Das Automobil ist aus dem Leben eines durchschnittlichen Deutschen nicht mehr wegzudenken. Heute legt eine Person in Deutschland täglich durchschnittlich 11,7 Kilometer zurück. Für 55% aller Distanzen wird das Auto genutzt. 78% der Haushalte verfügen über mindestens ein Auto, und 80% der volljährigen Bevölkerung besitzen einen Führerschein.
Dies schlägt sich auch in den statistischen Kennziffern der Automobilwirtschaft wider. Nach Angaben des Verbandes der Automobilindustrie (VDA) gehört der Sektor zu den wichtigsten Standbeinen der hiesigen Wirtschaft. 2017 wurden in der Automobilindustrie 422,8 Mrd. Euro umgesetzt, davon 151,0 Milliarden im Inland und 271,8 Milliarden im Ausland. Die Automobilbranche zählt zu den forschungsintensivsten Branchen Deutschlands – im Jahr 2016 wurden 21,9 Mrd. Euro für Forschung und Entwicklung investiert. Insgesamt 840.000 Menschen sind bei Herstellern und Zulieferern beschäftigt.
Aktuelle Veranstaltungen
For the average German, modern life is hardly imaginable without the automobile. Each person in Germany now travels an average distance of 11.7 km per day, and the car is responsible for 55% of all distances travelled. A total of 78% of households have at least one car, and 80% of adult Germans have a driving licence. These figures are also reflected in statistical data for the automotive sector. The German Association of the Automotive Industry (VDA) declares that its sector is one of the key business areas of our present-day economy. With annual sales of 362 billion euros, it represents 3.9% of the German gross domestic product. Just over one-third of research and development resources in Germany flows directly or indirectly into the car industry. It is the most research-intensive sector of Germany – in 2013, 18 billion euros were invested in this industry. A total of 840,000 men and women are employed by car manufacturers and subcontractors.
Pflanzen und Tiere sind die wichtigste Grundlage einer biobasierten Wirtschaft. Land- und Forstwirtschaft stellen zudem einen bedeutenden Wirtschaftsfaktor dar. Mehr als 270.000 Unternehmen sind hier in Deutschland aktiv. Die Bedeutung der Land- und Forstwirtschaft für die Wertschöpfung im ländlichen Raum ist groß. Land- und Forstwirte bewirtschaften und pflegen mehr als Dreiviertel der Fläche Deutschlands. Nach dem Zweiten Weltkrieg konnte ein Landwirt zehn Menschen ernähren. Heute macht er 135 Menschen satt. Viele Landwirte haben zusätzlich in den vergangenen Jahren ihr Arbeitsfeld erweitert. Sie erzeugen biobasierte Rohstoffe für die Industrie und Biomasse für erneuerbare Energien. Dazu gehören Industrie- und Energiepflanzen wie Raps oder Mais sowie Nebenprodukte wie Gülle oder Stroh. In Fermentern entstehen dann aus der landwirtschaftlichen Biomasse Ausgangstoffe für biobasierte Kunststoffe oder andere nachhaltige Chemikalien (vgl. Chemie), in Biogasanlagen oder Blockheizkraftwerken werden daraus Wärme, Strom und Kraftstoffe (vgl. Energie). Rund die Hälfte der Landwirte sind zugleich Waldbesitzer. Der Rohstoff Holz wird vielfach weiterverwertet: zu Schnitt- und Sperrholz, zu Holzwerkstoffen und Holz-Kunststoff-Verbünden, zu Papier und Pappe oder zu Bioenergiepellets und -briketts.
Animals and plants form the foundation for a bio-based economy. Agriculture and forestry additionally represent an essential economic factor: more than 300,000 companies are active in this field in Germany. The significance of agriculture and forestry for added value in rural areas is great. Those at work on farms and in forests husband more than three-fourths of the area of Germany. After the Second World War, one farmer could feed ten people: today, the number is 147. During recent years, many farmers have expanded their area of activity. They produce, for example, bio-based raw materials for industry as well as biomass for renewable energy. This includes industry and energy crops such as rapeseed and maize, in addition to by-products such as liquid manure and straw. From agricultural biomass, fermenters produce source materials for bio-based plastics and other sustainable chemicals (see section “Chemistry”). Biogas plants and CHP stations likewise supply heat, power and fuels (see section “Energy”). Around half the German farmers also own forests. Wood as raw material goes into many and various products: lumber, plywood, engineered wood, wood-synthetic composites, paper, cardboard, bio-energy pellets and briquettes.
Der Maschinen- und Anlagenbau gehört zu den traditionellen Stärken des Wirtschaftsstandortes Deutschland: 6.230 Unternehmen sind Arbeitgeber für mehr als eine Million Menschen. Anlagen, Maschinen, Verfahrens- und Prozesstechniken stellen in einer biobasierten Wirtschaft einen zentralen Faktor dar, um Ressourceneffizienz und Nachhaltigkeit umzusetzen. Dies gilt insbesondere mit Blick auf den Energiebedarf und den Wirkungsgrad, aber auch hinsichtlich der eingesetzten Schmierstoffe oder sonstigen Materialien. Eine besondere Herausforderung für Ingenieure besteht immer dann, wenn technische und biologische Anforderungen aufeinandertreffen. Dies gilt vor allem beim Aufbau von Bioraffinerien, in denen verschiedene biologische Rohstoffe in einem geschlossenen Stoffkreislauf verwertet werden. Je nach Spezifikation müssen Maschinen, Anlagen und Prozesse gezielt für den Umgang mit biologischen Materialien entwickelt werden – von der Erzeugung erneuerbarer Energie in Biogasanlagen bis hin zur Herstellung und Weiterverarbeitung von biobasierten Kunststoffen in der chemischen Industrie. Hierfür spielen die Bio- und Verfahrenstechnik sowie der hierauf spezialisierte Anlagenbau eine besondere Rolle.
