Aktuelle Veranstaltungen

Deutschland gilt als Vorreiter bei der Umsetzung der Agenda 2030 der Vereinten Nationen mit ihren insgesamt 17 Zielen zur nachhaltigen Entwicklung, den Sustainable Development Goals (SDG). Die Ziele decken das breite Spektrum der Bedürfnisse von Mensch, Umwelt und Wirtschaft ab: Von der Gleichberechtigung zwischen Frauen und Männern, Bildung und Gesundheit, Frieden, Gerechtigkeit und dem Kampf gegen die Armut, über den Klima- und Artenschutz bis hin zu nachhaltigem Konsum, einer umweltfreundlichen Energieversorgung und einer starken Wirtschaft.

Initiative des Kanzleramts

Alle Länder stehen nun gleichermaßen in der Pflicht, diese Ziele umzusetzen. So ist die Agenda 2030 der Vereinten Nationen hierzulande unter Federführung des Kanzleramts in die Deutsche Nachhaltigkeitsstrategie gemündet. Im Januar 2017 ist sie vom Bundeskabinett verabschiedet worden. Damit wurden durch Initiative des Bundeskanzleramts auch die Weichen für eine neue Wissenschaftsplattform gestellt, die beim 13. BMBF-FONA-Forum von Bundesforschungsministerin Johanna Wanka am 9. Mai in Berlin vorgestellt wurde. Zu der Veranstaltung der deutschen Nachhaltigkeitsforschungsszene waren rund 500 Teilnehmer in die Telekom-Hauptstadtrepräsentanz gekommen.

Die Wissenschaftsplattform Nachhaltigkeit 2030 soll künftig als Forschungsverbund, Think-Tank und Dialogforum entsprechende Empfehlungen für die Politik erarbeiten. Der sogenannte Lenkungskreis der Plattform setzt sich aus 26 führenden Vertretern aus Wissenschaft und Gesellschaft zusammen. Aufbau und Arbeit der Wissenschaftsplattform wird neben dem Bundeskanzleramt von vier Bundesministerien begleitet, dem Bundesumweltministerium, dem Ministerium für Bildung und Forschung (BMBF), dem Bundesministerium für Ernährung und Landwirtschaft (BMEL), und dem Ministerium für wirtschaftliche Zusammenarbeit und Entwicklung (BMZ).

Microplastics are small particles in cosmetics or pharmaceuticals that don’t break down, but instead become part of the food chain via small aquatic animals and fish. Because of their danger to animals and humans, many politicians in Germany have called for a ban of microplastics in the industry. However, it seems that some of these dangers may have been exaggerated: a landmark paper in the journal “Science” about the topic has now been retracted, due to scientific misconduct by the authors.

High concentrations of microplastics are detrimental to the environment

Microbeads are common compounds in today’s toiletries and cosmetics. But it is also known that these beads and similar microplastic particles are not cleared from wastewater, and instead enter our rivers and the oceans. Once there, they are taken up by small organisms and fish, and may thus enter our homes once again – albeit in the kitchen instead of the bathroom. Many research papers have described this detrimental cycle before, but most have used extremely high concentrations of microplastic contamination in water, and their results had therefore limited relevance to every day life. The now retracted paper however, directly demonstrated the negative consequences of microplastic at levels found in marine environments- and even described consequences on the behaviour of fish. The paper was originally published last summer, and probably helped to speed the process of banning microplastics along.

Discrepancies between research and publication

The research of the now retracted paper was carried out at a research station on Gotland, a Baltic Sea island, by Oona Lönnstedt, a scientist based at Uppsala University. Two colleagues who had worked alongside her, noticed several discrepancies between the research they had witnessed and what was published, and raised the alarm with Sweden’s Central Ethical Review Board. Since Lönnstedt could not produce the original data, the 10 month investigation concluded with “suspicion that the experiment was never conducted”.

Although the work of the Science-paper may have been fraudulent, researchers including those who raised the alarm about the misconduct agree that there is still enough damning evidence to ban microplastics. Richard Thompson, professor of marine biology at Plymouth University agreed: “This paper was important (...), but not pivotal. There’s a body of evidence indicating the potential for a harmful effect.”

jmr

The use of Genetically Modified Organisms (GMOs) in agriculture is still under intense debate, and national differences of opinion have hindered a pan-European solution thus far. Still, while the global cultivation area of GMOs increased by only 3% from 2015 to 2016 (179.7 million hectares versus 185.1 million hectares), across the EU the area increased by 17% (from 116,870 to 136,363 hectares). Nonetheless, resistance against GMO products remained high in Europe. Only four countries planted GMO crops last year: Spain (129,081 ha), Portugal (7,069 ha), Slovakia (138 ha) and the Czech Republic (75 ha).

Europe remains sceptical regarding GMOs despite quantifiable benefits

Last year the European Commission aimed to accelerate GMO market approval of safety assessed GMOs, by granting member states the right to opt out (instead of having to opt in). However, applications for market approval of three different GM maize crops to be cultivated in the EU failed recently. Yet, on a global scale GMOs are certainly advancing: “Biotech crops have become a vital agricultural resource for farmers around the world because of the immense benefits for improved productivity and profitability, as well as conservation efforts,” said Paul Teng, Chair of the Board of the International Service for the Acquisition of Agri-biotech Applications (ISAAA), who published the annual GMO statistics. The scepticism in Europe regarding GMOs is opposed by analyses of the ISAAA that quantifies the benefits of biotech crops as equalling the removal of the CO2 emissions of 12 million cars annually in recent years, as well as a significant contribution to a 19% reduction of herbicide and insecticide use.

Biotech food innovations double production and benefit health

In 2016, the leading countries growing biotech crops included the US, Brazil, Argentina, Canada and India. Together, these five countries planted 91% of the global biotech crop area. In 2016, Brazil increased acreage of GM maize, soybean, cotton and canola by 11%. Thus, biotech soybeans grown in Brazil accounted for 32.7m ha of the 91.4m ha grown worldwide. On a global scale for individual crops, 78% of soybean, 64% of cotton, 26% of maize, and 24% of canola planted were biotech varieties.

