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Jahrelang wurde um das neue Verpackungsgesetzt gestritten, Mitte Mai hat der vom Bundestag im März verabschiedete Entwurf auch den Bundesrat passiert. Damit kann das Gesetz Anfang Januar 2019 in Kraft treten. Es ist eine deutlich abgespeckte Variante der ursprünglichen Idee eines Wertstoffgesetzes. Eigentlich sollte eine bundesweit einheitliche Wertstofftonne für die Sammlung aller stoffgleichen Nicht-Verpackungen eingeführt werden.

Streit um die Wertstoffetonne 

Doch der Plan scheiterte am Streit zwischen den Kommunen und den Privatunternehmen, die Verpackungsmüll sammeln und verwerten. Die Wertstoffsammlung ist inzwischen ein gutes Geschäft, die privaten Unternehmen machen nach Angaben des Verbands der deutschen Entsorgungswirtschaft (BDE) pro Jahr rund eine Milliarde Euro Umsatz. Das wollten sie sich nicht wegnehmen lassen von den Kommunen, die sich bisher schon um den Restmüll kümmern. 

Die neue Regelung überlässt die Entscheidung nun den Beteiligten: Ob man eine Gelbe Tonne oder Gelbe Säcke für Verpackungsmüll hat oder eine Orange Tonne für alle Wertstoffe, das hängt davon ab, ob Kommunen und private Unternehmen sich darauf verständigen. Nach BDE-Angaben haben 12 bis 15 Millionen Deutsche eine Wertstofftonne. Da viele Städte und Gemeinden auf ein Gesetz gewartet haben, dürften es bald mehr werden. In vielen Städten, etwa Berlin, sind die Tonnen orange. Darin landen dürfen sogenannte stoffgleiche Nichtverpackungen - also Dinge, die aus Plastik oder Metall sind wie Verpackungen, aber keine sind. Bratpfannen werden gerne als Beispiel genannt oder auch Barbiepuppen.

Dem Hightech-Forum gehören 20 Vertreter aus Wirtschaft, Wissenschaft und Politik an. Diese erarbeiten Empfehlungen für die Weiterentwicklung der Hightech-Strategie der Bundesregierung. Mitte Mai hat das Expertengremium unter Federführung von Reimund Neugebauer, dem Präsidenten der Fraunhofer-Gesellschaft, und Andreas Barner, Präsident des Stifterverbandes, seinen Abschlussbericht „Gute Ideen zur Wirkung bringen – Umsetzungsimpulse des Hightech-Forums zur Hightech-Strategie" offiziell der Bundesregierung überreicht. (hier zum Nachlesen)

Demnach gehört die Bioökonomie zu den sechs Top-Themen, die die Forschungspolitik adressieren müsse. Zum Beispiel raten die Experten des Hightech-Forum, dass die Erschließung neuer Proteinquellen (insbesondere durch Innovationen in der Pflanzenzüchtung), das Heben neuer Wachstumspotentiale durch die Bioökonomie und die Erfassung weiterer Abfall- und Reststoffe (inklusive der Erarbeitung neuer Recyclingkonzepte) höhere Priorität bei politischen Entscheidungen finden sollten.

Froschschenkel werden als Delikatesse in Deutschland und Europa immer beliebter. Doch oft wird die große Nachfrage mit Fröschen aus Wildfängen bedient, statt Tiere aus nachhaltigen Zuchtanlagen zu nutzen. Für das Ökosystem hat dieses Vorgehen enorme Konsequenzen, denn Frösche sind ein wichtiger Bestandteil des ökologischen Gleichgewichts. Biodiversitätsforscherin Carolin Dittrich vom Berliner Naturkundemuseum hat nun gemeinsam mit Kollegen eine Herkunftsanalyse für Froschschenkel entwickelt. Das Isotopenmuster verrät, ob die Amphibien aus nachhaltigen Züchtungen oder aus Wildfängen stammen. Die Methode kann dem Zoll helfen, der illegalen Wildtiernutzung auf die Spur zu kommen. Sie lässt sich aber auch auf andere Tiere anwenden, deren Handel laut Artenschutzabkommen verboten ist.

Das Abperlen von Wassertropfen auf bestimmten Pflanzenblättern ist als Lotuseffekt bekannt. Dieses Phänomen wird durch spezifische Nanostrukturen auf den jeweiligen Oberflächen bewirkt. Der Effekt wird in der Industrie bereits oft als Schutz für empfindliche Textilien oder Häuserwände eingesetzt. Bakterielle Lebensgemeinschaften wie Zahnplaque oder den bräunliche Schleim in Abflussrohren, die sogenannten Biofilme, besitzen oft ebenfalls eine solche wasserabweisende Oberfläche, und sind daher nur sehr schwer zu entfernen. Mit seinem Team untersucht Oliver Lieleg, Professor für Biomechanik an der Munich School of BioEngineering die physikalischen Prinzipien, die bakterielle Biofilme so widerstandsfähig machen. Die Forscher berichten im Fachjournal „NPJ Biofilms and Microbiomes“.

