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Wie müssen bestimmte Kunststoffverpackungen gestaltet sein, damit sie sich gut wiederverwerten lassen? Auf diese Frage gibt seit Anfang 2019 eine Software der Firma Henkel Antwort. Jetzt hat das Unternehmen eine neue Programmversion vorgelegt, die auch Verpackungen aus Papier/Karton, Glas, Aluminium und Weißblech analysiert. Das Fraunhofer-Institut für Umwelt-, Sicherheits- und Energietechnik UMSICHT hat die Qualität der Anwendung geprüft.

Ampelwertung und Prozentsatz

Die Software EasyD4R erfasst Zusammensetzung und Gewichtsanteile der verwendeten Materialien für jede zu untersuchende Verpackung. Dabei kennt das Programm die Limitierungen bei Sortierprozessen und bei der Wiederverwertung der Materialien. Auf dieser Grundlage generiert die Software für die jeweilige Verpackung eine Ampelwertung und den Prozentsatz, zu dem die Verpackung sich wiederverwerten lässt. Unternehmen können so ihre Verpackungen für eine Kreislaufwirtschaft optimieren. Henkel selbst will bis 2025 erreichen, dass alle eigenen Verpackungen vollständig recyclingfähig sind, und den Anteil an neuen Kunststoffen aus fossilen Quellen halbieren.

Übergang zur Kreislaufwirtschaft gestalten

„Wir freuen uns, dass Henkel mit der Weiterentwicklung der Software sein Engagement für die Entwicklung nachhaltiger Verpackungslösungen ausbaut und dieses Tool auch weiterhin anderen Unternehmen zur Verfügung stellt“, lobt Markus Hiebel, Abteilungsleiter Nachhaltigkeit und Partizipation bei Fraunhofer UMSICHT. Die zusätzliche Möglichkeit der Bewertung weiterer Verpackungen sei ein wichtiger Schritt, um den Übergang zu einer Kreislaufwirtschaft zu beschleunigen. Für die erweiterte Version wurden Designrichtlinien zugrunde gelegt, die die Fachhochschule Campus Wien erstellt hat. Außerdem berücksichtigt das Programm den deutschen Mindeststandard für Verpackungen.

Alle gängigen Materialien

„Erkenntnisse aus dem Bewertungstool haben uns darin unterstützt, neue nachhaltige Verpackungslösungen zu entwickeln, die auf unsere Ziele für das Jahr 2025 einzahlen“, schildert Colin Zenger, zuständig für die Entwicklung nachhaltiger Verpackungslösungen im Unternehmensbereich Laundry & Home Care bei Henkel, die eigenen Erfahrungen. „Jetzt gehen wir den nächsten Schritt: Die Software bewertet nun zusätzlich zu Kunststoffverpackungen auch die Recyclingfähigkeit von Verpackungen aus allen anderen gängigen Materialien.“

Das Programm EasyD4R wurde zwar von Henkel entwickelt, steht aber  Unternehmen und Organisationen auf der Firmenwebsite kostenlos zum Download zur Verfügung. Schon jetzt wurde mehr als 2.500-mal von diesem Angebot Gebrauch gemacht.

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How must certain plastic packaging be designed so that it can be easily recycled? Since the beginning of 2019, this question has been answered by software from Henkel. The company has now presented a new program version that also analyses packaging made of paper/cardboard, glass, aluminium and tinplate. The Fraunhofer Institute for Environmental, Safety and Energy Technology UMSICHT tested the quality of the application.

Traffic light rating and percentage

The EasyD4R software records the composition and weight proportions of the materials used for each packaging to be examined. The program knows the limitations of sorting processes and recycling of materials. On this basis, the software generates a traffic light evaluation for the respective packaging and the percentage at which the packaging can be recycled. In this way, companies can optimise their packaging for a circular economy. Henkel itself aims to ensure that all its own packaging is fully recyclable by 2025 and to halve the proportion of new plastics from fossil sources.

Managing the transition to a circular economy

"We are pleased that Henkel is expanding its commitment to the development of sustainable packaging solutions with the further development of the software and will continue to make this tool available to other companies," praises Markus Hiebel, head of the Sustainability and Participation department at Fraunhofer UMSICHT. The additional possibility of evaluating further packaging is an important step to accelerate the transition to a recycling economy. The extended version is based on design guidelines created by the University of Applied Sciences Campus Wien. The programme also takes into account the German minimum standard for packaging.

All common materials

"Findings from the evaluation tool have helped us to develop new sustainable packaging solutions that contribute to our goals for 2025," says Colin Zenger, responsible for the development of sustainable packaging solutions in Henkel's Laundry & Home Care business sector. "Now we are taking the next step: In addition to plastic packaging, the software now also evaluates the recyclability of packaging made of all other common materials.

Although the program EasyD4R was developed by Henkel, it is available to companies and organizations on the company website for free download. This offer has already been used more than 2,500 times.

