fütterungsautomaten. „Die Landwirte erkennen diese Chance und investieren nachhaltig, um diese Entwicklung voranzutreiben. Die Politik auf EU-, Bundes- und Landesebene ist nun gefordert, die richtigen Rahmenbedingungen zu schaffen, um dieses Potenzial weiter auszuschöpfen“, betonen Bitkom-Hauptgeschäftsführer Bernhard Rohleder und DBV-Generalsekretär Bernhard Krüsken.

Mehr Breitbandanschlüsse und Datensicherheit

Beim Einsatz von Robotern und Drohnen sind Landwirte derzeit jedoch noch zurückhaltend, wie die Umfrage „Digitalisierung in der Landwirtschaft“ ergab. Diesbezüglich sehen die Autoren vor allem Handlungsbedarf beim Ausbau von Breitbandanschlüssen auf dem Land, um das enorme Potenzial der per Funk oder Sensortechnik ermittelten Daten verarbeiten und nutzen zu können. Auch in punkto Datensicherheit und der Regulierung von Drohnen-Einsätzen werden klare Regelungen gefordert. „Big Data eröffnet der Landwirtschaft riesiges Potenzial. So könnte etwa der Aufwand für die immense Nachweis- und Dokumentationspflicht erheblich reduziert werden. Kehrseite sind berechtigte Datenschutzsorgen. Digital erhobene Daten dürfen nicht von Dritten missbraucht werden, sondern müssen optimal geschützt sein“, betont Rohleder.

Landwirte schätzen Vorteile der Digitalisierung

Dennoch: Zwei Drittel der insgesamt 521 befragten Landwirte und Dienstleister sehen die Digitalisierung als Chance, nur 13 % als Risiko. Gefragt nach den drei wichtigsten Vorteilen von Landwirtschaft 4.0 nennen rund vier von zehn Befragten (39%) die damit verbundene körperliche Entlastung. 37% sehen die höhere Produktionseffizienz, fast ebenso viele (36%) die Zeitersparnis und die geringere Umweltbelastung (31%) als Vorteile. „Der Landwirt wird zudem in die Lage versetzt, die betrieblichen Abläufe ganzheitlicher zu betrachten. Dies verbessert die Ökobilanz im Ackerbau und die Haltungsbedingungen bei den Nutztieren“, sagt Krüsken.

Robotik und Drohnen gehört die Zukunft

Feldroboter werden der Umfrage zufolge für die Landwirtschaft immer wichtiger werden. 43 Prozent der Befragten erwarten, dass 2030 autonome Feldroboter wie BoniRob sehr weit verbreitet oder verbreitet sein werden. Auf noch höhere Werte kommt der Einsatz von Drohnen (45 Prozent) und fahrerlosen Traktoren (49 Prozent).

Verbraucher näher an den Hof bringen

Die Mehrheit der Landwirtschaftsexperten rechnet damit, dass die Digitalisierung den Verbraucher „näher an den Hof“ bringt. So könnte es in 15 Jahren üblich sein, dass Konsumenten per Webcam in den Stall schauen und sich so vom Tierwohl überzeugen und auf digitalem Weg ein Produkt zurückverfolgen. „Die Digitalisierung hilft dabei, den zunehmenden Anforderungen nach Transparenz nachzukommen, sagt Rohleder.

Der Einsatz hochmoderner Technologie in der Landwirtschaft hat das Ansehen der Branche umgekrempelt und ihr mehr Akzeptanz in der Öffentlichkeit verschafft. Mit ihrer Hilfe können Rohleder zufolge Herausforderungen wie Preisdruck, harte internationale Konkurrenz, weltwirtschaftliche Zwänge sowie steigende Anforderungen an die Qualität von Lebensmitteln und Umweltschutz gemeistert werden. „High-Tech ermöglicht, noch nachhaltiger zu arbeiten, weil dadurch das Tierwohl erhöht wird und die Felder pflanzen- und umweltgerechter bewirtschaftet werden“, so der Bitkom-Chef weiter.

Feldroboter, die Unkraut jäten, den Nährstoffgehalt im Boden ermitteln oder die Feuchtigkeit in Maispflanzen messen, sind längst keine Utopie mehr. Moderne Feldtechnik mit hochsensiblen Sensoren hat die Arbeit der Landwirte schon jetzt verändert. Und sie hat einer ganzen Branche ein neues Image verpasst.

