Aktuelle Veranstaltungen

Joghurtbecher oder Plastikflaschen zu recyceln ist heutzutage problemlos möglich. Sie bestehen meist aus einem Polymer wie Polyethylenterephthalat -kurz PET-, das zu Granulat verarbeitet und wiederverwendet werden kann. Viele Lebensmittelverpackungen aus Kunststoff bestehen jedoch aus Mehrschichtlaminatfolien. Diese Verbundstoffe setzen sich aus verschiedenen Polymeren wie PET und Polypropylen (PP) sowie Aluminiumlagen zusammen und sorgen beispielsweise dafür, dass Lebensmittel vor Licht oder Sauerstoff geschützt sind. Beim Recycling müssten diese Materialschichten jedoch getrennt werden. Was bisher technisch nicht möglich war, wollen Partner aus Forschung und Industrie in Bayern nun realisieren.

Kunststoffverbünde sauber trennen

Im Rahmen des Projektes „Circular Packaging“ soll bis 2021 eine Demonstrationsanlage entstehen, die solche Verpackungsabfälle schonend verwertet, so dass daraus neue hochwertige Packstoffe entstehen können. Die Grundlage hierfür liefern Forscher vom Fraunhofer-Institut für Verfahrenstechnik und Verpackung IVV in Freising mit dem CreaSolv-Verfahren. Mithilfe der mittlerweile patentierten Technologie können nicht nur hochwertige und hochreine Kunststoffe in Neuwarenqualität gewonnen werden. Auch Geruchs- und Störstoffe werden beseitigt. Die Entwicklung des lösemittelbasierten CreaSolv-Prozesses wurde mit rund 3,2 Mio. Euro vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) im Rahmen des Förderprogramms „Forschung für nachhaltige Entwicklung (FONA)“ unterstützt.

Demo-Anlage bis 2021 fertig 

Derzeit steht die Technologie nur im Pilotanlagenmaßstab zur Verfügung. Nun soll sich das Verfahren auch im industriellen Maßstab bewähren. In Zusammenarbeit mit den Fraunhofer-Forschern und weiteren Industriepartnern wird unter der Leitung der Lober GmbH & Co. Abfallentsorgungs KG in Neunburg vorm Wald eine Demonstrationsanlage mit der CreaSolv-Technologie entstehen. Das Ziel: Ab 2021 soll hier täglich bis zu einer LKW-Ladung Verpackungsabfälle verarbeitet werden. Darüber hinaus will die Lober GmbH als Betreiber der Anlage künftig auch andere Verbundstoffabfälle aufbereiten, so dass aus den polymeren Werkstoffen neue Produkte entstehen können. Die Verfahrenstechniker vom Fraunhofer-IVV werden den Bau der Demonstrationsanlage begleiten. 

bb

Die Kosmetikbranche boomt: Immer mehr Männer und Frauen jeden Alters setzen auf Cremes und Gele, um Haut und Haare zu optimieren oder zu schützen. Allerdings basieren noch immer viele Kosmetikprodukte auf fossilen Rohstoffen. Der Hersteller von Hightech-Polymerwerkstoffen, Covestro, stellte soeben auf der Pariser Fachmesse Cosmetagora zwei neue nachhaltige Produkte vor: ein biobasiertes Haargel und eine bioabbaubare Sonnenlotion.

Nachhaltiges Hairstyling

Bisher mussten biobasierte Kosmetika oft Abstriche hinsichtlich ihrer Textur und Haltbarkeit in Kauf nehmen. Das neue nachhaltige Hairstylingprodukt von Covestro hingegen soll nach Angaben des Unternehmens das gleiche Leistungsniveau wie synthetisch hergestellte Produkte haben. Baycusaneco E 1000 ist danach ein biobasierter Polyurethan-Filmbildner, der laut Hersteller zu knapp 60% aus nachwachsenden Rohstoffen besteht. Damit soll die Substanz die für Naturprodukte geltende ISO-Norm 16128, Teil 1, erfüllen und darf auch als Inhaltsstoff natürlichen Ursprungs gekennzeichnet werden.

Bioabbaubare Sonnenlotion

In Paris stellte Covestro ebenso seine marktgängigen synthetischen Polyurethan-Dispersionen des Baycusan-Sortiments vor. Im Gegensatz zu anderen Filmbildnern werden diese Stoffe bereits innerhalb weniger Tage biologisch abgebaut, wie das Unternehmen mitteilt. Mit den Suncare-Produkten will Covestro eigenen Angaben zufolge die Auswirkungen auf das marine Ökosystem so gering wie möglich halten.

Covestro gehört zu den weltweit größten Polymer-Unternehmen. Zu den wichtigsten Abnehmern des Leverkusener Unternehmens zählen Automobil-, Holzverarbeitungs-, Möbel- und Chemieindustrie sowie die Bauwirtschaft, aber auch die Gesundheitsbranche und Hersteller von Freizeit- und Kosmetikprodukten.

jmr

There is a huge and seemingly ever-growing market for cosmetics. Men and women of all ages are using countless products to improve or protect their skin and to style their hair. However, the ingredients of many of these products are still fossil-based petrochemicals. Now, Covestro is presenting two new cosmetic products during the Cosmetagora trade fair in Paris on January 15 and 16: A biobased hair gel and a biodegradable and sustainable sun protect lotion.

Sustainable hairstyling

Until now, “green” or biobased cosmetics have often received mixed reviews as most of them had to accept trade-offs in texture, strength or durability for their sustainability. In contrast, Covestro claims that their biobased hairstyling product Baycusan® eco E 1000, which consists of biobased polyurethane film formers, achieves at least the same performance levels as synthetic products, but avoids the disadvantages of other natural film formers. The manufacturer states that the E 1000 hairstyling product is made of nearly 60% renewable raw materials and does not require any synthetic fixing additives. It may therefore be labeled as an ingredient of natural origin in accordance with the ISO Standard 16128, Part 1.

