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It is a dilemma of microbiology: The most interesting bacteria often live in very specific habitats with conditions that cannot be replicated in the laboratory. Therefore, these microorganisms cannot be cultivated and researched. Countless proteins that could have great potential for medicine or biotechnological applications escape discovery by humans in this way. A team of researchers at the Karlsruhe Institute of Technology (KIT) wants to change this.

Bacteria colonize medical silicone

If the microorganisms do not survive in the lab, the lab has to come to them: The researchers have developed a special chip that can be placed in the bacteria's habitat and is colonized by the microorganisms. The chip is then removed again and the bacteria's DNA is analyzed. The trick is to integrate a porous silicone structure into the homogeneous silicone chip. The holes absorb the microorganisms from the environment, almost like a sponge.

"It's amazing that no one has thought of using medical silicone for bacterial colonization," says Christof Niemeyer, professor of chemical biology at KIT. The material is easy to modify, durable, inexpensive, and does not interact with its environment. The team tested that the chip works in the laboratory with the established bacterium Escherichia coli. In different habitats, the chip then had to prove that it could take up bacteria living there within a few days - with success.

Successful tests in different habitats

The researchers were able to identify bacteria of the Actinobacterota family from the air of a chicken farm, for example, organisms that are of interest to researchers in the field of antibiotics and cancer therapeutics. In a breeding tank for walleye, the chip captured bacteria from a large group of microorganisms that have stubbornly resisted cultivation, known as Candidate Phyla Radiation. "These microorganisms account for about 70 percent of the microbial dark matter because they have not been cultivable so far," explains KIT researcher Anne-Kristin Kaster.

Mit seiner Vererbungslehre legte Gregor Johann Mendel den Grundstein für die moderne Genetik. In den sogenannten Mendelschen Regeln beschrieb der Wissenschaftler 1866 erstmals, wie bestimmte Merkmale von einer Elternpflanze auf die Nachkommen übertragen werden. Dieses Wissen prägt bis heute die Pflanzenzüchtung. Zu Ehren des Vaters der Gentechnik wurde 2002 die Gregor Mendel Stiftung mit dem Ziel gegründet, den Blick für die gesellschaftliche Bedeutung von Pflanzenforschung und Pflanzenzüchtung zu schärfen sowie Innovation und Züchtungsfortschritt in Wissenschaft, Wirtschaft und Gesellschaft zu fördern.

Beitrag für Forschung und Züchtung

Anlässlich eines Festaktes zum 200. Geburtstag von Mendel hat die Stiftung am 17. November 2022 in Berlin Nils Stein und Martin Mascher vom Institut für Pflanzengenetik und Kulturpflanzenforschung (IPK) für ihre wegweisende Forschung auf dem Gebiet der Genomforschung mit dem Gregor-Mendel-Innovationspreis ausgezeichnet. Mit ihren Beiträgen zur Entschlüsselung der komplexen Genome von Weizen, Gerste und Roggen hätten die Forscher Methoden und Strategien entwickelt, um die genetische Vielfalt dieser Kulturarten zu erfassen, zu beschreiben und interessierten Nutzern zur Verfügung zu stellen“, so die Begründung der Gregor Mendel Stiftung.

„Dies ist ein wichtiger Beitrag für Forschung und praktische Züchtung. Ihre Arbeit hat ein großes Potenzial, die Entwicklung, Zulassung, Förderung und Nutzung von zum Beispiel klimaangepassten Sorten zu beschleunigen“, erklärte Marlehn Thieme, Präsidentin der Deutschen Welthungerhilfe, in ihrer Laudatio. „Die Zugänglichkeit, Verfügbarkeit und Erschwinglichkeit von zugelassenen, verbesserten Sorten, die tolerant auch unter ,Low-Input-Bedingungen' und schwierigen Umwelteinflüssen einen akzeptablen Ertrag liefern und reich an Mikronährstoffen wie Zink und Eisen sind, kann nachhaltig wirkende Erfolge erzielen“, so Thieme weiter.

