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Mikroplastik gelangt auf vielfältigen Wegen in die Umwelt und kann dort unerwünschte ökologische oder gesundheitliche Folgen haben, wenn es nicht in kurzer Zeit biologisch abgebaut wird. Welche Mikroorganismen besonders gut auf Mikroplastik wachsen und sich auf diese Weise in Gewässern anreichern können, ist jedoch wenig untersucht. Eine Studie des Leibniz-Instituts für Gewässerökologie und Binnenfischerei (IGB) sowie des Leibniz-Instituts für Ostseeforschung (IOW) ist dieser Frage nachgegangen und hat problematische Befunde zutage gefördert. Veröffentlicht sind sie im Fachjournal „Frontiers in Microbiology“.

500 unterschiedliche Eukaryoten nachgewiesen

Die Wissenschaftler nahmen Wasserproben von verschiedenen Stellen der Ostsee, der Warnow und aus einer Kläranlage, in denen sie jeweils 15 Tage lang wenige Millimeter große Kunststoffteilchen aus Polyethylen und aus Polysterol inkubierten. Mit genetischen Methoden bestimmten sie anschließend, welche eukaryotischen Mikroorganismen sich darauf angesiedelt hatten – und in welcher Dichte. Insgesamt konnten die Gewässerökologen rund 500 unterschiedliche Eukaryoten-Arten nachweisen.

Eine giftige Art ist besonders häufig dabei

Als problematisch heben die Forscher hervor, dass sich darunter auch für den Menschen giftige Arten finden wie der Plankton-Organismus Pfiesteria piscicida. Dieser sogenannte Dinoflagellat zählt sogar zu den am häufigsten auf Mikroplastik angetroffenen Arten: Er erreicht dort eine rund 50-mal so hohe Konzentration wie im umgebenden Wasser und zwei- bis dreimal so hohe Dichten wie auf vergleichbar großen Holzpartikeln.

Langlebigkeit des Mikroplastiks ist problematisch

„Mikroplastik kann ein bedeutender Lebensraum und ein Transportmittel für Mikroorganismen sein – auch für giftige oder schädigende. Wir konnten in unseren Untersuchungen feststellen, dass Mikroorganismen, beispielsweise potenziell giftige Dinoflagellaten wie Pfiesteria piscicida, sich auf Plastikteilchen anreichern und dort höhere Dichten als auf Treibholzteilchen oder im umgebenden Wasser erreichen“, erläutert die Erstautorin der Studie, Maria Therese Kettner vom IGB. Der Leiter der Studie, IGB-Forscher Hans-Peter Grossart, spricht eine weitere Problematik an: „Im Gegensatz zu natürlichen Substanzen wie Holz oder Algenkolonien, zerfallen die Mikroplastikpartikel nur extrem langsam und können so die anhaftenden Lebewesen über weite Strecken transportieren.“ Schwimmendes Plastik könnte damit zur Ausbreitung von verschiedensten Organismen, darunter invasive, parasitäre oder pathogene Arten, beitragen.

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Geschlossener biologischer Kreislauf

Es überrascht also nicht, dass in Deutschland rund 10% der weltweiten Kakaoproduktion von etwa 4,7 Millionen Tonnen verarbeitet werden. Bei der Schokoladenproduktion werden jedoch nur die Bohnen verwendet. Etwa 25 bis 80 Kakaobohnen sind in der Frucht eingeschlossen und von einer Schale umhüllt. Die Schalen, die einen großen Anteil des ursprünglichen Gewichts ausmachen, landen meistens im Abfall. Zwei Agraringenieurinnen der Technischen Universität Berlin ist es gelungen, die wertvollen Inhaltsstoffe aus der Kakaoschale aufzubereiten und für den umwelt- und klimafreundlichen Gartenbau nutzbar zu machen.

Dünger mit Kakaoduft

Aus Kakaosamenschalen sowie Vinasse, beides vermeintlicher Abfall der Lebenmittelindustrie, wird durch Upcycling Biodünger produziert. Für den Einsatz auf Balkon und Terrasse ist ein flüssiger Dünger mit dem Namen „Blümchenfutter“ gedacht. Er nährt Blumen, Gemüse, Kräuter und Obst. Den Feststoffdünger „Pimp my Gärtchen“ gibt es in Pelletform für den Einsatz im Garten. Außer zur Volldüngung von Blumen, Gemüse, Kräutern und Obst eignet er sich auch für Ziersträucher. So hat jeder Kleingärtner die Möglichkeit, mit dem rein pflanzlichen Dünger seine Pflanzen optimal zu ernähren, ohne Chemie und ohne tierische Fäkalien.

Ein weiterer Vorteil: Der Dünger wird nicht nur aus Abfallstoffen produziert und ist biologisch, er duftet auch noch angenehm nach dem Ausgangsrohstoff Kakao.

Marktreife

Die Dünger sind seit dem Frühjahr 2014 im Einzelhandel erhältlich.

Auf der Weltklimakonferenz 2015 in Paris haben sich die Mitgliedsstaaten darauf geeinigt, die Erderwärmung bis zum Jahrhundertende unter zwei Grad zu halten. Auf Drängen einzelner Mitgliedsländer wurde ergänzend festgeschrieben, dass zusätzliche „Anstrengungen unternommen werden, um den Temperaturanstieg auf 1,5 Grad Celsius gegenüber dem vorindustriellen Niveau zu begrenzen". Doch wie können die Ziele des Pariser Klimaschutzabkommens umgesetzt werden? Darüber beraten seit dem 17. Juni Regierungsvertreter aus aller Welt in Bonn. Während des zweiwöchigen Treffens soll das 2018 auf dem Weltklimagipfel im polnischen Katowice (COP24) aufgestellte Regelwerk zur Umsetzung der Klimaziele nun mit Details unterfüttert werden. Ein Schwerpunkt: der internationale Handel mit Emissionsrechten.