Sun lotion with good biodegradability

Furthermore, Covestro is also presenting the biodegradable properties of a synthetic polyurethane dispersions as part of the Baycusan^® classic range, the protective lotion Baycusan^® C 1004. In contrast to other film formers, according to the company, these are biologically degraded within a short time period – an important advantage, for suncare products. Covestro stated that their main objective here was to minimize the impact on the marine ecosystem while still offering high protection against damaging sun rays.

Covestro is one of the world’s largest polymer companies and is headquartered in Leverkusen. Their business activities are focused on the manufacture of high-tech polymer materials and the development of innovative solutions for products across the automotive, construction, wood processing and furniture segments as well as cosmetics, health and the chemical industry, among others.

jmr

Ob im Mittelmeer, Atlantik oder Pazifik: Plastikmüll ist als Strandgut oder Relikt am Meeresboden überall zu finden. Selbst die Arktis ist davon nicht mehr verschont. Jedes Jahr landen nach Angaben des UN-Umweltprogamms (UNEP) rund acht Millionen Tonnen Plastikmüll in den Weltmeeren. Vor allem Mikroplastikpartikel belasten nachweislich nicht nur die Gewässer und bedrohen das Leben der Meeresbewohner und anderer Tierarten. Auch an Land wird die zunehmende Vermüllung zum Problem. Hier sind es vor allem die Entwicklungsländer, die neue nachhaltige Lösungsansätze für die Entsorgung von Kunststoffmüll benötigen.

Globales Plastikmüllproblem lösen 

Ein neues weltweites Bündnis will das ändern. 30 internationale Konzerne haben sich zusammengeschlossen und Mitte Januar in London offiziell die „Allianz gegen Plastikmüll in der Umwelt“ (Alliance to End Plastic Waste, AEPW) gegründet. Zu den deutschen Gründungsmitgliedern des gemeinnützigen Vereins gehören der Chemiekonzern BASF, der Waschmittelhersteller Henkel und der Werkstoffproduzent Covestro. „Wir gründen die Allianz gegen Plastikmüll in der Umwelt mit, weil wir Lösungen vorantreiben und fördern wollen, die effektiv dazu beitragen, das weltweite Plastikmüllproblem zu lösen“, erklärt Martin Brudermüller, Vorsitzender des Vorstands und Chief Technology Officer der BASF SE.

Kunststoffabfälle als Ressource betrachten

Im Kampf gegen Plastikmüll engagieren sich neben großen Chemiekonzernen auch Unternehmen aus der Kunststoffbranche, der Konsumgüterindustrie, des Handels und der Abfallwirtschaft. „Wir bei Covestro sind überzeugt, dass Kunststoffe viel zu wertvoll sind, um als Müll in der Umwelt zu enden. Sämtlicher Abfall sollte als Ressource betrachtet werden“, erklärt Vorstandsvorsitzender Markus Steilemann.

Neue Lösungen und Technologien entwickeln

Ziel der neuen Allianz ist es, die Entsorgung von Plastikmüll in die Umwelt, insbesondere in die Weltmeere, zu reduzieren und zu vermeiden, wie es in der Pressemitteilung der BASF heißt. Dafür wollen die Unternehmen Lösungen und Technologien entwickeln und diese auf den Markt bringen sowie entsprechende Projekte und Kooperationen fördern. Dazu gehören insbesondere auch Vorhaben, die eine Wiederverwendung gebrauchter Kunststoffe durch Recycling ermöglichen und damit dem Prinzip der Kreislaufwirtschaft gerecht werden. „Eine wichtige Maßnahme, um den unkontrollierten Eintrag von Plastik in die Umwelt zu beenden, ist der Aufbau von Prozessen, die bereits genutzten Kunststoff als Rohstoff wiederverwenden können. Die chemische Industrie nimmt hier eine bedeutende Rolle in der Entwicklung und Umsetzung innovativer Prozesse im Großmaßstab ein, um die Weiterverarbeitung von Plastikmüll in neue Produkte zu ermöglichen“, sagt Brudermüller.

Infrastrukturen für Abfallentsorgung schaffen

Einen weiteren Handlungsschwerpunkt sieht die Allianz in der Entwicklung einer Infrastruktur für Abfallentsorgung und Recycling von Plastikmüll vor allem in Ländern wie China, Indien und Vietnam, die zu den Hotspot-Regionen zählen. Auf der Agenda des Bündnisses steht aber auch die Säuberung von Gebieten, die bereits stark durch Plastikabfälle belastet sind. Im Fokus stehen hier vor allem jene Flüsse, die Plastikmüll vom Land ins Meer transportieren. Diese befinden sich überwiegend in Asien und Afrika.

Investitionen in Milliardenhöhe

1 Mrd. Dollar (umgerechnet etwa 877 Mio. Euro) stehen nach Angaben der Allianz für Investitionen bereit. In den kommenden fünf Jahren soll das Budget auf bis zu 1,5 Mrd. Dollar, umgerechnet 1,3 Mrd. Euro, steigen. „Wir alle sind uns darin einig, dass Plastikabfälle nicht in unsere Ozeane oder in die Umwelt gehören. Dies ist eine komplexe und ernsthafte globale Herausforderung, die schnelles Handeln und eine starke Führung erfordert“, sagt David Taylor, Vorsitzender der AEPW und CEO von Procter & Gamble, das ebenso zu den Gründungsmitgliedern zählt.

