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Faserplatten werden aus Holz, Sägenebenprodukten oder Resthölzern hergestellt. Außerdem sind sie recyclingfähig. Das macht sie aus bioökonomischer Sicht eigentlich zu nachhaltigen Bauteilen für die Möbelindustrie und den Innenausbau. Allerdings kommen bei der Herstellung der Platten Harze zum Einsatz, um die Holzstücke zu verbinden. Meist enthalten diese Harze Formaldehyd oder Isocyanate – beides gesundheitsschädliche Stoffe, die obendrein verhindern, dass Faserplatten kompostiert werden können. Die Universität Stuttgart hat nun einen Bioverbundstoff vorgestellt, der ohne diese Harze auskommt, hochdicht ist und flexibel geformt werden kann.

Stroh als Grundlage

Stroh ist die Grundlage der Erfindung von Juniorprofessorin Hanaa Dahy, Leiterin des Instituts für Tragkonstruktionen und Konstruktives Entwerfen an der Universität Stuttgart. Grundsätzlich kommt jede Art von Stroh in Frage. Besonders günstig ist jedoch Reisstroh, da es aufgrund seines hohen Silikatanteils allein mit mineralischen Zusätzen bereits hohe Brandschutzanforderungen erfüllt, konkret die DIN 4102-B1 mit der Materialklassifikation „schwer entflammbar“. Diese Platten bestehen zu rund 80 bis 90 Prozent aus Stroh.

Flexibel und stabil ohne Harz

Ein umweltverträgliches thermoplastisches Elastomer übernimmt in den Platten die Funktion des Harzes. Über weitere Zusätze lassen sich die Flexibilität und die Stabilität für unterschiedliche Anwendungen einstellen. Das ermöglicht sowohl die Herstellung frei geformter Möbel oder Trennwände auf rutschhemmenden und schlagabsorbierenden Bodenplatten.

Ökologisch und ökonomisch attraktiv

Unter Nachhaltigkeitsaspekten ist das neue Material gleich mehrfach interessant: Es wird aus landwirtschaftlichen Reststoffen hergestellt, kann recycelt oder kompostiert werden – eine zweifache Abfallvermeidung. Darüber hinaus besteht keine Konkurrenz zur Nahrungsmittelproduktion.

Partner für die Markteinführung gesucht

Der niedrige Rohstoffpreis und der Einsatz etablierter Produktionsmethoden machen das Material auch wirtschaftlich attraktiv als Alternative zu herkömmlichen HDF-Platten und Kunststoffen. Patentiert ist das Verfahren bereits. Jetzt sucht die Technologie-Lizenz-Büro GmbH im Auftrag der Universität Stuttgart Industriepartner für die Markteinführung.

bl

Für viele Schadstoffe wie Pestizide hat der Gesetzgeber Grenzwerte festgelegt. Unterhalb dieser Grenzwerte gilt eine Exposition als unbedenklich. Doch das scheint für viele Lebewesen – darunter der Mensch – nicht zu gelten, wie Ökotoxikologen des Helmholtz-Zentrums für Umweltforschung (UFZ) jetzt zeigen konnten. Auch Konzentrationen, die bis zu 10.000-fach unter den heutigen Grenzwerten liegen, sind für sensible Individuen demnach problematisch, berichten die Forscher im Fachjournal „Scientific Reports“. Entscheidend sind dabei innerer und äußerer Stress.

Negative Effekte bei niedrigen Konzentrationen gut dokumentiert

„Angestoßen wurde unsere Untersuchung durch eine Beobachtung im Labor: Bei sehr niedrigen Pestizid-Konzentrationen – weit unterhalb von Konzentrationen, wie sie in bisherigen Studien zu starken Effekten führten – zeigten sich Wirkungen auf sensitive Organismen“, schildert der Ökotoxikologe Matthias Liess vom UFZ. „Wir fanden diese Effekte bei fast allen vorliegenden Arbeiten, in denen sehr niedrige Konzentrationen von Schadstoffen untersucht wurden.“

Innerer Stress verstärkt Risiko

Eigene Forschungsarbeiten untermauerten die Beobachtung und lieferten eine mögliche Erklärung: Der von den Schadstoffen erzeugte äußere Stress trifft auf inneren Stress. Bislang wusste man: Ist der äußere Stress durch Hitze oder Parasiten hoch, steigt die Empfindlichkeit gegenüber Schadstoffen. „Diesen Zusammenhang haben wir bereits in früheren Untersuchungen berechnen können“, berichtet Liess. „Nun konnten wir zeigen, dass Individuen inneren Stress entwickeln, wenn sie zu wenig periodisch auftretendem Stress aus der Umwelt ausgesetzt sind.“ Auch hierbei gilt: Je höher der innere Stress, desto sensibler reagiert ein Organismus auf bereits geringen äußeren Stress durch Schadstoffe wie Pestizide. „Somit erhöht zu viel – aber auch zu wenig – Stress die Empfindlichkeit gegenüber Schadstoffen“, resümiert der UFZ-Forscher.

Neues Modell zur Risikobewertung von Chemikalien

Wie sich niedrige Schadstoffkonzentrationen auf empfindliche Individuen und Arten auswirken, konnten bisherige Modellrechnungen nicht vorhersagen.  „Doch das ist in der Human- wie auch in der Ökotoxikologie durchaus wichtig“, erklärt Liess. Die Forscher haben basierend auf ihren neuen Erkenntnissen daher ein Modell entwickelt, das helfen soll, sensible Menschen wie Kranke und Kinder – aber auch sensible Arten eines Ökosystems –, die bereits auf geringe Konzentrationen reagieren, besser in der Risikobewertung von chemischen Substanzen zu berücksichtigen.

bl

For many pollutants such as pesticides, the legislator has set threshold values. Below these limits, exposure is considered harmless. However, this does not seem to apply to many living organisms, including humans, as ecotoxicologists at the Helmholtz Centre for Environmental Research (UFZ) have now been able to show. Even concentrations that are up to 10,000 times below today's threshold values are problematic for sensitive individuals, the researchers report in the scientific journal "Scientific Reports". Internal and external stress plays a crucial role.