Stärkeres Engagement gefordert

Klimaexperten und Organisationen weltweit hatten im Vorfeld der Klimazwischenverhandlungen an die Regierungen appelliert, sich stärker für den Klimaschutz zu engagieren. Denn bisher reichen die in Paris 2015 vorgelegten Klimaschutzziele der Länder nicht aus, um die Erderwärmung auf das geforderte Maß zu reduzieren. Die Unterzeichner des Pariser Abkommens sollten eigene nationale Maßnahmen festlegen, wie etwa der globale Wandel hin zu mehr Nachhaltigkeit und Ressourcenschonung, bis 2050 erfolgen soll.

Die Europäische Kommission hatte im Vorfeld des COP24-Treffens in Polen eine Strategie präsentiert, wie bis 2050 der Übergang zu einer Wirtschaft mit „Netto-Null-Treibhausgasemissionen" erreicht werden kann. Bioökonomie und Kreislaufwirtschaft sind der Kommission zufolge Schlüsselkonzepte, um diese Ziele zu erreichen.

Konkrete Regeln zur Umsetzung der Klimaziele erarbeiten

In Bonn wollen die knapp 3.000 Delegierten nun über die Ausarbeitung der Detail-Regeln zur Umsetzung der Klimaziele beraten. Darüber hinaus wird debattiert, wie die internationale Staatengemeinschaft auf Klimawandelschäden in Entwicklungsländern reagieren und diese drosseln kann. Aber auch einheitliche Formate für die Berichterstattung der Länder werden erarbeitet.  

Umweltministerin dringt auf deutsche Führungsrolle

Bundesumweltministerin Svenja Schulze erklärte zum Auftakt des Treffens: „Deutschland setzt sich bei den Verhandlungen für einen international starken Klimaschutz ein, der verhindert, dass die Erde für die junge Generation ein lebensfeindlicher Ort wird. Dazu gehören auch klare Regeln für den Handel mit Emissionszertifikaten." Schulze zufolge dürfe es hier keine Schlupflöcher geben, die dazu führten, dass Klimaschutz nur auf dem Papier stattfinde. „Deutschland muss hier wieder eine Führungsrolle übernehmen“, so der Appell der Ministerin. Deutschland bekenne sich dazu, innerhalb der EU bereits 2050 treibhausgasneutral zu sein.

Das Treffen in Bonn dient als Vorbereitung auf den im September in New York geplanten UN-Klimagipfel sowie für die nächste UN-Klimakonferenz im Dezember in Santiago de Chile. Dort wird festgelegt, nach welchen Regeln der globale Handel mit Emissionszertifikaten konkret erfolgen soll.

bb

Mit dem Auslaufen der nationalen Forschungsstrategie im Juli 2019 endet auch die Amtszeit des Bioökonomierates. Das 17-köpfige Expertenteam aus Wissenschaft, Wirtschaft und Gesellschaft stand der Bundesregierung seit zehn Jahren in allen Fragen der Bioökonomie beratend zur Seite. Rückblickend zog der Rat im März eine positive Bilanz seiner zweiten über sieben Jahre dauernden Amtszeit. Mit zahlreichen Veröffentlichungen, darunter Meldungen, Politik- und Forschungsempfehlungen sowie Hintergrundberichten wie zum neuen Gentechnikurteil der EU habe man dazu beigetragen, die Bioökonomie national und auch international ins Rampenlicht zu stellen und auf die politische Agenda zu setzen. „Nun müssen diese Fortschritte in der Gesellschaft und Wirtschaft, insbesondere der Industrie, umgesetzt werden“, so die Ratsvorsitzende Christine Lang. „Die jüngste Hiobsbotschaft zum globalen Artensterben hat einmal mehr gezeigt: Wir müssen jetzt gegensteuern und weltweit unser Konsum- und Produktionsverhalten in Einklang mit der Natur bringen. Die Bioökonomie bietet hierfür wichtige Ansätze und Lösungen“, betonte Joachim von Braun, Ko-Vorsitzender des Rates.

Handlungsbedarf in vier Bereichen

In einem Abschiedsmemo appelliert das Expertengremium an die Bundesregierung, sich noch stärker als bisher für die Entwicklung einer nachhaltigen und biobasierten Wirtschaft einzusetzen. Dringenden Handlungsbedarf sieht der Rat in vier Punkten: Damit sich Unternehmen mit biobasierten Innovationen in Deutschland etablieren können, müssen gesetzliche Rahmenbedingungen und Anreize für nachhaltige Konsum- und Investitionsentscheidungen geschaffen werden. Zudem setzt sich das Gremium für Kohärenz in der politischen Arbeit ein: Nach dem Vorbild der Hightech-Strategie sollte die für Sommer 2019 angekündigte neue Bioökonomie-Strategie ebenfalls ressortübergreifend koordiniert und umgesetzt werden. Punkt drei: Das Potenzial der Bioökonomie hinsichtlich globaler Ernährungssicherung, Klima-, Arten- und Umweltschutz sowie einer höheren Lebensqualität muss nach Ansicht des Bioökonomierates hervorgehoben und stärker als bisher in die nationalen Agenden zu Klimaschutz und Nachhaltigkeit eingebunden werden. 

