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Whether ground or roasted: Almonds and nuts are especially in demand during the Christmas season. But the protein-rich food is unfortunately also a source of salmonella, which can cause food infections. Now, researchers have succeeded in finding a way to make them germ-free. As part of the MiDeCO2 project, a team led by Karen Fuchs from the Fraunhofer Institute for the Environment, Safety and Energy Technology (“UMSICHT”), together with researchers from Canada, has developed a process that uses compressed carbon dioxide to kill salmonellae on dry foods such as almonds.

The tricky thing about salmonella is that the bacteria survive on the almonds by going into a "dormant state", as Fuchs explains. "In this state, they produce additional biomass that protects them from drying out. If water is then added, the salmonellae multiply explosively." In the past, food had to be recalled from the market because of salmonella contamination.  Just 10 to 100 of these germs are enough to trigger a food infection.

Killing bacteria under high pressure with CO₂

he MiDeCO2 Project, funded by the Federal Ministry of Education and Research, therefore investigated which technologies are suitable for the decontamination of almonds. "It is known that carbon dioxide in liquids such as orange juice can kill pathogenic bacteria under pressure. Our research has shown that under certain conditions this is also possible in dry foods," said Fuchs.

Oil extract prevents renewed germ contamination

The almonds were decontaminated in a single process step in high-pressure autoclaves using compressed carbon dioxide and antimicrobial oils. With the help of the oil extract, the almonds were literally impregnated, making it more difficult for germs to re-infest them. "The oils have not only antibacterial but also antioxidant properties. The oxidation potential is increased, the fats remain preserved longer, in other words, the almonds do not go rancid as quickly," the researcher said. In the test, the team used a bacterium that is even more resistant than Salmonella - Staphyloccus carnosa. In the autoclave, it was shown that storage stability, rancidity or fat composition of the almonds were not affected.

CO₂ can be separated without leaving any residue

Another advantage of the treatment with carbon dioxide is that it is neither harmful to the environment nor to health and can be separated from the almonds without leaving any residue, thus eliminating the need for energy-intensive purification. The taste and quality of the almonds are also preserved. According to the researchers, the process can also be used for other kinds of food. Foods with an increased tendency to oxidation are particularly suitable.

bb

Ob Kleider aus Milchproteinen oder Schaumstoffverpackungen aus Pilzen: Als Chef der Berliner Zukunftsagentur Haute Innovation weiß Sascha Peters, wohin der Trend geht. Der promovierte Designwissenschaftler verfolgt seit Jahren in welche Richtung sich neue Materialien und Technologien bewegen. Er leitet Anwendungsszenarien für die Märkte der Zukunft ab und agiert als Vermittler zwischen technologischer Innovation und marktfähiger Produktanwendung. Als Trendscout und Autor zahlreicher Fachbücher ist Peters überzeugt, dass „Innovationen mit natürlichem Ursprung und biologisch abbaubaren Qualitäten" vor allem kurzweilige Produkte und Bauteile künftig prägen werden und die Kreislaufwirtschaft nur Erfolg haben wird, wenn schon bei der Produktgestaltung an das Rohstoffrecycling gedacht wird.

Whether it's clothes made from milk proteins or foam packaging made from mushrooms, as head of the Berlin-based future agency Haute Innovation, Sascha Peters knows where the trend is heading. The design scientist has been following the direction in which new materials and technologies are developing for years. He derives application scenarios for the markets of the future and acts as an intermediary between technological innovation and marketable product application. As a trend scout and author of numerous specialist books, Peters is convinced that "innovations with natural origins and biodegradable qualities" will shape the future, especially of short-lived products and components, and that the circular economy will only succeed if thought is given to raw material recycling as early as the product design stage.

Während der Coronavirus-Pandemie tragen wir sie ständig im Gesicht – Einwegmasken oder Stoffmasken in diversen Ausführungen, täglich sind sie millionenfach in Gebrauch. Die einen landen direkt im Abfall, die anderen in der Waschmaschine. 

Neben der Schutzfunktion der Masken ist deshalb auch ihre Umweltverträglichkeit ein Thema. Sind Einwegmasken eine Verschwendung von Material und eine Belastung für die Umwelt? Welche Faktoren beeinflussen die Umweltbelastung am stärksten und wie können Masken ökologisch nachhaltiger gestaltet werden? Forschende der Eidgenössischen Materialprüfungs- und Forschungsanstalt (Empa) sind in einem interdisziplinären Team diesen Fragen auf den Grund gegangen und haben ihre Ergebnisse nun publiziert.

Für die Umweltbilanz haben die Forschenden chirurgische Einwegmasken mit Stoffmasken aus Baumwolle verglichen. Ziel war es, eine erste Grundlage zu schaffen, mit der sich Masken bereits in der Designphase bezüglich Nachhaltigkeit optimieren lassen.

Dazu wurden die Treibhausgasbilanz, der Energieverbrauch, der Wasserverbrauch sowie die Gesamtumweltbelastung (ausgedrückt in sogenannten Umweltbelastungspunkten, UBP) von Produktion, Nutzung und Entsorgung der Masken berechnet. Diese Berechnungen zeigen, dass die Baumwoll-Stoffmasken bezüglich Energieverbrauch und Treibhausgasbilanz besser abschneiden als die chirurgischen Masken. Demgegenüber schneidet die chirurgische Maske bezüglich Wasserverbrauch und Gesamtumweltbelastung besser ab als das Pendant aus Baumwolle. Das Waschen der Baumwollmasken fällt gegenüber der Produktion kaum ins Gewicht, so dass die stärkste Hebelwirkung bei der Nutzungsdauer der Baumwollmaske liegt.  

Detaillierte Informationen erhalten gibt es hier: Einweg oder Stoff? Darauf kommt es an.