Negative effects at low concentrations well documented

The scientists' investigation was triggered by an observation: "At very low pesticide concentrations - far below concentrations that led to effects in previous studies - effects on sensitive organisms were observed," UFZ ecotoxicologist Matthias Liess explains. "We observed these unexpected effects at very low concentrations in almost all existing studies in which effects of such concentrations of toxicants were investigated."

Internal stress increases risk

Their own research underpinned the observation of the scientists and provided a possible explanation: the external stress generated by the pollutants meets internal stress. If the external stress caused by heat or parasites is high, the sensitivity to pollutants increases. "We were already able to quantify this relationship in earlier studies," reports Liess. "Additionally, we are now able to show that individuals develop internal stress when they are exposed to too little stress from the environment." It appears that organisms are adapted to a certain degree of "external" stress. If it is missing, they develop "internal" stress. "Thus, too much - but also too little - stress increases sensitivity to pollutants," summarizes the UFZ researcher.

New model for risk assessment of chemicals

Previous model calculations could not predict how low pollutant concentrations would affect sensitive individuals and species. "But this is very important in both human and ecotoxicological risk assessment," explains Liess. Based on their new findings, the researchers have therefore developed a model that should help to better take into account sensitive people such as sick people and children, but also sensitive species of an ecosystem, who already react to low concentrations, in the risk assessment of chemical substances.

bl/um

Insektenrückgang und Artenschwund sind eine Tatsache. Das haben zahlreiche nationale und internationale Studien inzwischen belegt. Nun machen deutsche Wissenschaftler mit einer breit angelegten Biodiversitätsstudie erneut auf den Artenverlust aufmerksam. Ein Forschungsteam unter der Leitung der Technischen Universität München (TUM) kommt darin zu dem Ergebnis, dass der Insektenrückgang in Deutschland noch weitreichender ist als bisher angenommen. „Bisherige Studien konzentrierten sich entweder ausschließlich auf die Biomasse, also das Gesamtgewicht aller Insekten, oder auf einzelne Arten oder Artengruppen. Dass tatsächlich ein Großteil aller Insektengruppen betroffen ist, war bisher nicht klar“, sagt Sebastian Seibold, Forscher am Lehrstuhl für Terrestrische Ökologie der TUM.

Zwischen 2008 und 2017 hatte das Team eine Vielzahl von Insektengruppen in Brandenburg, Thüringen und Baden-Württemberg erfasst. Auf 300 Flächen wurden über eine Million Insekten gesammelt. Die Studienergebnisse stellt das Team in der Fachzeitschrift Nature vor.

Ein Drittel weniger Insekten in Wald und Wiese

Danach sind viele der fast 2.700 untersuchten Arten rückläufig. Einige davon sind aus bestimmten Regionen sogar ganz verschwunden. In den Wäldern und Wiesen wurden insgesamt ein Drittel weniger Insekten gezählt als noch vor zehn Jahren. Davon betroffen seien Schafweiden, Wiesen, die drei- bis viermal jährlich gemäht und gedüngt wurden, forstwirtschaftlich geprägte Nadelwälder und sogar ungenutzte Wälder in Schutzgebieten, wie die Forscher berichten. Allein in den Wäldern ist die Zahl der Insekten um 40% zurückgegangen.

Ackerland beeinflusst Insektenschwund im Grünland

Im Grünland waren die Ergebnisse noch dramatischer: Hier wurde am Ende der Studie nur noch ein Drittel der ursprünglichen Insektenbiomasse registriert. Am Größten war der Schwund auf jenen Gründlandflächen, die stark von Ackerland, also einer intensiven Bewirtschaftung, umgeben sind. Dort hätten vor allem jene Arten gelitten, die nicht in der Lage seien, große Distanzen zu überwinden, heißt es. „Dass solch ein Rückgang über nur ein Jahrzehnt festgestellt werden kann, haben wir nicht erwartet – das ist erschreckend, passt aber in das Bild, das immer mehr Studien zeichnen“, sagt Wolfgang Weisser, Professor für Terrestrische Ökologie an der TUM und einer der Initiatoren des Verbundprojekts. In den Wäldern ging hingegen die Anzahl der Insekten zurück, die weitere Strecken zurücklegen. „Ob mobilere Arten aus dem Wald während ihrer Ausbreitung stärker mit der Landwirtschaft in Kontakt kommen oder ob die Ursachen doch auch mit den Lebensbedingungen in den Wäldern zusammenhängen, müssen wir noch herausfinden“, erläutert der ehemalige TUM-Mitarbeiter Martin Gossner.

Doch wie kann das Insektensterben in Deutschland gestoppt werden? Einzelinitiativen reichen hier nicht aus, mahnen die Forscher. „Um den Rückgang aufzuhalten, benötigen wir ausgehend von unseren Ergebnissen eine stärkere Abstimmung und Koordination auf regionaler und nationaler Ebene“, appelliert Seibold.

bb

That insect decline and species extinction are a fact has been shown by numerous national and international studies. Now German scientists are once again drawing attention to the loss of species with a large-scale biodiversity study. A research team led by the Technical University of Munich (TUM) has come to the conclusion that the decline of insects in Germany is even more extensive than previously assumed. "Previous studies [...] either focused exclusively on biomass, i.e. the total weight of all insects, or on individual species or species groups. The fact that a large part of all insect groups is actually affected has not been clear so far," said Sebastian Seibold, researcher with the Terrestrial Ecology Research Group at TUM.

Between 2008 and 2017, the team surveyed a large number of insect groups in Brandenburg, Thuringia and Baden-Württemberg. More than one million insects were collected at 300 sites. The team presents the results of the study in the journal Nature.

40 percent decrease in forests

Many of the nearly 2,700 species studied are in decline. Some of them have even completely disappeared from certain regions. One out of three insects has disappeared from the forests and meadows compared to ten years ago. This affects sheep pastures, meadows that have been mown and fertilized three to four times a year, coniferous forests that have been shaped by forestry and even unused forests in protected areas, as the researchers report. In the forests alone, the number of insects has fallen by 40%.