BMBF-Förderung mit Weitsicht

„Diese Auszeichnung ist für uns eine große Ehre und wir nehmen sie als Ansporn, unsere gemeinsamen Arbeiten weiterzuführen“, sagte Martin Mascher und verwies auch auf den enormen technologischen Fortschritt, etwa bei der Hochdurchsatzsequenzierung. „Wir können heute Forschungsfragen angehen, deren Beantwortung vor 20 Jahren oder selbst vor fünf Jahren noch undenkbar war.“ Zugleich lobten die IPK-Wissenschaftler die jahrelange Förderung der Getreidegenomforschung durch das Bundesministerium für Bildung und Forschung. Das BMBF habe bereits Anfang des Jahrtausends erkannt, dass Genomik eine wichtige Datengrundlage für Innovationen schaffe, hieß es. „Und heute freue ich mich, dass die Getreidegenomforschung als wichtiger Beitrag für die Pflanzenzüchtung wahrgenommen wird“, so Nils Stein.

Eiweiß- und Futterpflanzen im Fokus künftiger Genomforschung

Nils Stein gehörte unter anderem zu dem Team, das 2018 nach 13 Jahren Forschung das Riesengenom des Weizens entschlüsselte. Als nächstes wollen sich die IPK-Forscher bei der genomischen Charakterisierung des Getreidesortimentes auf globale Landrassen und verwandte Wildarten der Kulturgetreide konzentrieren. „In Zukunft werden auch andere Kulturarten wie Eiweiß- und Futterpflanzen Gegenstand unserer genomischen Forschung sein. Wir sind überzeugt, dass die Digitalisierung von Genbanken, und insbesondere digitale Sequenzinformation, den Wert der in Genbanken bewahrten Kulturpflanzendiversität vervielfachen kann“, so Stein.  

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With his theory of heredity, Gregor Johann Mendel laid the foundation for modern genetics. In 1866, in what he called Mendel's Rules, the scientist described for the first time how certain characteristics are transmitted from a mother plant to its offspring. This knowledge continues to shape plant breeding to this day. In honor of the father of genetic engineering, the Gregor Mendel Foundation was established in 2002 with the aim of raising awareness of the social importance of plant research and breeding as well as promoting innovation and breeding progress in science, industry and society.

Contribution to research and breeding

On the occasion of a ceremony marking the 200th anniversary of Mendel's birth, the foundation awarded Nils Stein and Martin Mascher from the Institute of Plant Genetics and Crop Plant Research (IPK) the Gregor Mendel Innovation Prize for their pioneering research in the field of genome research in Berlin on November 17, 2022. With their contributions to decoding the complex genomes of wheat, barley and rye, the researchers have developed methods and strategies for recording and describing the genetic diversity of these crop species and making it available to interested users," said the Gregor Mendel Foundation.

"This is an important contribution to research and practical breeding. Their work has great potential to accelerate the development, approval, promotion and use of, for example, climate-adapted varieties," said Marlehn Thieme, President of Deutsche Welthungerhilfe, in her laudation. "The accessibility, availability and affordability of approved, improved varieties that are tolerant and deliver acceptable yields even under 'low-input conditions' and difficult environmental conditions, and are rich in micronutrients such as zinc and iron, can have lasting impact," Thieme added.

BMBF funding with foresight

"This award is a great honor for us and an incentive to continue our joint work," says Martin Mascher, referring to the enormous technological advances, for example in high-throughput sequencing. "Today, we can tackle research questions that would have been unthinkable to answer 20 or even 5 years ago." At the same time, the IPK scientists praised the years of funding for cereal genome research by the German Federal Ministry of Education and Research (BMBF). The BMBF recognized back at the beginning of the millennium that genomics created an important data basis for innovations, they said. "And today I am pleased that cereal genome research is perceived as an important contribution to plant breeding," Nils Stein said.

Protein and forage crops in the focus of future genome research

Nils Stein was part of the team that decoded the giant genome of wheat in 2018 after 13 years of research. Next, IPK researchers plan to focus on global landraces and related wild species of cultivated cereals in the genomic characterization of the cereal assortment. "In the future, other crop species such as protein and forage crops will also be the subject of our genomic research. We are convinced that the digitization of gene banks, and in particular digital sequence information, can multiply the value of crop diversity preserved in gene banks," Stein said.