The ISAAA estimates that new and groundbreaking innovations in the field can double food production in the near future. Genome editing and new breeding technologies have already entered the market. Similarly, food products with inherent health benefits such as high oleic acids, omega-3 fatty acids, or modified starch/sugar contents (potato) are already available, and more such products are in active and advanced stages of development. Thus, biotech crops and foods cannot only double the production and therefore help alleviate world hunger, but also improve our health by eating it.

tg/jmr

Neue molekulare Werkzeuge beflügeln die Pflanzenzüchtung. Technologien wie die Genschere CRISPR-Cas9 erlauben erstmals, gezielt Abschnitte oder Stellen im Erbgut zu verändern und damit Gene auszuschalten, die für unerwünschte Folgen wie Ernteausfälle oder Krankheitsanfälligkeit verantwortlich sind. Solche unerwünschten Gene konnten Forscher am Institut für Pflanzenbau und Pflanzenzüchtung der Christian-Albrechts-Universität zu Kiel (CAU) nun erstmals mit Hilfe der CRISPR-Cas-Technologie beim Ölraps ausschalten.

Platzfestigkeit der Rapsschoten gesichert

Züchtungen der zweitwichtigsten Nutzpflanze Raps waren bisher äußerst schwierig. Der Grund: Beim Raps liegen von jedem Gen zwischen zwei bis sechs Kopien vor. Diese Genkopien gleichzeitig auszuschalten, war mit den herkömmlichen Methoden unmöglich. Wie Forscher um Hans Harloff im Fachjournal „Plant Physiology“ berichten, ist es ihnen mit der CRISPR- Technik gelungen, alle Kopien eines Gens auszuschalten, welches die sogenannte Platzfestigkeit der Rapsschoten kontrolliert. Diese ausgeschalteten Gene sind dafür verantwortlich, dass reife Raps-Schoten noch vor oder während der Ernte aufplatzen - und die Samenkörner damit verloren gehen.

Wenn Milch zu Käse und Quark gerinnt, bleibt eine grünlich-gelbe Restflüssigkeit zurück, die als Molke bekannt ist. Der Reststoff besteht nicht nur aus kostbaren Nährstoffen wie Stickstoff und Phosphor, die als Pflanzendünger genutzt werden könnten, sondern auch zu 94% aus Wasser. Bisher wurden die Reststoffe der Molkeveredelung jedoch kosten- und energieaufwendig entsorgt. Forschern des Fraunhofer-Instituts für Keramische Technologien und Systeme IKTS in Dresden ist es nun in Kooperation mit Industriepartnern gelungen, diese Reststoffe nahezu vollständig zu recyceln.

Schlempe aus Biospritproduktion nutzbar machen

Ein Team um André Wufka entwickelte dafür gemeinsam mit der Sachsenmilch Leppersdorf GmbH und der wks Technik GmbH aus Dresden ein Verfahren, mit dem die Reststoffe der Milchverarbeitung sowohl stofflich als auch energetisch fast zu 100% wieder genutzt werden können. Konkret haben die Forscher den Reststoff Schlempe aufbereitet, der bei der Verarbeitung von Molke zu Biosprit nach der alkoholischen Gärung und Destillation der sogenannten Melasse entsteht. „Die überwiegend flüssigen Bestandteile der Schlempe können mit unserem Verfahren zu nutzbarem Wasser aufbereitet werden und im Produktionsprozess als Frischwasserersatz Verwendung finden“, erläutert André Wufka. Durch die Aufbereitung der Molkereste zu Frischwasser wird der prozessinterne Stoff- und Energiekreislauf in der Milchverarbeitung wieder geschlossen.

Frischwasser und Langzeitdünger aus Molkeresten

Auch Nährstoffe wie Phosphor werden im Zuge des Recyclingprozesses nun nutzbar gemacht. Die Wasser- und Nährstoffaufbereitung erfolgt dabei in mehreren Stufen. Organische Bestandteile werden zunächst in einem prozess- und verfahrenstechnisch optimierten Anaerob-Reaktor abgebaut und zu energiereichem Biogas konvertiert. Die Nährstoffe im Gärrest werden dann durch die nasschemische Magnesium-Ammonium-Phosphat-Fällung zu einem hochkonzentrierten Langzeitdünger umgewandelt. Mit vom IKTS entwickelten keramischen Nanofiltrationsmembranen wird dann aus der Restflüssigkeit die sogenannte Klarphase herausgefiltert. Die darin verbliebenen Salze werden wiederum durch einen Oxidationsschritt und einer Umkehrosmose-Stufe so effektiv entfernt, dass im Ergebnis Wasser entsteht, dass - so die Forscher - höchsten Qualitätsanforderungen nach der Trinkwasserverordnung entspricht.

Recyclingmethode erhält Innovations-Preis

Die Entwicklung dieser neuartigen Recyclingmethode wurde über drei Jahre vom Bundesministerium für Ernährung und Landwirtschaft (BMEL) gefördert und mit dem „agra-Preis der Innovation“ in der Sparte Ernährungswirtschaft ausgezeichnet. „Für alle Partner bedeutet dieser Preis eine Auszeichnung für die zielstrebige und erfolgreiche Zusammenarbeit und ist gleichzeitig Ansporn, den eingeschlagenen Weg auch in Zukunft weiterzugehen“, sagt Wufka. Der Preise wurde im Rahmen eines Netzwerktreffens am 4. Mail 2017 durch den Sächsischen Staatsminister für Umwelt und Landwirtschaft vergeben.

bb

Nachhaltigkeit ist in Zeiten von Energiewende, Klimawandel, begrenzten Ressourcen, demographischem Wandel und einem großen sozialen Gefälle zu einem Leitgedanken geworden. Entsprechend stehen verschiedene Veränderungsprozesse hin zu mehr Nachhaltigkeit im Fokus von Politik, Wirtschaft und Forschung. Die Bedeutung wurde Anfang dieser Woche unterstrichen, als auf dem FONA-Forum in Berlin die deutsche Nachhaltigkeitsforschungsszene zusammenkam.