Arable land influences insect extinction in grassland

In grassland, the results were even more dramatic: at the end of the study, only one third of the original insect biomass was registered. The greatest loss was on those grasslands which are heavily surrounded by arable land, i.e. intensive farming. A decline on that scale over a period of just 10 years came as a complete surprise to us – it is frightening, but fits the picture presented in a growing number of studies," says Wolfgang Weisser, Professor of Terrestrial Ecology at the TUM and one of the initiators of the joint project. In the forests, on the other hand, the number of insects that travel longer distances has decreased. "To decide whether it is a matter of the more mobile forest-dwelling species having more contact with agriculture, or whether it has something to do with living conditions in the forests, further study will be needed," explains Martin Gossner, a former TUM employee.

But how can the insect decline in Germany be stopped? The researchers warn that stand-alone initiatives are not enough. "To stop the decline, our results indicate that more coordination is needed at the regional and national levels," Seibold urges.

bb/um

Böden brauchen Dünger, um fruchtbar zu sein und Pflanzen mit Nährstoffen wie Phosphor und Stickstoff zu versorgen. Doch die Düngepraxis der Landwirtschaft steht in der Kritik, nicht zuletzt wegen ihrer negativen Folgen für die Umwelt. Hier das richtige Maß zu finden, wird immer wichtiger. Wissenschaftler des Instituts für Bau- und Landmaschinentechnik der Technischen Hochschule Köln haben mit der Kverneland Group Soest GmbH nun ein neuartiges Verfahren entwickelt, mit dem Mineraldünger eingespart und trotzdem gute Ernteerträge erzielt werden können.

Im Fokus der dreijährigen Untersuchung stand die Maisdüngung. Hier hat sich in der Praxis die sogenannte Unterfußdüngung bei der Aussaat etabliert. Dabei wird unterhalb der Maiskörner ein flächendeckendes Düngeband plaziert, um vor allem Jungpflanzen mit Nährstoffen zu versorgen. Da das Wurzelsystem beim Mais in der frühen Phase noch schwach ausgeprägt ist, bleibt jedoch ein Teil des mineralischen Düngers ungenutzt.

Kleine Düngerportionen für jedes Maiskorn

Unter der Leitung von Till Meinel und Wolfgang Kath-Petersen haben Doktorand Max Bouten und sein Team nun ein Verfahren für ein punktgenaues Ausbringen des Mineraldüngers bei der Unterfußdüngung entwickelt. Das Prinzip: Statt eines kontinuierlichen Düngebandes erhält jedes Saatkorn bei der Kornablage eine kleine Düngerportion. An den vier Versuchsstandorten in der Voreifel und am Niederrhein wurden die Düngerportionen jeweils per Hand bei der Kornaussaat ausgelegt und pro Standort knapp 500 Einzelpflanzen über den Vegetationszeitraum von drei Jahren beobachtet, dokumentiert und analysiert.

Keine Ertragseinbuße trotz Düngerreduzierung

„Wir können statistisch belegen, dass eine Reduzierung der Unterfußdüngung um mindestens 25 Prozent ohne Ertragsrückgang möglich ist. Die Versuche zeigten sogar bei 50 Prozent Düngerreduzierung noch ein stabiles Ertragsniveau“, sagt Till Meinel. Dem Forscher zufolge konnten sie sogar bei einer konstanten Düngemenge „im Durchschnitt über alle Standorte und Jahre einen Mehrertrag von sechs bis sieben Prozent nachweisen“. Aber nicht nur das: Dank der punktgenauen Düngung kamen diese Maispflanzen besser mit den extremen Sommern in den vergangenen beiden Jahren zurecht.

Neuartige Portioniereinheit für Einzelkornsaat 

Neben der präzisen und effektiven Düngemethode entwickelte das Kölner Team auch eine neuartige Portioniereinheit für die Einzelkornsaat. Die Technologie eignet sich für alle granulierten Düngerarten und kann problemlos auch bei der Aussaat anderer Samen wie Sojabohnen, Sonnenblumen, Ackerbohnen oder Zuckerrüben eingesetzt werden. „Die Ergebnisse der Funktionstests stellen uns mehr als zufrieden“, freut sich Max Bouten. Seiner Schätzung zufolge könnten alleine beim Mais in Deutschland mit einem punktgenauen Verfahren mindestens 75.000 Tonnen Dünger im Jahr eingespart werden. Beim Einsatz sogenannter Kombinationsdünger könnten Landwirte jährlich etwa 30 Mio. Euro einsparen.


Die Methode wurde im Rahmen des Projektes „Punktgenaue Düngerapplikation bei der Maisaussaat“ (PUDAMA) entwickelt und vom Bundesministerium für Ernährung und Landwirtschaft mit 440.000 Euro finanziert. Das Verfahren ist bereits zum Patent angemeldet. Die Feldtests wurden von den Unternehmen KWS Saat und John Deere unterstützt. Auf der Agritechnica in Hannover Mitte November wird das Team seine Ergebnisse vorstellen.

bb

Eislöffel aus Kunststoff sind bald schon tabu. Spätestens mit Inkrafttreten des EU-weiten Einwegplastikverbots 2021 sollen diese Produkte vom Markt verschwinden. Alternativen, die die Plastikflut stoppen, gibt es bereits. Trinkhalme aus Bambus oder essbaren Apfelresten sowie Verpackungen aus Graspapier sind nur einige Beispiele dafür. Viele dieser Innovationen stammen von Start-ups, die mit ihren Ideen Wegbereiter sind.

Dazu gehören auch die Gründerinnen des Start-ups Spoontainable. Die drei Studentinnen aus Stuttgart haben den ersten essbaren Eislöffel entwickelt. Er besteht aus Fasern der Kakaoschale, die als biogener Reststoff bei der Lebensmittelherstellung anfallen. Mit seinem „Spoonie“, so der Name des Eislöffels, konnte sich das Trio im Wettstreit um den diesjährigen WIWIN-Award gegen rund 160 Mitbewerber durchsetzen und im Finale Ende Oktober in Berlin beim Pitch die Jury der Crowdfunding-Plattform Wiwin überzeugen. „Durch ein Upcycling ballaststoffreicher Nahrungsfasern ist der Spoonie sogar vegan und glutenfrei. Auf diese Weise schafft der Spoonie einen deutlichen Kontrapunkt zum steigenden Plastikverbrauch“, so die Begründung der Jury.