Neues wissenschaftliches Beratergremium empfohlen

Im vierten Aspekt plädiert der Rat dafür, eine Bioökonomie-Zukunft gemeinsam zu gestalten: „Verantwortung übernehmen und Wissenschaft, Wirtschaft und Gesellschaft dafür gewinnen, den Wandel gemeinsam zu gestalten“, heißt es dazu in der Pressemitteilung. Dafür brauche es etwa einen Umsetzungsplan für die neue Bioökonomie-Strategie, eine Plattform zur Vernetzung der wichtigsten Akteure und Maßnahmen sowie ein Konzept für den gesellschaftlichen Dialog und die Einbindung der Bevölkerung sowie erneut ein wissenschaftliches Beratungsgremium aus unabhängigen Experten.

Diesbezüglich kommen bereits Signale aus dem Bundesforschungsministerium: Bundesministerin Anja Karliczek hat in einem Dankesschreiben an den Bioökonomierat eine Weiterentwicklung der Beratungsstruktur im Zuge der neuen Bioökonomie-Strategie in Aussicht gestellt.

bb/pg

Seit über 20 Jahren unterstützt die Gründerinitiative Science4Life Start-ups aus den Bereichen Life Sciences, Chemie und Energie bei der Umsetzung ihrer Geschäftsideen. Mehr als 6.500 Teilnehmer und über 1.950 Geschäftsideen standen nach Angaben der Veranstalter seither auf dem Prüfstand. Mit Unterstützung des Experten-Netzwerkes schafften über 900 Bewerber den Sprung in die Selbstständigkeit. Sie allen hatten zuvor mit ihren Innovationen die Jury beim Venture Cup-Wettbewerb überzeugt.

Preis für optische Vitalitätserkennung bei Pflanzen 

In diesem Jahr gingen 80 Gründerteams mit ihren Businessplänen ins Rennen um den Venture Cup. Nachdem die Gewinner der Konzeptphase im März gekürt worden waren, folgte Mitte Juni nun die Abschlussprämierung der Top 10, die mit Preisgeldern von insgesamt 56.000 Euro geehrt wurden. Auf Platz zwei der besten Geschäftsideen: die Phytoprove Pflanzenanalytik UG aus Frankfurt am Main. 

Fast-Food-Restaurants stehen wegen des Ressourcenverbrauchs der Lebensmittel und den großen Mengen an Verpackungsmüll bei Umweltschützern oft in der Kritik. Das Verpackungsproblem möchte die Fast-Food-Kette McDonald's nun angehen. Sie testet derzeit im Live-Experiment in der Filiale im Einkaufszentrum Mall of Berlin im „Better M Store“ Verpackungskonzepte mit nachhaltigen Lösungen. Vom 17. bis 26. Juni bekommen Gäste den Burger in Graspapier, Ketchup in einer Waffelschale und Getränke im Mehrwegbecher serviert. Der Salat kann aus einer Papierschachtel mit Holzbesteck verspeist werden. So will das Unternehmen erproben, wie sich nachhaltige Strategien in die Systemgastronomie integrieren lassen und wie die neuen Konzepte bei den Gästen ankommen.

Nachhaltige Verpackungen im Praxistest

Neue Lösungen für Einwegverpackungen bedeuten eine Umstellung für die Unternehmen und den Verbraucher. McDonald's möchte herausfinden, welche Möglichkeiten es gibt und welche Konzepte noch weiter ausgearbeitet werden müssen. „Eine innovative Lösung funktioniert nur dann, wenn sie gleichermaßen zu unseren operativen Prozessen im Restaurant, zu Hygienevorgaben oder eben zum Geschmack unserer Gäste passt“, so Heike Bierweiler, Director Supply Chain von McDonald's Deutschland. Der „Better M Store“ soll daher auch als Dialogplattform dienen. McDonald's wird während des Live-Experiments mit Experten in Diskussionsrunden das Gespräch suchen und vor Ort und über Social Media Feedback von den Gästen erhalten.

Papier mit Gras von der Schwäbischen Alb

Besonders innovativ ist die Burger-Verpackung in speziellem Graspapier. Doch was macht das Graspapier besonders nachhaltig? Die Herstellung von Fasern aus Gras verbraucht deutlich weniger Energie und spart große Mengen Wasser im Vergleich zur Aufbereitung von Zellstoff aus Holz. Außerdem ist der Einsatz von Chemikalien unnötig. Das Graspapier im „Better M Store“ stammt von dem Start-up Apomore aus dem baden-württembergischen Dettenhausen und besteht zu einem Drittel aus Gras von der Schwäbischen Alb. Auf der diesjährigen „Biofach“-Messe in Nürnberg hatte das Start-up ein mit Bienenwachs veredeltes Graspapier mit Frischhalteeffekt präsentiert.

So wurde McDonald's auf das Papier aufmerksam. Ein Frischhalteeffekt ist für die Verpackung der Burger jedoch gar nicht notwendig. Deshalb verzichtet das Start-up für McDonald's auf die Bienenwachsbeschichtung, denn auch das spart Ressourcen. „Viele unserer Kunden sind Bioläden oder kleine Betriebe. Da sind unsere Verpackungen das i-Tüpfelchen in Sachen Nachhaltigkeit. Wenn McDonald's das Bee-Paper „Basic“ einsetzen würde, wäre die Hebelwirkung immens und in Bezug auf Nachhaltigkeit viel gewonnen“, sagt Steffen Krötz, Vertriebsleiter bei Apomore, im Gespräch mit bioökonomie.de.