Zu den Mitgliedern des AEPW zählen außerdem: Berry Global, Braskem, Chevron Phillips Chemical Company LLC, Clariant, Dow, DSM, ExxonMobil, Formosa Plastics Corporation USA, LyondellBasell, Mitsubishi Chemical Holdings, Mitsui Chemicals, Nova Chemicals, OxyChem, Reliance Industries, SABIC, Sasol, SUEZ, Shell Chemical, SCG Chemicals, Sumitomo Chemical, Total und Veolia.

bb

Die Optogenetik hat sich in den letzten Jahren zu einem wichtigen und äußerst aufschlussreichen Werkzeug der biologischen Forschung entwickelt. Dabei werden mithilfe von lichtsensitiven Proteinen Ionenkanäle gesteuert. Trifft Licht mit einer bestimmten Wellenlänge auf solche Photosensoren, öffnen oder schließen sich diese Kanäle und beeinflussen so die Signalübertragung von Zelle zu Zelle. In der Neurobiologie konnten auf diesem Weg bereits detaillierte Zusammenhänge zwischen der neuronalen Aktivität und bestimmten Verhaltensmustern geklärt werden. Die bisher verwendeten Rezeptoren wurden in der Grünalge unter anderem vom Würzburger Forscher Georg Nagel entdeckt. Jetzt haben Wissenschaftler der Universitäten Würzburg und Bielefeld einen weiteren Lichtsensor der Grünalgen aufgespürt, der ähnlich funktioniert wie die Lichtrezeptoren im menschlichen Auge.

Algen-Lichtrezeptor funktioniert wie bei Menschen

Auch Grünalgen orientieren sich am Licht. Um dieses überhaupt wahrzunehmen, haben sie spezielle Photorezeptoren entwickelt. Bereits im Jahr 2002 entdeckten und charakterisierten Forscher um Georg Nagel, damals am Max-Planck-Institut für Biophysik in Frankfurt am Main, in Algen zwei sogenannte Channelrhodopsine. Im Fachjournal „BMC Biology“ berichten Wissenschaftler von der Universität Bielefeld und der Julius-Maximilians-Universität Würzburg nun von einem weiteren Lichtsensor der Algen. Das Besondere: Bei dem neuen Photorezeptor handelt es sich um eine sogenannte Guanylylcyclase, die durch Licht gehemmt wird. Dieses Enzym ist also nur im Dunkeln aktiv. Wenn es aktiv ist, synthetisiert es den wichtigen Botenstoff cGMP. Trifft nun Licht auf den Rezeptor, hemmt das die cGMP-Produktion – genau wie bei den Photorezeptoren im menschlichen Auge.

Reguliert wird der neu entdeckte Sensor außer durch Licht auch vom Molekül und Energieträger ATP. Solche „Zweikomponentensysteme“ sind bei Bakterien zwar bekannt, bisher aber nicht bei höher entwickelten Zellen wie den Grünalgen. Die Forscher um Armin Hallmann in Bielefeld und Nagel in Würzburg haben den neuen Photorezeptor „Two Component Cyclase Opsin“ getauft, kurz 2c-Cyclop. Entdeckt wurde er gleich bei zwei Grünalgen: der einzelligen Chlamydomonas reinhardtii und der mehrzelligen Volvox carteri.

Neuer Ansatz verhalf zu Durchbruch

„Seit vielen Jahren gibt es genetische Daten, aus denen wir schließen konnten, dass es in Grünalgen noch viel mehr Rhodopsine geben muss als die zwei bisher charakterisierten“, so Shiqiang Gao von der Universität Würzburg. „Bisher konnte aber niemand die Funktion dieser Lichtsensoren demonstrieren.“ Den Pflanzenphysiologen ist dies durch einen neuen Ansatz gelungen: Sie haben das neue Rhodopsin in Eizellen des Krallenfrosches Xenopus laevis und in die Kugelalge Volvox carteri eingebaut. So konnte in beiden Fällen seine Funktion nachgewiesen werden. Die Forschenden erhoffen sich durch ihre Ergebnisse neue Anwendungsmöglichkeiten für die Optogenetik.

jmr

Die Tübinger Novis GmbH hat sich der Weiterverarbeitung von und der Energiegewinnung aus Reststoffen verschrieben. So erzeugt sie beispielsweise bereits Biogas aus Stallmist, Hühnerkot, Obst- und Gemüseresten sowie aus Schlachtabfällen. Jetzt soll ein weiterer Reststoff hinzukommen: Champignonkompost (Champost). Im Rahmen des EU-Projektes „Smartmushroom“, das mit 3 Mio. Euro dotiert ist, will das Team um Novis-Geschäftsführer Thomas Helle eine Biogasanlage entwickeln, die mit Champost betrieben wird. Hintergrund: Für den Anbau von Champignons sind große Mengen an Substrat nötig, das überwiegend aus Pferde- und Hühnermist besteht. Doch der Einsatz als Dünger ist mengenmäßig begrenzt. Europaweit fallen so jährlich mehrere Millionen Tonnen Champost als ungenutzter Abfallstoff an. Das Projekt wird im Rahmen des EU-Programms Horizon 2020 – Fast Track to Innovation – gefördert und umfasst vier europäische Partner.

Tübingen-based Novis GmbH is dedicated to the further processing and generation of energy from residues. For example, it already generates biogas from manure, chicken dung, fruit and vegetable residues as well as slaughterhouse waste. Now another residual material is to be added: Champignon compost (Champost). As part of the EU project "Smartmushroom", which is endowed with 3 million euros, the team led by Novis Managing Director Thomas Helle intends to develop a biogas plant that will be operated with champost. Background: The cultivation of mushrooms requires large amounts of substrate, which consists mainly of horse and chicken manure. However, its use as fertilizer is limited in terms of quantity. Throughout Europe, several million tonnes of champost are produced each year as unused waste material. The project is funded under the EU Horizon 2020 program - Fast Track to Innovation - and comprises four European partners.