Begehungen, Zählungen, Luftbilder und Drohnenflüge: Eine Waldbestandsaufnahme ist heute mit viel Aufwand verbunden. Ein Forschungsprojekt der Ostfalia Hochschule für angewandte Wissenschaften möchte das ändern, indem es Wälder „smart“ macht. Zahlreiche Sensoren, die mittels 5G-Mobilfunk verbunden sind, sollen die Forstwirtschaft ins 21. Jahrhundert führen.

5G und viele autarke Sensoren

„Durch die revolutionär neue Technik wird beispielsweise die Inventur von Waldflächen in naher Zukunft auf einen qualitativ bisher nicht erreichten Stand gehoben“, erhofft sich Martin Hillmann aus dem Geschäftsbereich Forstwirtschaft der Landwirtschaftskammer Niedersachsen. Diederich Wermser von der Fakultät Elektrotechnik der Ostfalia Hochschule erläutert den Projektansatz: „5G bietet hier neue Möglichkeiten. Es erlaubt mit seinen speziellen Eigenschaften wie hohen Reichweiten und geringem Energieverbrauch beispielsweise den Einsatz von sehr vielen autarken Sensoren.“

Diese Sensoren sollen permanent den Zustand der Bäume erfassen. „Im Grunde erzählt uns dann jeder Baum in Echtzeit über die Messwerte, die er liefert, wie es ihm geht. Ist es ihm zu trocken? Zu feucht? Zu kalt? Zu heiß? Gibt es erste Anzeichen von Borkenkäfern? Wie sieht es mit dem Boden aus, in dem er wurzelt? Wie ist die Umgebungsluft?“, erklärt Andreas Ligocki, Dekan der Fakultät Maschinenbau. Das 5G-Netz übermittelt diese Messwerte an eine Software-Plattform, wo die Daten dann automatisiert ausgewertet, verwaltet und aufbereitet werden können.

Augmented Reality für Spaziergänger und Schulen

Neben dem Einsatz als Frühwarnsystem vor Gefährdungen für den Baumbestand haben die Forscher zwei weitere Anwendungen im Blick. Eine ist die Umweltbildung. Die Sensoren könnten Infotafeln speisen und Spaziergängern „digitale Geschichten“ über den Wald erzählen, die sonst dem Auge verborgen blieben. Dabei könnten mittels Augmented-Reality-Brillen sogar dreidimensionale Projektionen zum Einsatz kommen. Oder Schulklassen, die einen Waldabschnitt betreuen, könnten per App verfolgen, wie es „ihrem“ Wald gerade geht.

Die dritte Anwendung betrifft die Holzernte. Holzerntemaschinen können anhand der Sensordaten die tatsächlichen Holzqualitäten und -mengen in Echtzeit erfassen und mit den geplanten Erntemengen und Verarbeitungszwecken abgleichen. Zwei entsprechende Experimentalflächen sind bereits geplant, um die Möglichkeiten zu erproben.

Reaktion auf Schädlinge und Klimawandel

„Wenn wir den Wald als wichtigen CO₂-Speicher und Rohstofflieferanten dynamisch aktuell überwachen können, kann das enorm helfen, um auf augenblickliche Erfordernisse wie beispielsweise Klimaeinflüsse, Schädlingsbefall und Marktbedingungen in der Forstwirtschaft schneller in der zukünftigen Planung reagieren zu können“, resümiert Friedrich Hanstein vom Niedersächsischen Forstplanungsamt das Potenzial des Forschungsvorhabens und hat noch einen weiteren Zusatznutzen im Blick: „Zudem könnten wir über das angedachte Bürgerinformationssystem anschaulich über notwendige Forstarbeiten informieren und sehr kurzfristig vor aktuellen Gefahren bei der Fällung von Bäumen warnen.“

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Wie kann die Bioökonomie die Wirtschaft zukunftsfähig machen? Mit dieser Frage befasst sich Systemwissenschaftlerin Daniela Thrän. Ein Schwerpunkt ihrer Forschung sind Bioenergiesysteme. Ihre Mission: Treiber und Schwachstellen ausloten, um die Bioökonomie auf den richtigen Weg zu bringen. Als Mitglied des Bioökonomierates hat die Leipziger Helmholtz-Forscherin die Bundesregierung viele Jahre zu dem Thema beraten. Ihre Expertise brachte Thrän nun auch in das erste Monitoring zur Bioökonomie ein. Thrän ist überzeugt: Verlässliche und auf Innovationen ausgerichtete politische Rahmenbedingungen sowie eine gezielte Forschungsförderung sind die wichtigsten Treiber bei der Gestaltung einer biobasierten Wirtschaft. 

How can bioeconomy make the economy sustainable? This is the question that systems scientist Daniela Thrän deals with. Bioenergy systems are one focus of her research. Her mission: to identify drivers and weaknesses in order to put the bioeconomy on the right track. As a member of the Bioeconomy Council, the Leipzig Helmholtz researcher has advised the Federal Government on this topic for many years. Thrän has now contributed her expertise to the first Bioeconomy Monitoring. Thrän is convinced that reliable political framework conditions oriented towards innovation and targeted research funding are the most important drivers in shaping a bio-based economy. 