Biofilm mit Schutzfunktion

Der bakterielle Belag in Abwasserrohren oder auf medizinischen Geräten ist oft wasserabweisend und daher nur sehr schwer zu entfernen. Das liegt an einer dichten Hülle von selbst hergestellten Polymeren, mit der sich Bakterien umgeben. Diese Hülle schützt sie vor Umwelteinflüssen. Die Kombination von Bakterien und dem von ihnen produzierten Schleim nennt man Biofilm. In ihrer aktuellen Studie haben die TUM-Wissenschaftler die Oberfläche von Biofilmen mit konfokalen Reflexions-Lichtmikroskopen genau vermessen.

„Unsere erste Erkenntnis war: Biofilm ist nicht gleich Biofilm – auch wenn er vom selben Bakterium erzeugt wird“, sagt Lieleg. Denn das Bodenbakterium Bacillus subtilis kann Biofilme mit ganz unterschiedlichen Eigenschaften herstellen, sodass sich die Wassertropfen entweder fast sofort auf der Oberfläche ausbreiten, von der Oberfläche herunterrollen, oder aber sogar in kugeliger Form auf der Oberfläche haften bleiben – selbst wenn diese senkrecht gestellt wird.

Bakterien ahmen Pflanzeneffekt nach

Die Forscher fanden heraus, dass die Mikroben hierbei bekannte Effekte aus der Pflanzenwelt verwenden: das wasserabweisende Verhalten der Blätter von Lotuspflanzen und Rosen. Außerdem konnten Lieleg und sein Team nachweisen, dass die Oberflächenstruktur des Biofilms tatsächlich denen der Pflanzenblätter sehr ähnlich ist. Genau wie die Blätter weist auch der Biofilm raue Strukturen sowohl im Mikrometer- als auch im Nanometerbereich auf. Durch diese speziellen Strukturen wird die Benetzung mit Wasser erheblich erschwert.

Das Besondere am Lotuseffekt: zwischen dem Wassertropfen und der Oberfläche des Blattes werden kleine Luftbläschen eingeschlossen, beim Rosenblatt-Effekt hingegen nicht. Deshalb perlen Wassertropfen von Lotusblättern ab, nicht aber von Rosenblättern. Die Forscher konnten zeigen, dass die jeweils vorhandenen Nährstoffe die Oberflächenstruktur bestimmen, und somit auch ob sich ein Biofilm eher wie ein Lotus- oder wie ein Rosenblatt verhält.

Anti-Oberflächenstruktur statt Antibiotika

Bakterielle Biofilme lassen sich oft nur schwer mit Antibiotika und anderen Chemikalien bekämpfen. Deshalb schlagen die Forscher vor, auch die wasserabweisenden Eigenschaften der Biofilme anzugreifen: „Wenn ein antibakterieller Stoff die Oberfläche eines Biofilms gar nicht erreicht, weil er abperlt, dann kann er auch nicht wirken. Wir müssen deshalb diese wasserabweisende Oberflächentextur verändern“, sagt Lieleg. Für den Münchner Forscher wäre das ein neuer Ansatzpunkt, um Biofilme von Oberflächen wie Rohren, Kathetern oder infizierten Wunden zu entfernen.

jmr

Erneuerbare Energien aus Windkraft oder Photovoltaikanlagen ebnen den Weg zur Energiewende. Bisher fehlt es jedoch noch an entsprechenden Speichern, da die Stromproduktion wetterabhängig und damit schwankend ist. Daher wird intensiv an neuen Stromspeichern geforscht. Eine vielversprechende Lösung sind Redox-Flow-Batterien, auch Flüssigbatterien genannt. In einem vom Bundesministerium für Ernährung und Landwirtschaft (BMEL) geförderten Verbundprojekt arbeiten Forscher der Johannes Gutenberg-Universität (JGU) Mainz derzeit gemeinsam mit Partnern an einer neuen Version der stromspeichernden Nasszellen. Dabei sollen Holzabfälle statt Metall verwendet werden. 