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Nachhaltigkeit und Umweltschutz bestimmen zunehmend das Kaufverhalten der Menschen. Mit dem Trend zu nachhaltigen Produkten und Verfahren, die Ressourcen und Umwelt gleichermaßen schonen, wird der bioökonomische Wandel immer weiter vorangetrieben. Doch der Weg von der Idee in die Praxis ist mit vielen Herausforderungen verbunden. Um bioökonomische Ideen und Forschungsergebnisse schneller auf den Markt zu bringen, wurde 2013 vom Bundesministerium für Bildung und Forschung der „Ideenwettbewerb – Neue Produkte für die Bioökonomie“ ins Leben gerufen.

Bioökonomische Forschung schneller nutzbar machen

Mit der Fördermaßnahme will das BMBF nicht nur bioökonomische Innovationen schneller nutzbar machen, sondern auch einen Beitrag zur Umsetzung der von den Vereinten Nationen festgesetzten 17 Nachhaltigkeitsziele (SDGs) leisten. Für Forschende bietet die Maßnahme vor allem die Möglichkeit, gemeinsam mit Industriepartnern den Weg von der Idee bis hin zu Umsetzung, Anwendung und Vermarktung gemeinsam zu gehen.

Transfersession ermöglicht Vernetzung und Vermarkung

Bioökonomie-Forschende – vor allem aus der aktuellen Sondierungsphase – haben nun bei der FONA-Transfersession „Von der Idee zum nachhaltigen Produkt: Wie erfolgreiche biobasierte Innovationen entstehen“ am 8. Dezember 2022 die Möglichkeit, sich online mit Experten aus Wissenschaft, Wirtschaft, Bildung und Gesellschaft auszutauschen und Kontakte zu knüpfen, um die Realisierung ihrer Ideen voranzutreiben.

Mit Mikroorganismen zu mehr Nachhaltigkeit – so könnte man die Forschungs- und Entwicklungsstrategie der BASF zusammenfassen, die der Chemiekonzern Mitte November im Rahmen der jährlichen Forschungspressekonferenz präsentierte. Melanie Maas-Brunner, Mitglied des Vorstands und Chief Technology Officer der BASF, verwies dabei auf die zunehmende Bedeutung der weißen Biotechnologie, mit deren Hilfe das Unternehmen bereits heute an nachhaltigen chemischen Lösungen forscht.

3.000 nachhaltige Produkte

Bei der weißen Biotechnologie kommen Mikroorganismen wie Bakterien und Pilze zum Einsatz, mit deren Hilfe organische Rohstoffe wie Zucker oder Abfallströme in nachhaltige Produkte verwandelt werden. Nach Angaben von Maas-Brunner wird diese Technologie in den nächsten Jahren eine größere Bedeutung haben als das klassische Chemiegeschäft. Ob Biopolymere, essenzielle Inhaltsstoffe für die Ernährung von Menschen und Tieren wie Vitamine und Enzyme, Pflanzenschutzmittel, Aroma- und Duftstoffe oder Enzyme für Waschmittel und Kosmetika: Die BASF hat eigenen Angaben zufolge aktuell 3.000 Produkte im Portfolio, „die zur Biotechnologie zählen oder biologisch abbaubar“ sind. Im Jahr 2021 wurde damit ein Umsatz von mehr als 3,5 Mrd. Euro erwirtschaftet. „Besonders freut mich, dass 2021 bereits 45 % unserer Patentanmeldungen auf Innovationen mit einem besonderen Fokus auf Nachhaltigkeit entfielen – und die Tendenz ist steigend“, so Maas-Brunner.