Die Corona-Pandemie hat unser Leben und Wirtschaften tiefgreifend verändert – was bedeutet das für den Wandel hin zu einer Bioökonomie? Das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) hatte am 8. September zu einer Digitalkonferenz geladen: Im Dialog mit Industrie-Akteuren und der Bioökonomie-Community sollte im Rahmen der Konferenz „Industrielle Bioökonomie – Mit neuen Impulsen aus der Corona-Krise“ ausgelotet werden, was die Krise an Herausforderungen, aber auch an Chancen bietet. Rund 170 Teilnehmende verfolgten die Online-Konferenz und konnten sich per Chat und via Live-Umfrage-Tool Slido beteiligen.

„Durch die neue Nationale Bioökonomiestrategie und das Wissenschaftsjahr ist 2020 ein wichtiges Jahr für die Bioökonomie, und das Thema darf trotz Corona-Krise nicht an Bedeutung verlieren“, sagte Andrea Noske, Referatsleiterin im BMBF und Gastgeberin der Online-Konferenz, zur Begrüßung. Der Austausch mit den Branchenakteuren und der Forschungscommunity sei sehr wichtig – und eine Online-Konferenz wie diese als Plattform eine Premiere. Die industrielle Bioökonomie sei ein Kernthema der Förderpolitik des BMBF. Von der Online-Konferenz erhoffe man sich Hinweise, wie neue Förderimpulse und Themenschwerpunkte gesetzt werden können.

Wie Bioökonomie resilient wird

In seiner Keynote-Präsentation beleuchtete der Berliner Politikwissenschaftler Peter Feindt das Thema Resilienz: Wie kann sich eine Bioökonomie in Zeiten von Corona- und Nachhaltigkeitskrise entwickeln? Feindt ist Leiter des Fachgebiets Agrar- und Ernährungspolitik an der Humboldt-Universität und koordiniert mehrere öffentlich geförderte Projekte zur Resilienzforschung (mehr in diesem Interview).

„Resilienz ist die Fähigkeit von Personen, Unternehmen oder Systemen, auf kurzfristige Schocks oder anhaltenden Stress zu reagieren“, erläuterte Feindt. Resilienz sei aber nicht dasselbe wie Nachhaltigkeit. „Anders als Nachhaltigkeit ist Resilienz stärker auf Veränderung und Anpassungsfähigkeit angelegt.“

Bioökonomie sei ein großes gesellschaftliches Transformationsprojekt, das sich im Spannungsfeld eines politischen, ökologischen und technologischen Meta-Wandels als resilient erweisen müsse, so Feindt. Sein Team untersucht die Anfälligkeiten biobasierter Produktionssysteme auf unterschiedlichen Ebenen und bewertet Resilienz anhand verschiedener Kriterien. Mit Blick auf Resilienz in der Corona-Krise gebe es einen laufenden gesellschaftlichen Anpassungsprozess, der politisch zwar mit Pandemieplänen antizipiert wurde, jedoch verzögert und dann sehr agil in Gang gekommen sei. Staatliche Kompensationsprogramme und Solidarität sorgten für Robustheit.

Fähigkeit zur Antizipation schärfen

Für die Entwicklung der Bioökonomie plädierte er für eine Future Literacy: „Wir müssen die Fähigkeit zur Antizipation – auch des Unwillkommenen – verstärken.“ Es brauche flexible Governance-Formen, koordinierte Zielbilder und die Förderung von Nischeninnovationen. Zudem erfordere Resilienz Reflexivität. Das betreffe die Governance-Formen wie auch ein partizipatives und integratives Monitoring der kritischen Systeme der Bioökonomie.

Als Beispiel nannte er die frühere Bioenergiepolitik der Bundesregierung, die sich als nicht resilient erwiesen habe (Stichworte Maisanbau und Subventionen). Hier sei das System inzwischen angepasst worden, um Zielkonflikte abzumildern. Feindt: „Auch in der Nationalen Bioökonomiestrategie wird deutlich: Die Politik nimmt breiter die Folgen ihres Tuns in den Blick und will zu smarteren und mehrstufigen Wertschöpfungssystemen kommen.“

Feindt formulierte die Idee von staatlichen Zuwendungen in Form einer „Resilienz-Prämie“ für Unternehmen der industriellen Bioökonomie – diese müsste dann aber auch eingesetzt werden. 

Biofilme sind ideale Lebensräume für Mikroorganismen. Bevorzugt an Oberflächen zu sogenannten wässrigen Systemen bilden sie im Laufe der Zeit eine glitschige, meist unsichtbare Schicht, der nur schwer beizukommen ist. Nicht nur hinderlich, sondern auch gefährlich sind Biofilme auf Medizinprodukten wie Prothesen und Implantaten. Diese bakterielle Schleimschicht stellt ein großes Infektionsrisiko dar. Das Problem: Biofilme sind oft gegen Antibiotika und Antimykotika resistent. Damit können Bakterien und Pilze in das angrenzende Gewebe leichter eindringen, Infektionen auslösen und damit den Heilungsprozess behindern.