Damit Pflanzen wachsen, benötigen sie Nährstoffe wie Phosphat und Stickstoff. Landwirte bringen daher Düngemittel aufs Feld, damit Mais oder Weizen gedeihen und gute Erträge eingefahren werden können. Doch die Nährstoffaufnahme der Pflanzen ist keinesfalls optimal. Stressfaktoren wie Trockenheit können verhindern, dass ausreichend Nährstoffe zu den Pflanzenwurzeln gelangen. „Ein Problem besteht hier vor allem darin, dass die nötigen Nährstoffe in diesen Düngern häufig nicht durchgängig in ausreichender Menge vorhanden oder pflanzenverfügbar sind. Sie werden durch die Aktivität von Bodenorganismen erst langsam freigesetzt, können auch pflanzenschädliche Nebenwirkungen entwickeln und Schadstoffrückstände enthalten“, erklärt Günter Neumann vom Fachgebiet Ernährungsphysiologie der Kulturpflanzen an der Universität Hohenheim.

Nährstoffaufnahme bei Pflanzen ankurbeln

Ein Team um den Hohenheimer Forscher will daher mithilfe von Mikroorganismen wie Bakterien und Pilzen sowie bioaktiven Substanzen wie Pflanzen-, Algen- oder Kompostextrakten die Nährstoffaufnahme aus Boden und Dünger ankurbeln. Die Forschung zur Wirkung sogenannter Bioeffektoren als Pflanzenschutz wird derzeit im Rahmen des BonaRes-Verbundprojektes „DiControl“ gemeinsam mit Forschern vom Leibniz-Institut für Gemüse- und Zierpflanzenbau (IGZ) untersucht. In dem vom Bundesforschungsministerium mit rund 319.000 Euro geförderten Vorhaben geht es auch um die Frage, wie die Gemeinschaften der Mikroorganismen im Boden in den verschiedenen Anbausystemen interagieren. 

Erste Erkenntnisse dazu gibt es bereits. Im Rahmen des EU-Projektes BIOFECTOR haben die Hohenheimer Forscher gemeinsam mit internationalen Partnern die Wirkung der sogenannten Bioeffektoren an Tomaten, Weizen und Mais schon getestet. Hier untersuchten sie, welche Kombination von Bioeffektor und Dünger für das Pflanzenwachstum am erfolgversprechendsten ist.

Anwendungsbedingungen beeinflussen Bioeffektoren

Es zeigte sich: Die Wirksamkeit der Bioeffektoren ist stark von den jeweiligen Anwendungsbedingungen abhängig. So war der Effekt bei Stressbedingungen wie Trockenheit, Kälte oder einem erhöhten Salzgehalt bei der Bewässerung am größten. Neumann zufolge traf das insbesondere auf nichtmikrobielle Bioeffektoren wie Pflanzen- und Algenextrakte, aber auch auf Siliziumpräparate und Kombinationen mit Mikronährstoffen wie Zink und Mangan zu.

Pflanzen mit Bioeffektoren gegen Kältestress wappnen

„Bioeffektoren können offensichtlich über Signalfunktionen natürliche Anpassungsreaktionen an Kälte- oder Trockenstress stimulieren. Die Produzenten werden damit besser gegen klimawandelbedingte Wetterschwankungen abgesichert“, sagt Neumann. Die Hohenheimer Forscher sind überzeugt, dass Bioeffektoren Kulturpflanzen wie Mais, Raps oder Wintergetreide, die hierzulande oft unter kühlen Frühjahrstemperaturen leiden, gegen Kältestress wappnen könnten. Davon würde nicht nur die konventionelle Landwirtschaft profitieren, sondern auch der Ökolandbau. Durch die Stimulation der Nährstoffaufnahme mittels Mikroorganismen oder bioaktiver Substanzen würden Düngemittel besser ausgenutzt. Der positive Effekt zeigte sich sowohl bei organischem als auch bei Mineralstoffdünger. „An der Wurzel plaziert können Bioeffektoren den Pflanzen helfen, durch Förderung des Wurzelwachstums oder durch Mobilisierungsprozesse leichter an die Düngernährstoffe heranzukommen und diese effizienter zu nutzen. Dadurch muss weniger Dünger ausgebracht werden“, erklärt Neumann.

bb

Das fruchtbare Ackerland der Erde ist begrenzt und nimmt durch Erosion und Klimawandel seit Jahren ab. Gleichzeitig steigt der Bedarf nach Anbauflächen, weil die Weltbevölkerung wächst, der Fleischkonsum zunimmt und die chemische Industrie bemüht ist, erdölbasierte durch nachwachsende Rohstoffe zu ersetzen. Welche Rolle dabei Pflanzen spielen, die der chemischen Industrie fermentierbaren Zucker liefern können, hat nun das nova-Institut in Hürth anhand von zwölf Nachhaltigkeitskriterien untersucht.

Nahrungspflanzen, Holz oder Abfälle?

Unterschieden haben die Forscher dabei Pflanzen der sogenannten ersten Generation, die ansonsten als Nahrungs- oder Futtermittel dienen würden, und Quellen der zweiten Generation, bei der dieser Konflikt nicht existiert – beispielsweise Holz, aber auch Abfall- und Reststoffe. Aus Sicht des Klimaschutzes glänzen demnach Restholz, Agrarreststoffe und Bioabfall, aber auch Zuckerrüben und Zuckerrohr senken die Treibhausgasemissionen der chemischen Industrie. Der Kostenvorteil liegt der Studie zufolge klar auf Seiten der Zuckerpflanzen. Aufgrund der insbesondere bei der Zuckerrübe hohen Flächeneffizienz und ihrer als Futtermittel nutzbaren Nebenprodukte sehen die Forscher hier keinen negativen Einfluss auf die Ernährungssicherheit. Das gelte jedoch bei praktisch allen untersuchten Zuckerquellen. Als nachteilig bewertet die Studie bei der Zuckerrübe die Folgen der intensiven Landwirtschaft für Wasser, Luft, Boden und Artenvielfalt.