500.000 Euro als Investment garantiert

Mit dem Award wird Spoontainable von der Crowdfunding-Plattform als das nachhaltigste Start-up Deutschlands geehrt. Dem Gründertrio wird damit zugleich ein Investment in Höhe von einer halben Million Euro für die Weiterentwicklung seines essbaren Eislöffels garantiert. „Wir werden die 500.000 Euro jetzt dazu nutzen, unseren Vertrieb noch strategischer aufzubauen. Die nächsten Schritte sind dann die Internationalisierung unseres Geschäftsmodells und die Fokussierung auf weitere Produkte wie Becher und Teller“, erklärt Julia Piechott vom preisgekrönten Start-up.

iGEM - dieses Kürzel steht für die akademische Bioingenieurs-WM. Das große Finale des jährlich ausgetragenen Tüftelwettbewerbs für Synthetische Biologie findet mittlerweile traditionell im Hynes Convention Center in Boston statt. Auch das Giant Jamboree der „International Genetically Engineered Machine competition 2019“ vom 31. Oktober bis 4. November war wieder ein Treffen der Superlative, rund 300 Teams und mehr als 3.000 Studierende waren zum diesjährigen Saisonhöhepunkt gekommen.

Die Teams aus Deutschland waren in den vergangenen Jahren bei iGEM enorm erfolgreich und zählen konstant zu den Spitzenreitern. 2018 räumte das iGEM aus Marburg den Titel bei den Overgraduates (also den Studierenden mit Bachelor-Abschluss) ab. Die Erfolgsserie wurde auch in diesem Jahr fortgeschrieben. 14 Hochschulteams aus Deutschland waren mit ihren Projekten nach Boston gereist. Die Bilanz: Es gab zehnmal Gold, zweimal Silber und zweimal Bronze, zudem noch zahlreiche Sonderpreise.

Team Kaiserslautern überzeugt mit plastikzerlegender Alge

Auch bei den Undergraduates gehörte in diesem Jahr ein deutsches Team zu den Finalisten: Die TU Kaiserslautern überzeugte bei ihrem iGEM-Debut die Jury mit dem Projekt „Chlamy Yummy“: Die Idee: die einzellige Grünalge Chlamydomonas reinhardtii so umzurüsten, dass sie fortan Plastik abbauen kann. Polyethylenterephthalat (PET) ist weltweit der am häufigsten vorkommende Kunststoff. Dem Team aus Kaiserslautern ist es gelungen, das Erbgut der Grünalge mit zwei bestimmten Enzymen (PETase and MHETase) auszustatten. Damit ist die Alge nun in der Lage, PET in seine Bausteine zu zerlegen. Mit dieser Idee landete das Team nicht nur auf dem 3. Platz der Gesamtwertung. Die Kaiserslauterer räumten auch Sonderpreise in vier Kategorien ab, darunter für das beste Umweltprojekt, für das beste Poster und das beste Wiki.

Der iGEM-Gesamtsieger in der Kategorie Undergraduates ist das chinesische Team NCKU Tainan mit einem Koli-Bakterium, das einen Schadstoff im Darm von Patienten mit chronischer Nierenerkrankung abbauen kann. Bei den Overgraduates kommen die diesjährigen iGEM-Sieger aus der Schweiz: Das Team der EPF Lausanne hat in dem Projekt ViTEST einen DNA-Schnelltest entwickelt, der Pflanzenkrankheiten bei Rebstöcken nachweisen kann.

Medaillen-Regen für deutsche iGEM-Teams

Unter den 14 deutschen Team konnten sich neben den Kaiserslauterern die Teams vom CeBiTec in Bielefeld, von der TU Darmstadt und der Humboldt-Universität Berlin weitere Sonderpreise der Jury sichern (hier geht es zur Übersicht der Ergebnisse von iGEM 2019)

Aber auch die weiteren Teams aus Deutschland punkteten. Goldmedaillen gingen neben den genannten Teams auch nach Aachen, Bielefeld, Düsseldorf, Freiburg, Hamburg, München und Dresden. Silber gab es für die Projekte aus Marburg und Potsdam. Bronze-Medaillen vergab die Jury an die Teams aus Stuttgart und Tübingen.

Ins Leben gerufen wurde der iGEM-Wettbewerb 2003 am Massachussetts Institute of Technology. 2009 nahmen bereits über 100 Teams daran teil. Um dem wachsenden Andrang gerecht zu werden, wurde die Veranstaltung 2015 in ein Konferenzzentrum in Boston verlegt. Die Teilnehmer kommen inzwischen aus aller Herren Länder. Jeweils rund ein Viertel der Auszeichnungen gehen an Teams aus den USA, China und Europa. 2021 wird das nächste iGEM-Jamboree in Paris stattfinden.

pg

Die großen Plastiktüten verschwinden zunehmend aus dem Straßenbild. Immer mehr Menschen bringen zum Einkauf eigene Taschen und Beutel mit. Zahlen belegen: Der Verbrauch an Tragetaschen aus Kunststoff ist rapide gesunken. Nach Angaben des Bundesumweltministeriums lag der Pro-Kopf-Verbrauch 2018 in Deutschland bei etwa 20 Einwegplastiktüten. 2016 waren es noch 45 Tüten. Auf diesen allgemeinen Trend will die Bundesregierung nun mit einem Verbot reagieren, um die Trendwende zu unterstützen. Ein von Bundesumweltministerin Svenja Schulze vorgelegter Gesetzentwurf wurde am 6. November vom Bundeskabinett verabschiedet. „Plastiktüten sind der Inbegriff der Ressourcenverschwendung: Sie werden aus Rohöl hergestellt und oft nur wenige Minuten genutzt", so die Ministerin.

Hauchdünne Plastiktüten für Obst weiter erlaubt

Das Verbot gilt demnach für alle Kunststoffbeutel mit einer Wandstärke unter 50 Mikrometer. Ausgenommen von dem Verbot sind „sehr leichte Kunststofftragetaschen“, wie die sogenannten Hemdchenbeutel, die an Obst-und Gemüseständen parat liegen sowie sehr stabiler Tragetaschen ab einer Wandstärke von 50 Mikrometern. Sie dürfen auch weiter im Handel angeboten werden. Die Ausnahmeregel wird damit begründet, dass ein Verbot „zu einer vermehrten Nutzung anderer aufwendigerer Verpackungen führen“ würde.