Nanomaterialien aus Spinnenseidenproteinen

Ein Team unter Leitung des Bayreuther Biochemikers Thomas Scheibel hat nun Biomaterialien entwickelt, die eine Ansiedlung von Mikroben von vornherein verhindern und sogar multiresistente Keime abwehren. Wie im Fachjournal „Materials Today“ berichtet, besteht das neue Material aus biotechnologisch hergestellten Proteinen der Spinnenseide. In den Bayreuther Laboren wurden diese gezielt mit verschiedenen Nanostrukturen ausgestattet, um sie für medizinische Anwendungen zu nutzen.

Mikrobenabweisende Folien, Beschichtungen und Hydrogele

Die Nanomaterialien mit Spinnenseideproteinen können demnach nicht nur Infektionen verhindern. Sie fördern auch den Heilungsprozess, indem sie die Anhaftung und Vermehrung menschlicher Zellen auf ihren Oberflächen fördern. Als Wundabdeckung, Hautersatz oder Implantat können sie zur Regeneration von beschädigtem oder gar fehlendem Gewebe beitragen. Getestet wurde die mikrobenabweisende Funktion an hauchdünnen Folien und Beschichtungen sowie an Hydrogelen mit der 3D-Struktur, die als Gerüst für neu wachsendes Gewebe verwendet werden kann.

Immer mehr Verbraucher greifen im Supermarkt zu Fleischersatzprodukten. Die Palette reicht vom Sojaschnitzel über Tofuwurst bis hin zum Linsenburger. Den Trend bedienen zumeist Start-ups wie das Berliner Unternehmen Mushlabs. Das elfköpfige Team um Gründer Mazen Rizk nutzt Myzelien aus Pilzen, um daraus veganen Fleischersatz herzustellen. Für die Weiterentwicklung seiner Produkte konnte das Biotechnologie-Unternehmen nun neue Investoren gewinnen. Im Rahmen einer Serie-A-Finanzierungsrunde wurden insgesamt 8,7 Mio. Euro eingeworben. Zu den Investoren gehören die Schweizer VC Redalpine und Visvires New Protein aus Singapur sowie die Altgesellschafter Happiness Capital, ein Anteilseigner von Atlantic Food Labs, und Joyance Partners aus Kalifornien.

Mit Lebensmittelresten Pilzsporen füttern

Seit zwei Jahren forscht Mushlabs an Pilzabfällen, um daraus Proteine zur Fleischersatzherstellung zu gewinnen. Das Team setzt hier auf das fadenförmige Wurzelgeflecht von Pilzen - die sogenannten Myzelien. Sporen der Pilze werden kultiviert und mit Abfällen wie Reishülsen und Kaffeesatz gefüttert. In Bioreaktoren wird ein proteinhaltiger und ballaststoffreicher Fleischersatz fermentiert, der den Grundstock für die Mushlabs-Produkte bildet.

Erste Produkte Ende 2021 auf dem Markt

Erste Prototypen sind bereits am Start. Mit dem frischen Kapital wollen die Berliner nun die Großproduktion ankurbeln. Ende nächsten Jahres will Mushlabs die ersten pilzbasierten Würste und Bratlinge auf den Markt bringen, wie Unternehmensgründer Rizk der Gründerszene mitteilt. B2B-Kunden wie Gastronomen sollen demnach als Erste von den veganen Fleischprodukten der Berliner profitieren.

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More and more consumers are turning to meat substitutes in the supermarket. The range extends from soya schnitzel and tofu sausage to lentil burgers. The trend is mostly served by start-ups such as the Berlin company Mushlabs. The eleven-member team around founder Mazen Rizk uses mycelia from mushrooms to make vegan meat substitutes. The biotechnology company has now been able to attract new investors for the further development of its products. A total of 8.7 million euros were raised in a Series A financing round. The investors include the Swiss VC Redalpine and Visvires New Protein from Singapore as well as the former shareholders Happiness Capital, a shareholder of Atlantic Food Labs, and Joyance Partners from California.

Feeding fungal spores with food residues

For two years, Mushlabs has been researching fungal waste in order to obtain proteins for the production of meat substitutes. The team is focusing on the thread-like root network of fungi - the so-called mycelia. Spores of the fungi are cultivated and fed with waste products such as rice husks and coffee grounds. Bioreactors are used to ferment a protein-containing and fibre-rich meat substitute, which forms the basis for Mushlabs products.

First products on the market at the end of 2021

The first prototypes have already been delivered. With the fresh capital, the Berliners now want to boost large-scale production. At the end of next year Mushlabs wants to bring the first mushroom-based sausages and bratlings on the market, as company founder Rizk informs the Gründerszene magazine. B2B customers such as gastronomes are expected to be the first to benefit from the vegan meat products of the Berliners.