Konflikte zwischen Kosten und Umweltauswirkungen

Stärkepflanzen wie Weizen und Mais schneiden als Zuckerquelle ebenfalls gut ab. Ihre besondere Stärke liegt in den nährstoffreichen Nebenprodukten für die Futtermittelindustrie, Schwächen sind – neben den Treibhausgasemissionen – wie bei Zuckerrüben die Umweltauswirkungen der intensiven Anbaumethoden. Als offensichtlichen Vorteil von Waldholz beschreibt die Studie die geringe Konkurrenz zu Ackerland. Allerdings sei die Flächenproduktivität gering und es gebe keine Nebenprodukte für die Futtermittelindustrie. Weniger günstig als Holz aus etablierter Forstwirtschaft seien sogenannte Kurzumtriebsplantagen, da hier häufig die Logistik fehle und manchmal die Einrichtung auf ehemaligen Ackerflächen erfolge. Abfall- und Reststoffe haben naturgemäß die geringsten Umweltauswirkungen und verringern die Treibhausgasemissionen am effektivsten. Nachteilig seien jedoch die hohen Treibhausgasvermeidungskosten, fehlende Infrastruktur und begrenzte Verfügbarkeit.

Schlechter Ruf der Zuckerpflanzen nicht zu begründen

Das Fazit der Forscher lautet daher, „dass fermentierbarer Zucker der ersten Generation für eine nachhaltige Rohstoffstrategie der europäischen chemischen Industrie ebenso vorteilhaft ist wie Zucker der zweiten Generation“. Der schlechte Ruf von Agrarrohstoffen der ersten Generation sei wissenschaftlich nicht zu begründen.

bl

In der Biotechnologie dienen Zellen als kleine Fabriken, um gezielt bestimmte chemische Verbindungen herzustellen. Dazu müssen Forschende zunächst geeignete Organismen finden und dann auch noch mit den speziellen Anforderungen und sonstigen Stoffwechselaktivitäten des jeweiligen Organismus‘ zurechtkommen. Weltweit arbeiten Wissenschaftler daher daran, künstliche Zellen herzustellen, die ganz auf ihre jeweiligen Aufgaben zugeschnitten sind. Was die Natur in lebenden Zellen in Millionen Jahren mithilfe der Evolution gelöst hat, muss dazu neugeschaffen oder chemisch nachgebildet werden. Ein Team der TU München hat dabei jetzt einen wichtigen Meilenstein erreicht, wie die Forscher um Friedrich Simmel im Fachjournal „Nature Chemistry“ berichten: Die Zellen können miteinander kommunizieren.

Zellen aus Gelen und Polymeren

Als Zellen dienen Gele oder Emulsionströpfchen mit einem Durchmesser von 10 bis 100 Mikrometern. Eine dünne Fett- oder Polymerschicht fungiert als Membran. Innerhalb dieser Zellen können chemische oder biochemische Reaktionen ungestört ablaufen. Im Fall der Münchener Forschungsgruppe produzierten die Zellen RNA oder Proteine, simulierten also die Genexpression natürlicher Zellen.

Membrankanäle für den Signalaustausch

Diese künstlichen Zellen verbanden die Chemiker zu mehrzelligen Strukturen mit definierter räumlicher Anordnung. In die Membranen haben die Forscher Kanäle eingebaut, durch die Signalproteine transportiert werden können. Tatsächlich ist es gelungen, auf diese Weise Signale durch den Zellverband zu schicken und Informationen von Zelle zu Zelle zu übermitteln, beispielsweise den Befehl, die Produktion eines Proteins zu beginnen. „Unser System ist das erste Beispiel eines multizellulären Systems, in dem künstliche Zellen mit Genexpression eine feste Anordnung haben und über chemische Signale miteinander gekoppelt sind. Auf diesem Wege erreichen wir damit eine Form der räumlichen Differenzierung“, resümiert Simmel. Das sei ein erster Schritt hin zu gewebeähnlichen, synthetischen biologischen Materialien, in denen sich einzelne Zellen wie in biologischen Organismen spezialisieren können.

Anwendung und Grundlagenforschung

Neben langfristig denkbaren Anwendungen als Minifabriken oder Sensoren erhoffen sich die Münchener Forscher auch wertvolle Werkzeuge für die Grundlagenforschung. Sie wollen Fragen zu den Anfängen des Lebens nachgehen, da sich auch damals einfache Zellen spezialisieren mussten, um gemeinsam komplexe Gewebe und Organismen zu formen. Die für diese Studien nötigen Zellen sollen künftig dank einer Kooperation mit der Hochschule München einfacher herzustellen sein als bislang: im 3D-Druck.

bl

1.750 Aussteller aus 61 Ländern präsentieren sich vom 18. bis 27. Januar auf der Internationalen Grünen Woche am Berliner Funkturm. Rund 400.000 Besucher werden nach Angaben der Veranstalter auf dem Messegelände erwartet. Partnerland ist in diesem Jahr Finnland. Die 84. Auflage der globalen Leitmesse für Landwirtschaft, Ernährung und Gartenbau zeigt nicht nur Neuerungen rund um Ernährung und Landwirschaft. Sie bietet auch eine internationale Plattform für neue biobasierte Produkte und Innovationen.

Primär ist die Grüne Woche jedoch vor allem eines: eine kulinarische Entdeckungsreise. Neben exotischen Speisen und regionalen Spezialitäten sind es die Trends von morgen, die auch in diesem Jahr neugierig machen. Ob Proteinbier, gebratene Insekten oder Proteinsnacks aus Algen – die Lebensmittelbranche setzt hier mit gesunden und nachhaltigen Produkten ein Zeichen. 

Besonderer Blickfang in der Bioökonomie-Halle 4.2: ein Porsche Cayman GT4 als Bioconcept-Car. Der schnittige und farbenfrohe Rennwagen ist ein Prototyp, dessen Leichtbau-Karosserie in Teilen aus Pflanzenfasern und biobasiertem Kunststoff besteht. Er ist damit ein anschauliches Beispiel, wie biobasierte und nachhaltige Produkte den Alltag erobern.  