Mehrwegtaschen statt Einweg-Papiertüte

Die Bundesregierung sieht daher Mehrwegtaschen aus Kunststoff oder Polyester als Alternative, da diese häufiger genutzt werden können und zudem meist aus recyceltem Material hergestellt sind. Die Ministerin stellt klar: „Die Zukunft ist nicht die Einweg-Papiertüte.“ Umweltverbände hatten im Vorfeld des Gesetzentwurfs darauf verwiesen, dass Papiertüten mindestens dreimal so oft benutzt werden müssten wie die erdölbasierte Plastiktüte, damit sich die Klimabilanz ausgleicht.

Bußgelder bis 100.000 Euro bei Gesetzverstoß angedroht

Mit dem gesetzlichen Verbot will die Bundesregierung die 2015 mit dem Handel geschlossene freiwillige Vereinbarung, Plastiktüten nicht mehr kostenlos abzugeben, ersetzen und die Trendwende hin zu weniger Plastik und mehr Recycling vorantreiben. In einem Fünf-Punkte-Plan wurden dafür die Eckpunkte festgeschrieben. „Mit einem Verbot kommen wir jetzt auf Null. Denn das gilt dann auch für die Händler, die sich bislang nicht an der Vereinbarung beteiligt haben“, sagt Schulze. Ein Verstoß gegen das Verbot würde dann laut Gesetzentwurf eine Ordnungswidrigkeit darstellen und mit einem Bußgeld von bis zu 100.000 Euro geahndet werden. Noch müssen die Abgeordneten des Bundestages über den Gesetzentwurf abstimmen. Danach soll eine sechsmonatige Übergangsfrist gelten, damit Restbestände im Handel aufgebraucht werden können.

Vor einem Jahr hatte das EU-Parlament grünes Licht für ein EU-weites Einwegplastik-Verbot erteilt. Wegwerfprodukte aus Kunststoff sollen ab 2021 vom Markt verschwinden.

bb

Das Perlmutt im Inneren einer Muschel ist nicht nur schön anzusehen, es fasziniert Materialforscher auch seit Jahrzehnten wegen seiner außergewöhnlichen Härte. Es gilt als eines der zähesten Materialien der Welt. Warum das so ist, konnte bislang nicht erklärt werden. Einem internationalen Forscherteam unter Beteiligung der Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU) ist das nun gelungen, wie die Wissenschaftler im Fachjournal "Nature Communication" berichten.

Mehr als die Summe der Teile

Perlmutt besteht aus mikroskopisch kleinen Aragonit-Partikeln, so viel war bekannt. Dabei handelt es sich um ein aus Kalk aufgebautes Mineral. Im Perlmutt sind die Partikel durch organische Verbindungen strukturiert. Doch weder das Aragonit noch die organische Komponente können die Härte des Perlmutts erklären. Das Material ist mehr als die Summe seiner Teile.

Reversible Strukturänderung unter Druck

Im Elektronenmikroskop beobachteten die Forscher, was im Perlmutt passiert, wenn sie Druck auf das Material ausüben. „Zentral für die von uns beobachteten Eigenschaften ist eine Kompositstruktur auf der Nanoskala, die das keramische Material Kalk eng mit Proteinen und anderen organischen Bestandteilen verwebt“, erklärt Stephan Wolf, Materialforscher an der FAU. Möglich ist das, weil die Muschel in der Lage ist, kleinste Kalkpartikel zu Plättchen zusammenzulagern. Diese bestehen aus Schichten von Aragonit und organischem Material. Unter Druck weicht das organische Material jedoch zur Seite, die Plättchen der mineralischen Schichten verhaken sich ineinander und stabilisieren sich dadurch gegenseitig. Lässt der Druck nach, kehrt das System wieder in seinen Ausgangszustand zurück.

Potenzial für synthetische Materialen

„Es ist unglaublich, wie eine Muschel – die nicht gerade für ihre Intelligenz gerühmt wird – so ein komplexes Material generiert, das über viele Längenskalen strukturiert ist”, erklärt Studienleiter Robert Hovden von der University of Michigan. Besonders erstaunlich sei dabei, dass auch nach zahlreichen Wiederholungen das Perlmutt praktisch keinen Verlust bei Elastizität und Festigkeit verzeichne. Bislang konnten Materialforscher diese Eigenschaft bei keinem künstlichen Material erzeugen. Das FAU-Team möchte daher die Prozesse im Perlmutt noch genauer analysieren, um diese „fabelhaften Eigenschaften“ eines Tages synthetisch nachahmen zu können. Potenzielle Anwendungen sehen die Wissenschaftler beispielsweise bei Zahn- oder Knochenimplantaten.

bl

The mother-of-pearl inside a shell is not only beautiful to look at, it has also fascinated materials researchers for decades because of its exceptional toughness. It is considered one of the most resilient materials in the world. “Nacre is the prototypical supermaterial,” the researchers, including scientists from the Friedrich Alexander University Erlangen-Nuremberg (FAU), write. Their team has succeeded in explaining the materials toughness, they report in the journal "Nature Communication".

More than the sum of the parts

Mother-of-pearl consists of microscopically small aragonite particles, so much was known. It is a mineral composed of lime. In nacre, the particles are structured by organic compounds. But neither the aragonite nor the organic component can explain the toughness of the mother-of-pearl. The material is more than the sum of its parts.

Reversible structural change under pressure

Using an electron microscope, the researchers observed what happens in mother-of-pearl when they exert pressure on the material. "The grain structure on the nanoscale is key to this hierarchical and hybrid organization. It arises from tiny particles which assemble on the nanoscale," explains Stephan Wolf, materials researcher at FAU. This is possible because the mussel is able to assemble the smallest lime particles into platelets. These consist of layers of aragonite and organic material. Under pressure, however, the organic material moves to the side and the plates of the mineral layers interlock and thus stabilise each other. When the pressure decreases, the system returns to its original state.