Nicht vergessen werden darf selbstverständlich, dass die Masken vor allem eines bieten müssen: Schutz vor der Übertragung des Virus.

During the coronavirus pandemic, we wear them on our faces all the time - disposable masks or fabric masks in various designs, used millions of times a day. Some end up directly in the waste, others in the washing machine.

In addition to the protective function of the masks, their environmental compatibility is therefore also an issue. Are disposable masks a waste of material and a burden on the environment? Which factors have the greatest impact on the environment and how can masks be made more ecologically sustainable? Researchers from the Swiss Empa Materials Science and Technology have investigated these questions in an interdisciplinary team and have now published their results.

For the life cycle assessment, the researchers compared disposable surgical masks with fabric masks made of cotton. The aim was to create an initial basis with which masks can be optimised in terms of sustainability as early as the design phase.

For this purpose, the greenhouse gas balance, energy consumption, water consumption and the total environmental impact (expressed in so-called environmental impact points, EIP) of production, use and disposal of the masks were calculated. The calculations show that the cotton fabric masks perform better than the surgical masks in terms of energy consumption and greenhouse gas balance. In contrast, the surgical mask performs better than its cotton counterpart in terms of water consumption and overall environmental impact. Washing the cotton masks is of little importance compared to production, so that the strongest leverage effect lies in the useful life of the cotton mask.

Detailed information is available here: Disposable or fabric? Here is what matters

Of course, it must not be forgotten that the masks must offer one thing above all: protection against the transmission of the virus.

Wenn Pflanzen die Blätter hängen lassen oder gar zu einem kargen Geäst verkümmern, fehlt es oft an Wasser und Nährstoffen. Das A und O ist jedoch die Wurzelaktivität. Denn - ob eine Pflanze gedeiht oder verkümmert, hängt im Wesentlichen davon ab,  ob ihre Wurzeln in der Lage sind, die überlebenswichtigen Stoffe überhaupt aufzunehmen. Mit dem bloßen Auge ist das meist nicht erkennbar. Geophysikern der Universität Bonn ist es nun erstmals gelungen, diese ansonsten versteckten Vorgänge sichtbar zu machen.

Wie das Team um Andreas Kemna im Fachjournal Biogeosciences berichtet, nutzten sie dafür ein neuartiges Bildgebungsverfahren, das bereits in der Medizin Anwendung findet: Die elektrische Impedanz-Tomografie. Sie basiert auf Messungen der elektrischen Leitfähigkeit der in Gewebe und Organen befindlichen freien Ionen.  Auch im Wurzelsystem einer Pflanze sind die freien Ionen das Zünglein an der Wage, um die verborgenen Aktivitäten zu erkennen. „Die Ionen haben Einfluss auf die elektrischen Eigenschaften der Wurzeln, was es uns ermöglicht, Wurzeln bei der Nährstoffaufnahme auf eine neuartige Art und Weise sichtbar zu machen“, erklärt Andreas Kemna.

Wurzeln im Boden durchleuchten

Die Bonner Forscher durchleuchteten mit dieser Methode die Wurzeln lebender Nutzpflanzen, die in einer durchsichtigen, mit Nährlösung gefüllten Plexiglasbox eingebettet waren. An das Wurzelsystem, das sogenannte Rhizotron, legten die Forscher ein elektrisches Wechselfeld an. „Doch anders als Ärzte messen wir nicht nur die elektrische Leitfähigkeit, sondern zusätzlich die durch die Nährstoffaufnahme an der Pflanzenwurzel beeinflusste elektrische Polarisierbarkeit“, erläutert Geophysiker Kemna.

Rückschlüsse auf die Nährstoffdynamik

Die durch das Anlegen eines elektrischen Wechselfeldes hervorgerufenen elektrischen Polarisationsprozesse variieren dabei mit der Ionenaufnahme der Wurzeln. Zahlreiche Messsensoren am Rhizotron erfassen die Polarisationssignale, die mit Hilfe von speziellen numerischen Algorithmen in tomographische Bilder umgewandelt werden.

Die Forscher arbeiteten hierbei mit unterschiedlichen Messfrequenzen, so dass verschiedene frequenzabhängige Tomogramme entstanden, die sich am Computer in wolkenähnlichen Gebilden farbig darstellen ließen, ohne die Wurzeln im einzelnen abzubilden. „Die Auflösung reicht jedoch aus, um Rückschlüsse auf die Nährstoffdynamik des Wurzelsystems einer Pflanze zu ziehen“, betont Projektmitarbeiter Maximilian Weigand.

Der Mini-Mensch aus dem Biotech-Labor kommt handlich daher: Eine Platte so groß wie ein Smartphone, darin stecken Bioreaktoren, die lebende Miniorgane beherbergen. Ein System aus Mikrokanälen und Membranen durchzieht das Konstrukt wie ein Blutkreislauf. Mit ihrem Multi-Organ-Chip wollen Forscher der Technischen Universität in Berlin Wirkstofftests aussagekräftiger und Tierversuche überflüssig machen. Bei einer abendlichen Veranstaltung der TUB am 18. Februar berichteten Biotechnologen um Roland Lauster und Uwe Marx, wie weit sie mit ihrem „Menschen auf dem Chip“-System gekommen sind. Die Pharma- und Kosmetikindustrie bekundet bereits reges Interesse an dem biokünstlichen Testsystem. Dessen Kommerzialisierung wird vom Bundesforschungsministerium im Rahmen des Gründerwettbewerbs GO-Bio mit rund 5 Millionen Euro gefördert.