Arno Ruckelshausen ist einer der Pioniere, die die Möglichkeiten der Informatik für die Landwirtschaft frühzeitig erkannt und den technischen Fortschritt beflügelt haben. „Die Technik kann gigantisch helfen, um ökonomisch und ökologisch unter Integration des Menschen einen Riesenfortschritt zu erzielen. Das ist ein Ansatz, den ich bis heute verfolge“, sagt der 59-jährige Professor.

Bei neuen Entwicklungen dabei sein

Im hessischen Burg-Gemünden aufgewachsen interessierte sich Ruckelshausen früh für naturwissenschaftliche Dinge. Vor allem Physik und Informatik hatten es ihm angetan. Zum Studium fiel seine Wahl auf die Physik: „Ich wollte mich mit Technik beschäftigen, Dinge verstehen und praktisch umsetzen und so an neuen Entwicklungen teilhaben. Die Physik war dafür eine gute Basis."

Detektoren und Sensoren im Blick

Beim Physikstudium an der Universität Gießen faszinierten ihn früh die Möglichkeiten der Computertechnik. Während seiner anschließenden Doktorarbeit von 1983 bis 1987 in Gießen und Heidelberg zur Fusion schwerer Ionen konfigurierte Ruckelshausen Detektoren und Sensoren für die Grundlagenforschung. Er hantierte mit fast drei Dutzend Magnetbändern, um die für ihn wichtigen Daten aus dem Großrechner zu ziehen. „Heute würden wir dazu Big Data und Sensorfusion sagen. Aber das gab es damals noch nicht."

Informatik und Sensorik sind seither zu Wegbegleitern des promovierten Physikers geworden. Seine ersten praktischen Erfahrungen sammelte er beim Elektronikkonzern Philips in Hamburg. In der Forschungsabteilung war er vier Jahre an der Entwicklung von CCD-Bildsensoren für Film- und Fotokameras beteiligt. Die Arbeit hat sein Interesse für die praxisorientierte Ausbildung geweckt, so dass er – auf Grundlage seiner wissenschaftlichen Tätigkeiten und seiner Praxiserfahrung – seit 1991 Studierende an der Hochschule Osnabrück an der Fakultät für Ingenieurwissenschaften und Informatik ausbildet und selbst hier forscht.

Forschung nah an der Praxis

Diese Kombination aus Forschung und Lehre sieht Ruckelshausen als einen entscheidenden Vorteil seiner Arbeit. Er liebt das „kreative Chaos“ und sieht mit Faszination, wie Forschungsprojekte seine Studenten in Aktion versetzen und erfinderisch machen. Die praxisnahe Arbeit steht dabei immer Fokus. „Ich möchte keine Forschung für die Schublade machen. Wenn ich mit Firmen zusammenarbeite, können Forschungsansätze praxisnah gestaltet werden", so Ruckelshausen.

Mitte der 90iger Jahre führte ihn der Zufall zu seinem erstem Forschungsauftrag in die Landwirtschaft. Schnell erkannte er, welche Chancen hier Technologien bieten würden. „Da gab es im Bereich der Elektronik und Informatik einen erheblichen Bedarf, Dinge durch Technik zu verändern“, erinnert sich Ruckelshausen. Diese Erkenntnis war für den zweifachen Familienvater wegweisend. Seither fokussiert sich seine Forschung auf bildgebende Sensortechnologien – Elektronik und Feldrobotik für die Landwirtschaft. Gemeinsam mit Landwirten, Biologen und Pflanzenzüchtern sucht er nach immer neuen Wegen, die Feldarbeit zu optimieren.

Mit Wissen überzeugen

Der Quereinstieg in die Agrarbranche fiel ihm relativ leicht, da ein erheblicher Bedarf an Elektronik und Informatik bestand. Mit dem Feldroboter „BoniRob“ oder dem Projekt zu Feldphänotypisierung „BreedVision“ hat sich der „Außenseiter“ zu einem Spezialisten für Landtechnik entwickelt. In beiden vom Bundesministerium für Ernährung und Landwirtschaft finanzierten Projekten arbeiteten die Osnabrücker Forscher mit Agrarbetrieben Hand in Hand. So entstand „BoniRob“ unter anderem in Kooperation mit der Robert Bosch GmbH, die den Feldroboter jetzt in einem Startup weiterentwickeln. Mithilfe hochmoderner Technik wie 3D-Kamera und Sensoren bewegt sich das Kleinwagen große Gefährt selbstständig übers Feld und liefert zahlreiche Daten wie Blattgröße, Fruchtstand oder Wassergehalt, die auch für Züchtungen maßgeblich sind. „Die Praxistests auf dem Feld sind rückblickend ein Eckpfeiler, warum unsere Projekt so gut klappen. Hier lernen wir, mit den Störgrößen umzugehen.“