Zwölf Promotionsstipendien zu vergeben

Die Robert-Bosch-Stiftung fördert in den nächsten vier Jahren mit 1,3 Mio Euro fächerübergreifende Forschung zum Thema Nachhaltigkeit an der Leuphana Universität Lüneburg. Dies beinhaltet auch die Finanzierung von zwölf Promotionsstipendien. Beim neu geschaffenen Robert-Bosch-Kolleg „Process of Sustainability Transformation“ (POST) sollen insbesondere gesellschaftliche Veränderungen, sogenannte Transformationsprozesse, zugunsten der Nachhaltigkeit erforscht werden. Matthias Barth, Sprecher des Kollegs, erwartet „exzellente Beiträge zur Weiterentwicklung des Themenfelds Transformationsforschung“. Ziel ist es, die Bedingungen für erfolgreiche Transformationsprozesse aus der Sicht verschiedener Disziplinen zu untersuchen. Die Ergebnisse sollen das Verständnis der Mechanismen und Möglichkeiten für erfolgreiche Nachhaltigkeitstransformationen verbessern. Das Kolleg bietet mit seinem Programm herausragenden Doktoranden maßgeschneiderte Ausbildungen auf dem Gebiet der Nachhaltigkeit. Bis zum 21. Mai 2017 können sich Nachwuchsforscher für ein Stipendium bewerben.

Länder- und fächerübergreifende Forschung

Im Herbst werden die ausgewählten Stipendiaten an der Universität Lüneburg ihre Forschungsvorhaben beginnen. In dem Programm sind auch bis zu einjährige Aufenthalte außerhalb der Universität und Referate von internationalen Gastprofessoren vorgesehen. Dadurch können die Nachwuchsforscher länder- und fächerübergreifende Erfahrungen sammeln und vertiefen. „Uns ist es wichtig, dass Wissenschaft und Gesellschaft zusammenwirken, insbesondere in Bezug auf Forschung für Nachhaltigkeit“, erklärt Katrin Rehak-Nitsche, Leiterin des Bereichs Wissenschaft der Robert-Bosch-Stiftung. Die fächerübergreifende Zusammenarbeit sei deshalb ein entscheidendes Merkmal des neuen Kollegs.

bp

Heutzutage gibt es zahlreiche verschiedene Arten von Biokunststoffen. Nach einer kurzen Erläuterung der biobasierten Materialien (z. B. Gummi, Viskose oder Zelluloid), die vor der Herstellung von petrochemischen Kunststoffen erfunden wurden, liegt der Schwerpunkt der Studie auf Materialien, die erst in den letzten Jahren auf den Markt kamen (z. B. PLA , Bio-PET oder Bio-PE). Die Studie liefert vergleichende Daten über die Nutzung von Ressourcen, Wasser und Land in einzelnen Biokunststoffen.

Insgesamt liegt der Marktanteil der Biokunststoffe auf dem globalen Kunststoffmarkt bei 6%. Es wird davon ausgegangen, dass der Marktanteil in den nächsten fünf Jahren auf 10% steigen wird. Derzeit sind rund 15,7 Millionen Hektar - 0,3% der globalen Agrarfläche - für die Herstellung von Biokunststoffen erforderlich.

Nowadays, there are numerous different types of bioplastics. After a brief explanation of the bio-based materials (eg, rubber, viscose, or celluloid) that were invented before the manufacture of petrochemical plastics, the focus of the study is on materials that have only been launched in recent years (eg, PLA, Bio-PET or Bio-PE). The study provides comparative data on the use of resources, water and land in individual bioplastics. Overall, the market share of bioplastics on the global plastics market is 6%. It is assumed that the market share will increase to 10% within the next five years. At present, approximately 15.7 million hectares - 0.3% of the global agricultural area - are needed for the production of bioplastics.

Peptide werden von Pharma- und Kosmetikindustrie seit Langem geschätzt. Das Potenzial der hochfunktionellen Eiweißfragmente ist jedoch längst nicht ausgeschöpft. Je nach Art der Zusammensetzung der Aminosäuren können Peptide Falten glätten oder Materialien unter Wasser kleben. In der Herstellung sind die Alleskönner bisher aber sehr teuer. Außerdem erfolgt die Peptidproduktion vor allem durch chemische Synthesen, die zudem umweltbelastend und langwierig sind.

Bioverfahren statt chemische Synthese

Das Spin-off der Düsseldorfer Heinrich-Heine Universität Numaferm GmbH will das ändern und mit einer neuartigen Biotechnologie Peptide für Jedermann verfügbar machen. Das Team um die Gründer Philipp Bürling und Christian Schwarz hat eine Plattform entwickelt, mit der Peptide mithilfe von Mikroorganismen als Biofabriken hergestellt werden können. Der Clou: im Bioreaktor geben die Bakterien die hergestellten Peptide in das sie umgebende Nährmedium ab. Dort können die Moleküle mit deutlich geringerem Aufwand als bisher geerntet werden. Für die Weiterentwicklung der vielversprechenden Technologie erhält die Peptidschmiede nun eine Seed-Finanzierung "im siebenstelligen Bereich", also in Millionenhöhe. Zu den Investoren gehören der High-Tech Gründerfonds (HTGF), die Qiagen-Mitgründer und heutigen European Business Angels Detlev Riesner und Jürgen Schumacher sowie der European Investment Fund.