Auf dem biokünstlichen Chip sind die menschlichen Organe um den Faktor 100.000 geschrumpft. Bei diesen Organoiden handelt es sich um dreidimensionale Zellgebilde, die jeweils die kleinsten Funktionseinheiten eines Organs widerspiegeln. „Wir setzen die Organe und den Blutkreislauf in die richtige Relation “, erläuterte der Biotechnologe Uwe Marx. Das Konzept: die Wirkung und Toxizität von neuen Wirkstoffen und deren Verstoffwechslung kann so systemisch an einem humanen Modell beobachtet werden. So kann in Zukunft die Anzahl der Tierversuche in diesem Bereich erheblich gesenkt werden. Berliner Forscher arbeiten jetzt an den etwas anderen "Dritten" – echten Zähnen aus Stammzellen. Außerdem: Tanzende Spermien beim Dance your PhD-Contest und das Gewinnerteam von iGEM 2013 aus Heidelberg.

Vier Organe auf dem Chip

Mithilfe modernster Zellkulturtechnik, 3D-Biodruck und Mikrofluidik haben die Forscher in den vergangenen Jahren ihre Plattform verfeinert und ausgebaut. Sie gehen nun Schritt für Schritt daran, immer mehr Organsysteme miteinander zu kombinieren. 2012 präsentierte das Team um Marx den ersten Doppelorganchip aus Haut und Leber. Mittlerweile haben die Forscher auch Leber- und Nervengewebe vereint. Das avancierteste Produkt haben die Berliner Ende 2014 fertiggestellt:  ein Vier-Organ-Chip. Er besteht aus Darm, Leber, Niere und einem Haut-Modul. Mit einem solchen „ADMET“-Chip ließen sich genau das gleiche Testprozedere durchführen wie bei Arznei- und Kosmetiktests an Tieren.

„Die Chips werden jeden Tag mit einer Wirkstoffdosis beaufschlagt, wir können aus dem Kreislauf jeden Tag eine Blutprobe entnehmen, in denen können wir alles analysieren, was wir auch bei der Maus analysieren“, so Marx. Das System soll insgesamt 28 Tagen lang funktionieren. Das ist der Zeitraum, der auch in Tierversuchen den Maßstab für Wirkstofftests setzt. Bis 2017 wollen die Forscher zehn Organsysteme auf ihrem Chip vereinen. Damit käme man der Simulation der menschlichen Physiologie besonders nahe.

Mini-Mensch auf dem Prüfstand

Derzeit werden die Multi-Organ-Chips im wahrsten Sinne des Wortes auf Herz und Nieren geprüft. Daran beteiligt ist unter anderem der Konzern Beiersdorf.  Jochen Kühnl, der bei Beiersdorf in Hamburg für neueste Innovationen in der Toxikologieforschung zuständig ist, wies in Berlin auf das riesige Potenzial der In-vitro-Testsysteme hin. Durch das seit 2013 geltende Tierversuchsverbot in der Kosmetikindustrie gebe es für viele Fälle immer noch keine adäquaten Alternativen aus dem Zelllabor.  „Der Multiorganchip ist eine tolle Technologie und wir sind hier früh eingestiegen, um diese Plattform zu testen“. Auch Jörg Knäblein von der Bayer Pharma AG setzt Hoffnungen in den Berliner Multi-Organ-Chip: „Das ist ein perfektes System mit dem Potenzial, Tierversuche in großem Umfang zu vermeiden“. Man stehe derzeit mit der TissUse GmbH in Verhandlungen über eine künftige Zusammenarbeit. TissUse wurde 2010 als Spin-off der TU Berlin gegründet, um das Produkt erfolgreich zu vermarkten.

pg

Grüne Triebe und Knospen sind die Frühjahrsboten schlechthin. Ohne das zarte Grün wäre das Wachstum der Baume und somit der Fortbestand ganzer Waldregionen gefährdet. Doch nicht nur der Mensch erfreut sich an dem frischen Grün. Auch Rehe sehnen sich nach frischen Blattwerk, wenn der Winter vorbei ist. Knospen und Triebe vor allem junger Bäume sind für sie eine Delikatesse. Doch das junge Gewächs weiß sich durchaus gegen das gefräßige Tier zu wehren, wie Biologen der Universität Leipzig und des Deutschen Zentrums für integrative Biodiversitätsforschung (iDiv) jetzt in einer Studie herausgefunden haben.

Speichel verrät Angreifer

Das Besondere: Der Baum kann dabei sogar unterscheiden, ob Trieb oder Ast von Rehen abgeknabbert oder vom Sturm abgeknickt wurden. Wie das Team im Fachjournal "Functional Ecology" berichtet, verrät der Speichel des Rehs den Angreifer. Denn hinterlässt das Tier am frischen Trieb Speichelspuren, fährt der junge Baum die Produktion des Pflanzenhormons Salizylsäure hoch. Dieses Signalhormon setzt wiederum eine Extraportion bestimmter Gerbstoffe frei, von denen einige Stoffe bekannterweise den Tieren den Appetit verderben können.

Gerbstoffe verderben Rehen den Appetit

Neben dem Abwehrmechanismus werden aber vor allem die Wachstumshormone konzentriert, die dem Gewächs das Überleben sichern. „Bricht ein Ast oder eine Knospe dagegen ab, ohne dass ein Reh am Werk war, kurbelt der Baum weder seine Produktion des Signalhormons Salizylsäure noch die der Gerbstoffe an. Stattdessen bildet er vor allem Wundhormone", erklärt die Erstautorin der Studie, Bettina Ohse.

Wehrhafte Baumarten erforschen

Um hinter den Schutzmechanismus der jungen Bäume zukommen, hatten die Forscher um Ohse Bäumchen im Leipziger Auwald austricksen müssen: Mit der Speichelprobe eines Rehs beträufelten sie Schnittstellen an jungen Buchen und Bergahornen und simulierten so die Fressgefahr durch das Wild. Im Anschluss wurde die Konzentration der Hormone und der Gerbstoffe erfasst.