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Vom Sitzpolster im Auto bis zum Kinderschuh: Leder ist ein vielseitig genutztes und zugleich recht umweltfreundliches Material, da es ein nachwachsender und weitgehend klimaneutraler Rohstoff ist. Beeinträchtigt wurde diese Bilanz bislang durch Chemikalien, die als sogenannte Nachgerbstoffe eingesetzt werden. Der Chemiekonzern Lanxess hat nun ein biotechnologisches Verfahren in Serie gebracht, bei dem Falzspäne aus der Lederherstellung direkt weiterverarbeitet werden zu biologisch abbaubaren und dennoch hoch funktionalen Nachgerbstoffen.

Vollautomatischer Prozess in modularen Anlagen

Die als X-Biomer bezeichnete Serie von Nachgerbstoffen entsteht, indem die Biopolymere der Falzspäne zunächst zerkleinert und dann je nach Verwendung zu Polymeren mit speziellen Eigenschaften modifiziert werden. Der vollautomatische Prozess kann dank modularer Anlagen direkt in der Gerberei erfolgen.

Ökologisch ist der Gewinn ein mehrfacher: Die Nachgerbstoffe bestehen aus biologisch abbaubaren Rohstoffen und können in der Abwasserbehandlung leicht durch Mikroorganismen zersetzt werden. Zwei der drei X-Biomer-Produkte erhielten sogar das Zertifikat „leicht abbaubar“ gemäß OECD-Richtlinie 301F, ein drittes war nach vier Wochen zu mehr als der Hälfte abgebaut. Generell führen die chemischen Eigenschaften dieser Nachgerbstoffe zu einer verringerten Abwasserbelastung, und auch die sogenannte Salzfracht liegt weit unter einem Prozent. Konventionelle Nachgerbverfahren erhöhen die Salzkonzentration normalerweise deutlich, was Prozess- und Abwasser belastet. Nicht zuletzt fallen die Falzspäne nicht mehr als Abfallstoffe an und müssen weder transportiert noch entsorgt werden. Das ist zugleich eine Kostenersparnis.

Nachhaltig, günstig und leistungsstark

Qualitativ müssen sich die biotechnologischen Nachgerbstoffe auch nicht verstecken. Selbst chromgegerbte Leder mit hohen technischen Anforderungen lassen sich damit erzeugen. Die individuelle Anpassung der Polymere ermöglicht zudem, die Produkteigenschaften hinsichtlich Färbbarkeit, Fülle, Dichte, selektiver Füllung, Hitzebeständigkeit und Lichtechtheit exakt auf die Anforderungen im Nachgerbverfahren zuzuschneiden. Die reduzierte Salzfracht bietet Vorteile hinsichtlich Fettung und Färben.

Gemeinsam mit dem Schweizer Anlagenbauer Hüni hat Lanxess nun das Verfahren erstmals kommerziell angeboten. Der Schritt stellt die nächste Phase des Anlagenkonzepts ReeL (Ressourceneffiziente Herstellung von Lederchemikalien) dar, an dessen Entwicklung auch die Kooperationspartner Invite und Heller-Leder beteiligt sind. Heller-Leder betreibt seit 2017 die Pilotanlage in Hehlen, in der das vom Bundesministerium für Bildung und Forschung geförderte Verfahren unter realen Produktionsbedingungen entwickelt und getestet wurde.

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Ob Weizen oder Mais: Nach zwei Hitzesommern in Folge drohen Landwirten auf Grund langanhaltender Trockenheit auch in diesem Jahr vielerorts wieder enorme Ernteverluste. Die Pflanzen leiden unter Trockenstress, da die Böden austrocknen und das Wurzelwerk nicht ausreichend mit Wasser und Nährstoffen versorgt wird. Die Herausforderungen des Klimawandels lassen Forscher daher mit Hochdruck nach zukunftsträchtigen Szenarien für den Ackerbau suchen.  

Im Verbundprojekt RhizoTraits konzentrieren sich Wissenschaftler unter Leitung der Universität Bayreuth auf den wurzelnahen Bereich einer Pflanze – die Rhizosphäre. In diesem unmittelbar von der Pflanzenwurzel beeinflussten Raum sehen die Forscher den Schlüssel, um Pflanzen an die künftigen klimatischen Bedingungen anzupassen und widerstandsfähiger zu machen. Das Projekt wird im Rahmen der „Nationalen Forschungsstrategie BioÖkonomie 2030“ über die Fördermaßnahme „Pflanzenwurzeln und Bodenökosysteme - Bedeutung der Rhizosphäre für die Bioökonomie (Rhizo4Bio)“ vom Bundesforschungsministerium über vier Jahre mit rund 2 Mio. Euro gefördert.

Pflanzen widerstandsfähiger machen

Im Fokus des Vorhabens steht die Aufklärung relevanter biologischer, chemischer und physikalischer Prozesse, die in der Rhizosphäre ablaufen. Entscheidend ist hier das Zusammenspiel von Wurzel, Mikroorganismen und Boden, das die Nährstoff- und Wasseraufnahme und damit auch die Trockentoleranz der Pflanzen bestimmt. „In dem Projekt wollen wir schauen, ob es Eigenschaften in der Rhizosphäre gibt, die die Pflanzen widerstandsfähiger für Klimaveränderungen machen“, erklärt Projektkoordinatorin Johanna Pausch von der Universität Bayreuth.