Innovation aus universitäter Grundlagenforschung

Die Numaferm wurde 2017 als Spin-off des Instituts für Biochemie der Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf gegründet und durch das EXIST-Forschungsprogramm des Bundesministeriums für Wirtschaft und Energie (BMWE) unterstützt. Die Investoren Riesner und Schumacher sprechen über die Numaferm-Plattform daher von „einem überzeugenden Beispiel, wie echte Innovationen aus hervorragender universitärer Grundlagenforschung entstehen.“ Philipp Rittershaus, Investment-Manager beim HTGF, unterstreicht die Vielseitigkeit der Technologie: „Mit der einzigartigen Produktionstechnologie von Numafern ist es möglich, verschiedenste Peptide mit neuartige Funktionalitäten kommerziell verfügbar zu machen“. Die Numaferm-Peptide würden sich auch zur antimikrobiellen Oberflächenbeschichtung oder als Futtermittelzusatz eignen und damit völlig neue Einsatzfelder erobern.

bb/pg

Innovationen, die Umwelt und Ressourcen schonen, stehen im Fokus der alljährlichen GreenTec Awards. 23 Nominierte haben in diesem Jahr um den internationalen Umwelt- und Wirtschaftspreis gewetteifert. Zum zehnjährigen Jubiläum fand die Gala der Preisverleihung im Ewerk in Berlin statt. Zahlreiche Prominente aus Politik, Wirtschaft und Unterhaltung zählen inzwischen zu den Unterstützern des 2008 initiierten Preises. In diesem Jahr wurde die begehrte Trophäe in insgesamt 13 Kategorien und zwei Sonderpreisen verliehen. Erstmals war mit Kanada ein Partnerland mit an Bord und mit einer eigenen Kategorie bedacht.

Nachhaltige Textilien

Mit Outdoor-Kleidung zum Recyceln hat die Sportsman's Delight GmbH in Kiel mit ihrer Marke „PYUA“in der Sparte „Textiles“ gepunktet. PYUA ist eine Funkionsbekleidungsmarke, die hochwertige Outdoor-Bekleidung aus bereits recycelten oder recycelfähigen Polyestermaterialien entwickelt hat und dazu über einen spezielles Rücknahmesystem verfügt, mit dem die Rohstoffe in den Materialkreislauf zurückgeführt werden können. Dies sei weltweit einmalig, urteilte die Jury. Die Organic Sportswear Instinct aus Gladbeck konnte sich dagegen in der Kategorie „Sport“ durchsetzen. Das Unternehmen setzt auf „cleane Kleidung“, die aus „sauber produzierten Stoffen besteht und fair produziert wurde“. Die Firma nutzt biologisch erzeugte Baumwolle und verarbeitet sämtliche Materialien in Deutschland.

Mikroalgen als Superfood

In der „Lifestyle“-Sparte belegte mit „Triving Green-Power to Grow“ hingegen ein soziales Unternehmen aus Regensburg Platz Eins. Das Team stellt auf Grundlage der Mikroalge Spirulina ein gleichnamiges Lebensmittel her. Es soll in Kenia angebaut werden, um die Mangelernährung vor Ort nachhaltig zu bekämpfen. Hierfür sei die Mikroalge gut geeignet, heißt es. Sie ist ressourcenschonend und leicht anbaubar, gleichzeitig enthält sie viele Vitamine und Minerale und verfügt über einen hohen Proteingehalt. „Dadurch verspricht sie Hilfe zur Selbsthilfe in den unfruchtbarsten Gebieten der Erde“, urteilte die Jury.

Kreativen Köpfen fehlt oft das Geld, um ihre Ideen umzusetzen. Die Schwarmfinanzierung  hat sich inzwischen auch bei der Finanzierung junger Firmen als alternatives Investmentinstrument etabliert, das klassische Startfinanzierungen ergänzt. Mit Aescuvest und Medifundo haben sich beispielsweise im Life Sciences-Bereich spezialisierte Plattformen gegründet, die Firmen bei der Beschaffung von Kapital über die Crowd unter die Arme greifen. Seit Ende Oktober 2014 versucht Ecocrowd, sich wiederum für das Thema Nachhaltigkeit stark zu machen. Hinter der Plattform stehen dabei namhafte Unterstützer wie die Deutsche Umweltstiftung und das Umweltbundesamt. Viele größere Crowdfundingplattformen wie Seedmatch oder Companisto setzen indes auf eine breite Themenpalette.

Ende Januar ist nun mit der GLS erstmals eine Bank als Betreiber für eine Crowdinvesting-Plattform in Erscheinung getreten. Sie will dabei auf nachhaltige Ideen in Deutschland fokussieren, so wie sie es im klassischen Bankgeschäft ebenfalls tut. Das Online-Portal GLS Crowd wird von der GLS Crowdfunding GmbH betrieben, die eine 100%ige Tochter der CrowdDesk GmbH ist. “Wir sind sehr froh, zusammen mit der GLS Bank einen neuen Meilenstein in der Digitalisierung des klassischen Bankgeschäfts zu legen und dabei auch einen Beitrag zur Nachhaltigkeit zu leisten”, sagt CrowdDesk-Geschäftsführer Johannes Laub.

Mit der Photosynthese haben Pflanzen innerhalb von zweieinhalb Milliarden Jahren den mit Abstand wichtigsten Stoffwechselprozess auf der Erde entwickelt. Er ermöglicht es, die schier unerschöpfliche Energie des Sonnenlichts und gasförmiges Kohlendioxid einzufangen und sie in Form von energiereichen chemischen Verbindungen (Zucker) umzuwandeln und zu speichern. Schon lange ist es ein Forschertraum, die Photosynthese technisch nachzuahmen und sie sogar noch leistungsfähiger zu machen. Biochemisch betrachtet besteht die Photosynthese aus zwei elementaren Schritten: die Lichtreaktion steht im Zeichen photochemischer Reaktionen, in der Energie umgewandelt wird. In der Dunkelreaktion, dem Calvin-Zyklus, steht die Substanzumwandlung im Mittelpunkt - CO₂ wird in vielen enzymatischen Schritten zu organischen Molekülen verwandelt.