Mit den nun vorliegenden Ergebnissen stehen die Forscher aber erst am Anfang. Langfristig  wollen sie weitere Baumarten auf ihre Abwehrmethoden gegenüber Rehen untersuchen. "Würden sich hier einige als von Natur aus wehrhafter herausstellen, könnten diese möglicherweise in Zukunft in den Wäldern mehr gefördert werden", sagt Bettina Ohse.

bb

Eine solche Übernahme hat es in Deutschland noch nicht gegeben. Für 66 Mrd. US-Dollar soll die Übernahme von Monsanto durch Bayer nun über die Bühne gehen. Die Aufsichtsbehörden müssen allerdings noch zustimmen. Wie der deutsche Chemiekonzern mitteilt, will er 128 Dollar je Aktie zahlen, damit wird Monsanto mit 66 Mrd. Dollar bewertet. Umgerechnet geht es damit um rund 58,8 Mrd. Euro. Wie Daten der Finanzagentur Bloomberg zeigen, ist es zudem der weltweit zweitgrößte Firmenkauf jemals, der durch Bargeld finanziert werden soll.

Bis der Deal tatsächlich über die Bühne gehen kann, müssen noch einige Bedingungen erfüllt werden. So hat die EU-Kommission bereits angekündigt, die Übernahme genau zu prüfen. Auch andere Aufsichtsbehörden müssen noch zustimmen. Finanziert wird die Übernahme auch über Kredite. Bayer bekommt eine Brückenfinanzierung über 57 Mrd. Dollar von verschiedenen Banken. Die Deutschen garantieren den Amerikanern zudem, im Notfall weitere zwei Milliarden Dollar zu zahlen, wenn die Übernahme noch an den Kartellbehörden scheitert.

Canada is the second largest country in the world after Russia and very rich in bioresources. The country alone is home to about 9% of the world's forests. The bioeconomy opens up new opportunities for Canada to use biobased resources efficiently and sustainably and to open up new markets.

Mit der Organobalance GmbH wird eines der hiesigen Traditionsunternehmen aus dem Feld der industriellen Biotechnologie vom dänischen Biotech-Riesen Novozymes übernommen. Wie Novozymes vermeldete, sollen die Berliner mit ihrer Expertise in mikrobiellen Screening-Verfahren und Bioassay-Entwicklung das Portfolio des Konzerns aus der Nähe von Kopenhagen stärken. Finanzielle Details der Fusion wurden nicht bekannt. Novozymes ist der weltgrößte Hersteller von Enzymen, das Unternehmen setzt allein mit diesen Biomolekülen für den Einsatz in Lebensmitteln, Futtermitteln oder Waschmitteln rund 1,5 Mrd. Euro um – knapp die Hälfte des Weltmarktes. Knapp 6.500 Mitarbeiter arbeiten weltweit für den Biotech-Konzern.

Standorte in Berlin und Flensburg

Organobalance GmbH hat neben dem Hauptstandort in Berlin-Wedding noch eine Außenstelle in Flensburg. Die 2001 von der Mikrobiologin Christine Lang mitgegründete Firma ist bekannt für ihre umfangreiche Sammlung mikrobieller Stämme, von denen manche bis in die 1920er Jahre zurückreichen. Darunter sind insbesondere Hefen und Milchsäurebakterien. Zudem hat das heute 29 Mitarbeiter zählende Unternehmen seine Expertise bei mikrobiellen Screening-Verfahren und der Entwicklung von Bioassays stark ausgebaut.

Organobalance ist auf die Entwicklung von natürlichen mikrobiellen Lösungen für unterschiedliche Industriezweige spezialisiert, darunter die Nahrungsmittel-, Futtermittel- und Tiergesundheitsindustrie. Ein Produktbeispiel: eine probiotische Zahnpasta mit natürlichen Milchsäurebakterien, mit denen sich Karieserreger beim Zähneputzen entfernen lassen. Das Unternehmen wurde mehrfach durch das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) unterstützt. So koordiniert Organobalance die strategische Allianz GOBI, ein Bioindustrie-Konsortium mit einem Projektvolumen von 9 Mio. Euro. 

Novozymes will Portfolio verstärken

Bei Novozymes will man sich mit den mikrobiellen Technologien der Berliner noch zusätzlich verstärken. „Mit Organobalance können wir unser Verständnis für die Entwicklung neuer, nachhaltiger Lösungen in unterschiedlichen Industriezweigen erweitern und wir eröffnen uns zusätzliche Geschäftsmöglichkeiten“, so Sebastian Søderberg, Vice President für New Business Development, Incubation & Acquisitions bei Novozymes. „Sowohl Organobalance als auch unsere Mitarbeiter und Kunden werden maßgeblich von dieser Entwicklung profitieren“, so Geschäftsführerin Christine Lang, die auch Co-Vorsitzende des deutschen Bioökonomierats ist. Die Mikrobiologie-Professorin wird das Unternehmen auch weiterhin führen.

„Als Teil von Novozymes haben wir künftig Zugang zu einem globalen Forschungs- und Entwicklungs-Netzwerk und einer umfangreichen Infrastruktur zur Markteinführung neuer Produkte. Wenn sich zwei so etablierte Unternehmen wie Novozymes und Organobalance zur biologischen Forschung zusammenschließen, um technologischen und gesellschaftlichen Herausforderungen zu begegnen, dann profitieren davon auch die Menschen und die Bioökonomie in Deutschland.“

Standorte bleiben bestehen

Nach der Übernahme wird Organobalance in die globale Organisation von Novozymes eingegliedert, aber weiterhin in Deutschland seinen Sitz haben, um von den etablierten biotechnologischen Fähigkeiten der Hauptstadtregion profitieren zu können. Auch die engen Beziehungen des Unternehmens zu deutschen Hochschulen, dem innovativen Umfeld und den Märkten sollen damit bestehen bleiben. In der Pressemeldung betonten die beiden Unternehmen, man habe „ähnliche Ziele und Unternehmenskulturen“, nämlich mit innovativen biologische Lösungen dabei zu helfen, viele der größten Probleme der modernen Gesellschaft zu bewältigen.