Jugend-forscht-Projekt weiterentwickelt

Die gewachste Variante des Graspapiers, das Bee-Paper „Wax“, soll in Zukunft an Metzger- und Käsetheken zum Einsatz kommen und dort Folien aus Kunststoff ersetzen. Die Idee für die kompostierbare Frischhaltefolie hatte der Schüler Hannes Stengel aus dem oberfränkischen Regnitzlosau. Seine Überlegung: wenn Wachs den Bienenstock keimfrei hält, könnte dieser Effekt doch auch für nachhaltige Verpackungen von Lebensmittel nützlich sein. Für ein Jugend-forscht-Projekt hat er in Heimarbeit mit Wasserbad und Bügeleisen Papier mit Bienenwachs beschichtet und die Haltbarkeit verschiedener Lebensmittel darin getestet. Daniel Birkhofer, Geschäftsführer von Apomore, war von den Experimenten begeistert. Er hatte die Idee, die Beschichtung auf Graspapier aufzubringen und hat dafür gesorgt, dass die Produktion im industriellen Maßstab möglich ist. Ende Juli kommt das Bee-Paper „Wax“ in den ersten Bioläden und Supermärkten zum Einsatz.

McDonald's hat sich zum Ziel gesetzt, bis 2025 weltweit nur noch Verpackungen aus erneuerbaren, recycelten oder zertifizierten Quellen zu nutzen. Sämtliche Verpackungen sollen recycelbar sein, auch wenn es sich weiterhin oft um Einwegverpackungen handelt. Millionen von Hamburgern könnten also zukünftig in Graspapier von der Schwäbischen Alb serviert werden.

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Fast food restaurants are often criticized by environmentalists because of the resource consumption of food and the large amounts of packaging waste. The fast food chain McDonald's now wants to tackle the packaging problem. It is currently testing packaging concepts with sustainable solutions in a live experiment in the Mall of Berlin shopping center's "Better M Store" branch. From 17 to 26 June, guests will be served the burger in grass paper, ketchup in a wafer tray and drinks in a returnable cup. The salad can be eaten from a paper box with wooden cutlery. The company wants to test how sustainable strategies can be integrated into system catering and how appealing the new concepts are to guests.

Sustainable packaging put to the test

New solutions for disposable packaging involve changes for companies and consumers. McDonald's wants to find out what opportunities there are and what concepts need to be further developed. "An innovative solution will only work if it is equally suited to our operational processes in the restaurant, to hygiene requirements and to the preferences of our guests," says Heike Bierweiler, Director Supply Chain at McDonald's Germany. The "Better M Store" will therefore serve as a platform for dialogue. During the live experiment with experts, McDonald's will conduct discussions with experts and receive feedback from the guests on site and via social media.

Paper with grass from the Swabian Alb

The burger packaging in grass paper is particularly innovative. But what makes grass paper so sustainable? The production of fibres from grass consumes significantly less energy and saves large amounts of water compared to the processing of pulp from wood. In addition, the use of chemicals is unnecessary. The grass paper in the "Better M Store" comes from the start-up Apomore from Dettenhausen in Baden-Württemberg and one third consists of grass from the Swabian Alb. At this year's "Biofach" trade fair in Nuremberg, the start-up company presented a grass paper refined with beeswax with a preservative effect.

This is how McDonald's learned about the paper. However, a preservative effect is not necessary for the packaging of the burgers. That's why the start-up company does without the beeswax coating for McDonald's, which also saves resources. "Many of our customers are organic shops or small businesses. Our packaging is the icing on the cake when it comes to sustainability. If McDonald's were to use the Bee paper "Basic", the leverage effect would be immense and a lot would be gained in terms of sustainability," says Steffen Krötz, sales manager at Apomore, in an interview with bioökonomie.de.

"Jugend forscht" project gave the spark

The waxed version of the grass paper, the Bee-Paper "Wax", will be used at butcher's and cheese counters in the future to replace plastic foils. The idea for the compostable cling film came from the pupil Hannes Stengel from Regnitzlosau in Upper Franconia. His idea: if wax keeps the beehive germ-free, this effect could also be useful for sustainable food packaging. For the young scientist contest "Jugend forscht", he coated paper with beeswax using a water bath and an iron and tested the shelf life of various foods in it. Daniel Birkhofer, managing director of Apomore, was impressed by the experiments. He had the idea of applying the coating on grass paper and ensured that production on an industrial scale was possible. At the end of July, the Bee-Paper "Wax" will be used in the first organic shops and supermarkets.

McDonald's has set itself the goal of using only packaging from renewable, recycled or certified sources worldwide by 2025. All packaging should be recyclable, even if it is still often single-use packaging. Millions of hamburgers could thus be served in grass paper from the Swabian Alb in the future.

ih/um

Zahlreiche Regionen der Weltmeere sind überfischt. Für so manche Fischart sagen Studien den Populationskollaps innerhalb der nächsten 30 Jahre vorher. Zugleich bilden Fisch und Meeresfrüchte in vielen Regionen das Hauptnahrungsmittel und auch anderswo ist die Nachfrage ungebrochen groß. Eine wachsende Bedeutung kommt deshalb Aquafarmen zu, in denen Fisch oder Meeresfrüchte gezüchtet werden. Doch die Effizienz der Aufzucht in Aquafarmen ist schlecht – was eine deutsche Forschungskooperation nun ändern will.