Turbo-Enzym integriert

Für diesen zweiten CO2-Speicher-Schritt interessieren sich Forscher am Max-Planck-Institut für terrestrische Mikrobiologie in Marburg. Sie haben einen Weg gefunden, ihn künstlich nachzubauen und dabei auch noch zu verbessern. Wie das Team um den Marburger Molekularbiologen Tobias Erb im Fachjournal „Science“ berichtet, haben sie dafür im Reagenzglas einen bisher einmaligen komplett biologischen Stoffwechselweg kreiert, der Kohlendioxid mithilfe von Enzymen aus der Luft bindet - und zwar besser als die pflanzlichen Vorbilder. Ein Beitrag zur Vision der Künstlichen Photosynthese, und ein imposantes Beispiel für Synthetische Biologie.

Die Photosynthese der Pflanzen ist nicht frei von Schwachstellen. Eine davon ist das CO2-fixierende Enzym Rubisco. Es arbeitet vergleichsweise langsam und irrt sich häufig. „Da gibt es in der Natur CO2-fixierende Enzyme ganz anderer Qualität“, erklärt Tobias Erb. Enzyme, die schneller und effizienter sind. Eines dieser Enzyme namens Crotonyl-CoA Carboxylase/Reductase konnte der Marburger Forscher aus einem Bakterium isolieren. Erb zufolge irrt sich dieses Enzym so gut wie nie, während dies CO2-bindende Enzym im natürlichen Calvin-Zyklus der Pflanzen versehentlich auch Sauerstoffmoleküle einfangen. Außerdem reagiert das aus Bakterien isolierte Enzym zudem zwanzigmal schneller als sein Pendant aus der Pflanzenwelt.

Stoffwechselweg aus 17 Enzymen designt

Um das Turboenzym herum hat Erbs Team einen völlig neuen Stoffwechselweg designt und im Reagenzglas aus seinen biologischen Einzelteilen zusammengefügt. Unter Tausenden von Enzymen fand der Forscher schließlich ein Paar dutzende Kadidaten, die dafür geeignet waren. Gemeinsam mit seinem Team fügte er sämtliche Kandidaten in einem Reagenzglas zu einem „robust funktionierenden, optimierten Zyklus“ zusammen und suchte nach der optimalen Zusammensetzung. Im Ergebnis entstand ein künstlicher, noch nie dagewesener Zyklus, der CO2 fixiert. Im Ergebnis haben die Marburger einen komplett neuen, auf den Namen CETCH getauften Zyklus (für Crotonyl-CoA/Ethylmalonyl-CoA/Hydroxybutyryl-CoA) geschaffen.

An dem CETCH-Zyklus sind insgesamt 17 verschiedene Enzyme, darunter drei „Designer-Enzyme“ aus neun verschiedenen Organismen, darunter dem Mensch, beteiligt. Die Energie bezieht das System zwar nicht aus Licht, sondern aus einer chemischen Reaktion. Am Ende entsteht auch hier die sogennante Glyoxalsäure. Sie ist vielen vor allem jungen grünen Blättern enthalten und wird als Ausgangsstoff für die Synthese von Antibiotika oder Pflanzenschutzmitteln verwendet. Der eigentliche Vorteil der künstlichen Photosynthese ist, dass damit verschiedene Substanzen hergestellt werden können. „Der CETCH-Zyklus kann so verändert werden, dass dabei zum Beispiel Rohstoffe für Biodiesel entstehen können.“ Hinzukommt die höherer Effizienz des synthetischen Kreislaufs. Der Studie zufolge könnten damit 20 Prozent mehr Kohlendioxid aus der Luft gebunden werden, als das Pflanzen schaffen.

Bisher nur im Reagenzglas konstruiert

Bisher funktioniert das Konstrukt nur im Reagenzglas. Ein fernes Ziel könnte sein, den genetischen Bauplan des neuen Zyklus in Algen oder Bakterien zu verfrachten. So könnten die Mikroorganismen zu effizienten Minifabriken umprogrammiert werden, die effizient aus CO2 aus der Atmosphäre interessante organische Verbindungen herstellen. Das klimaschädliche Treibhausgas würde somit zum Rohstoff. Wie man biologische Prozesse von Grund auf neu konstruieren kann, wird in der Max-Planck-Gesellschaft auch innerhalb des Forschungsnetzwerks MaxSynBio intensiv erforscht. An dem ambitionierten Vorhaben sind Forscher aus neun verschiedenen Max-Planck-Instituten beteiligt.

pg/bb

Smartphone, Computer und Internet sind aus dem Alltag längst nicht mehr wegzudenken. Wie aber lassen sich die Möglichkeiten der Digitalisierung  auch in der Industrie sinnvoll nutzen? Vor dieser Herausforderung steht auch die Chemiebranche. Mit der Gründung der Evonik Digital GmbH setzt der Spezialchemie-Konzern nun ein Zeichen und will zum Vorreiter in der eignenen Branche werden. Anfang des Jahres hat das 20-Mann-starke Expertenteam im Zentrum von Essen seine Arbeit aufgenommen. „Die Digitalisierung bringt nicht nur neue Technologien mit sich. Sie schafft auch neue Möglichkeiten der Zusammenarbeit und der Produktion. Es entstehen neue Geschäftsmodelle und Vertriebsmöglichkeiten“, erklärt Christian Kullmmann, stellvertretender Vorstandsvorsitzende von Evonik. Von dem digitalen Fortschritt würde auch die Futtermittelproduktion profitieren, heißt es, ein Gebiet, in dem die Deutschen sehr stark auf biobasierte Produktionsverfahren setzen. Zuletzt hatte Evonik zudem von Ansätzen berichtet, in denen es um probiotisches Tierfutter geht, um den Antibiotikaeinsatz bei Geflügel zu drosseln.

Zentrale Anlaufstelle für digitale Ideen

Die Digitalexperten bei Evonik sind konzernintern ab sofort die zentrale Anlaufstelle, sollen aber auch den Freiraum haben, auch ungewöhnliche Ideen umzusetzen. Hier setzt der Spezialchemie-Konzern nicht nur auf die Zusammenarbeit mit namhaften Technologieunternehmen, sondern auch auf vielversprechende junge Start-ups. Mithilfe der Digitalisierung will Evonik ganze Produktionsabläufe und Lieferketten umgestalten. In der wie es heißt „bereichsübergreifenden Digitalisierungs-Initiative“ sieht Evonik die Chance, seine eigene Wettbewerbsfähigkeit zu verbessern und sich so von anderen Unternehmen in der Chemie-Branche abzuheben. „Wir haben früh die Chancen erkannt, die in digitalen Geschäftsmodellen liegen. Den dafür notwendigen Wandel im Unternehmen gestalten wir ganz gezielt“, betont Kullmann.