pg

Während auf der IFA unterm Funkturm die neueste Smartphone-Generation vorgestellt wurde, haben mehr als 400 Wissenschaftler aus der ganzen Welt in Berlin-Dahlem beim Kongress „Electronics goes green“ über eine Stärkung der Kreislaufwirtschaft in der Elektrobranche diskutiert. Drei Tage lang wurden in fünf parallelen Sessions Ansätze zu grünen Innovationen präsentiert sowie ihre Herausforderungen debattiert – im Technologiebereich, in Bezug auf die Verfügbarkeit mineralischer Rohstoffe, auf der Ebene von EU-Regularien zu Elektroschrott und Chemikalien sowie allgemein zu den Möglichkeiten, in der Elektronik-Industrie ein System der Kreislaufwirtschaft zu etablieren. Mit insgesamt 50 Sessions und fast 200 Vorträgen war das Programm der fünften Konferenz der Reihe sehr breit gefächert. Nachhaltige Geschäftsmodelle und Wertschöpfungsketten, Wege für mehr Energieeffizienz, neue technologische Ansätze – all diese Themen wurden umfassend beleuchtet.

Kreislaufwirtschaft in der Elektronik-Industrie umsetzen

„Wir wollen die Wirtschaft hin zur Kreislaufwirtschaft verändern und an einer nachhaltigen Zukunft der Branche arbeiten“, unterstrich Miquel Ballester Salvà im Eröffnungsvortrag der Veranstaltung, die vom Fraunhofer-Institut für Zuverlässigkeit und Mikrointegration (IZM) in Kooperation mit der Technischen Universität Berlin organisiert wurde. Salvà ist Geschäftsführer der niederländischen Firma Fairphone, die sich zum Ziel gesetzt hat, Mobiltelefone unter fairen Bedingungen herzustellen und deren Teile einzeln repariert werden können. Doch er gab sich kritisch bezüglich der eigenen Branche: „Wir produzieren viele coole Produkte und ersetzen sie jedes Jahr durch neue coole Produkte – nur vielleicht etwas zu früh.“ Mit dem Hinweis von Norbert Zonneveld vom Europäischen Verband der elektronischen Recyclingindustrie EERA, dass „es Abfall nur gibt, wenn unsere Kreativität versagt“, wurden die Teilnehmer schließlich in Kleingruppen entlassen, um themenspezifisch weiter zu diskutieren.

Herausforderung Smartphonisierung der Gesellschaft

Vor allem der nachhaltige Umgang mit den kurzlebigen mobilen Endgeräten, die alle zwei Jahre gegen neue, schnellere und technisch optimierte Versionen ausgetauscht werden, stand im Vordergrund des Kongresses. Wie lässt sich die „Smartphonisierung“ der Gesellschaft überhaupt nachhaltiger gestalten? Selbst für die hochintegrierten Smartphones und Tablets sind modulare Produktionskonzepte auf dem Vormarsch, wie Karsten Schischke vom IZM in der Session Green ICT aufzeigte. Die innovativsten Umsetzungen werden dabei von kleineren Firmen kommen, nachdem Google sich von seinem modularen Smartphone Ara just vor der Konferenz wieder verabschiedete. Sein Kollege Nils Nissen betont: "Die Modularität in der Elektronikindustrie gab es bei ganz alten PCs - die konnte man noch drei Jahre lang nachrüsten. Bei den modernen Varianten ist das fast ausgestorben. Und nun versucht man, in noch wachsende Produkte - Smartphones und Tablets - so etwas wieder einzubauen."

Ansätze für modulare Systeme sollen Abfall reduzieren

Wie das konkret geschehen kann, wurde unter anderem anhand von Firmen wie Fairphone deutlich. Ihr Ansatz ist klar: Sie bieten modulare Produkte, bei denen Einzelteile flexibel ausgetauscht werden können. Neben der längeren Lebensdauer wird auch eine sozial verantwortlichere Produktion der Telefone angestrebt. Mehr Transparenz innerhalb der Lieferkette soll zudem verhindern, dass durch den Kauf ausgewählter metallischer Rohstoffe Konflikte in rohstoffreichen Ländern finanziert werden. Das finnische Startup Circular Devices wurde für sein modulares Smartphone-Konzept „Puzzlephone“ mit dem Green Electronics Council Catalyst Award ausgezeichnet, ebenso wie der US-amerikanische Chiphersteller Advanced Micro Devices (AMD).  Dieser zählt zu den größten Halbleiterherstellern der Welt. Das US-Unternehmen ist mit seinen x86-Prozessoren der größte Konkurrent von Intel und fertigt einen Teil seiner Chips in Dresden. Die Auszeichnung wurde für seine Energieeffizienzinitiative vergeben. Während die erste Gewinnerbekanntgabe selbst auf der Elektronikmesse IFA stattfand, wurden die Preisträger im Rahmen der Konferenz während eines Dinnerabends im Wasserwerk nochmals feierlich geehrt.