Weiße Biotechnologie als Schlüsseltechnologie

Auch zukünftig will die BASF Maas-Brunner zufolge das Augenmerk auf Produkte legen, die „einen wesentlichen Beitrag zur Nachhaltigkeit leisten“. Die weiße Biotechnologie ist dafür ein wichtiges Werkzeug. „Für uns ist die weiße Biotechnologie mittlerweile eine unserer Schlüsseltechnologien, mit der wir auf Basis unterschiedlichster Rohstoffe effizient, ressourcenschonend und vor allem auch flexibel produzieren können“, erklärt Doreen Schachtschabel, Vice President White Biotechnology Research bei BASF.

Bakterien und Pilze spielten dem Unternehmen zufolge aber nicht nur bei der Herstellung nachhaltiger Produkte eine wichtige Rolle. „Für uns bedeutet Nachhaltigkeit auch genau zu wissen, wie und warum Mikroorganismen in der Umwelt unsere Produkte nach deren Verwendung abbauen“, so Andreas Künkel, Vice President Research Biopolymers bei BASF. Für ein besseres Verständnis der dabei ablaufenden biologischen Zersetzungsprozesse wurde beispielsweise gemeinsam mit Forschenden in einem Feldversuche analysiert, wie und warum sich biologisch abbaubare Mulchfolie im Boden abbaut. „Wir schauen uns bis ins Detail an, wie wir Materialien designen sollten, damit sich unsere Produkte im Boden und in technischen Systemen wie Kompost- und Kläranlagen abbauen“, erklärt Künkel.

Breites Bündnis für Transformation

Mit dem Fokus auf die weiße Biotechnologie will BASF eigenen Angaben nach den Wandel zur Nachhaltigkeit in der chemischen Industrie weiter voranbringen. „Dafür brauchen wir Allianzen mit allen Akteuren in der Industrie, der Wissenschaft, in Politik und Gesellschaft“, betonte Maas-Brunner. Der Schulterschluss zwischen Unternehmen und Gesetzgeber sei dabei besonders wichtig, da gute Rahmenbedingungen dafür notwendig seien.

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Die Folgen des russischen Überfalls auf die Ukraine für globale Handels- und Lieferketten verdeutlichen derzeit eindringlich, wie anfällig die Sicherstellung einer weltweiten Versorgung mit Lebensmitteln ist. Fragen zur Ernährungssicherheit und Ernährungssouveränität stehen daher derzeit weit oben auf vielen Agenden nationaler Politik. Diese Themenfelder sind es auch, mit denen sich junge Forscherinnen und Forscher im Rahmen des Förderkonzepts „Bioökonomie als gesellschaftlicher Wandel“ des Bundesministeriums für Bildung und Forschung (BMBF) befassen. Nach pandemiebedingter Verzögerung fand das Auftakttreffen der fünf Nachwuchsgruppen der zweiten Förderrunde nun im BMBF in Berlin statt.

Ein Wandel hin zu einer biobasierten Wirtschaft ergibt sich aus dem Zusammenspiel vieler Faktoren. Er wird entscheidend durch wissenschaftlich-technische Innovationen vorangetrieben, sein Gelingen hängt aber auch von zahlreichen sozialen Prozessen sowie von Wechselwirkungen zwischen Gesellschaft, Technik, Wirtschaft und Ökologie ab. Ausgehend von diesem Gedanken fasst das BMBF unter dem Konzept „Bioökonomie als gesellschaftlicher Wandel“ mehrere Fördermaßnahmen zu den gesellschaftlichen Voraussetzungen, Triebkräften und Effekten der Bioökonomie zusammen. Gefördert werden nationale Forschungsprojekte, die auch international vergleichende Studien anstellen. Dies umfasst beispielswiese ein umfassendes Monitoring der Bioökonomie (z.B. Land-, Material-, Wasser- und Klimafußabdrücke) sowie Forschungsprojekte akademischer Nachwuchsgruppen. Letztere ermöglichen jungen, vielversprechenden Forscherinnen und Forschern aus den Sozial-, Politik- und Wirtschaftswissenschaften, aber auch den Geistes- und Kulturwissenschaften sich bereits in einer frühen Karrierephase ein attraktives Forschungsumfeld rund um ein hochaktuelles und innovatives Forschungsthema zu erschließen.