Die Digitalisierungsaktivitäten der neuen Tochterfirma werden vom Chief Digital Officers (CDO) Henrik Hahn  koordiniert. Erste konkrete Ergebnisse soll es bereits in diesem jahr geben. Zu den Pilotprojekten zählt unter anderem auch die sogenannte Do-it-yourself-Sensorik. Da effiziente Sensoren zur Echtzeitüberwachung in der Bioprozesstechnik eine wachsende Rolle spielen, dürfte die Digiatalisierung auch für die Produktion biobasierter Produkte an Relevanz gewinnen. 

bb

Bio-Lebensmittel sind im Trend. 2016 stieg ihr Umsatz in Deutschland um fast ein Zehntel auf 9,5 Mrd. Euro an. Das geht aus neuesten Zahlen der Branche hervor, die anlässlich der weltgrößten Fachmesse für Bio-Produkte BIOFACH vorgestellt wurden, die derzeit vom 15. Februar bis 18. Februar in Nürnberg stattfindet. Allein in Deutschland sind nach Angaben des Bundes Ökologische Landwirtschaft (BÖLW) die bewirtschafteteten Flächen im Ökolandbau um knapp 9% auf rund 1,2 Millionen Hektar gestiegen (mehr Infos hier). Insgesamt sind hierzulande 26.855 ökologisch wirtschaftende Agrarunternehmen tätig, nach dem gesetzlichen Bio-Standard arbeiten 40.000 Unternehmen. Im jahr 2016 haben laut BÖLW-Statistik durchschnittlich fünf Betriebe pro Tag ihre Landwirtschaft auf Bio umgestellt. Auch bei Verbrauchern ist Bio beliebt: Laut Umfragen kaufen inzwischen die Hälfte der Deutschen häufig oder gelegentlich Öko-Produkte.

Zukunftsstrategie Ökolandbau veröffentlicht

Die Stärkung des Ökolandbaus ist daher auch ein Ziel der Bundesregierung. Dies wurde zuletzt in der neu aufgelegten  „Deutschen Nachhaltigkeitsstrategie“ betont. Langfristig sollen die Anbauflächen für heimische Bio-Bauern bis 2030 um 20% steigern. Wie das konkret gelingen soll, das wird in der nun vom Bundesministerium für Ernährung und Landwirtschaft (BMEL) vorgestellten "Zukunftsstrategie ökologischer Landbau -ZöL" präsiziert. "Unsere Bäuerinnen und Bauern sollen die Chancen nutzen können, die der wachsende Absatzmarkt vor ihrer Haustür bietet“, betont Minister Christian Schmidt. In dem rund 100 Seiten starkem Papier wird aufgelistet, wie die Ausdehnung ökologisch bewirtschafteter Flächen schneller gelingen kann und welche Forschungsmaßnahmen hierfür wesentlich sind. So soll das zentrale Förderprogramm für den ökologischen Landbau, das "Bundesprogramm ökologischer Landbau und andere Formen nachhaltiger Landwirtschaft" (BÖLN), stärker als bisher finanziell ausgestattet werden. Es ist geplant, ab 2018 das Budget um 50% auf 30 Mio. Euro pro Jahr aufzustocken und den Anbau sowie Verarbeitung von Eiweißpflanzen wie Soja, Lupinen, Erbsen oder Klee weiterhin mit 6 Mio. Euro jährlich unterstützt werden. 

Die neuen Verfahren des Genome Editing – zu denen auch die Genschere CRISPR-Cas gehört – revolutionieren derzeit die biologische Forschung und bergen großes Potenzial für Anwendungen in der Landwirtschaft und Pflanzenzüchtung. Mit den Genomscheren lassen sich ganz gezielt Veränderungen im Erbgut auslösen und DNA-Bausteine präzise austauschen.

Die Mutationen unterscheiden sich jedoch nicht von solchen, die von Natur aus entstehen – sie lassen sich meist nicht nachweisen. Dieser Befund ist der Knackpunkt in der aktuellen Debatte: Sind genom-editierte Pflanzen dann überhaupt als „gentechnisch veränderte Organismen“ (GVO) zu bezeichnen? Fallen sie also unter die Regulierung nach dem Gentechnik-Gesetz? Brauchen wir eine neue Gentechnik-Definition? Diese Fragen beschäftigen derzeit die Wissenschaft, die Politik und sogar die Gerichte.

Grund genug, eine interdisziplinäre Debatte zu führen. Die Nationalen Akademie der Wissenschaften Leopoldina, der Deutsche Ethikrat und die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) hatten dazu am 14. Februar zu einer öffentlichen Diskussionsveranstaltung nach Berlin geladen. Der Vorsitzende des Ethikrates, der Erlanger Theologe Peter Dabrock, gab den Ton für die Debatte vor: „Wir müssen den Gentechnikbegriff verantwortlich bedenken. Man trägt Verantwortung für das, was man tut, aber auch für das, was man wider besseres Wissen verhindert.“

Pflanzenzüchtung seit einhundert Jahren

Der Pflanzengenetiker Detlef Weigel, Direktor am Tübinger Max-Planck-Institut für Entwicklungsbiologie, stellte die neuen Genome-Editing-Methoden in den Kontext der Geschichte der Pflanzenzüchtung. Seit 10.000 Jahren sei der Mensch damit beschäftigt, Nutzpflanzen zu schaffen. Aber erst seit ungefähr einhundert Jahren könne man von gezielter „Züchtung“ sprechen. Die konventionelle Züchtung basiere auf dem Kreuzen von Pflanzen mit interessanten Merkmalen. Dem Züchtungsprozess werde durch die sogenannte Mutagenese auf die Sprünge geholfen - mithilfe von Chemikalien oder Strahlung wird die Häufigkeit von Mutationen im Pflanzenerbgut deutlich gesteigert.