Potential for synthetic materials

"It’s incredible that a mollusk, which is not the most intelligent creature, is fabricating such complex structures across so many scales," explains Robert Hovden, head of the study at the University of Michigan. What is particularly surprising is that even after numerous repetitions, the nacre shows practically no loss in elasticity and strength. So far, materials researchers have not been able to produce this property in any artificial material. The FAU team would therefore like to analyze the processes in nacre even more closely in order to be able to synthetically imitate these " fantastic properties " one day. The scientists see potential applications, for example, in dental or bone implants. “Nature is handing us these highly optimized structures with millions of years of evolution behind them,” said Hovden. “We could never run enough computer simulations to come up with these—they’re just there for us to discover.”

bl/um

Reis ist für mehr als die Hälfte der Menschheit das wichtigsten Grundnahrungsmittel. Doch sein Ertragspotenzial wurde bislang überschätzt. Deutsche und britische Forscher warnen in einer neuen Studie, dass infolge des Klimawandels die Erträge bis zum Ende des Jahrhunderts dramatisch einbrechen könnten.  An der im Fachjournal „Nature Communications“ veröffentlichten Untersuchung waren Experten der Universitäten Tübingen, Bayreuth und Stanford beteiligt.

Zu viel CO₂ und Trockenheit

Der Ertragsverlust setzt sich demnach aus zwei Faktoren zusammen. Zum einen führt die steigende Kohlendioxidkonzentration in der Luft in Verbindungen mit der resultierenden Erwärmung und häufigeren Dürren zu bis zu 15% schlechteren Ernten. Das konnten die Forscher in Gewächshausstudien und anhand von Simulationsmodellen zeigen.

Arsen im Grundwasser

Zum anderen schädigt Arsen die Reispflanzen – ein Effekt, der sich durch den Klimawandel und den damit verbundenen Wassermangel verstärken wird: In Asien ist das Halbmetall Arsen vielerorts natürlicher Bestandteil des Grundwassers. Infolge der Bewässerung reichert es sich in den Böden der Reisfelder an. In den Pflanzen stört es die Bildung der Reiskörner. „Wir haben festgestellt, dass das Arsen aus dem Boden bei höheren Temperaturen und höherem Kohlendioxidgehalt der Luft verstärkt von den Reispflanzen aufgenommen wird“, sagt Forschungsleiterin Eva Marie Muehe von der Universität Tübingen. „Wenn wir die erhöhte Verfügbarkeit von Arsen im Boden mit einbeziehen, kommen wir auf einen Ertragsverlust von insgesamt 42 Prozent“, berichtet Muehe.

Ernährungssicherheit neu einschätzen

Da in Asien 97% des weltweiten Reisanbaus erfolgt, seien die bisherigen Prognosen für das Potenzial als Grundnahrungsmittel einer wachsenden Weltbevölkerung deutlich zu hoch, warnen die Forscher. Obendrein wären die Ernten absehbar stärker mit giftigem Arsen belastet, als europäische Grenzwerte erlauben. „Die neuen Studienergebnisse haben eine immense Bedeutung für die Einschätzung der Ernährungssicherheit großer Teile der Weltbevölkerung“, resümiert Muehe.

bl

Vom Smartphone bis zum Elektroauto: Die Nachfrage nach Lithium-Ionen-Batterien wächst rasant. In diesen Batterien sorgen sogenannte Binder-Härter-Systeme dafür, dass die chemisch aktiven Substanzen in den Elektroden fixiert bleiben. Bislang bestehen die dazu verwendeten Bindemittel überwiegend aus Polyvinylidenfluorid in Kombination mit dem Lösemittel N-Methyl-2-pyrrolidon. Während ersteres sehr teuer, schwierig zu entsorgen und mechanisch anfällig ist, zeichnet letzteres eine hohe Toxizität aus. Ein deutscher Forschungsverbund hat nun nachhaltige Alternativen zu diesem Binder-Härter-System präsentiert, die in Batterien, aber auch anderen Anwendungen konventionelle Epoxide ersetzen könnten.

21 Binder-Härter-Systeme mit unterschiedlichem Bioanteil

Gefördert vom Bundeslandwirtschaftsministerium haben die Technische Universität Braunschweig, das Thünen-Institut und die Custom Cells Itzehoe GmbH sowie die Schill + Seilacher „Struktol“ GmbH Bindemittel entwickelt, die biobasiert sind, den Qualitätsanforderungen der Lithium-Ionen-Batterien genügen und in industriellem Maßstab produziert werden können. Insgesamt 21 Binder-Härter-Systeme erprobten die Forscher. Die Grundlagen bildeten fettsäuremodifizierte, kommerziell verfügbare Epoxide und Härter sowie epoxidiertes Leinöl und Sojaöl.

Drei besonders vielversprechende Varianten

Aus technischer Sicht überzeugt besonders ein fettsäuremodifizierter Bisphenol-A-Diglycidylether als Epoxidharz mit einem biobasierten Diamin als Härter. Vollständig biobasiert ist das System aus epoxidiertem Leinöl mit einem Härter aus Bernsteinsäureanhydrid und Glycerin, dem die Forscher ebenfalls eine grundsätzlich gute Eignung zusprechen. Einen guten Kompromiss aus technischen Eigenschaften und möglichst hoher Nachhaltigkeit weist die Kombination aus epoxidiertem Leinöl mit Admerginsäure auf, deren biobasierter Anteil bei 87% liegt. Grundsätzlich eigenen sich aber alle 21 erprobten Varianten für den Einsatz in Lithium-Ionen-Batterien. Insbesondere bei Haftung, chemischer Beständigkeit gegenüber dem aggressiven Elektrolyten, Elastizität und der Trocknung schnitten die neuen Bindemittel gut ab.