Mit Sensorik Ressourcen schonen

Ob als Vorsitzender der Gesellschaft für Informatik in der Landwirtschaft (GIL) oder Leiter der des Kompetenzzentrums COALA in Osnabrück: Seit Jahrzehnten ist Ruckelshausen unterwegs, mit sensorischem Feingefühl die ökologischen und ökonomischen Vorteile der Digitalisierung für die Landwirtschaft zu kommunizieren und so Forschungsergebnisse in die Agrarbetriebe zu bringen. „Durch Wissen und Sensorik in den Maschinen können wir sorgfältiger und wirtschaftlicher mit Ressourcen und Umwelt umgehen, denn je weniger Pflanzenschutzmittel oder Dünger ich ausbringe, umso mehr Geld spare ich auch.“

Fest steht: Bildgebende Sensoren können schon heute wichtige Informationen liefern, um effektiver mit Dünger und Saatgut umzugehen und so die Kosten und Umweltschäden zu minimieren. Im aktuellen Forschungsprojekt „Soil2date“ arbeitet Ruckelshausen mit Partnern aus der Industrie an einem mobilen Bodenprobenlabor, um den Ressourceneinsatz im Pflanzenbau zu optimieren. Bei aller Technikbegeisterung weiß der Experte jedoch: Technik ist ein „fantastisches Hilfsmittel", aber der Mensch muss die Probleme lösen. Die Treiber für eine nachhaltige Landwirtschaft sind neben der Wirtschaftlichkeit auch die Akzeptanz. „Es geht darum, gesellschaftlich akzeptierte nachhaltige Lösungen zu finden und dabei den Menschen mitzunehmen“, so Ruckelshausen.

Autorin: Beatrix Boldt

Licht ist die Quelle, die eine Pflanze zum Wachsen braucht. Im Spross wird das Signal als erstes erkannt. Lichtsignalmoleküle sorgen dann dafür, dass die Pflanze optimal in der jeweiligen Umgebung überleben kann. Ob auch Pflanzenwurzeln die Lichtquelle erfassen, darüber wurde bisher nur spekuliert. Molekularbiologen vom Max-Planck-Institut für chemische Ökologie in Jena haben gemeinsam mit Physikern der Nationalen Universität Seoul in Korea erstmals den Beweis geliefert.

Wie das Team im Fachjournal „Science Signaling“ berichtet, ließ sich bei der Ackerschmalwand demonstrieren, dass das Licht durch den Pflanzenspross direkt in die Wurzeln geleitet wird. „Selbst wenn die gemessene Intensität sehr gering war, war sie ausreichend, um die Lichtrezeptoren zu aktivieren, eine Lichtsignalkette auszulösen und das Wachstum in den Kontrollpflanzen zu beeinflussen“, erläutert der Leiter des Projekts an der Nationalen Universität in Seoul, Chung-Mo Park.

Hochsensibler Detektor verwendet

Bekannt war, dass ein bestimmter pflanzlicher Lichtrezeptor, der Licht der Wellenlängen rot/infrarot wahrnimmt, auch in den Wurzeln vorkommt. Um zu erfahren, wie dieser in der Wurzel aktiviert wird, entwickelte das Team einen hochempfindlichen Lichtdetektor sowie gleichzeitig „blinde“ und „sehende“ Wurzeln. Dafür verwendeten sie Pflanzen der Ackerschmalwand ,die genetisch so verändert waren, dass der Lichtrezeptor nur in den Wurzeln außer Kraft gesetzt wurde, nicht aber im Spross. Die Modellpflanze wurde wie ihre Verwandten in der Natur gehalten, in dem der Spross dem Licht ausgesetzt, die Wurzel im Boden aber sozusagen blind war. Mithilfe des optischen Detektorsystems wurde dann gemessen, wie das Licht im Stamm hinunter in die Wurzeln übertragen wurde.

Energieressourcen effektiv verteilt

„Unsere Arbeit belegt, dass Wurzeln auch im Boden Licht wahrnehmen können. Dies wiederum aktiviert eine Signalkette, die das Pflanzenwachstum, insbesondere die Wurzelarchitektur, beeinflusst“, sagt Ian Baldwin, Studienleiter am Max-Planck-Institut für chemische Ökologie in Jena. Die Vermutung der Forscher: das Talent der Pflanzenwurzeln, auf Licht zu reagieren, trägt entscheidend zum Überleben der Pflanzen in der Natur bei, indem Energieressourcen für Wachstum, Fortpflanzung und Verteidigung effektiver zugeteilt werden. Den Beweis diese Hypothese hoffen die Forscher aus Jena und Seoul in einer neuen Studie zum Kojotentabak Nicotiana attenuata liefern zu können. Die Pflanze wächst in der Wüste und ist daher an extrem starke Lichtverhältnisse angepasst.