Hotspot für mikrobielle Aktivität und Stoffumsätze

Pflanzen haben durchaus eigene Strategien entwickelt, um Wasser-und Nährstoffquellen zu erschließen und für sich nutzbar zu machen. Mittels langwachsender Wurzeln zapfen sie die Ressourcen im Unterboden an,  bilden verstärkt Wurzelhaare und bauen so den Kontakt zum umliegenden Boden aus. Und sie gehen Symbiosen mit Pilzen und Bakterien ein, von denen sie mit Nährstoffen versorgt werden. „Andererseits geben die Wurzeln auch Kohlenstoffverbindungen in die Rhizosphäre ab. Dadurch wird die Rhizosphäre zum Hotspot für mikrobielle Aktivität und Stoffumsätze“, sagt Pausch. Doch durch die pflanzlichen Aktionen verändert sich auch der wurzelnahe Bereich.

Whether wheat or corn, after two successive hot summers, farmers in many places are threatened with enormous crop failures this year due to persistent drought. Plants suffer from drought stress because the soil dries out and the root system is not supplied with sufficient water and nutrients. The challenges of climate change are therefore causing researchers to work hard to find promising scenarios for agriculture in the future. 

In the joint project RhizoTraits led by the University of Bayreuth, scientists concentrate on the root-near region of a plant - the rhizosphere. In this area, which is directly influenced by the plant root, the researchers see the key to adapting plants to future climatic conditions and making them more resistant. The project is funded by the Federal Ministry of Education and Research (BMBF) over four years with around 2 million euros as part of the "National Research Strategy Bioeconomy 2030" via the funding measure "Plant roots and soil ecosystems - significance of the rhizosphere for the bioeconomy (Rhizo4Bio)".

Making plants more resistant

The focus of the project is the understanding of relevant biological, chemical and physical processes taking place in the rhizosphere. Here, the interaction of root, microorganisms and soil, which determines the nutrient and water uptake and thus the plants' tolerance to drought, is crucial. "In the project, we want to see whether there are properties in the rhizosphere that make the plants more resistant to climate change," explains project coordinator Johanna Pausch from the University of Bayreuth.

Hotspot for microbial activity and metabolic rate

Plants have developed their own strategies to reach water and nutrient sources and make them available for their own use. By means of long-growing roots, they tap the resources in the subsoil, form more root hairs and thus develop contact with the surrounding soil. And they enter into symbioses with fungi and bacteria, from which they are supplied with nutrients. "On the other hand, the roots also release carbon compounds into the rhizosphere. This makes the rhizosphere a hotspot for microbial activity and material turnover," says Pausch. But the plant activity also changes the area near the roots.

Trinkhalme, Plastiktüten, Wattestäbchen und Essgeschirr aus Plastik sollen bald schon aus dem Alltag verschwinden und das europaweit. Im November 2018 hatte bereits das EU-Parlament grünes Licht für ein entsprechendes Einwegplastik-Verbot erteilt, das 2021 in Kraft treten soll. Die Trendwende hin zu weniger Plastik und mehr Recycling hat auch die Bundesregierung eingeleitet.

Verbot gilt auch für biobasierte Einwegprodukte

Mit der Zustimmung des Bundestages hat das Verbot von Einwegplastik nun auch hierzulande eine wichtige Hürde genommen. Ab 3. Juli 2021 sollen Wegwerfartikel aus Kunststoff, für die es bereits nachhaltige Alternativen gibt, vom Markt verschwinden. Von dem Verbot betroffen sind auch Produkte aus biobasierten oder biologisch abbaubaren Kunststoffen.

Nachhaltige Produkte haben Vorrang

Mit dem Gesetz will die Bundesregierung vor allem das Plastikmüllproblem und dessen gravierende Folgen für Umwelt und die Gesundheit der Menschen in den Griff bekommen und der damit verbundenen Ressourcenverschwendung Einhalt gebieten. So sollen Bund, Behörden und Unternehmen gleichermaßen per Gesetz verpflichtet werden, schon bei der Auftragsvergabe umweltfreundliche und ressourcenschonende Produkte zu bevorzugen - ein Ansatz, der den Markt für nachhaltige Produkte beflügeln soll. Alternativen gibt es durchaus. So könnten Trinkhalme aus Kunststoff durch kompostierbare Strohhalme aus Apfelresten oder Essensboxen aus Polystyrol durch Isolierverpackungen aus Stroh ersetzt werden.

Hersteller an Entsorgungskosten beteiligen

Darüber hinaus sollen sich künftig auch Hersteller und Verkäufer von Einwegprodukten aus Kunststoffen an den Kosten für die Entsorgung beteiligt. Damit Ressourcen effizienter genutzt werden, soll außerdem die Vernichtung noch funktionstüchtiger Ware untersagt werden. Auf diese Weise könnten wieder mehr Mehrwegprodukte wie Getränkeflaschen aus Glas in den Handel gelangen. Gerade bei Getränkeverpackungen ist der Mehrweganteil seit Jahren rückläufig.