Eine überwiegend pflanzliche oder vollständig vegane Ernährung wird immer beliebter bei umweltbewussten Konsumenten, da die ökologischen Kosten für Fleisch in Form von Waldrodungen und Treibhausgasemissionen immer größer werden. Deshalb sind alternative Proteinquellen wie Insekten, Laborfleisch oder Hülsenfrüchte sehr gefragt. Die Plattform für innovative Food- und Gastro-Ideen NX-FOOD (Next Generation Food) der METRO AG hat nun das britische Lebensmittelunternehmen Moving Mountains und das Düsseldorfer Burger-Restaurant „What's Beef" zusammengebracht, um den ersten Burger aus komplett pflanzlichen Zutaten in Deutschland auf den Markt zu bringen.

Die veganen Burger gibt's nur im Restaurant

„Wir freuen uns, dass wir diese Partnerschaft über NX-FOOD ermöglichen konnten. Unser Antrieb ist es, die Lücke zwischen Innovation und Umsetzung zu schließen", sagt Fabio Ziemßen, Leiter der Abteilung Food Innovation bei METRO. In Großbritannien wurde der Burger von Moving Mountains bereits erfolgreich eingeführt. In Deutschland ist dieser hingegen bisher nicht im Handel erhältlich und kann nur in den Restaurants der Burger-Kette „What's Beef" probiert werden. Für Selim Varol, Gründer und Geschäftsführer von „What's Beef", passt der neue, pflanzliche Burger optimal zur Burgerkette: „Wir sind stolz darauf, das erste Restaurant in Deutschland zu sein, das diese Alternative zu Fleisch anbietet. Natürlich wird es unser nachhaltig erzeugtes Fleisch nicht ersetzen. Aber es bedeutet, dass wir eine Alternative für Kunden bieten können, die ihren Fleischkonsum reduzieren wollen, und für diejenigen, die sich vegan ernähren."

Umweltfreundlich und nahrhaft

Jeder Moving Mountains Burger enthält 25 Gramm pflanzliches Eiweiß aus Austernpilzen, Erbsen, Weizen und Sojasprossen sowie Hafer. Zusätzlich wird Rote-Beete-Saft  verwendet, um die Illusion von „blutendem" Fleisch zu erzeugen. Durch die Zugabe von Vitamin B12 wird der Burger auch zu einer gesunden Nährstoffquelle. „Wissenschaftler, Köche und Landwirte haben mehr als drei Jahre in die Entwicklung unseres Burgers investiert, der die beste Nachbildung von Fleisch im Vereinigten Königreich ist. Die Herstellung erfordert deutlich weniger Land- und Wasserressourcen und verursacht weniger Treibhausgasemissionen als die herkömmliche Fleischproduktion", ergänzt Simeon Van der Molen, Gründer von Moving Mountains.

jmr

Kunststoffe und Plastikverpackungen sind aus unserem Alltag nicht mehr wegzudenken. Doch sie sind gleich in mehrfacher Hinsicht eine Bedrohung für die Umwelt: Herkömmliche Kunststoffe sind meist erdölbasiert und verbrauchen für die Herstellung enorm viele Ressourcen. Außerdem sammeln sich große Müllberge von Einwegplastikprodukten an. Da viele Kunststoffe kaum oder gar nicht recycelt werden, zerfallen sie im Laufe ihres jahrzehntelangen Abbaus in sogenannte Mikroplastikpartikel. Diese reichern sich sowohl auf dem Land als auch im Wasser an und gelangen so in die Nahrungskette. Eine nachhaltige Alternative bieten biobasierte Kunststoffe, die in ihrer Herstellung wesentlich ressourcenschonender sind. Einige sind zudem auch biologisch abbaubar. Noch ist die Herstellung von Bioplastik meist teurer als die Produktion herkömmlicher Kunststoffe. Die Nürnberger Bioingenieurin Stephanie Stute will das ändern: Sie arbeitet an einem Verfahren, das die Herstellung biobasierter und biologisch abbaubarer Kunststoffe aus Polybuttersäure effizienter und kostengünstiger macht.

117 Kilogramm Salat, 67 Kilogramm Gurken, 46 Kilogramm Tomaten, 19 Kilogramm Kohlrabi, 15 Kilogramm Kräuter und 8 Kilogramm Radieschen – das ist die vorläufige Bilanz nach einem Jahr Gemüseanbau im ewigen Eis. Von Dezember 2017 an hatte Paul Zabel vom Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) im EDEN-ISS-Gewächshaus neben der deutschen Antarktisforschungsstation Neumayer III des Alfred-Wegener-Instituts (AWI) auf dem siebten Kontinent Gemüse angebaut. Das DLR betreibt das Gewächshaus, um Informationen für eine künftige Gemüsezucht auf Mond und Mars zu gewinnen. Finanziert wird das Projekt aus Mitteln des Europäischen Forschungsrahmenprogramms Horizon 2020.

Täglich frisches Gemüse für das Überwinterungsteam

Zabel arbeitete fast täglich in dem rund 400 Meter von der Neumayer-Station entfernten EDEN-ISS-Gewächshaus. Bei starken Stürmen wurde das Gewächshaus automatisch vom Kontrollzentrum in Bremen überwacht und gesteuert. „Von Bremen aus waren wir mit Paul in täglichem Kontakt", berichtet EDEN-ISS-Leiter Daniel Schubert vom DLR-Institut für Raumfahrtsysteme im Deutschlandfunk.

Auch die anderen Mitglieder des insgesamt zehnköpfigen Überwinterungsteams auf der Neumayer-Station unterstützten Paul Zabel bei seiner Arbeit. „Nach über einem Jahr in der Antarktis blicken wir auf eine erfolgreiche Überwinterung zurück. Die Arbeit in dem Gewächshaus und das frische Gemüse haben unsere Zeit an der Neumayer-Station III bereichert", sagt Stationsleiter Bernhard Gropp. Die detaillierte Auswertung der Studien zur Pflanzenzucht in der Antarktis laufen noch. Die umfangreichen Ergebnisse, die unter anderem technische, botanische, mikrobiologische sowie psychologische Analysen enthalten, werden für Mai 2019 erwartet.