Umweltfreundlicher Gerbstoff

Bei der industriellen Herstellung von Leder kommen normalerweise Gerbstoffe auf Basis von Schwermetallsalzen wie Chrom zum Einsatz. Eine natürliche und umweltschonendere Alternative bieten Olivenblätter. Sie enthalten sekundäre Inhaltsstoffe, die die Pflanzen eigentlich für die Abwehr von Fraßschädlingen einsetzen. Diese bilden die Basis für ein biologisch abbaubares Gerbmittel.

Vom Abfall zum Rohstoff

Olivenblätter fallen bei der Ernte im Mittelmeerraum jährlich im Tonnenmaßstab an, werden aber bisher meist als Grünabfall verbrannt. Die wet-green GmbH hat gemeinsam mit der N-Zyme Biotec GmbH ein Verfahren entwickelt, das die Gerbstoffe aus den Blättern in wässriger Lösung extrahiert. Damit lassen sich giftige Säuren und Salze beim Gerben einsparen. Der Stoff hat eine IMO-Zulassung und erlaubt die Herstellung von Premium-Leder nach dem IVN-Naturleder-Standard. Dadurch wird nicht nur die Umwelt geschont, sondern auch besonders hautverträgliches Leder gewonnen.

Marktreife

Die wet-Green GmbH bietet ihr mit dem umweltfreundlichen Gerbverfahren hergestellten Leder mehreren Industriekunden an, die es für ihre Produkte nutzen. Darauf greifen Möbelhersteller ebenso zurück wie Autohersteller.

From waste to olive leather

Olive leaves fall by the tonne during the annual harvest of olives in the Mediterranean and until now have been burned as green waste. Two German companies Wet-green GmbH and N-Zyme Biotech GmbH have developed a process that extracts the tannins from the olives leaves in an aqueous solution. This reduces toxic acids and salts in the tanning process. The leather has IMO approval and allows the production of premium leather according to the IVN Natural Leather Standard.

Environmentally friendly tannins

In the industrial production of leather tanning agents, heavy metal salts such as chrome are usually used. Olive leaves are a natural, environmentally friendly alternative. They contain secondary ingredients, which the plants use as a pest defence. This forms the basis for a biodegradable tanning agent. It not only protects the environment, it also makes the leather extremely skin friendly.

Ready for the market

Wet-Green GmbH offers several industrial clients an environmentally friendly process that uses olive leather for their products. Furniture and car manufacturers are already using this procedure.

Bei der Erzeugung erneuerbarer Energien haben Biogasanlagen im Vergleich zu Windrädern oder Photovoltaikanlagen einen entscheidenden Vorteil: Sie können Strom unabhängig vom Wetter erzeugen und speichern. „Die Stärke von Biogasanlagen ist, dass sie flexibel sind. Sie können bei Bedarf Strom und Wärme erzeugen und auch Strom ins Netz einspeisen – oder die Energie bei Stromüberschuss als Biogas speichern“, erklärt Josef Hofmann, Professor für Energie- und Umwelttechnik an der Hochschule Landshut. Gemeinsam mit Forschern der Hochschule Weihenstephan-Triesdorf in Freising hat Hofmann ein Verfahren entwickelt, dass Biogasanlagen effektiver machen und Anlagenbetreibern neue Geschäftsfelder offenbaren soll.

Hintergrund: Derzeit werden auf Grundlage des Erneuerbare-Energien-Gesetzes EEG nur Anlagen gefördert, die kontinuierlich übers Jahr Biogas erzeugen. Noch können die Betreiber mit einem festen Tarif für den Strom rechnen, den sie ins Netz einspeisen. 2020 endet jedoch der Vertrag. Dann ist Flexibilität angesagt. „Viele Anlagen werden sich dann nicht mehr lohnen, wenn die Betreiber nicht umdenken“, schätzt Hofmann.