Die Futtermittelindustrie steht aktuell vor großen Herausforderungen. Vor allem der Einsatz von Antibiotika in der Tierhaltung ist seit langem umstritten und soll nach dem Willen der Bundesregierung auf ein Minimum beschränkt werden. Zum Wohl der Tiere sind daher Wissenschaftler und Unternehmen dabei, an Alternativen für gesunde Tiernahrungsmittel zu forschen. Viele Firmen setzen dabei auf Probiotika statt Antibiotika. Zuletzt hatte beispielsweise der Essener Spezialchemiekonzern und Futtermittelhersteller Evonik eine gesundheitsfördernde Zusatznahrung für Geflügel präsentiert. Auch die Berliner Firma Organobalance forscht auf diesem Gebiet in der vom Bundesforschungsministerium finanzierte GOBI-Allianz nach gesundheitsfördernden Bakterien. Aber nicht nur gestandene Unternehmen, sondern auch Start-ups arbeiten inzwischen an gesunder Tiernahrung. So auch das Berliner Jungunternehmen PerformaNat, das sich auf die Entwicklung gesundheitsfördernder Zusatzstoffe für Futtermittel spezialisiert hat.

Mit pflanzlichen Stoffen Immunsystem bei Nutztieren stärken

Dieses Konzept konnte nun den High-Tech Gründerfonds (HTGF) und weitere Investoren überzeugen. Wie die Firma Mitte Februar berichtete, hat sie eine Finanzierung im „siebenstelligen Bereich“ einwerben können, an der sich neben dem HTGF auch das Projektentwicklungs- und Investmentunternehmen Bamac GmbH sowie der Business Angel Markus Plümer beteiligt haben. PerformaNats Futtermittelzusatzstoffe – vor allem pflanzliche Wirkstoffe – sollen die Aufnahme von Nährstoffen aus dem Futter verbessern, klimaschädliche Verdauungsprodukte reduzieren und das Immunsystem von Nutztieren stärken.

Die wissenschaftliche Basis für die Produkte der 2015 gegründeten PerformaNat stammt von Studien des Fachbereichs Veterinärmedizin der Freien Universität Berlin, die im Rahmen eines EXIST-Forschungstransfers des Bundesministeriums für Wirtschaft und Energie von den Gründerinnen Julia Rosendahl, Hannah Braun und Katharina Schrapers durchgeführt wurden. Ein Futtermittelzusatzstoff für Milchkühe wurde bereits an einen international tätigen Vertriebspartner aus dem Bereich der Veterinärpharmazie auslizenziert und ist auf dem Markt.

Wachstumsmarkt Futtermittel

Das Geld aus der Finanzierungsrunde will PerformaNat in weitere Studien an anderen Nutztierarten investieren, um neue Produkte zu entwickeln. Das Geschäftsmodell sei „im höchsten Maße flexibel und skalierbar“, betont Business Angel Plümer. Drei Megatrends werden Plümer zufolge mit dem Konzept bedient: „Eine effektive und ökonomische Nahrungsmittelproduktion bei nachhaltig verbesserter Tiergesundheit und verringerten Ammoniak-Emissionen.“ Nach Angaben der Investoren betrug der Markt für Futtermittelzusatzstoffe  2015 rund 15 Mrd. Euro. 2021 soll die Branche die 20 Mrd. Euro Marke erreichen.

sk/bb

Das Interesse für die Landwirtschaft liegt Christoph Felgentreu buchstäblich im Blut. Auf einem Bauernhof in Treuenbrietzen aufgewachsen, wurden Acker und Garten für den Landwirtssohn frühzeitig zu Experimentierfeldern. „Wir waren als Kinder immer draußen, mussten helfen und Unkraut jäten. Daher habe ich schon immer eine Beziehung zum Boden. Die meisten Anpflanzungen auf unserem Hof habe ich gemacht“, erinnert sich der Agraringenieur. Auch heute noch ist der heimische Garten seine Domäne und Impulsgeber für Innovationen, die Felgentreu bei der Deutschen Saatveredelung (DSV) verwirklicht. Landwirtschaftliche Böden durch nachhaltigen Anbau optimieren, sieht Felgentrau als einen Schwerpunkt seiner Arbeit bei der DSV. Dafür will er die Reserven im Boden anzapfen und vorhandene Defizite, wie in der Nährstoffversorgung korrigieren.

Von der Schulbank auf den Acker

Während viele seiner Mitschüler zu DDR-Zeiten den verpflichtenden „Unterrichtstag in der Sozialisten Produktion (UTP)“ in Werkhallen verbrachten, griff Felgentreu Landwirten bei der Stallarbeit unter die Arme. Doch seine wahre Leidenschaft galt dem Bodenleben und dem Pflanzenwachstum. Nach einer Berufsausbildung mit Abitur zum Agrotechniker studierte der Brandenburger von 1975 bis 1979 an der Berliner Humboldt-Universität „Pflanzenproduktion“. Danach wurde er Abteilungsleiter beim Landwirtschaftsbetrieb in Bantikow und war verantwortlich für die Futterproduktion. Mitte der 80iger Jahre qualifizierte sich Felgentreu in einem Zusatzstudium zum Fachingenieur für Futterproduktion und war danach drei Jahre bis zur Wende Betriebsleiter beim damaligen Volkseigenen Betrieb VEB Saat- und Pflanzengut in Neustadt/Dosse.

Biodiversität wird zur Leidenschaft

Seit April 1990 gehört er zur Stammbesetzung der Deutschen Saatgutveredelung AG im brandenburgischen Bückwitz. Das Pflanzenzuchtunternehmen bot Felgentreu von Anbeginn die Möglichkeit, seiner „Leidenschaft zum Pflanzenbau nachzugehen“. Dafür steht ihm ein 2,5 Hektar großes Versuchsfeld zur Verfügung, auf dem er wie im heimischen Garten frei und kreativ experimentieren kann. „Mittlerweile kümmere ich mich neben dem Futterbau ganz stark um das Thema Bodenfruchtbarkeit, Humusentwicklung, Biodiversität. Das ist meine zweite große Leidenschaft geworden“, betont Felgentreu.