Herausforderung Recycling von Elektronikschrott

Über die Frage der Verfügbarkeit solcher Mineralien wurde in Berlin ebenso diskutiert wie über generelle Ansätze zur Kreislaufwirtschaft. Vor allem die Trennung von Produkt und Abfall sei eine Herausforderung, hieß es von Experten. Zwar gebe es strikte Recyclingvorgaben, doch zu selten würden die recycelten Materialien wieder in Form neuer, hochwertiger Produkte auf den Markt gebracht. So machte Arjen Wittekoek – Geschäftsführer des niederländischen Recyclingunternehmens Coolrec – deutlich, dass mehr Produktinformationen der Hersteller unabdingbar für die Recyclingbranche sind, die herrschende Informationsarmut die Arbeit erheblich erschwert und gar die Sicherheit gefährdet. Die Produzenten nahm auch Kyle Wiens, Geschäftsführer der Onlineplattform “iFixit“ (ich reparier’s) aus den USA, in die Pflicht. Denn statt zu schrauben, kleben sie viele Bauteile in den Elektronikgeräten zusammen. Das mache es schwierig, sie auseinanderzunehmen und zu reparieren, so Wiens. iFixit stellt sich dennoch der Herausforderung. Die Onlineplattform bietet viele tausend kostenlose Reparaturanleitungen für elektronische Geräte vom Toaster über das Smartphone bis hin zum Auto.

Komplexer rechtlicher Rahmen

Mit Blick auf die neuen Herausforderungen beklagen viele Experten aber auch einen Personalmangel: Für eine vollendete Kreislaufwirtschaft gebe es zu wenig Designer oder Marketing Manager, die das Produkt wieder für den Konsumenten attraktiv machen. Als weitere Herausforderung wurden schwankende Schwellenwerte und zunehmende Verbote von Substanzen im Rahmen von EU-Vorgaben wahrgenommen. Nicht zuletzt aufgrund der komplexen Vorgaben wachse der illegale Export wertvoller Materialien aus Europa.

Um eine Kreislaufwirtschaft in der Elektroindustriebranche zu fördern, fordern Vertreter der Elektro-Industrie daher klare Regeln für den Einkauf und grenzüberschreitenden Handel mit verschiedenen recycelten Rohstoffen sowie eine Unterstützung für mehr recycelte Materialien in neuen Produkten. Des weiteren wurde ein regelmäßiger Austausch zwischen der Recycling-Industrie und der Politik hinsichtlich neuer Gesetzgebungen in der Branche angeregt. In vier Jahren soll die nächste „Electronics goes green“-Konferenz stattfinden.

lg

Sie heißen Ackerwinde, Ambrosie oder Quecke - aber auch Mohn oder Kornrade zählen dazu. Für den Landwirt sind es Unkräuter, Naturschützer sprechen von Wildkräutern oder "Ackerbegleitflora". Viele Unkräuter sind zunehmend gegen Unkrautvernichtungsmittel resistent und behindern so das Wachstum der angebauten Nutzpflanzen. Die Folgen sind bereits heute durch Ernteverluste sichtbar.

Unkraut ohne Herbizide bekämpfen

Um auch zukünftig Nahrungsmittelsicherheit zu garantieren, wollen Wissenschaftler aus Deutschland, Norwegen und Dänemark im Projekt „Sweedhart“ nun gemeinsam gegen die wilden Pflanzen vorgehen und so die weltweite Unkraut-Belastung der Äcker reduzieren. „Wir adressieren die Problematik, indem wir untersuchen, wie der Unkrautbefall der Felder auch ohne Herbizide gehemmt werden kann“, erklärt Christoph Glasner von Fraunhofer UMSICHT, der das im Mai gestartete Forschungsprojekt koordiniert.

Unkrautsamen im Mähdrescher desinfizieren

„Sweedhart“ ist eines von 14 europäischen Vorhaben, die von der EU im Rahmen von FACCE SURPLUS (Sustainable and Resilient agriculture for food and non-food systems) mit insgesamt 1,45 Mio. Euro gefördert wird. Hierbei steht jedoch nicht die radikale Vernichtung der meist unbeliebten Unkräuter im Fokus der Forschung, sondern auch dessen Potenzial. Denn bei der Ernte fallen etwa 25 Prozent Heu und Stroh und auch energiereiche Unkräuter an. Diese Biomassequelle geht jedoch ohne richtige Behandlung verloren und wird meist auf dem Feld gelassen, wo die nächste Generation der Unkräuter gedeihen kann.  Das wollen die Forscher ändern. „Ein Ziel von Sweedhart ist es deshalb, die Unkrautsamen bereits während der Ernte durch die Abwärme des Mähdreschers thermisch zu desinfizieren und so die Keimung des Unkrauts zu unterbinden“, erklärt Glasner.

Pilze wie der falsche Mehltau oder der Grauschimmelpilz machen Hobbygärtnern und Landwirten gleichfalls das Leben schwer. Aber es gibt aber auch viele Pilze, die in Symbiose mit Pflanzen leben und sich so gegenseitig bereichern. Mehr als 80 % aller Landpflanzen gehen solch eine enge Lebensgemeinschaft mit arbuskulären Mykorrhizapilzen (AM-Pilze) ein, die ihr Wachstum fördern. Da Pilze keine Photosynthese betreiben können, erhalten sie von der Pflanze die lebensnotwendigen Kohlenhydrate. Im Gegenzug versorgt der Pilz die Pflanze mit Wasser sowie Nährstoffen wie Stickstoff und Phosphat und schützt sie von Schädlingen. Das Besondere: weder nährstoffarme Böden noch andere Stressfaktoren können die Symbiose beeinträchtigen.

Außergewöhnliche Anpassungsfähigkeit

Doch wie kommt diese freundschaftliche Bindung zustande? Diese Fragen haben sich Forscher vom  Botanischen Institut am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) gestellt. Unter der Leitung von Natalia Requena untersuchte eine Arbeitsgruppe die molekularen Prozesse bei der Ausbildung der Symbiose. „Die Ausbildung einer Symbiose mit arbuskulären Mykorrhiza-Pilzen verlangt von Pflanzen eine außergewöhnliche und genau gesteuerte Anpassung“, erklärt Natalia Requena.