Biomethan als neuer effektiver Energiespeicher

Die Forscher haben dafür eine Lösung parat. Sie setzen auf die Umwandlung von Biogas in flüssiges Biomethan. Der Vorteil: Biomethan ist um ein vielfaches energiereicher als Biogas. Es kann über Monate stabil in wärmeisolierten Tanks gelagert werden und bei Bedarf wieder in Wärme- oder elektrische Energie umwandelt werden. „Die Flüssigkeit lässt sich viel länger und effektiver speichern als Biogas“, sagt Hofmann.

Gastrennungsanlage spaltet Biogas

Gemeinsam mit Kollegen der Hochschule Weihenstephan-Triesdorf haben die Landshuter eine Gastrennungsanlage entwickelt, die Biogas in Biomethan und Kohlendioxid spaltet. In einem ersten Schritt musste dafür das Biogas gereinigt werden. Dafür war das Freisinger Teams um Oliver Falk verantwortlich. Um schädigende Stoffe wie Schwefelwasserstoff zu entfernen, haben sie verschiedene Eisenpräparate und Aktivkohlefilter getestet und geschickt miteinander kombiniert. Das Ergebnis: „Im gereinigten Biogas ist kein Schwefelwasserstoff mehr nachweisbar“, so Falk. Der noch enthaltene Anteil ist zumindest so verschwindend gering, dass er etwa einem Salzkorn in einem Liter Wasser gleicht.

Biokraftstoff und Trockeneis als Nebenprodukt

Im Anschluss wurde das gereinigte Biogas in mehreren Stufen auf minus 162 Grad Celsius in der Laboranlage abgekühlt. „Mit unserem Verfahren gewinnen wir Biomethan mit einer Reinheit von 99,9 Prozent. So wäre es auch als Rohstoff für die chemische Industrie interessant, etwa zur Herstellung von Grundchemikalien wie Wasserstoff oder Methanol.“ Biomethan könnte aber auch zur Herstellung von Biokraftstoff verwendet werden und somit neben der Strom- und Wärmeproduktion für Betreiber von Biogasanlagen ein neues Geschäftsfeld bieten.

Demonstrationsanlage in Landshut kommt

Eine Beschichtung für den Wärmetauscher in der Gastrennungsanlage sorgte dafür, dass Kohlendioxid dort zu Schnee wird, der als Trockeneis weiter verkauft werden kann. Die Vermarktung von Trockeneis als Nebenprodukt der Biogaserzeugung könnte für die Anlagenbetreiber zu einer neuen Einnahmequelle werden. Trockeneis wird unter anderem in Flugzeugen zum Kühlen von Lebensmittel oder in der Kunststoff- und Stahlindustrie zum Reinigen von Kunststoff- und Metalloberflächen genutzt. Nach dem Erfolg der Gastrennungsanlage im Labor soll das Prinzip nun auf die Größe einer Biogasanlage übertragen werden. 2017 soll in Landshut eine Demonstrationsanlage gebaut werden.

Altersdiabetes, auch als Typ-2-Diabetes genannt, zählt weltweit zu den größten Volkskrankheiten. Neben Übergewicht, Bewegungsmangel und genetische Veranlagung, ist die nichtalkoholische chronische Fettlebererkrankung ein Treiber der Krankheit. Wie hohe Fettleberwerte innerhalb weniger Wochen zum Schmelzen gebracht werden können, zeigt eine aktuelle Studie vom Deutschen Institut für Ernährungsforschung (DIfE) und dem Deutschen Zentrum für Diabetesforschung (DZD). Wie die Forscher im Fachjournal „Gastroenterology“ berichten, gelang es ihnen mit eiweißreicher Kost die Leberfettwerte von Patienten mit Typ-2-Diabetes innerhalb von nur sechs Wochen um bis zu 48 Prozent zu senken.

Nudeln und Brot mit Erbsenproteinen

Bei der Ernährungsstudie wurden der Effekt von zwei verschiedenen Eiweißdiäten auf den Stoffwechsel bei insgesamt 37 Frauen und Männer im Alter von 49 bis 78 Jahren untersucht. So bekam die eine Gruppe speziell gefertigte Nudeln und Brot zu essen, die mit pflanzlichen Eiweißen aus Hülsenfrüchten wie Erbsenproteinen angereichert war. In der Vergleichsgruppe wurde dagegen ausschließlich tierische Eiweißkost in Form magerer Milchprodukte sowie weißem Fleisch und Fisch serviert. In beiden Diäten trug der jeweilige Eiweißanteil zu 30 Prozent zur Energiezufuhr bei. Der Anteil der Kohlenhydrataufnahme lag bei 40 und jener der Fettzufuhr bei 30 Prozent der Energiezufuhr.