Künstliches Licht und Nährstofflösung für die Pflanzen

Denn in dem EDEN-ISS-Gewächshaus wachsen die Pflanzen nicht wie üblich in der Erde, sondern in zwei umgebauten Schiffscontainern komplett unabhängig von den äußeren Umweltbedingungen. Das künstliche Licht stammt aus LED-Lampen und die Wurzeln wachsen nicht in Erde, sondern hängen in der Luft und werden regelmäßig mit Wasser und Nährstoffen angesprüht. Das komplette Klima im Gewächshaus kann gesteuert werden – einschließlich Temperaturen und Luftfeuchtigkeit.

Dennoch gab es auch ein paar Probleme während des Jahres im Eis. Zum einen seien beispielsweise Paprika- und Erdbeerpflanzen zwar gut gewachsen, wie Zabel im Deutschlandfunk berichtet. Die Erdbeeren hätten jedoch gar keine Früchte gebildet, und die Paprika nur sehr wenige. „Da müssen wir noch mal schauen, woran das da genau gelegen hat“, so Zabel. Die meisten Probleme lagen aber im technischen Bereich, wie Systemausfälle oder einzelne Komponenten, die unerwartet kaputtgingen.

In zehn Jahren wächst Gemüse auf dem Mond

In den kommenden zwei Jahren wird das DLR deshalb zusammen mit dem AWI und anderen Forschungspartnern die Produktionsprozesse im EDEN-ISS-Gewächshaus weiterentwickeln, um zukünftigen Stationen auf Mond und Mars ein optimiertes Gewächshauskonzept anzubieten. Die Fortführung des Projekts ist offen für Forscher aus der ganzen Welt. „Bald übergeben wir das Gewächshaus an die neuen Überwinterer, die das EDEN-ISS-Projekt in der Antarktis fortführen und sich um den Pflanzenanbau kümmern werden", so Schubert.

Vor allem die Zuverlässigkeit der Systeme müsse den Forschenden zufolge noch verbessert werden. Schließlich soll bei einer Anwendung im All der Gemüseanbau gleichzeitig Sauerstoff für die Menschen erzeugen – ein Ausfall der Systeme wäre dann lebensbedrohlich. Dem Deutschlandfunk gegenüber zeigt sich Zabel dennoch optimistisch: „Ich denke, man könnte schon innerhalb von zehn Jahren so ein Gewächshaus für Mond oder Mars funktionsfähig bekommen.“

jmr

117 kilograms of lettuce, 67 kilograms of cucumbers, 46 kilograms of tomatoes, 19 kilograms of kohlrabi, 15 kilograms of herbs and 8 kilograms of radishes - these are the preliminary results after one year of vegetable farming in perpetual ice. From December 2017 onwards, Paul Zabel of the German Aerospace Center (DLR) had been growing vegetables in the EDEN-ISS greenhouse next to the German Antarctic research station Neumayer III of the Alfred Wegener Institute (AWI). DLR operates the greenhouse to obtain information for future vegetable farming on the Moon and Mars. The project is funded by the European Research Framework Programme Horizon 2020.

Fresh vegetables daily, despite perpetual ice

Almost every day Zabel walked the 400 metres from the Neumayer Station to the EDEN-ISS greenhouse, except for heavy storms, during which the greenhouse was automatically monitored and controlled by the control centre in Bremen. "From Bremen, we were in daily contact with Paul," reports Daniel Schubert, head of EDEN-ISS at the DLR Institute for Space Systems.

The other members of the winter-team at Neumayer Station also supported Paul Zabel in his work. "After more than a year in Antarctica, we can look back on a successful winter. The work in the greenhouse and the fresh vegetables enriched our time at Neumayer Station III," says Station Manager Bernhard Gropp. The evaluation of the studies on plant breeding in Antarctica is still ongoing. The detailed results, which will include technical, botanical, microbiological and psychological analyses, are expected to be completed in May 2019.

Artificial light and nutrient solution for the plants

Of note, in the EDEN-ISS greenhouse the plants do not grow as usual. Rather, the greenhouse is made-up of two converted shipping containers and the conditions inside are completely independent of the external weather conditions. The artificial light is provided by LED lamps and the roots do not grow in soil, but hang in the air and are sprayed regularly with water and nutrients. The entire climate in the greenhouse can be controlled - including temperatures and humidity.

Yet, there have been a few problems during the year in Antarctica. Although the paprika and strawberry plants, for example, have grown well, as Zabel reports on Deutschlandfunk radio, the strawberries had not formed any fruit at all, and the peppers formed only very few. "We'll have to see what exactly this was all about," says Zabel. However, most of the problems were in the technical area, such as system failures or individual components that unexpectedly broke down.

Greenhouse system could be ready for the Moon in ten years

Over the next two years, the DLR, together with AWI and other research partners, will therefore further develop the production processes in the EDEN-ISS greenhouse in order to offer future stations on the Moon and Mars an optimised greenhouse concept. The continuation of the project is open to researchers from all over the world. "Soon we will hand over the greenhouse to the new winter team, who will continue the EDEN-ISS project in Antarctica and take care of plant cultivation," says Schubert.

According to the researchers, the reliability of the systems in particular needs to be improved. After all, when used in space, the farming of vegetables will also be used to produce oxygen - a failure of this system would therefore be life-threatening. Nevertheless, Zabel is optimistic: "I think one could get such a greenhouse up and running for the Moon or Mars within the next ten years."

jmr

„Und was gibt’s morgen?“ Mit dieser Frage lockt die Sonderschau des Bundesministeriums für Ernährung und Landwirtschaft (BMEL) die Besucher der Grünen Woche in Halle 23a – und liefert gleich die Antwort mit: Hightech im Stall, auf dem Acker und im Bienenstock soll die Branche mehr als bisher prägen und so für die Herausforderungen der Zukunft fit machen.