Den Stickstoffgehalt im Boden verbessern

Ganz oben auf der Forschungsagenda des DSV steht derzeit die Frage, wie der Stickstoffgehalt der Böden verbessert und gleichzeitig eine Überdüngung vermieden werden kann. Dafür nutzt Felgentreu unter anderem Bakterien wie Azoarcus oder Azotobacter, um die Stickstoffproduktion in der Pflanze und im Boden auf natürliche Weise anzukurbeln. „Wir gehen die Sache aus verschiedenen Richtungen an: Zum einen versuchen wir mithilfe des sogenannten Cultan-Verfahrens den mineralischen Stickstoff genau zu platzieren, um das restliche Bodenleben nicht zu stören. Zum anderen setzen wir auf alternative Produkte, um Stickstoff zu sparen.“

Mit „Terra Life“ hat Felgentreu bei der DSV über die Jahre eine Produktlinie etabliert, die Landwirten Zwischenfruchtmischungen in die Hand gibt, um Böden nach der Ernte für nachfolgende Kulturen fit zu machen. Mithilfe dieser innovativen Mischungen sollen Nahrungsketten im Ökosystem Boden gebildet werden, die das Bodenleben stärken und so die Felder über lange Zeit fruchtbar halten. „Die Futterqualität hat viele Väter. Und einer dieser Väter ist die Artenzusammensetzung. Da spielen Pflanzenarten eine wichtige Rolle“, weiß der Experte aus eigener Erfahrung.

Dem Boden etwas Gutes zurückgeben

Im Zuge der Rekultivierung von ehemaligen Tagebauen und Schießplätzen aus DDR-Zeiten hatte Felgentreu im Freilandlabor mit Kräutern experimentiert. Als Ende der 90iger Jahre der Versuch endete und das Feld umgebaut wurde, machte der Pflanzenbauer eine Entdeckung. „Wo Getreide gewachsen ist, waren immer diese Kräuter-Parzellen zu sehen. Dort sah das Getreide oftmals besser aus, als der Rest. Und so habe ich mich gefragt, ob man über Biodiversität dem Boden etwas zurückgeben kann, das wir ihm vorher entnommen haben.“

Mit Humus den Boden-Akku aufladen

Aus der Vision, diese positiven Effekte nachzustellen, entstand die Idee der Zwischenfruchtmischungen und mit „Terra Life“ eine komplett neue Produktlinie. Als erste in Europa kam die DSV 2008 mit damals vier solchen innovativen Mischungen auf den Markt. 26 Produkte hat Felgentreu heute im Angebot. „Da gibt es zum Beispiel eine Mischung für den Mais. Da sind 13 verschiedene Pflanzenarten drin. Und jede Pflanzenart macht etwas Besonderes für die nächste Kultur, in diesem Fall für den Mais. Über solche Pflanzengesellschaften wollen wir den Boden so beeinflussen, dass die nächste Kultur davon profitieren kann“. Roggen zum Beispiel hat die Aufgabe, dass die Pflanzenwurzel mit Pilzen eine Symbiose bildet und so den neuen Mais frühzeitig „infiziert“. So kann die Pflanze besser mit Nährstoffen wie z.B. Phosphor und auch Wasser versorgt werden. „Das kann die Qualität und den Ertrag des Maises bis zu 15 Prozent verbessern“, erklärt Felgentreu.

Landwirte für neues Pflanzenbausystem begeistern

Der Experte weiß auch: Mit der Nährstoffbilanz im Boden steht und fällt jede Innovation. Daher ist jeder Acker zugleich Neuland und muss genau untersucht werden, um die richtige Mischung zu finden. Felgentreu ist von seinem „Pflanzenbausystem“ überzeugt und will weiterhin Landwirte davon begeistern. „Als nächstes möchte ich, dass wir über diese Systeme auch zum Humusaufbau kommen. Denn wenn man Humus in den Boden bekommt, laden sie damit einen Akku auf, den Landwirte immer wieder anzapfen können“. Nicht nur auf dem Versuchsfeld der Firma, auch im privaten Gartenparadies hat der Familienvater damit beste Erfahrungen gemacht. „Der Garten ist mein Hobby. Was ich da mache, versuche ich in der Landwirtschaft umzusetzen.“

Autorin: Beatrix Boldt

Wie kann Saatgut nachhaltig vor Krankheitserregern geschützt werden? Die Antwort darauf fand André Weidauer vom Fraunhofer Institut FEP in Dresden in der zu DDR-Zeiten von dem Physiker Manfred von Ardenne entwickelten Elektronenkanone. Hierbei werden mithilfe von Elektronenstrahlen Krankheitserreger auf schonende Weise und zuverlässig abgetötet. Der Fraunhofer-Forscher hat diese bewährte Methode der Elektronenstrahlbehandlung so weiterentwickelt, dass sie in einen Transporter passt und somit auch kleinere Mengen Saatgut direkt vor Ort und kostengünstig desinfiziert werden können.

Mittlerweile wirtschaftet fast jeder zehnte Landwirtschaftsbetrieb in Deutschland ökologisch. So wuchs die deutsche Öko-Fläche laut Schätzungen des BÖLW 2016 um 96.633 Hektar auf 1.185.471 Hektar. Das entspricht einem Wachstum von 8,9 Prozent. Und die Entwicklung macht nicht bei den Landwirten halt. Auch immer mehr Kunden unterstützen mit ihrem Bio-Einkauf den Umbau der Landwirtschaft. Laut des BÖLW-Vorsitzenden geht es nun darum, auch auf politischer Ebene den Weg für mehr Bio zu ebnen und eine Neuausrichtung der Agrarpolitik voranzutreiben.