Bis zu 90% der Larven sterben

Das Leibniz-Zentrum für marine Tropenforschung in Bremen und das Biotech-Unternehmen BlueBioTech in Büsum forschen gemeinsam an einem verbesserten Larvenfutter. Denn in Aquakulturen sterben 60 bis 90 Prozent der Jungtiere während der Aufzucht. „Nicht nur aus der Perspektive des Tierschutzes wäre es gut, wenn weniger Larven in Aquakulturen sterben. Ausbrüten und Aufzucht der Larven kosten viel Energie und Rohstoffe“, erläutert Holger Wurl, Referent der Deutschen Bundesstiftung Umwelt (DBU). „Wenn mehr Tiere überleben, können hier wichtige Ressourcen gespart werden.“ Die DBU unterstützt das Vorhaben daher mit rund 477.000 Euro und berät die Forschungspartner auch fachlich.

Besseres Futter für gesundes Wachstum

Der Ansatz, den die Wissenschaftler verfolgen, ist vom Grundgedanken her simpel: „In den kommenden drei Jahren wollen wir spezielles Larvenfutter auf der Basis nährstoffreichen Zooplanktons, also kleinster Meerestiere, entwickeln, das zusätzlich mit Algen angereichert wird“, schildert BlueBioTech-Geschäftsführer und Projektleiter Sebastian Lippemeier das Vorhaben. Dadurch sollen die Jungtiere alle wichtigen Nährstoffe in ausreichender Menge erhalten, sodass sie stark und gesund heranwachsen und weniger von ihnen frühzeitig sterben.

Entlastung von Wildbeständen

Eine erfolgreichere Larvenaufzucht würde noch auf eine zweite Weise die natürlichen Fischpopulationen entlasten: Bislang werden für Aquakulturen auch wilde Larvenbestände gefangen. Wäre die Verlustquote während der Aufzucht geringer, könnten Fischfarmen auf die Wildfänge teilweise oder sogar gänzlich verzichten.

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Many regions of the world's oceans are overfished. For some fish species, studies predict population collapse within the next 30 years. At the same time, fish and seafood are the staple foods in many regions, and demand continues to be high across the globe. Aquafarms, in which fish or seafood is bred, are therefore becoming increasingly important. However, the efficiency of aquafarm rearing is poor. A German research cooperation now wants to change this.

Up to 90% of larvae die

The Leibniz Centre for Marine Tropical Research in Bremen and the biotech company BlueBioTech in Büsum are jointly researching an improved larval feed. In aquacultures, 60 to 90 percent of the young animals die during rearing. "It would be good if fewer larvae died in aquacultures, and not only from an animal welfare perspective. Breeding and rearing the larvae cost a lot of energy and raw materials," explains Holger Wurl, a consultant at the Deutsche Bundesstiftung Umwelt (DBU). "If more animals survive, important resources can be saved here". The DBU therefore supports the project with around 477,000 euros and also provides technical advice to the research partners.

Better feed for healthy growth

The basic idea behind the scientists' approach is simple: "Over the next three years, we plan to develop special larvae feed based on nutrient-rich zooplankton, i.e. the smallest marine animals, which will also be enriched with algae," says BlueBioTech managing director and project leader Sebastian Lippemeier, describing the project. This will enable the young animals to obtain all the important nutrients in sufficient quantities so that they grow strong and healthy and less of them die prematurely.

Relief for wild populations

A more successful larval rearing would also reduce the pressure on the natural fish populations on a second level: Up to now, wild larvae have been caught for aquaculture. If the loss rate during rearing were lower, fish farms would be able to do without some or all of the wild catches.

bl/um

Die Pflanzenzüchtung hat über die Jahrzehnte den Ertrag der Ackerpflanzen kontinuierlich gesteigert. Aber wären diese modernen Hochleistungssorten auch ohne Dünger, chemische Pestizide und sich ändernde klimatische Bedingungen ihren Vorgängern aus der Zeit vor der Intensivierung der Landwirtschaft überlegen? Zu dieser strittigen Frage haben Forscher der Justus-Liebig-Universität Gießen gemeinsam mit Kollegen weiterer deutscher Universitäten und des Julius-Kühn-Instituts erstmals empirische Fakten präsentiert.

32 Kilo je Hektar Mehrertrag

Die Antwort lautet Ja, wie die Wissenschaftler im Fachjournal „Nature Plants“ berichten. An sechs unterschiedlichen Standorten hatten die Forscher rund 200 Weizensorten aus den vergangenen 50 Zulassungsjahren angebaut und analysiert. Wenig überraschend zeigten sich die modernen Sorten unter idealen Bedingungen am leistungsfähigsten: Die neuesten Sorten lieferten durchschnittlich 32 Kilo je Hektar Mehrertrag im Vergleich mit alten Sorten.

Überrascht waren die Forscher jedoch von dem Ergebnis, wenn sie keine Pflanzenschutzmittel und weniger Stickstoffdünger einsetzten: Auch hier erbrachten die modernen Sorten durchweg die höchsten Ertragsleistungen. Selbst unter Dürrestress zeigten sie sich den alten Sorten überlegen. „Es ist ein Mythos, dass alte Sorten unter extensiven Bedingungen besonders gut abschneiden. Das haben unsere Versuche gezeigt“, resümiert Holger Zetzsche vom Julius-Kühn-Institut.