Positiver Effekt auf Stoffwechsel beobachtet

Das Ergebnis: Ganz gleich welche Kost die Studienteilnehmer erhielten, der Effekt auf den Stoffwechsel war bei allen positiv. „Das Leberfett nahm deutlich ab, bei der Hälfte der Studienteilnehmer sogar um mehr als 50 Prozent. Damit verbunden beobachteten wir günstige Veränderungen des Leber- und Fettstoffwechsels, eine verbesserte Insulinempfindlichkeit der Teilnehmer und zudem eine deutliche Abnahme des Botenstoffs "fibroblast growth factor 21" im Blut“, so Olga Pivovarova, die neben Mariya Markova federführend zur aktuellen Studie beigetragen hat. Welche Funktion der Botenstoff bei der Senkung der Leberfettwerte spielt, ist noch nicht geklärt und soll in weiteren Studien untersucht werden. Die Forscher vermuten allerdings, dass das Hormon, dass von Leber und Muskulatur ans Blut abgegeben wird, verschiedene Organe und auch das Fettgewebe beeinflusst und von der Menge der wichtigsten Nährstoffe, Fett, Kohlenhydrate und Eiweiße, abhängt.

Weitere Untersuchungen sollen nun zeigen, ob der positive Effekt eiweißreicher Kost auch bei jüngeren Patienten mit Typ-2-Diabetes anschlägt. „Denn die von uns in der Studie beobachteten günstigen Effekte könnten auch altersabhängig sein, da die Studienteilnehmer im Schnitt das 60. Lebensjahr überschritten hatten. Sofern keine Nierenerkrankungen vorliegen, spielt eine ausreichende Eiweißversorgung besonders in dieser Altersgruppe eine wichtige Rolle, wenn man zum Beispiel an die mit dem Alter oft einhergehende Abnahme der Muskelmasse denkt“, erklärt Studienleiter Andreas Pfeiffer vom DIfE.

Forscher empfehlen Hülsenfrüche als Eiweißspender

Auch wenn noch nicht Fragen beantwortet sind: Aus gesundheitlichen und "umweltrelevanten" Gründen raten die Ernährungsforscher, den täglichen Eiweißbedarf mit pflanzlichen Proteinquellen zu decken wie Erbsen, Linsen und Bohnen sowie Mandeln und Nüssen. Vor allem Hülsenfrüchte sind genauso eiweißreich wie etwa mageres Fleisch, Eier oder fettarme Milchprodukte. Die Produktion von tierischem Eiweiß ist jedoch teuer und belastet die Umwelt. Die Deutsche Gesellschaft für Ernährung (DGE) empfiehlt Erwachsenen, täglich 0,8 Gramm Eiweiß pro Kilogramm Körpergewicht aufzunehmen.

Damit ein Laser Laserstrahlen - also gebündelte Lichtstrahlen - erzeugen kann, braucht es zwei Dinge: Ein Medium, welches angeregt wird und das Licht verstärkt. Und eine Struktur, die das Licht im Medium hält. Dafür werden klassischerweise Kristalle wie Rubin oder Gase wie Helium oder Stickstoff eingesetzt. Während ein konventioneller Laser über Spiegel geordnet zielgerichtet in eine Richtung leuchtet, strahlt ein sogenannter Zufallslaser durch seine unregelmäßige Mediumsstruktur in die verschiedensten Richtungen. „Die Voraussetzung für einen Zufallslaser ist ein definiertes Maß an struktureller Unordnung im Inneren“, erklärt Daniel Van Opdenbosch von Technischen Universität München.

Zellstoffpapier als natürliches Lichtmedium

Gemeinsam mit Physikern der Universität Rom haben die Münchner den ersten steuerbaren Zufallslaser basierend auf natürlichen Strukturen gebaut. Wie das Team im Fachjournal „Advanced Optical Materials“ berichtet, ist es ihnen erstmals gelungen, „eine biologische Struktur als Vorlage für einen technischen Zufallslaser zu verwenden". Als Lichtmedium nutzten die Forscher gewöhnliches Filterpapier aus Zellstoff, wie es in den Laboren zu finden ist. „Wegen seiner langen Fasern und der daraus resultierenden stabilen Struktur erschien es uns als geeignet“, sagt Van Opdenbosch.