Für die geförderten “Junior Research Groups“ eröffnen sich hierdurch vielfältige professionelle Qualifizierungs- und akademische Karrierewege in Lehre und Forschung sowie in zukunftsorientierten Berufsfeldern einer bioökonomischen Kreislaufwirtschaft. Auch wird das Thema Bioökonomie über Lehrveranstaltungen und nationale sowie internationale Forschungskooperationen stärker in die Gesellschaft getragen und es werden entsprechende Netzwerke aufgebaut, die im sich entwickelnden Nexus bioökonomischen Wirtschaftens von zentraler Bedeutung sind. Zusammen mit Veröffentlichungen in internationalen, wissenschaftlichen Zeitschriften sowie internationalen Konferenzbesuchen und ähnliche Formaten des wissenschaftlichen Austausches wird eine Wissensbasis geschaffen, die nicht nur unabdingbare Triebkraft für notwendige Veränderungsprozesse hin zu mehr Nachhaltigkeit ist, sondern darüber hinaus den Wissenschaftsstandort Deutschland stärkt.

Dem Projektträger Jülich (PtJ) obliegt die wissenschaftlich-administrative sowie organisatorische Umsetzung aller Förderaktivitäten zum oben genannten Konzept. Der PtJ organisiert hierzu unter anderem regelmäßige Statustreffen der geförderten Gruppen. Hierdurch wird eine Plattform für den wissenschaftlichen Austausch geschaffen, die es den Forschungsgruppen ermöglicht sich interdisziplinär zu vernetzen sowie gemeinsam ihre Forschungsergebnisse zu diskutieren.

Es soll eine Premiere in zweierlei Hinsicht werden: das Theaterstück „Der Entrepreneur“ von Kevin Rittberger am Residenztheater in München. Wenn sich am 9. Dezember 2022 am Bayrischen Staatstheater der Vorhang hebt, steht neben den Darstellern erstmals auch eine Theaterdekoration im Rampenlicht, die es so auf der Bühne noch nicht zu sehen gab. Präsentiert wird ein acht Meter hoher Baumstamm, der aus einem nachhaltigen Material besteht. Für den Bau dieser Kulisse wurde erstmals ein Verbundwerkstoff aus Holzspänen und Pilzmycel genutzt.

Bühnendekoration aus nachwachsenden Rohstoffen

Der Baumstamm aus nachwachsenden Rohstoffen wird gegenwärtig unter Hochdruck von Forschenden der TU Dresden gemeinsam mit der biotopa gGmbH gefertigt. Den neuartigen Verbundwerkstoff aus Pilzmycel für eine Theaterinszenierung zu nutzen, ist ein Experiment, da sich das Material noch in der Entwicklung befindet. Ein Bauteil aus Pilzmycel in dieser Größe und unter dem Zeitdruck der Premiere innerhalb von vier Monaten wachsen zu lassen, war den Forschenden zufolge für alle Beteiligten eine „risikobehaftete“ Herausforderung. Das neuartige Material musste dafür zunächst in die Form gefüllt, mit Pilzmycel bewachsen und anschließend getrocknet werden, damit es am Ende auch die entsprechende Festigkeit aufweist.

Leicht und biologich abbaubar

Im Vergleich zu herkömmlichen Bühnenbildern, die oft aus wenig recycelbaren Materialien wie Holzbauplatten oder Kunststoffen wie Styropor bestehen und nicht selten als Sondermüll entsorgt werden, kann dieses zu 100% aus nachwachsenden Rohstoffen bestehende Material nach dem Absetzen des Theaterstücks wieder vollständig in den Stoffkreislauf der Natur zurückgeführt werden.

Der Einsatz des pilzbasierten Baustoffs wird auch dem Inhalt des Stücks gerecht. Im Mittelpunkt steht ein Unternehmer, der seine gesamte Firmenphilosophie umstellt und seinen Fokus plötzlich auf Bäume statt auf Profit ausrichtet. Das Entwicklerteam ist überzeugt, dass dieses leichte, formbare und nicht brennbare Material aus Pilzmycel im Bereich der Theaterdekoration weitere Einsatzmöglichkeiten finden wird.