Mehr Resistenzen und bessere Nährstoffverwertung

Genetische Analysen lieferten die Erklärung: Heutige Sorten verfügen nicht nur über eine höhere Ertragsleistung, sondern auch über verbesserte Krankheitsresistenzen und eine effizientere Nährstoffaufnahme und -verwertung. Weil die Selektion auf hohe Erträge über die Jahrzehnte an vielen unterschiedlichen Standorten stattfand, haben sich außerdem viele Eigenschaften akkumuliert, die die Anpassungsfähigkeit an unterschiedliche Umweltbedingungen verbessern. Darüber hinaus ergaben die Erbgutuntersuchungen, dass selbst die modernen Sorten noch viel Verbesserungspotenzial in ihrem Genpool bergen.

„Unsere Ergebnisse bestätigen die Züchtungsstrategien der vergangenen Jahrzehnte und auch das behördliche Zulassungsverfahren, das für die Zulassung einer neuen Sorte einen landeskulturellen Wert fordert, in den neben der Ertragsleistung auch Resistenzen eingehen“, bestätigt Frank Ordon, Präsident des JKI, die rechtlichen Rahmenbedingungen.

Moderne Sorten ideal für extensive Landwirtschaft

Die Studie liefert damit eine klare Botschaft für künftige Veränderungen in der Landwirtschaft, die aus Umwelt- und Klimaschutzgründen mit weniger Pestiziden und Düngemitteln auskommen muss – und das bei sich ändernden klimatischen Bedingungen: Die besten Pflanzensorten für eine extensivierte Landwirtschaft sind die gleichen wie heute im Intensivanbau.

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Over the decades, plant breeding has continuously increased the yield of arable plants. But would these modern high-performance varieties be superior to their predecessors from before the intensification of agriculture even without fertilizers, chemical pesticides and changing climatic conditions? Researchers at the Justus Liebig University in Giessen, together with colleagues from other German universities and the Julius Kühn Institute, have presented empirical facts on this controversial question for the first time.

32 kilos additional yield per hectare

The answer is yes, as the scientists report in the journal "Nature Plants". The researchers cultivated and analyzed around 200 wheat varieties from the past 50 years at six different locations. Not surprisingly, the modern varieties proved to be the most efficient under ideal conditions: the latest varieties yielded an average of 32 kilograms more per hectare than old varieties.

However, the researchers were surprised by the result if they did not use pesticides and less nitrogen fertilizer: Here, too, the modern varieties consistently produced the highest yields. Even under drought conditions, they were superior to the old varieties. "It is a myth that old varieties perform particularly well under extensive conditions. Our experiments have shown this," sums up Holger Zetzsche from the Julius Kühn Institute.

More resistance and better nutrient utilization

Genetic analyses provided the explanation: Today's varieties not only boast higher yield performance, but also improved disease resistance and more efficient nutrient uptake and utilization. Because selection for high yields over the decades has taken place in many different locations, many properties have accumulated that improve adaptability to different environmental conditions. Even so, modern varieties still have a lot of potential for improvement in their gene pool, the results of genetic analyses revealed.

"Our results confirm the breeding strategies of the past decades and also the official authorisation procedure, which requires a cultural value for the authorisation of a new variety, in which not only yield performance but also resistance is included," confirms Frank Ordon, President of the JKI, the legal framework.

Modern varieties ideal for extensive agriculture

The study thus provides a clear message for future changes in agriculture, which will have to make do with fewer pesticides and fertilizers for environmental and climate protection reasons - and this under changing climatic conditions: The best plant varieties for extensive agriculture are the same as in intensive farming today.

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Maniok, international als Cassava bekannt, ist das Grundnahrungsmittel für rund eine halbe Milliarde Afrikaner, insbesondere südlich der Sahelzone. Doch die nahrhafte Wurzel wird seit wenigen Jahren auf immer größeren Flächen von einem neuen Pflanzenvirus befallen, das sogenannte „Cassava brown streak virus“. Einmal befallen, sterben die Wurzeln schnell ab. Das Heimtückische dabei: Am oberirdischen Teil der Pflanze können die Landwirte die Infektion nicht erkennen und werden erst bei der Ernte davon überrascht.

Kooperation von JKI und DSMZ

Pflanzenforscher des Braunschweiger Julius-Kühn-Instituts (JKI) und Virologen des Leibniz-Instituts DSMZ (Deutsche Sammlung von Mikroorganismen und Zellkulturen) haben sich jetzt zusammengeschlossen, um Maniokpflanzen zu züchten, die resistent gegen das Virus sind und die Ernährung von Millionen Menschen sichern sollen. Finanziell unterstützt wird die Arbeit von der Bill-und-Melinda-Gates-Stiftung.

Resistente Sorte entdeckt

Ein erster wichtiger Schritt ist DSMZ-Forscher Stephan Winter bereits gelungen: Er hat in kolumbianischen Genbanken eine Manioksorte entdeckt, die gegen das aggressive Virus resistent ist. Sowohl im Gewächshaus als auch im Freilandanbau in Afrika hat sich die Sorte bewiesen. Jetzt wollen die Forscher die Resistenzeigenschaft schnell in die wichtigsten Manioksorten einkreuzen. Auf Initiative des NextGen-Cassava-Projekts trafen sich deshalb in der vergangenen Woche Züchter aus aller Welt am JKI zum Austausch.