Elektrolyte aus Metall durch Lignin ersetzen

Das Prinzip: Bei den sogenannten Flüssigbatterien findet der Austausch der Elektronen, wie der Name andeutet, zwischen zwei verschiedenen Flüssigkeiten statt, die jedoch außerhalb der Zelle in separaten Tanks gelagert werden. Die Elektrolyte fließen allerdings nur bei Entladung oder Ladung der Redox-Flow-Batterie durch die Zelle, so dass Speicherkapazität und Leistung der Batterien individuell angepasst werden kann. Bisher wird in Flüssigbatterien vor allem das Metall Vanadium als Elektrolyt verwendet. Der wegen seiner Festigkeit und Stabilität besonders in der Stahlindustrie begehrte Rohstoff ist aber nicht nur knapp, sondern auch teuer und kann gesundheitsschädlich sein.

Im Fokus der Mainzer Forscher steht daher die Entwicklung neuer Elektrolyte auf der Basis von Lignin, das für seine stabilitätsgebende Eigenschaft bei Pflanzen bekannt ist. Hierfür wollen die Forscher Holzabfälle aus der Industrie verwenden. „Wir werden aus der Ablauge, die bei der Papier- und Zellstoffproduktion anfällt, durch elektrochemische Zersetzung Chinone gewinnen und sie für den Einsatz in einer Batterie weiter optimieren“, erläutert Projektkoordinator Siegfried Waldvogel vom Institut für Organische Chemie der JGU. Diese aus Lignin gewonnene Gruppe organischer Verbindungen wird im Elektrolyt von Flussbatterien aufgeladen und getrennt in Tanks gespeichert. Bei Bedarf, so heißt es, werden sie später in der galvanischen Zelle zur Energieerzeugung wieder zusammengeführt.

Potenzial für grüne Chemie

Waldvogel sieht die Methode der sogenannten Elektrosynthese als einen Motor für die grüne Chemie. Der Vorteil: Viele konventionelle Syntheseschritte und teure Rohstoffe für chemische Reagenzien können so eingespart werden.  „Man spricht aktuell von der Elektrifizierung der chemischen Synthese und es wird erwartet, dass diese Entwicklung zukünftige Industriegesellschaften weltweit beeinflusst“, so Waldvogel. Mithilfe der Elektrosynthese konnte das Mainzer Team auch den Aromastoff Vanillin aus Holzabfällen gewinnen. Neben Geschmacks- und Duftstoffen sowie Wirkstoffen könnte diese Methode aber auch bei der Herstellung spezieller Erzeugnisse für die Agrochemie und von Molekülen für die Materialwissenschaften eingesetzt werden.

bb

If drops of water roll off a surface this effect is known as the lotus effect. It is caused by specific surface structures, and industry often applies this effect to protect textiles or building surfaces. But bacteria and bacterial biofilms also produce this water-repellent surface, which makes them extremely difficult to clean off. Oliver Lieleg, Professor of Biomechanics at the Munich School of BioEngineering, and his colleagues investigated the underlying physical mechanisms that cause the resilience of bacterial biofilms. They published their results in the journal „NPJ Biofilms and Microbiomes“.

Bacteria protect themselves with biofilms

The bacterial slime in drainpipes or on medical equipment is extremely water-repellent, and thus very difficult to remove. This is due to a shell of self-produced polymers that bacteria surround themselves with. This shield in turn protects them from environmental hazards, and the combination of bacteria and their slime is called biofilm. In a recent study a team of scientists from the Technical University of Munich (TUM) headed by Oliver Lieleg measured the surfaces of biofilms using confocal reflection light microscopy. The project was carried out as part of the interdisciplinary cooperation SFB863 “Forces in Biomolecular Systems”.

Microbes mimic plants

“Our first realization was: not all biofilms are the same – even if they are produced by the same bacterium,” Lieleg says. The soil bacterium Bacillus subtilis, for instance, produces several distinct biofilms: sometimes, water droplets spread almost instantly across the surface. In other cases, they roll off the surface or cling to the surface in the form of spherical beads – even if the surface is tilted vertically. The researchers demonstrated that the microorganisms mimic the plant world to do so: namely the water-repellent behaviour of the leaves of lotus plants and roses. Lieleg and his team discovered that the surface structure of bacterial films is indeed very similar to those of the plant leaves. And like the leaves, biofilms also have specific rough surface structures on the micrometre and even the nanometre scale, which makes them water-repellent.

What makes the lotus effect so spezial are the  small air bubbles that are trapped between the water droplet and the surface of the leaf. This does not occur for rose pedals, which is why water droplets roll off lotus leaves but stick to rose petals. The researcher were able to show that the nature of the surface structure of the biofilm decides whether a biofilm behaves more like a lotus leaf or a rose petal. And the surface structure in turn depends on the nutrients that are available to the bacteria during growth.