Ausstellung im Theater zeigt Materialentwicklung

Der Baumstamm für die Münchner Theaterinszenierung wurde von den Projektpartnern selbst finanziert. Aufgrund der Erfahrungen will das Team nun Forschungsmittel für die Zusammenarbeit mit anderen Theatern beantragen. Über die Materialentwicklung wird mit Beginn der Inszenierung am 9. Dezember auch eine Ausstellung im Foyer des Residenztheaters informieren.

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"The Entrepreneur" by Kevin Rittberger at the Residenztheater in Munich is a premiere in two respects. When the curtain rises on December 9, 2022, at the Bayerisches Staatsschauspiel, not only the actors but also, for the first time, a stage set will be in the spotlight. An eight-meter-high tree trunk made of a sustainable material will be presented. A composite material made of wood chips and mushroom mycelium was used to build this backdrop.

Stage decoration from renewable raw materials

The tree trunk is currently being produced by researchers at TU Dresden together with biotopa gGmbH. The use of the novel composite material made from mushroom mycelium for a theater production is an experiment, as the material is still under development. Growing a component from mushroom mycelium in this size and under the time pressure of the premiere within four months was a "risky" challenge for all involved, according to the researchers. The novel material first had to be filled into the mold, overgrown with fungal mycelium and then dried so that it would have the appropriate strength in the end.

Lightweight and biodegradable

Unlike conventional stage sets, which are often made of non-recyclable materials such as wood construction panels or plastics like Styrofoam and are therefore disposed of as hazardous waste, this material, which consists of 100% renewable raw materials, can be completely returned to nature after performances are over.

The use of the mushroom-based building material also does justice to the content of the play. It centers on an entrepreneur who changes his entire corporate philosophy and suddenly turns his focus to trees instead of profit. The development team is convinced that this lightweight, malleable and non-combustible material made from mushroom mycelium will find further applications in the field of stage design.

Exhibition in the theater shows material development

The tree trunk for the Munich theater production was financed by the project partners themselves. Based on the experience, the team now wants to apply for research funding for collaboration with other theaters. An exhibition in the foyer of the Residenztheater will also provide information about the material development.

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Biobasiert und biologisch abbaubar, bei gleichen oder besseren Materialeigenschaften: So wünscht sich die Industrie die Kunststoffe von morgen. Schon heute gibt es einige Kunststoffe, die als biologisch abbaubar gelten. Doch in der Praxis zeigt sich oft, dass sie dies nur unvollständig oder unter bestimmten Umständen sind. Wirklich gut biologisch abbaubare Kunststoffe erfüllen hingegen oftmals nur bestimmte Materialanforderungen. An der Dualen Hochschule Baden-Württemberg in Karlsruhe hat ein Forschungsteam nun eine mögliche Antwort auf dieses Problem gefunden.

Keine Konkurrenz zum Nahrungsmittelanbau

Die Forschenden um Axel Kauffmann und Lukas Walter verfolgen dazu ein neues Konzept: Kunststoffe mit programmierbarer Abbaubarkeit. Eingesetzt werden sollen sie als Verpackungen, denn allein in Deutschland fallen jährlich 6,2 Mio. Tonnen Kunststoffverpackungen an. Nur etwa die Hälfte wird wiederverwertet, große Mengen landen als Müll in der Natur. Außerdem sollen die Kunststoffpolymere, die das Karlsruher Team verwendet, zwar biobasiert sein, aber nicht mit dem Nahrungsmittelanbau konkurrieren.

Die Anforderungen im Forschungsprojekt „Biobasierte Polymersysteme mit programmierbarer Abbaubarkeit“ (PolyProg) waren daher entsprechend hoch: biobasierte Reststoffe als Rohstoffe; die Polymere schäumbar und zu dreidimensionalen Produkten thermoformbar und der Kunststoff stabil, wasserfest und zu festgelegten Zeitpunkten in festgelegter Zeit vollständig biologisch abbaubar.