Als nächstes muss der Bundesrat über den Gesetzentwurf zum Einwegplastik-Verbot abstimmen.

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Drinking straws, plastic bags, cotton swabs and plastic dinnerware are soon to disappear from everyday life, and this throughout Europe. In November 2018, the EU Parliament had already given the green light for a ban on disposable plastics, which is to come into force in 2021. The German government has also initiated a turnaround towards less plastic and more recycling.

Ban also applies to biobased disposable products

With the approval of the German Bundestag, the ban on disposable plastics has now also taken an important hurdle in this country. From July 3, 2021, disposable plastic articles for which sustainable alternatives already exist are to disappear from the market. Products made of bio-based or biodegradable plastics are also affected by the ban.

Sustainable products have priority

With this law, the German government wants to control the problem of plastic waste and its serious consequences for the environment and people's health and stop the associated waste of resources. For example, the federal government, public authorities and companies alike are to be obliged by law to give preference to environmentally friendly and resource-saving products when awarding contracts - an approach that should boost the market for sustainable products. There are certainly alternatives. For example, drinking straws made of plastic could be replaced by compostable straws made of apple waste, or food boxes made of polystyrene by insulating packaging made of straw.

Manufacturers share in disposal costs

In addition, manufacturers and sellers of disposable plastic products are also to contribute to the costs of disposal in future. To ensure that resources are used more efficiently, the destruction of goods that are still in working order is also to be prohibited. In this way, more reusable products such as glass beverage bottles could once again find their way into the market. The proportion of reusable beverage packaging in particular has been declining for years.

The next step is for the Bundesrat to vote on the bill to ban disposable plastics.

Der Klimawandel stellt die Landwirtschaft schon heute vor große Herausforderungen. Extremwetter wie Dürre oder Überschwemmungen setzen die Nutzpflanzen unter Stress, insbesondere Pilzerkrankungen sorgen zum Teil für massive Ernteverluste auf den Äckern. Landwirte sind daher dringend auf neue, widerstandsfähige Sorten angewiesen. Im Projekt PILTON haben sich zahlreiche Pflanzenzüchter zusammengeschlossen, um einen Weizen zu züchten, der gleich gegen mehrere Pilzerreger tolerant ist. Hierbei sollen neue molekulare Züchtungsmethoden wie die Genomschere CRISPR-Cas zum Einsatz kommen, mit deren Hilfe schnell und präzise Erbgutveränderungen vorgenommen werden können.

Fast 60 Unternehmen der Pflanzenzüchtung beteiligt

„Mit dem Projekt wollen wir prüfen, welchen Nutzen neue Züchtungsmethoden für eine ressourcenschonende und produktive Landwirtschaft haben. Konkret geht es darum, das Potenzial zur Einsparung von Pflanzenschutzmitteln zu evaluieren", erklärte die Vorsitzende des Bundesverbandes Deutscher Pflanzenzüchter (BDP), Stephanie Franck, bei der Präsentation des Projektes am 17. September in Berlin. Das Vorhaben wird von der Gemeinschaft zur Förderung von Pflanzeninnovation e. V. getragen. Daran beteiligt sind rund 60 vor allem mittelständische Pflanzenzüchtungsunternehmen wie die Deutsche Saatgutveredelung und KWS Saat, aber auch große Unternehmen wie Bayer Crop Science.

Pflanzenzüchterin Anja Matzk von der KWS Saat stellte klar, dass vor allem der zeitliche Vorteil neuer Züchtungsmethoden um „ein Vielfaches“ größer ist. „In nur drei bis fünf Jahren könnten wir eine Pilztoleranz im Weizen zeigen.“ Mittels herkömmlicher Züchtung kann es hingegen 10 bis 15 Jahre dauern, bis eine neue Sorte auf das Feld kommt.

EuGH-Urteil von 2018 erschwert Züchtung

So vielversprechend die neuen Methoden der Genom-Editierung für die Pflanzenzüchter sind. Derzeit sind die regulatorischen Hürden für den Anbau genom-editierter Nutzpflanzen hierzulande hoch. 2018 hatte der Europäische Gerichtshof (EuGH) entschieden, dass sämtliche durch Mutagenese gewonnene Organismen als gentechnisch veränderte Organismen (GVO) einzustufen sind und damit grundsätzlich unter die strenge Regulierung der europäischen Freisetzungsrichtlinie für gentechnisch veränderte Organismen (GVO-Richtlinie) fallen. Das gilt auch für die gezielte Mutagenese durch Genomscheren wie CRISPR-Cas und Co.