Targeting the suface structures directly

Bacteria in biofilms are often difficult to kill with antibiotics and other chemicals. Based on their results the researchers propose to tackle the water-repellent properties of biofilms instead: “An antibacterial substance cannot work if it is unable to reach the surface of a biofilm because it rolls off. Thus, we need to modify this water-repellent surface texture,” Lieleg explains. “This would be a new approach to the removal of biofilms from surfaces such as tubes, catheters, and infected wounds.”

jmr

Ursprünglich wurde Torf als Heizmaterial verwendet. Heutzutage sind die vermoderten Pflanzenreste, die in Mooren entstehen, beliebte Substrate zur Bodenverbesserung im Gartenbau und daher in den meisten Balkon- und Gartenerden zu finden. Das Problem: Hochmoore spielen eine wichtige Rolle bei der Klimaregulierung. Der Torfabbau zerstört jedoch das Ökosystem. Außerdem bindet Torf große Mengen des klimaschädlichen Treibhausgases Kohlendioxid, das beim Abbau wieder freigesetzt wird.

Torfmoose züchten

Unter Federführung der Universität Greifswald wollen Forscher im Verbundprojekt „Mooszucht“ daher Torfmoose als nachhaltige und schnell nachwachsende Alternative für den Gartenbau entwickeln. An dem Vorhaben sind Wissenschaftler der Albert-Ludwigs-Universität Freiburg, vom Karlsruher Institut für Technologie (KIT) sowie ein Industriepartner aus Niedersachsen beteiligt. Das Projekt „Züchtung und Massenvermehrung von Torfmoosen zur industriellen Produktion eines nachwachsenden Substratausgangsstoffes für den Gartenbau“ wird in den kommenden drei Jahren vom Bundesministerium für Ernährung und Landwirtschaft (BMEL) mit 1,1 Mio. Euro gefördert.

Paludikultur kommerziell nutzen

In vergangenen Projekten konnten Greifswalder Ökobiologen bereits zeigen, dass abgetorfte, degradierte Moore sich hervorragend eignen, um darauf neu Moose aus der Familie Sphagnum wachsen zu lassen. Diese Torfmoose können nach einigen Jahren geerntet und so als Torfersatz im Gartenbau verwendet werden. Die Nutzung nasser Moorflächen – auch Paludikultur genannt – verbessert danach die Biodiversität des Ökosystems und reduziert den Treibhausgaseffekt. „Bisher verhindert aber ein Mangel an Moossaatgut den kommerziellen Einsatz der Paludikultur. Außerdem muss deren Effizienz noch um mindestens 30 Prozent gesteigert werden“, erklärt der Freiburger Pflanzenbiotechnologe Ralf Reski.

Mit Smart Breeding zu schnell wachsenden Torfmoosen

Das Team um Reski ist seit Jahren auf den Feld der Moosforschung aktiv, zuletzt hatte er mit internationalen Kollegen herausgefunden, dass Moose ein Vorreiter der Blatt-Evolution gelten können. Im Rahmen des EU-Projektes „MossClone“ ist es den  Freiburger Biologen bereits gelungen, die Sphagnum-Moose in Bioreaktoren zu vermehren. „Diese Technologie werden wir in MOOSzucht zusammen mit den Kollegen vom Karlsruher KIT weiter verbessern. Außerdem werden wir unser Wissen über die genetische Beschaffenheit der Moose Physcomitrella und Sphagnum anwenden, um über so genanntes Smart Breeding besonders schnell wachsende Torfmoose zu gewinnen“, berichtet Reski.

bb

Pflanzenkrankheiten und Schädlinge sind weltweit für Landwirt und Hobbygärtner gleichfalls eine Plage. Mit der App "Plantix" bietet Simone Strey vom Hannoveraner Start-up PEAT erstmals Hilfe zur Selbsthilfe. Die Software identifiziert nicht nur Schädlingsbefall und Nährstoffmangel der Pflanze, sondern gibt anhand eines Fotos gleichzeitig Hinweise, wie gegen Krankheit oder Parasit vorzugehen ist. Für die Entwicklung wurde das Team um die Geobotanikerin auf der diesjährigen Digitalmesse CeBit mit dem "Innovation Award 2017" ausgezeichnet.

Plant diseases and pests are a plague for farmers and hobby gardeners all around the world. With her ‘Plantix’ app, Simone Strey from Hanover-based start-up PEAT is now offering a novel form of support for self-help. From the photos provided by users, the software not only identifies pest infestation and nutrient deficiency in plants, but also provides advice on how to deal with disease or parasites. The geobotanist Strey and her team were honoured with the ‘Innovation Award 2017’ at this year's CeBit, the world’s biggest digital fair.