Mehrere Prototypen hergestellt

Im Verlauf des vom Bundesforschungsministerium (BMBF) geförderten Projekts verfolgte das Team mehrere Ansätze mit unterschiedlichen biologisch abbaubaren Materialien für eine programmierte Abbaubarkeit. Die Fachleute entwickelten verschiedene Verbundmaterialien und formten daraus mehrere Prototypen.

„Die innovative Neuheit des Projekts besteht darin, dass es nicht nur vollständig biobasiert ist, sondern auch Abfälle aus der Landwirtschaft mit eingearbeitet wurden“, betont Walter. Der Verbundstoff könne außerdem zu Biogas vergoren werden. „Das Material ist daher sehr nachhaltig und kann einen echten Beitrag zur Reduzierung der Umweltbelastung durch Plastikmüll leisten“, resümiert der Forscher. Zwei Folgeprojekte sollen nun auf den gewonnenen Erkenntnissen aufbauen und programmiert biologisch abbaubare Polymere in unterschiedlichen Anwendungen bis zur Marktreife weiterentwickeln.

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Mehr als die Hälfte der Weltbevölkerung lebt in Städten, die Tendenz ist steigend. Doch Hitzewellen und Starkregen in Folge des Klimawandels machen das Leben in Großstädten zunehmend anstrengender. Wie sich Metropolen vor solchen Wetterextremen künftig schützen können, daran wird seit langem geforscht. Eine Möglichkeit, die Lebensqualität der Städter zu verbessern, sehen Fachleute in der Begrünung von Fassaden. Studien haben gezeigt, dass begrünte Hauswände nicht nur die Luftqualität, sondern auch die Sauerstoffproduktion, die Artenvielfalt und die Fassadentemperaturen deutlich verbessern können.

Klimaschonende Stadtgestaltung mit vertikalem Pflanzsystem

Forschende vom Fraunhofer-Institut für Umwelt-, Sicherheits- und Energietechnik (UMSICHT) haben in den vergangenen Jahren ein vertikales Begrünungssystem entwickelt, das nun auf dem Markt eingeführt werden kann. „Gemeinsam mit unseren Partnerunternehmen haben wir in den vergangenen Jahren spezielle Elemente entwickelt, die wir für den Bau von bodenungebundenen begrünten Wänden nutzen“, erklärt Holger Wack, stellvertretender Abteilungsleiter Produktentwicklung am Fraunhofer UMSICHT. „Auf Basis eines mineralischen Werkstoffes bieten wir so Privatpersonen genauso wie Städten oder Galabauern die Möglichkeit, flexibel Fassaden oder zum Beispiel Garagen klimaschonend zu gestalten.“

Die modularen Pflanzsteine mit integrierter Bewässerungs- und Pflanzrinne bestehen aus einem mineralischen und flüssigkeitsspeichernden Werkstoff. Die Elemente können mit verschiedenen Substraten und Pflanzen bestückt werden. Für eine schnelle und kostengünstige Begrünung eignen sich beispielsweise Gräser und Blumen. Aber auch Kräuter, Erdbeeren, Tomaten und Chilis können hier gedeihen. Die Bewässerung erfolgt von oben, denn die Schwerkraft verteilt das Wasser automatisch nach unten. Auch eine separate Bewässerung der einzelnen Lagen ist möglich.

Begrünungssystem kommt gut an

Über die Biolit Green Systems GmbH – eins der Partnerunternehmen – werden diese neuartigen Begrünungselemente nun vertrieben. Das 2021 gegründete Start-up bietet nach diesem Fraunhofer-System flexibel und frei skalierbar Lösungen für die verschiedensten Anwendungen an. Die Module können sowohl im Garten- und Landschaftsbau eingesetzt werden, aber auch als Vorsatzwände, Fassaden, Trenn-, Schallschutz- oder Vertical-Farming-Wände in Städten. Auch zur Begrünung von Privathäusern sind die Pflanzsteine geeignet. „Die Resonanz ist bisher sehr positiv“, erklärt Berthold Adler, Gründer des Start-ups. „Wir merken, dass beispielsweise im Galabau ein Umdenken einsetzt.“