Industrienahe Bedingungen erreicht

Auch die Kapazität der Batterien konnten das Team steigern. Die Zahl der Be- und Endladevorgänge erhöhte sich, indem sie die Epoxide vorvernetzten. Außerdem konnten die Partner im Verbundprojekt einige der Systeme so weit hochskalieren, dass industrienahe Bedingungen erreicht wurden.

bl

Pfefferminze, Melisse, Arnika oder Kamille sind beliebte Heilpflanzen. Sie werden zur Linderung von Krankheiten für Tees, aber auch Pharmazeutika genutzt. Doch ihr Anbau ist schwierig. Schon kleinste Verunreinigungen durch Unkräuter können die Wirkung der Arzneipflanzen beeinflussen. Im Verbundprojekt Optimech wird ein Team unter Leitung der Rheinischen Friedrich-Wilhelms-Universität Bonn nun untersuchen, wie Arzneipflanzen möglichst bodenschonend angebaut werden können, ohne dabei Herbizide einsetzen zu müssen. Das Vorhaben wird vom Bundesministerium für Ernährung und Landwirtschaft in den kommenden drei Jahren mit rund 1,1 Millionen Euro gefördert.

Unkrautschwelle bei Arzneipflanzen niedrig

„Arzneipflanzen sowie Tee- und Gewürzpflanzen stellen besonders schwierige Modellpflanzen dar“, erklärt Projektleiter Ralf Pude vom Institut für Nutzpflanzenwissenschaften und Ressourcenschutz (INRES) der Universität Bonn. „Die Unkrautschwelle ist hier sehr niedrig, da schon geringe Mengen an bestimmten Unkräutern zur Unverkäuflichkeit der Waren führen können. Dadurch sind bisher in der Anbaupraxis der Handarbeitsaufwand und die Kosten sehr hoch.“

Mit Drohnen Unkräuter erfassen

Das Ziel des soeben gestarteten Projektes ist die schonende Unkrautbekämpfung bei Heilpflanzen. Dabei soll das aufwendige Unkrautzupfen per Hand durch mechanisch sanfte Lösungen bei der Unkrautregulierung ersetzt werden. Im Fokus stehen moderne autonome oder digitale Lösungen wie der Einsatz von Drohnen. Mit deren Hilfe sollen alle Unkräuter in den Arzneipflanzen- und Sonderkulturbeständen erfasst und automatisiert ausgewertet werden.

Auch sollen der Geräteeinsatz bei der Unkrautbekämpfung optimiert sowie mechanische Konzepte mit modernen Methoden der Unkrauterfassung und Unkrautbekämpfung verknüpft werden. „Die besondere Herausforderung liegt in der möglichst frühen Erkennung der Unkräuter und insbesondere auch im Auffinden besonders problematischer, unerwünschter Kräuter“, erläutert Projektkoordinatorin Hanna Blum.


bb

Peppermint, lemon balm, wolf’s bane or chamomile are popular medicinal plants. They are used to soothe the symptoms of diseases in teas, but also in pharmaceuticals. But their cultivation is difficult. Even the smallest contamination by weeds can impair the effect of the medicinal plants. In the joint project Optimech, a team led by the University of Bonn is now investigating how medicinal plants can be cultivated in a way that is as soil-friendly as possible without having to use herbicides. The project will be funded by the Federal Ministry of Food and Agriculture with around 1.1 million euros over the next three years.

Low weed threshold in medicinal plants

"Medicinal plants as well as tea and spice plants are particularly difficult model plants," explains project leader Ralf Pude from the Institute of Crop Science and Resource Conservation (INRES) at the University of Bonn. "The weed threshold is very low here, as even small quantities of certain weeds can make the products impossible to sell. As a result, manual labor and costs are currently very high in cultivation practice".

Detecting weeds with drones

The aim of the project that has just been started is the gentle weed control of medicinal plants. The aim is to replace costly manual weed plucking with mechanically gentle weed control solutions. The focus is on modern autonomous or digital solutions such as the use of drones. With their help, all weeds in medicinal plants and special crops will be recorded and automatically evaluated.

bb/um

Zweige, Äste, Blätter, Gräser und andere organische Abfälle landen häufig gemeinsam auf dem Kompost. Doch solche Garten- und Parkabfälle – auch Grüngut genannt – könnten wesentlich besser genutzt werden – sowohl stofflich als auch energetisch. Zu diesem Ergebnis kommt eine Untersuchung, die das Witzenhausen-Institut im Rahmen des Projektes Grün-OPTI durchgeführt hat. Das Vorhaben wurde vom Bundesministerium für Wirtschaft im Bereich Energetische Biomassenutzung gefördert.

Grobes hölzernes Material trennen

Im Projekt gingen die Forscher gemeinsam mit Praxispartnern der Frage nach, wie eine hochwertigere Verwertung des Grünguts ermöglicht werden kann. Das Ergebnis: Um das Potenzial der pflanzlichen Abfälle besser zu nutzen, sollten gröbere hölzerne Materialien von der restlichen Biomasse vor der Kompostierung getrennt werden. So könnten nach Ansicht der Forscher beachtliche Mengen an Brennstoff für die thermische Verwertung bereitgestellt werden.

175 Betreiber von Kompostieranlagen wurden von den Forschern zuvor zur Trennung des Grünguts befragt. Die Umfrage ergab: Etwa 75% sortierten bereits gröbere Holzstücke vor der Kompostierung aus. Damit lag der Anteil des als Brennstoff eingebrachten Grünguts bei etwa 18%. Diese relativ geringe Ausbeute könnte nach Berechnungen des Forschungsinstituts jedoch auf 30% gesteigert werden.

Wegweiser für bessere Grüngut-Verwertung

Wie  – dafür wurden im Projekt Handlungsempfehlungen aufgestellt. Die Untersuchung zeigte, dass die Mengen an Grüngut steigen, wenn häufiger gesammelt wird und entsprechende Sammelplätze in größerer Anzahl vorhanden und gut erreichbar sind. Zudem wurde ein deutlicher Anstieg registriert, wenn das hölzerne Material kostenfrei abgegeben werden konnte. Bei der gebührenfreien Variante war die abgegebene Menge mit 75 Kilogramm pro Einwohner und Jahr fast doppelt so hoch wie bei der Bezahlversion. Das Fazit der Projektgruppe: Um die Verwertungsrate zu steigern, sollten die Betreiber der Entsorgungsanlagen mehr Komfort und Service bei der Erfassung des Grünguts bieten. Davon würde auch die Umwelt profitieren. Den Forschern zufolge ließen sich durch die Erzeugung von Kompost und regenerativer Energie allein bei den derzeit erfassten Mengen von 4,9 Millionen Tonnen Grüngut pro Jahr etwa 3,3 Millionen Tonnen CO₂ einsparen.