Wirre Struktur lenkt Licht in alle Richtungen

Im Zufallslaser wird das Licht also entlang zufälliger Pfade entsprechend der unregelmäßigen Struktur im Inneren des Mediums gestreut. Das Zellstoffpapier bot diese chaotische innere Struktur. „Unser Laser ist insofern zufällig, weil das – über die biogene Struktur des Labor-Filterpapiers – in verschiedene Richtungen abgelenkte Licht auch in die Gegenrichtung gestreut werden kann“, beschreibt Daniel Van Opdenbosch das Prinzip.

Lichtstreuung wie in der Sonnencreme

Dafür wurde das Zellstoff-Papier im Labor mit Tetraethylorthotitanat, einer metallorganischen Verbindung, imprägniert und anschließend bei 500 Grad Celsius ausgebrannt. Zurück blieb der Keramikstoff Titandioxid. Das Material wird auch in Sonnencremes als Lichtschutz verwendet. „Der Effekt in Sonnencremes basiert auf der starken Streuung von Licht an Titandioxid, was wir auch für unseren Zufallslaser brauchten“, erklärt Van Opdenbosch.

Zufälligkeit ist steuerbar

Dass auch ein Zufallslaser steuerbar ist, haben die Forscher der Universität Rom im Rahmen der Grundlagenstudie gezeigt. Mithilfe eines Spektrometers konnten sie verschiedene im Material entstehende Laserwellenlängen unterscheiden und getrennt voneinander lokalisieren. „Der Versuchsaufbau, mit dem die Proben kartiert wurden, bestand aus einem grünen Laser, dessen Energie verändert werden konnte, aus Mikroskopielinsen und einem mobilen Tisch, mit dem die Probe abgefahren werden konnte. Damit konnten die Kollegen herausfinden, dass bei verschiedenen Energielevels unterschiedliche Bereiche des Materials verschiedene Laserwellen ausstrahlen“, sagt Van Opdenbosch. Der Laser konnte somit nicht nur nach Belieben eingestellt werden. Auch Richtung und Helligkeit der Strahlung waren je nach Bedarf veränderbar.

Noch steht die Forschung bei der Entwicklung von Zufallslasern zwar am Anfang. Doch sein Potenzial ist sichtbar. "Solche Materialien können beispielsweise als Mikro-Schalter oder Detektoren für strukturelle Änderungen nützlich sein", sagt Van Opdenbosch. Auch die Produktionskosten könnten mithilfe von Zufallslasern gesenkt werden.

Tassen, Kinderspielzeug oder Schuhe problemlos auf dem Kompost entsorgen: Dieses Ziel hat Thorsten Perl mit seinem neuen 3D-Druckmaterial. Mit seinem Eberswalder Start-up BioInspirations ist der Erfinder des nachhaltigen Druckfilaments dabei, gemeinsam mit Geschäftspartner Brian Cotty, nicht nur die 3D-Druck-Gemeinde für "WillowFlex" zu begeistern.

Simply dispose of cups, toys or shoes by throwing them onto the compost heap: That is what Thorsten Perl had in mind when developing his new 3D printer material. Together with his business partner Brian Cotty and their BioInspirations start-up based in the German city Eberswalde, the inventor of this sustainable printing filament is gaining enthusiasts for 'WillowFlex', and not just amongst 3D printer fans.

Die ersten toten Wildvögel wurden vor knapp zehn Tagen an drei Seen in der Nähe der schleswig-holsteinischen Stadt Plön gesichtet. Schnell stand fest: Vorallem Reiherenten, Schwäne und Gänse waren mit dem hochpathogenen Grippe-Erreger H5N8 infiziert. Erste Opfer der Vogelgrippe in Zuchtbetrieben folgten. In einer Hühnerfarm in Grumby im Kreis Schleswig-Flensburg mussten am Wochenende daher 30.000 Zuchthühner vorsorglich getötet, nachdem Tausende Tiere im Stall an dem Virus verendet waren. Auch hier konnten die Tierseuchenexperten von Friedrich-Loeffler-Institut (FLI) in Greifswald das Virus nachweisen.

Noch ist unklar, wie der Erreger in die Ställe der modernen Zuchtfarm in Grumby gelangen konnte. Außer einer Lüftungsanlage, sind die Tiere von der Außenwelt komplett abgeschlossen. „Dass der Erreger einen solchen Betrieb erreicht, ist ungewöhnlich“, äußerte FLI-Präsident, Thomas Mettenleiter, gegenüber dem NDR.

Stallpflicht statt Freilauf

Die Wissenschaftler vom Nationalen Referenzlabor für aviäre Influenza am FLI sind seither dabei, die Ursache des Ausbruchs zu erforschen. Weitere Fälle wurden inzwischen auch aus Baden-Württemberg, Mecklenburg-Vorpommern und vom Bodensee gemeldet. Um die Ausbreitung der Geflügelpest einzudämmen, wurde in mehreren Bundesländern bereits Stallpflicht angeordnet.