Genschalter steuert Wurzelrindenentwicklung

Wie die Wissenschaftler im Fachjournal Current Biology berichten, ist dafür ein Gen verantwortlich, das von den AM-Pilzen gezielt aktiviert wird und die Entwicklung der Pflanzenwurzel beeinflusst. Dabei handelt es sich um den Transkriptionsfaktor MIG1. Er verändert die Wurzelrindenentwicklung, indem er dafür sorgt, dass mehr und größere Wurzelrindenzellen entstehen, sodass der Durchmesser der Wurzeln deutlich zunimmt. Wurde die Aktivität von MIG1verringert, kam es hingegen zu missgebildeten Arbuskeln, wie die Studie ergab.

Pflanze übernimmt Regie für Symbiose

Welche Rolle das Gen spielt, zeigte sich den Forschern um Requena bei der Untersuchung einer Pflanzenart aus der Gattung der Schneckenklees, Medicago truncatula. „Die Pflanze aktiviert ihre genetischen Programme für eine solche Symbiose noch vor dem ersten physischen Kontakt mit dem Pilz, sobald sie einen von diesem abgesonderten Signalstoff empfängt“, berichtet Natalia Requena. Die Regie für die Ausbildung der Symbiose übernimmt im folgenden weitestgehend die Pflanze, wie die Untersuchung ergab. Dabei ist die Besiedlung von Pflanzenwurzeln durch AM-Pilze auf das Abschlussgewebe und die Rinde beschränkt. Die Zellfäden des Pilzes, die sogenannten Hyphen, dringen tief in die Wurzelrinde ein und bilden weitverzweigte Strukturen, sogenannte Arbuskeln. Die Lebenspartnerschaft wird besiegelt, in dem die Pflanze mit einer eigens synthetisierten periarbuskulären Membran (PAM) diese Arbuskeln umhüllt. 

bb

Die Molekularbiologen Kirstin Gutekunst von der Universität Kiel und Ulrich Schwaneberg von der RWTH Aachen erhalten in diesem Jahr den Forschungspreis der Initiative „Nächste Generation biotechnologischer Verfahren – Biotechnologie 2020+“. Bereits zum dritten Mal hat das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) den Forschungspreis vergeben. Jeweils ausgestattet mit einer Millionenförderung können die Biotechnologen in den kommenden fünf Jahren ein Team mit mehreren Mitarbeitern finanzieren, um ihre ambitionierten Ziele umzusetzen. Anlässlich des Heiligenstädter Kolloquiums stellten die Preisträger am 19. September ihre Forschungsvorhaben erstmals vor.

Cyanobakterien in Wasserstoff-Fabriken verwandeln

Kirstin Gutekunst möchte an der Christian-Albrechts-Universität zu Kiel Cyanobakterien in effiziente Wasserstoff-Fabrik verwandeln. Das Cyanobakterium Synechocystis betreibt Photosynthese. Diesen Stoffwechselprozess will die Forscherin nutzen, um sogenannten solaren Wasserstoff  als Energieträger zu gewinnen. In den vergangenen  Jahren hat die Kieler Forscherin mehrere Stoffwechselwege aufgedeckt, die für die Wasserstoffproduktion wichtig sind. So hat sie bereits Bakterienstämme konstruiert, die weit mehr Wasserstoff liefern. Der Plan: Die Biologin will den Wirkungsgrad allein bei der photosynthetischen Wasserstoffproduktion von derzeit 0,3 % auf 12 % steigern.

Synthetische Biofilme für die Produktion nutzen

Forschungspreisträger Ulrich Schwaneberg, Biotechnologie-Professor an der RWTH Aachen, entwickelt eine Technologie-Plattform, um etablierte Produktionsorganismen für die Stoffproduktion in organischen Lösungsmitteln nutzbar zu machen. Damit könnten die chemische Synthese und die biotechnologische Produktion zusammenwachsen und völlige neue Produktionswege und Substanzen entstehen. Beispiele dafür sind Medikamente wie Entzündungshemmer, Duftstoffe oder Kunststoffe. Normalerweise überleben Mikroorganismen nicht in organischen Lösungsmitteln. Schwaneberg entwickelte Nanogele, die an Zellen haften. Dadurch entstehenden synthetische Biofilme, die wie ein Schutzfilm für die Zellen wirken. Als Produktionsorganismus dient Schwanebergs Team das gut erforschte Bakterium E. coli. In den Mikroben soll besonders die Funktion von P450-Monooxygenasen näher untersucht und moduliert werden.

Forschungspreis will Durchbrüche ermöglichen

Mit der Auszeichnung sollen herausragende Forschungsresultate anerkannt werden, die in Hochschulen, Forschungseinrichtungen oder auch in Unternehmen erzielt wurden und die das Potenzial für wissenschaftliche Durchbrüche für die biobasierte Produktion der Zukunft bergen. Um das aufgebaute Know-how zu sichern und auszubauen, wird den Preisträgern eine Forschungsgruppe über bis zu fünf Jahre finanziert. Die Erkenntnisse sollen dann in die Entwicklung einer nächsten Generation von biotechnischen Produktionsverfahren münden. In der ersten Ausschreibungsrunde 2012 waren Udo Kragl von der Universität Rostock und Falk Harnisch vom Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung in Leipzig als Forschungspreisträger gekürt worden. Kragl beschäftigt sich mit dem Einsatz von Enzymen in Ionischen Flüssigkeiten, Harnisch erforscht das Feld der mikrobiellen Bioelektrotechnologie. In der zweiten Ausschreibungsrunde im Jahr 2014 hatte der Zellingenieur Stefan Schiller aus Freiburg die Fachjury überzeugt.

pg

Windkrafträder und Solaranlagen sind ein Treiber der Energiewende. Doch die Nutzung wertvoller Ackerflächen zur Erzeugung Erneuerbarer Energien kollidiert oft mit den Interessen der Landwirtschaft, Nahrungsmittel anzubauen. Salat, Weizen oder Kartoffeln unter Solarmodulen zu plazieren, könnte da eine Lösung sein. Das Konzept der „Agrophotovoltaik“ wurde bereits in den 80er Jahren vom Gründer des Fraunhofer Institutes für Solare Energiesysteme ISE in Freiburg, Adolf Goetzberger, entworfen, um Land doppelt zu nutzen- und zwar sowohl für die Produktion von Energie als auch von Nahrung. 2011 wurde der Vorschlag von ISE-Forschern wieder aufgegriffen und im Rahmen des Projektes „Innovationsgruppe APV-RESOLA: Agrophotovoltaik“ erstmals umgesetzt.