bb

Konventionelle chemische Prozesse sind oft nicht besonders umweltfreundlich: Sie verlaufen bei hohen Temperaturen und Drücken, was viel Energie erfordert. Außerdem fallen meist Neben- oder Abfallprodukte an. Deshalb interessiert sich die Branche zunehmend für biokatalytische Alternativen, die zudem noch weit komplexere Moleküle ermöglichen. Dabei erfolgt die chemische Reaktion mit Hilfe von Enzymen, die hoch spezifisch und unter milden Bedingungen arbeiten. Schließlich hatte die Natur Millionen Jahre Zeit, die Struktur der Enzyme für ihre katalytische Aktivität zu optimieren. Die für eine bestimmte Reaktion geeigneten Enzyme zu identifizieren, ist jedoch aufwendig. Auch sind für eine wirtschaftliche Nutzung meist noch eine Reihe von Anpassungen für Enzym und Prozess notwendig.

Enzyme für C-C-Bindungen gesucht

Vor allem für Reaktionen, bei denen zwei Kohlenstoffatome verknüpft werden müssen – zu sogenannten C-C-Bindungen –, gibt es in der Industrie noch einen Mangel an geeigneten Enzymen. Dabei sind diese Reaktionen auf herkömmlichem Weg besonders problematisch: Sie erfordern meist starke Basen bzw. Säuren oder seltene Edelmetalle und erzeugen große Mengen an Salzen oder giftigen Abfallstoffen. Hier setzt das von der EU mit rund 8,2 Mio. Euro geförderte Projekt „CarbaZymes – Sustainable industrial processes based on a C-C bond-forming enzyme platform“ an. Vier Jahre lang suchten 14 Partner aus Hochschule und Industrie in Deutschland, Spanien, Niederlande und Großbritannien nach prozessrelevanten Enzymen, die C-C-Bindungen erzeugen und so in einer Aldolreaktion Vorstufen für verschiedene Bulkchemikalien und pharmazeutisch wirksame Substanzen herstellen. Welche das sind, basierte auf einer Analyse des Marktbedarfs durch die Industriepartner des Projekts.

Holz ist ein vielfältiger Rohstoff. Er wird als Baustoff und Brennstoff genutzt, zum Möbelbau, aber auch zur Herstellung von Biosprit und nachhaltigen Chemikalien. Doch der Klimawandel setzt den Wald als Rohstoffquelle zunehmend unter Druck. Vor allem Nadelhölzer wie Fichten haben in den vergangenen Jahren unter Trockenheit und Hitze gelitten, was den Baumbestand in einigen Regionen Deutschlands heftig dezimiert hat. Für die holzverarbeitende Industrie sind solche Versorgungsengpässe ein Problem.  

Forscher am Fraunhofer-Institut für Holzforschung, dem Wilhelm-Klauditz-Institut (WKI), haben eine Lösung parat. Sie fanden heraus, wie man auch geringwertige Laubholzarten für die Herstellung von Holzwerkstoffen nutzen kann. „Geringwertige Laubhölzer sind in Zukunft sicher verfügbar. Die Nutzung als Basis für Holzwerkstoffe ist außerdem nachhaltiger als die als Heizmittel“, beschreibt Projektleiter Dirk Berthold.

Stoffliche Nutzung von Laubholz für Faserplatten möglich

Um den Wald widerstandsfähig zu machen, werden seit einiger Zeit mehr Laub- als Nadelbäume angebaut. Laubhölzer wie Buche galten bisher als geringwertig und wurden daher hauptsächlich thermisch verwertet. Fraunhofer-Forscher präsentieren nun erstmals eine stoffliche Nutzung für Faserplatten. Sie zeigen, dass nicht nur aus Nadelbäumen, sondern auch aus Laubhölzern mitteldichte und hochdichte Holzfaserplatten (MDF und HDF) hergestellt werden können.

Hohe Faserqualität auch bei Laubholz

Zahlreiche Versuche zur Zerfaserung wurden durchgeführt, um die Fasern mithilfe verschiedener Methoden zu fraktionieren und ihre Qualität zu beurteilen. Danach wurden jeweils Fasern aus Buche, Esche und Birke mit Fichtenfasern vermischt und zu MDF- und HDF-Platten weiterverarbeitet. Dabei stellten die WKI-Forscher fest, dass eine Substitution des Nadelholzes durch Laubholz von bis zu 50 Prozent möglich ist. „Wir konnten zeigen, dass bereits marktübliche Mahlscheiben-Garnituren gute Ergebnisse hinsichtlich der Faserausbeute und Größenverteilung erzielen. Die Faserqualitäten entsprechen denen reiner Nadelholzfasern und sind zur Herstellung von MDF- und HDF-Platten geeignet", fasst Berthold zusammen.

Einsatz in der Holzindustrie ohne großen Aufwand möglich

Tests ergaben, dass die neuen Faserplatten sowohl die Qualitätsanforderungen an die mechanischen als auch hygrischen Eigenschaften - die Reaktion auf Feuchtigkeit – erfüllen.  Die Forscher sind daher überzeugt, dass der Einsatz geringwertigen Laubholzes in der holzverarbeitenden Industrie für die Herstellung von MDF- und HDF-Platten „ohne größere Entwicklungsschritte“ möglich ist. „Anpassungen in der Produktion sind nur in der Vorsortierung auf dem Holzplatz und in der Anpassung der eingesetzten Additive notwendig“, sagt Berthold.

Versorgungsengpässe bei Nadelhölzern ausgleichen

Das Verfahren zur Herstellung von Faserplatten aus Laubholz wurde im Rahmen des Projektes GerLau gemeinsam mit der Georg-August-Universität Göttingen und der Nordwestdeutschen Forstlichen Versuchsanstalt realisiert und durch das Bundeslandwirtschaftsministerium gefördert. Der holzverarbeitenden Industrie werden damit neue Möglichkeiten eröffnet, auf künftige Versorgungsengpässe bei Nadelholz zu reagieren.

bb