Drohnen fliegen über den Acker, Sensoren messen Bodenfeuchtigkeit oder Reifegrad von Früchten, Melkcomputer und Entmistungsroboter verbessern die Tierhaltung im Stall: Die BMEL-Sonderschau zeigt, wie die Digitalisierung die Arbeit von Landwirten schon heute erleichtert. Zudem wird beleuchtet, wie die Pflanzenzüchtung von neuen Technologien profitieren kann.  

Smarte Helfer für den Obstanbau

Vor allem im Obstanbau setzen die Forscher auf Präzision durch mobile Anwendungen, wie das Potsdamer Leibniz-Institut für Agrartechnik und Bioökonomie e.V. zeigt. Sensoren und Drohnen sollen den Obstanbau effektiver machen. So könnte künftig mithilfe eines Sensors der optimale Zeitpunkt für die Ernte von Obst ermittelt werden. Der optische Sensor misst dafür den Chlorophyllgehalt der Frucht als Indikator der Fruchtreife. Um Pflanzenschutzmittel zu sparen und präziser aufbringen zu können, entwickelten die Potsdamer Forscher einen Laserscanner, der die Bäume und deren Blattfläche ermittelt und so die nötige Menge an Spritzmittel errechnet. Mit „SmArt“ haben die Leibniz-Forscher bereits einen digitalen Helfer im Obstanbau im Einsatz. Das sensorgestützte Gerät fährt die Apfelplantagen ab, erfasst die Blütenmenge und dünnt diese automatisch aus, um den bestmöglichen Ertrag zu gewährleisten. 

Weinanbau mit Zwischenfrüchten

Ertragssteigerung mittels natürlichem Pflanzenschutz ist ein Ansatz, den das Julius-Kühn-Institut – Bundesforschungsinstitut für Kulturpflanzen verfolgt. Am Beispiel des Weinanbaus wird gezeigt, wie der Anbau von Zwischenfrüchten wie Kamille, Wilde Möhre oder Phaselia den Unterboden fruchtbar machen und die Biodiversität steigern kann.

Holz ist einer der wichtigsten Rohstoffe unserer Industrie. Es wird zur Energiegewinnung, als nachhaltiges Baumaterial, zur Herstellung von Papier und Bioplastik verwendet. Doch wie genau wächst und bildet sich das Holz eigentlich? Dieser Frage sind Heidelberger Forscher nachgegangen. Wie sie in der Fachzeitschrift „Development“ berichten, sind sogenannte zweigesichtige Stammzellen für die Holzbildung verantwortlich. Diese bilden nicht nur den Ausgangspunkt für die Entstehung von Holz, sondern auch für die Erzeugung von pflanzlichem Bast, indem sie sich abwechselnd zu Holz- und Bastzellen weiterentwickeln.

Das Kambium ist die Wachstumszone der Bäume

Mithilfe der Photosynthese verwandeln Bäume die Sonnenenergie in Zucker und Biomasse. Der größte Teil der Biomasse wird bei der Holzbildung gespeichert. Gebildet wird das Holz von einer dünnen Schicht Stammzellen, dem sogenannten Kambium. Dieses befindet sich direkt unter der Rinde und erzeugt neben dem Holz auch den pflanzlichen Bast, der oft in der Faserindustrie verwendet wird. „Obwohl es eine entscheidende Rolle im Stoffkreislauf der Erde spielt und wichtige Materialien für unseren täglichen Bedarf liefert, ist die Funktionsweise des Kambiums nahezu unbekannt“, sagt Thomas Greb, der am Centre for Organismal Studies die Forschungsgruppe Entwicklungsphysiologie leitet.

Marker zeigen die Doppelfunktion der Stammzellen

Um die Holzbildung nachzuvollziehen, hat das Team um Greb verschiedene Zelltypen im Kambium mit fluoreszierenden Proteinen markiert. Dadurch konnten sie deren Entwicklung verfolgen und so beobachten, dass bestimmte Zelltypen – nämlich die zweigesichtigen Stammzellen – abwechselnd Zellen für den inneren Holzteil und den äußeren Bast bilden.

Durch das bessere Verständnis der Holzbildung erhoffen sich die Forschenden, in Zukunft weitere Mechanismen der Regulation von Zelleigenschaften entschlüsseln und letztlich das Pflanzenwachstum modellieren zu können.

jmr

Wood is one of the most important raw materials in our industry. It is used for energy production, as a sustainable building material, for the production of paper and even bioplastics. But how exactly does wood grow? This is what researchers from Heidelberg have been investigating. According to their report in the journal "Development", so-called bifacial stem cells are responsible for the formation of wood. Of note, these stem cells are not only the starting point for the production of wood, but also for the production of plant bast by alternately developing into either wood or bast cells.

The cambium is the growth layer of trees

Via photosynthesis, trees convert solar energy into sugar and biomass. Most of the biomass is stored during wood formation. The wood is formed by a thin layer of stem cells, the so-called cambium. This layer is located directly underneath the bark and produces not only wood but also plant bast, which is often used in the fibre industry. "Although it has an essential role in the Earth's materials cycle and supplies important materials for our daily lives, how the cambium functions is largely unknown," says Thomas Greb, who heads the "Developmental Physiology" research group at the Centre for Organismal Studies in Heidelberg.

Fluorescent markers visualise the dual function of stem cells

In order to understand the formation of wood, Greb and his team labelled different cell types in the cambium with fluorescent proteins. This enabled them to follow their development and observe that certain cell types - namely the bifacial stem cells - alternately form cells for the inner part of the wood and the outer bast.

By gaining a better understanding of wood formation, the researchers hope to be able to decipher further mechanisms of the regulation of cell properties and ultimately model plant growth.

jmr