Mehrwert generiert

„Ohne die eng vernetzte Zusammenarbeit Tür an Tür mit den international renommierten Virologen des JKI sind solche Erfolge nicht möglich“, lobt Winter die Koooperation. „So konnte ich auch bei Cassava die Forschungsgewächshäuser des JKI für die praktischen Versuche mit Pflanzenviren nutzen.“ JKI-Forscher Johannes Hallmann sieht das genauso: „Die fachliche Expertise und inhaltlichen Aufgaben der DSMZ ergänzen in idealer Weise unsere eigenen Aufgaben, so dass durch die enge Zusammenarbeit der Pflanzenvirologen von DSMZ und JKI ein enormer Mehrwert generiert wird, der sehr erfolgreich in gemeinsame Projekte mündet.“

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Pflanzenschutzmittel leisten einen wesentlichen Beitrag zur Ertragssicherung in der Landwirtschaft und damit zur Welternährung. Doch die Chemikalien können oberhalb einer bestimmten Dosis ein Gesundheitsrisiko darstellen, wenn sie mit der Nahrung aufgenommen werden. Der Gesetzgeber hat daher Grenzwerte für die Rückstände der einzelnen Pflanzenschutzmittel festgelegt. Ein sogenannter Zustandsindikator soll nun noch mehr Informationen darüber bereitstellen, wie viel Pestizide die Bundesbürger im Durchschnitt zu sich nehmen. Das schlägt das Bundesinstitut für Risikobewertung (BfR) als Teil eines Nationalen Aktionsplans zur nachhaltigen Anwendung von Pflanzenschutzmitteln (NAP) vor.

Höchstgehalt und Referenzdosis

Bislang gibt es zur Bewertung von Pestizidrückständen zwei Werte: den zulässigen Höchstgehalt und die akute Referenzdosis. Der zulässige Höchstgehalt ist ein sehr konservativ gewählter Wert, der bei in Verkehr gebrachten Lebensmitteln nicht überschritten werden darf. Die akute Referenzdosis liegt um ein Vielfaches höher und beschreibt jene Dosis, ab der gesundheitsschädigende Effekte nicht mehr ausgeschlossen werden können. Die deutsche Lebensmittelüberwachung erfasst stichprobenartig, wie häufig der zulässige Höchstgehalt überschritten wird.

Zustandsindikator als dritte Kennzahl

Das BfR hat nun vorgeschlagen, mit zwei Maßnahmen mehr Klarheit über die tatsächliche Gesundheitsbelastung durch Pestizidrückstände zu schaffen. Zum einen sollen neben Überschreitungen des zulässigen Höchstgehalts auch die der akuten Referenzdosis dokumentiert werden. 2017 war dies bei sieben von mehreren Tausend Proben der Fall. Zum anderen soll ein neuer Wert eingeführt werden, der sogenannte Zustandsindikator. Auf Grundlage von Verzehrstudien und Daten der Lebensmittelüberwachung soll die gesamte kurz- und langfristige Pestizidaufnahme des durchschnittlichen Bundesbürgers über Lebensmittel errechnet werden. Über den Vorschlag muss nun die Bundesregierung entscheiden.

Bessere Risikoidentifizierung

„Die Verbrauchersicherheit wird durch die wertvollen Hinweise zur Risikoidentifizierung gestärkt“, wirbt BfR-Präsident Andreas Hensel. „Auch die Politik profitiert, denn sie kann damit leichter und gezielter die nötigen Maßnahmen zum Schutz der Bevölkerung ergreifen.“ Zusätzlich wolle das BfR Indikatoren entwickeln, mit denen beurteilt werden könne, wie erfolgreich Maßnahmen sind, die das Anwenden von Pflanzenschutzmitteln sicherer machen sollen.

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Mehr als 19 Millionen Tonnen Kunststoff werden in Deutschland jährlich hergestellt, fast ein Drittel wird zu Verpackungen verarbeitet. Davon landen erhebliche Mengen als Plastikmüll in der Umwelt. Einen ersten Schritt zur Lösung des Müllproblems hat die Bundesregierung mit dem neuen Verpackungsgesetz getan. Darüber hinaus setzen zunehmend auch Unternehmen auf umweltfreundliche Lösungen. Doch wie können die ökologischen Vorteile dieser neuen Verpackungen ermittelt werden? Dieser Aufgabe haben sich Forscher am Fraunhofer-Institut für Umwelt-, Sicherheits- und Energietechnik UMSICHT angenommen. Im Auftrag der Poly-clip System GmbH & Co. KG haben sie für verschiedene Verpackungen für Wurst den CO₂-Fußabdruck (Carbon Footprint) ermittelt. Er zeigt die CO₂-Emissionen einzelner Produkte entlang ihrer Wertschöpfungskette an.

CO₂-Fußabdruck für Wurstverpackungen ermittelt

Folgende Verpackungen für Fleischwaren nahmen die Forscher unter die Lupe und verglichen die CO₂-Bilanz miteinander: Clipverschlusslösungen, Tray- und Tiefziehverpackungen sowie Spritzgussbecher. Um den Carbon Footprint zu ermitteln, wurden alle Schritte von der Gewinnung der Rohstoffe bis hin zur fertigen Verpackungslösung einschließlich der Entsorgung berücksichtigt und eine Vergleichmenge von jeweils 150 Gramm bei Streichwurst und Aufschnitt zugrunde gelegt. Mithilfe der Infrarotspektroskopie analysierten die Forscher die Verpackungsmaterialien. Die Herstellungsverfahren der Verpackungskunststoffe wurde mittels kommerzieller Ökobilanzdatenbanken abgebildet.

