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Der Trend der Digitalisierung in der Arbeitswelt hat auch die Landwirtschaft erfasst. Das Land Niedersachsen unterstützt diese Entwicklung mit dem „Zukunftslabor Digitalisierung Agrar“ (ZLA), einem von sechs Konsortien zu unterschiedlichen Anwendungsfeldern der Digitalisierung. Rund 3,7 Millionen Euro stellt das Landesforschungsministerium für das ZLA bereit. Die Koordination liegt bei der Universität Osnabrück.

Vernetzung der Akteure

Den Zukunftslaboren kommt vor allem die Aufgabe der Vernetzung zu. Sie sollen die Digitalisierung wissenschaftlich begleiten, Wissenschaft und Praxis zusammenführen und den Dialog mit den Bürgern suchen. Mit dem hauseigenen KI-Campus sieht sich die Universität Osnabrück dafür gut aufgestellt. Weitere Projektpartner sind das Deutsche Forschungszentrum für Künstliche Intelligenz GmbH, die Hochschule Osnabrück, das Julius Kühn-Institut, das Thünen-Institut, die Technische Universität Braunschweig, die Universität Göttingen sowie die Universität Vechta.

KI-Methoden zur Datenauswertung

Mit Blick auf die Landwirtschaft soll das ZLA insbesondere die ökonomische, ökologische und soziale Nachhaltigkeit durch die Digitalisierung unterstützen. Wichtige Fragen sind dabei die Datendurchlässigkeit und Datenhoheit, denn schon heute werden viele Daten automatisiert erhoben, sind aber aus Datenschutzgründen nicht ohne Weiteres für die Forschung nutzbar. Um diese großen Mengen an Daten auszuwerten und zu nutzen, wollen die Partner des ZLA auf KI-Methoden setzen. Darüber hinaus wollen die Forscher untersuchen, wie sich die Digitalisierung auf das Arbeitsumfeld, die Ausbildungsinhalte und die rechtlichen Rahmenbedingungen in der Agrar- und Ernährungswirtschaft auswirkt.

Landwirte bei der Dokumentation entlasten

Ein konkretes Anwendungsbeispiel, wie die Digitalisierung die Landwirte entlasten könnte, schildert ZLA-Koordinator Joachim Hertzberg: „Bauern müssen und wollen dokumentieren, dass sie bei der Arbeit im Stall und auf dem Feld alle Gesetze und Regeln einhalten. Wenn diese Dokumentation, die zum Teil in Inhalt und Form gesetzlich vorgeschrieben ist, in digitalisierten Prozessen gleichsam nebenher, aber zuverlässig abfällt und in dieser Form auch rechtlich akzeptiert wird, spart das einen Riesenaufwand.“

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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.

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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.

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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