Im September wurde nun in der Region Bodensee- Oberschwaben die erste APV-Pilotanlage eröffnet. Das bis 2019 dauernde Forschungsprojekt wird vom Fraunhofer ISE geleitet und vom Bundesforschungsministerium (BMBF) im Rahmen des Programms „FONA – Forschung für nachhaltige Entwicklung“ mit insgesamt 2,8 Mio. Euro gefördert. Projektpartner sind neben dem Fraunhofer ISE, die Universität Hohenheim, das Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) sowie der Energieversorger EWS-Schönau, der Landwirtschaftsbetrieb BayWa sowie die Demeter Hofgemeinschaft Heggelbach.

Vier Pflanzenarten im Solarmodultest

Die Solardachkonstruktion überspannt dabei etwa ein Drittel des 2,5 Hektar großen Testgeländes auf dem Demeter Bauernhof. Der Rest dient als Referenzfläche, um die Erträge der Nutzpflanzen ohne Agrophotovoltaik-Technik zu vergleichen. Hier wollen Forscher in den kommenden Jahren testen, welche Kulturpflanzen sich für den Anbau unter Solarpanelen eignen. „In den nächsten zwei Jahren werden wir Kleegras, Winterweizen, Kartoffeln und Sellerie in einer Fruchtfolge testen, die an den Betrieb angepasst ist“, erklärt Petra Högy vom Fachgebiet Pflanzenökologie und Ökotoxikologie der Universität Hohenheim. Kriterien für die Bewertung sind etwa die Pflanzenhöhe, die Blattfläche, die Gesundheit der Pflanzen, die Erträge und die Ertragsqualität.

Geringerer Ernteertrag unter Solarpanelen erwartet

Die Biobauern in Heggelbach blicken voller Erwartung auf die erste Ernte im kommenden Jahr.  „Wir sind gespannt auf den Praxistest der APV-Pilotanlage. Für uns ist entscheidend, dass die Anlage einfach zu handhaben ist und ein Ernteertrag von mindestens 80 Prozent im Vergleich zum Referenzfeld ohne PV-Module erzielt werden kann“, so die Erwartungen von Thomas Schmid von der Demeter-Hofgemeinschaft Heggelbach.

Lebensmittelverpackungen haben vielfältige Funktionen: das Produkt muss vor Feuchtigkeit und Oxidation, aber auch gegen mechanische Belastungen geschützt werden. Behälter oder Tüten – ob aus Kunststoff oder Papier – werden daher oft mit einem speziellen Material versehen, das aus mehreren dünnen Schichten verschiedener verklebter Kunststoffe besteht und somit eine stabile Mauer gegenüber äußeren Einflüssen bildet. Damit weder Wasserdampf noch Sauerstoff die Qualität von Wurst, Fleisch oder Käse beeinträchtigen, sind bis zu sieben Schichten nötig. Das Problem: Die für diesen Mehrschichtverbund benutzten Klebstoffe wie Polyurethan sind in der Regel erdölbasiert und bilden keine gute Sauerstoffbarriere. Forscher vom Fraunhofer-Institut für Verfahrenstechnik und Verpackung (IVV) in Freising haben nun eine pflanzliche Alternative entdeckt – die mehr kann.

Die Entdeckung der Klebrigkeit von Proteinen

Im Rahmen des Verbundprojektes „Barriereklebstoff für Lebensmittelverpackungen auf Basis von pflanzlichen Mizellenproteinen“ nahm das Team um Andreas Stäbler dafür Agrarreststoffe als Rohstoffquelle ins Visier. Schon länger ist nämlich bekannt, dass Proteine eine gute Sauerstoffbarriere aufweisen. Auf die Klebewirkung kamen die Fraunhofer-Forscher eher durch Zufall. „Nach der Fällung extrahierter Proteine schimpften die Techniker beim Reinigen der Anlagen,  dass das Zeug so klebrig ist“, berichtet Projektleiter Andreas Stäbler. Dieser unangenehme Nebeneffekt sollte sich als äußerst nützlich erweisen. Die Idee, einen pflanzenbasierten Klebstoff mit Barrierefunktion zu entwickeln, war geboren.

Agrarrohstoffe für Proteingewinnung testen

Das auf drei Jahre angelegte Forschungsvorhaben wird im Rahmen des Ideenwettbewerbs „Neue Produkte für die Bioökonomie“ seit 2014 vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) mit insgesamt 300.000 Euro unterstützt. Für die Sondierungsphase von August 2014 bis April 2015 galt es zunächst, ein bestehendes Proteingewinnungsverfahren auf verschiedene Rohstoffe zu testen. Im Anschluss konnte mit dem entstandenen Produkt eine erste Klebstoffformulierung  entwickelt werden.

Lupinen-Proteine als Vorbild

Ausgangspunkt der Forschungsarbeiten war dabei eine in früheren Projekten optimierte Methode, um Mizellenproteine aus der Lupine zu gewinnen. Hierbei wurden die mithilfe einer Salzlösung extrahierten Proteine zur Fällung schlagartig verdünnt. „Durch den Ionenschock ändert das Protein seine Struktur und akkumuliert zu runden Aggregaten – sogenannten Mizellen. Durch diese strukturelle Umfaltung kommt die Klebrigkeit zustande“, erläutert Stäbler.