Forschung zu sensorgesteuerter Bewässerung läuft

Mit diesem vertikalen Begrünungssystem will das Team die Luftqualität in Städten verbessern, CO₂-Gehalt und Lärmpegel reduzieren und den klimabedingten Folgen wie Starkregen, Hitze, Trockenheit und dem Verlust von Biodiversität entgegenwirken. Doch die Forschung an vertikalen Begrünungssystemen geht weiter und soll künftig durch eine sensorgesteuerte Bewässerungstechnik ergänzt werden. Aktuell untersuchen die Fraunhofer-Forschenden, welchen Einfluss die vertikale Begrünung auf das Mikroklima hat und welche Wechselwirkungen sich mit der Umgebung ergeben.

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More than half the world's population lives in cities, and the numbers are rising. Climate change and its consequences, including heat waves and heavy rainfall, make life in major cities increasingly stressful. There has long been research into how metropolises can protect themselves from such weather extremes in the future. Experts see one way of improving the quality of life for city residents in the greening of facades. Studies have shown that greened house walls can significantly improve not only air quality but also oxygen production, biodiversity and facade temperatures.

Climate-friendly urban design with vertical planting system

Researchers from the Fraunhofer Institute for Environmental, Safety and Energy Technology (UMSICHT) have developed a vertical greening system that can now be launched on the market. "Together with our partner companies, we have developed special elements that we use for the construction of soil-free green walls," explains Holger Wack, Deputy Head of the Product Development Department at Fraunhofer UMSICHT. "Based on a mineral material, we thus offer both private individuals and cities or landscapers the possibility to flexibly design facades or, for example, garages in a climate-friendly way."

The planting modules with integrated irrigation and planting trough are made of a mineral and liquid-storing material. The elements can be equipped with various substrates and plants. Grasses and flowers, for example, are suitable for quick and inexpensive planting. But herbs, strawberries, tomatoes and chilies can also thrive here. Watering takes place from above, as gravity automatically distributes the water downwards. Separate watering of the individual layers is also possible.

Greening system is well received

These novel greening elements are now being marketed via Biolit Green Systems GmbH - one of the partner companies. The start-up, founded in 2021, offers flexible and freely scalable solutions for a wide range of applications based on the Fraunhofer system. The modules can be used in gardening and landscaping, but also as facades, partition walls, noise barriers or vertical agricultural walls in cities. The plant modules are also suitable for the greening of private houses. "The response so far has been very positive," explains Berthold Adler, founder of the start-up. "We notice that there is a change in thinking in landscaping, for example."

Research on sensor-controlled irrigation

With the vertical greening system, the team aims to improve air quality in cities, reduce CO2 levels and noise, and counteract climate-related consequences such as heavy rain, heat, drought and the loss of biodiversity. But research into vertical greening systems continues, with plans to add sensor-controlled irrigation technology in the future. Currently, Fraunhofer researchers are investigating the influence of vertical greening on the microclimate and the interactions with the environment.

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Die Landwirtschaft ist für etwa 7,7 % der bundesweiten Treibhausgasemissionen verantwortlich. Um die Klimaziele zu erreichen, muss der Ausstoß der klimaschädlichen Gase drastisch reduziert werden. Mithilfe des sogenannten Carbon Farmings soll das gelingen. Maßnahmen, die der Atmosphäre Kohlenstoffdioxid entziehen und CO₂ im Boden speichern, gibt es viele. Doch wie funktioniert das Prinzip in der landwirtschaftlichen Praxis und wie wirkungsvoll sind Humuszertifikate? Mit diesem Thema hat sich Carsten Paul vom Leibniz-Zentrum für Agrarlandschaftsforschung (ZALF) befasst. Der promovierte Ökologe ist überzeugt, dass die Vorteile des Carbon Farmings für die Landwirtschaft so vielfältig sind wie deren Maßnahmen. Die größte Herausforderung beim Carbon Farming sieht Paul darin, dass die Maßnahmen dauerhaft durchgeführt werden müssen, um eine Klimawirkung zu erzielen.