Die Säulen der Food-Tech-Branche sind der Acker- und Pflanzenbau (Crop Science), die Agrartechnologie (AgTech), digitale Landwirtschaft (Digital Farming) und Lebensmittelverarbeitung (Food Processing). Junge Firmen drängen in diesen Bereichen auf den Markt und fordern traditionelle Produktionsmodelle heraus. Sie suchen Lösungen für mehr Nachhaltigkeit und Möglichkeiten, eine ständig wachsende Weltbevölkerung zu versorgen. In der Studie werden verschiedene Fragen diskutiert: Wer kümmert sich um das Essen von morgen? Vor welchen Herausforderungen steht die Landwirtschaft der Zukunft? Und welche Technologien machen sie zukunftsfähig? Die Studie bietet Einsichten in Entwicklungen und Trends dieses Wirtschaftszweigs, dessen Investitionsvolumen 2015 auf 2 Milliarden Dollar stieg.

Sie haben einen Biosuperkondensator geschaffen: Wissenschaftler der Ruhr-Universität Bochum und der schwedischen Universität Malmö präsentieren im Fachjournal „Angewandte Chemie“ eine Biobrennstoffzelle, die sowohl effektiv Energie erzeugen als auch speichern kann. „Eine solche Technik könnte zum Beispiel interessant sein für miniaturisierte Geräte, die sich selbst kabellos mit Energie versorgen sollen. Das ist insbesondere für implantierbare miniaturisierte Sensoren wichtig“, sagt Wolfgang Schuhmann vom Bochumer Lehrstuhl für Analytische Chemie.

Polymergel sorgt für Energiefluss

Das Besondere: Der Biosuperkondensator nutzt an den beiden Elektroden Enzyme. So wird mithilfe eines Enzyms an einer Elektrode Glukose zu Treibstoff verbrannt, während an der anderen Elektrode ein Enzym Sauerstoff zu Wasser umsetzt. Um den elektrischen Kontakt zwischen den beiden Elektroden herzustellen, sind die Enzyme in ein elektronenleitendes Gel, auch Redoxpolymer genannt, eingebettet. Beim Aufladen und Speichern der Energie gibt dieses Polymergel an einer Elektrode Elektronen ab und wird dabei positiv aufgeladen. An der anderen Elektrode nimmt es die Elektronen auf und wird so negativ geladen. „Beim Entladeprozess gleichen sich die Ladungen aus, und es fließt ein Strom“, erklärt Schuhmann.

Leichtgewicht mit hoher Kapazität

Mithilfe des enzymatischen Prozesses sind erstmals Energieerzeugung- und speicherung in einem System gekoppelt. Im Test erwies sich die Biobrennstoffzelle dann auch als äußerst stabile und dauerhafte Energiequelle. Sie ist leicht, hat aber eine hohe Kapazität und kann so große Ladungsmengen aufnehmen. Das Fazit der Forscher: „Wir sehen diese Arbeit als Startpunkt für zukünftige Strategien in der Entwicklung von neuen, hochfunktionalen und gleichzeitig kostengünstigen elektrischen Energiequellen auf Biobasis“.

Insgesamt 18,3 Millionen Menschen arbeiteten laut dieser Studie im Jahr 2013 in der Bio-
ökonomie und erwirtschafteten 2,1 Billionen Euro Umsatz. Mehr als ein Viertel des Gesamt-
umsatzes, 600 Milliarden Euro, wurde im Bereich der biobasierten Industrien generiert. Hier waren 3,2 Millionen Menschen beschäftigt. Wichtigste Datenquelle für alle Bereiche der Bioökonomie war Eurostat. Die Studie wurde 2016 veröffentlicht und soll jährlich aktualisiert werden.

The primary biomass production, mainly agriculture plus forestry and fishery employs 58% of all employees but is responsible for a relatively low turnover (21%). More than a quarter of the total turnover, i. e. €600 billion, is achieved by the biobased sector.

Eurostat was used as the main source of data for all sectors of the bioeconomy. Some sectors, such as the forest-based industry, are fully bio-based and thus fully accounted to the bioeconomy. For other sectors such as the chemical industry, the bio-based shares were estimated and included in the data.

The data, generated by nova-Institute on behalf of the Bio-based Industries Consortium (BIC) will be updated annually.