Gute Ökobilanz für Clipverschlüsse

Das Ergebnis: Allein durch die Wahl der Verpackung können erhebliche Mengen an CO₂-Emmissionen eingespart werden. Vor allem Clipverschluss-Lösungen hatten eine deutlich bessere Klimabilanz. „Für Aufschnitt können bei Verwendung der Clipverschluss-Lösung im Vergleich zu Tiefziehverpackungen etwa 0,05 Kilogramm CO₂-Äquivalente eingespart werden. Hochgerechnet auf den Verzehr von Aufschnitt in Deutschland ergibt das eine Einsparung von 22.133 Tonnen CO₂-Äquivalenten pro Jahr und entspricht etwa 173.051.863 gefahrenen Auto-Kilometern“, sagt Nils Thonemann aus der Abteilung Nachhaltigkeits- und Ressourcenmanagement beim Fraunhofer UMSICHT.

Studie belegt Umweltvorteile 

Im Vergleich zu Tiefziehverpackungen für Aufschnitt sparen Clipverschluss-Lösungen bis zu 81% des Klimagases ein. Im Vergleich zu Spritzgussbechern schnitt die Clip-Variante ebenfalls deutlich besser ab. Hier lag die Einsparung bei 64%. „Wir hatten erwartet, dass unsere Verpackungslösungen Umweltvorteile haben. Durch die Studie können wir diese erstmals für unsere Kunden quantifizieren“, freut sich Kristian Blomqvist, Vice President Sales and Marketing von Poly-clip System.

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Klimawandel, knappe Ressourcen und Ernährungssicherheit sind die größten Herausforderungen der Zukunft. Einen Lösungsansatz bietet die Bioökonomie. Um die Herausforderungen der Zukunft zu meistern, muss die Bioökonomie allerdings im globalen Kontext betrachtet werden. Viele Länder haben dieses Thema bereits auf ihre politische Agenda gesetzt, um den Wandel hin zu einer ressourcenschonenden und nachhaltigen Wirtschaftsweise voranzutreiben. In Kasachstan, Pakistan und Tadschikistan spielte dieses Thema bislang kaum eine Rolle. Doch das ändert sich allmählich. Grund dafür ist der Einfluss Chinas. Luftverschmutzung, Bodenerosion und zunehmende Wasserverschmutzung zwingen das Reich der Mitte nach und nach zum Umdenken.

Doch ist die Bioökonomie in Zentralasien auch sinnvoll? Welche Alternativen zum Erdöl hätte Kasachstan? Welche Möglichkeiten gibt es in Tadschikistan für eine nachhaltigere Baumwollproduktion, und wie lassen sich Agrartechnologien in Pakistan entsprechend der Bedarfe in der Landwirtschaft optimieren, ohne dass kleinbäuerliche Haushalte davon benachteiligt werden? An der Hochschule für nachhaltige Entwicklung Eberswalde (HNEE) wird ein sechsköpfiges Forscherteam diesen Fragen nachgehen.

Fallstudien für drei Länder

Anhand ausgewählter Regionen wollen die Wissenschaftler die sozial-ökologischen Wirkungsgeflechte landwirtschaftlicher Transformationsprozesse in Kasachstan, Pakistan und Tadschikistan untersuchen. „Jede Region stellt eine Fallstudie da, wobei im ersten Schritt Analysen zu den lokalen Entwicklungen in der Landwirtschaft gemacht werden, um anschließend zu schauen, welche Bioökonomie-Szenarien für die Zukunft denkbar sind“, beschreibt Projektkoordinatorin Madlen Mählis den Arbeitsablauf. Die Arbeit der Nachwuchsgruppe TRANSECT – Agrartransformation und sozial-ökologische Komplexitäten wird vom Bundesministerium für Bildung und Forschung über fünf Jahre mit 2.613.171 Euro gefördert.

Bioökonomischen Wandel sozial- und umweltverträglich gestalten

Ähnlich wie China stehen auch Kasachstan, Pakistan und Tadschikistan in Folge des Klimawandels schon heute vor großen ökologischen und gesellschaftlichen Herausforderungen. Neben Problemen mit der Bewässerung hat sich die Landwirtschaft in den vergangenen Jahren grundlegend verändert. Doch wie haben diese Veränderungen das sozial-ökonomische Gefüge im Land beeinflusst, und wie können diese Erkenntnisse genutzt werden, um den bioökonomischen Wandel sozial- und umweltverträglich zu gestalten? Um diese Fragen zu beantworten, arbeiten die HNEE-Wissenschaftler mit regionalen Partnern in Punjab (Pakistan), Khatlon (Tadschikistan) und Almaty (Kasachstan) eng zusammen.

Forschungskooperation mit China geplant

Im November beginnt das Team mit den einjährigen Feldforschungen vor Ort. Geplant sind auch Workshops mit Landarbeitern und lokalen Partnern in den einzelnen Regionen, um soziale und ökologische Risiken sowie politisch-planerische Gestaltungsspielräume zu beleuchten. Auch Forschungskooperationen mit China sind vorgesehen. „China ist die Gemeinsamkeit der drei Länder und dessen wachsender Bioökonomiesektor lässt eine vielfältige Strahlkraft für die Region erwarten“, erklärt Projektleiter Michael Spies dazu.

bb