Das Urteil war seinerzeit höchst umstritten und stieß bei Forschern und insbesondere Pflanzenzüchtern auf Unverständnis. „Es gibt keine Rechtfertigung, dass diese Sorten dem gleichen Regulierungsmechanismus unterliegen. Die Gesetzgebung muss entsprechend angepasst werden“, forderte BDP-Vorsitzende Franck und stellte klar: „Es wird nichts in die Pflanze eingebracht, sondern nur ein Gen abgeschaltet.“

Abwehrmechanismus im Weizen stärken

Konkret geht es um ein Gen, das bei dem Pilzbefall im Weizen eine entscheidende Rolle spielt. Dieses Regulatorgen soll mittels Genom-Editierung wieder aktiviert werden und den natürlichen Abwehrmechanismus im Weizen gegen Pilzerreger verlängern. „Wir erwarten, dass dies zu einer breiten und dauerhaften Toleranz gegen Pilzkrankheiten wie Braunrost, Gelbrost, Septoria und Fusarium führt", erklärt Matzk. Erste Ergebnisse zur Pilztoleranz hofft das PILTON-Team bereits im Sommer 2021 präsentieren zu können. Entscheidend ist jedoch, ob sich die neue Sorte auch im Feld bewährt.

„Wir hoffen, dass es bis dahin eine neue Auslegung zum Umgang mit den neuen Züchtungsmethoden gibt", so Klaus Wagner, Präsident vom Thüringer Bauernverband. Er unterstreicht, wie dringend die Landwirtschaft robuste Sorten benötigt, um das Ertragsniveau mit hoher Qualität auch weiter zu halten. „Deshalb brauchen wir neue Methoden aus der Pflanzenzüchtung. Darauf zu verzichten, können wir uns nicht leisten."

Das PILTON-Projekt soll daher zeigen, welches Einsparpotenzial die neuen Züchtungsmethoden bieten und inwiefern kleine und mittelständische Pflanzenzüchter diese Werkzeuge nutzen können. Hier sollen auch patentrechtliche Fragen geklärt werden. Zudem hat sich das PILTON-Konsortium zur Transparenz verpflichtet. „Wir stellen uns ins volle Licht der Öffentlichkeit“, betont die BDP-Vorsitzende. Gerade mit Blick auf die neue Düngeverordnung in Deutschland und den damit verbundenen geringeren Einsatz von Pflanzenschutzmitteln ist Franck überzeugt, dass die mittels Genom-Editierung erzeugten Weizensorten auch für den Ökolandbau interessant wären.

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„Länder wie Pakistan, Tadschikistan und Kasachstan stehen vor großen ökologischen und gesellschaftlichen Herausforderungen“, erklärt der Wissenschaftler Michael Spies, Projektleiter von TRANSECT. Gerade für diese Region könnte die Bioökonomie Lösungen mit sich bringen, doch dies wurde aufgrund der wirtschaftlichen und politischen Lage bislang wenig beachtet. Die ökologischen und gesellschaftlichen Herausforderungen „sind auch die Folgen einer Landwirtschaft, die stark auf Intensivierung und Monokulturen gesetzt hat,“ führt Spies weiter aus. So führte der jahrzehntelange Anbau von Baumwolle, Weizen und Mais in Monokulturen in Kasachstan und Tadschikistan etwa zu Bodendegradation. In Pakistan zeigt der nicht-nachhaltige Wandel zum Anbau genmanipulierter Baumwolle, die mit 95 Prozent den Anbau dominiert, zurzeit schwerwiegende ökologischen Folgen: Schädlinge entwickelten Resistenzen gegenüber den neuartigen Pflanzen. Damit verbunden sind drastische Ernteeinbrüche, die dramatische Auswirkungen für die Menschen vor Ort haben. „Auch der Klimawandel hat, vor allem durch die Zunahme von Wetterextremen, bereits großen Einfluss auf die Landwirtschaft in der Region“, sagt Spies.

Eine Region mit viel Potenzial und enormen Herausforderungen

Die BMBF-geförderte Nachwuchsgruppe TRANSECT an der Hochschule für Nachhaltige Entwicklung Eberswalde (HNEE) entwickelt gemeinsam mit der Bevölkerung in den drei Ländern mögliche Bioökonomie-Zukunftsszenarien. Sie sollen die sozial-ökologischen Wirkungsgeflechte eines solchen Transformationsprozesses aufzeigen. „Wir schauen sehr konkret in die Region herein. Dazu gehört auch, die lokalen Entwicklungen in der Landwirtschaft genau zu betrachten und so die große Bandbreite an lokalen Veränderungen in den Blick zu nehmen“ betont Spies. So stellen die Forscherinnen und Forscher sich beispielweise die Fragen: Welche Möglichkeiten gibt es in Tadschikistan für eine nachhaltigere Baumwollproduktion? Und lassen sich Agrartechnologien in Pakistan entsprechend der Bedarfe in der Landwirtschaft gestalten, ohne dass kleinbäuerliche Haushalte davon benachteiligt werden? „Dazu müssen wir eng mit den Landnutzerinnen und -nutzern sowie lokalen Partnern zusammenarbeiten.“ Neben der Verwendung biologischer Ressourcen zur Ernährungssicherung, der stofflich-industriellen Nutzung und der Bioenergie, geht es im Projekt vor allem darum, die Chancen und Risiken einer Bioökonomie für Mensch und Umwelt aufzuzeigen.