Mechanical and plant engineering are among the traditionally strong pillars of Germany as economic location: more than 20,000 companies employ around one million people. Plant and machine as well as production and process engineering represent a key factor in a bio-based economy, in order to implement sustainability and resource efficiency. This applies especially with respect to energy requirements and efficiency, and also to lubricants and other materials applied. Engineers always face a special challenge when technical and biological requirements coincide. This particularly applies in the implementation of biorefineries in which various biological raw materials are processed in a single closed materials cycle. In accordance with specifications and equipment, plants and processes must be specifically developed for handling biological materials – from production of renewable energy in biogas stations to production and further processing of bio-based plastics in the chemical industry. Bioengineering and process technology, as well as plant engineering specialized for this context, play a special role here.
Wachstum - auch ohne fruchtbaren Boden
In Aquarien unerwünscht und ein Zeichen dafür, dass das biologische Gleichgewicht beeinträchtigt ist – in der Nahrungsmittelproduktion dagegen, ist genau dieser Effekt gewünscht. In geschlossenen Systemen lassen sich Algen fast überall kultivieren. Die größte Herausforderung besteht im optimalen Lichteinfall. Für einen solchen Algenanbau werden spezielle Photobioreaktoren gebraucht, für die es in Deutschland etliche Experten gibt. Beispielsweise entwickelte die Mint Engineering spezielle Photobioreaktoren für den urbanen Algenanbau – ein Röhrensystem, das an Fassaden und Wänden installiert werden kann. Die Röhren sind durchsichtig, um das Sonnenlicht einfangen zu können. Ganz nebenbei wärmen sie auch noch die Häuser und helfen dadurch Heizenergie einzusparen.
Vielseitig und gesund
In diesen Photobioreaktoren produzieren die winzigen Mikroalgen aus Sonnenlicht, Kohlendioxid, Luft und Wasser unermüdlich Algenpulver, das sich hervorragend in der Lebensmittelindustrie nutzen lässt. In Asien kommen Algen fast täglich auf den Tisch. In Europa ist dies noch äußerst selten der Fall. Dabei sind Algen gesund und vielseitig. Sie enthalten einen hohen Anteil an Proteinen, Mineralstoffen, Spurenelementen, Vitaminen und Omega-3-Fettsäuren und benötigen nur einen Bruchteil der Wassermenge, die beispielsweise der Anbau von Soja verlangt – ganz zu schweigen von den Mengen, die man für die Aufzucht von Rindern braucht. Außerdem wachsen Algen zehn bis 30-Mal schneller als Landpflanzen.
Marktreife
In Berlin und Niedersachsen stehen bereits Häuser und Gewächshäuser, die mit Anlagen zur urbanen Algenkultivierung bestückt sind. In der Kantine am EUREF Campus in Berlin werden die frisch geernteten Algen direkt weiterverarbeitet, z. B. zu gesunden Smoothies. Algenpulver kann im Fachhandel erworben werden.
BIO-PET in Trinkflaschen
Bioplastik aus nachwachsende Rohstoffen kommen bei unterschiedlichsten Produkten zum Einsatz. Sehr häufig werden sie bereits in der Lebensmittelindustrie eingesetzt - zum Beispiel bei Trinkflaschen. Normalerweise bestehen diese aus dem Kunststoff PET (Polyethylenterephtalat). Dieses Polymer wird aus zwei verschiedenen chemischen Bausteinen hergestellt, zu denen das Monoethylenglycol (MEG) gehört. Inzwischen kann MEG zu Teilen aus Bioalkohol hergestellt werden, der aus Zuckerrohr gewonnen wird. Der Rohrzucker dient Mikroben wie Hefen als Nahrung, die daraus den Alkohol MEG vergären. Gemischt mit anderen chemischen Bausteinen wird daraus der Kunststoff BIO-PET hergestellt, der zu 30% biobasiert ist. Eine solche Bioplastikflasche ist zwar nicht biologisch abbaubar, sie kann aber in den Recycling-Kreislauf eingeschleust werden.
Umweltfreundliche Alternative
Bei einem Kunststoff, der zu 30% biobasiert ist, können gegenüber der erdölbasierten Herstellung rund 20% Kohlendioxid eingespart werden. Mehrere Konsumgüterhersteller – darunter Coca-Cola – haben sich inzwischen zusammengeschlossen, um den Anteil von BIO-PET in ihren Plastikflaschen zu erhöhen. Eines der nächsten Ziele ist es, das Bio-Ethanol auch aus anderen Pflanzen und Pflanzenresten zu gewinnen.
Marktreife
Die Plastikflaschen mit BIO-PET Anteil werden von Coca-Cola seit 2009 in 31 globalen Märkten (unter anderem Brasilien, Chile, Norwegen und den USA) eingesetzt. Mehrere Bioplastik-Hersteller können den Biokunststoff in großem Maßstab produzieren, sodass er Massenverbrauchsgütern eingesetzt werden kann. Deshalb wächst die Anwendungsbreite von Bioplastik immer mehr.
BIO-PET in plastic bottles
Renewable resources provide the basis for biobased plastics, which are used for different plastic products. Most drinking bottles are made from the plastic PET (polyethylene terephthalate). This polymer is prepared from two different chemical building blocks, which include the monoethylene glycol (MEG). Nowadays, MEG can be produced from bioalcohol, which is made from sugar cane. Microbes such as yeast feed on cane sugar, fermenting it into the alcohol MEG. When MEG is mixed with other chemical building blocks, the plastic BIO-PET is produced, which is 30% biobased. Several consumer goods manufacturers – including Coca-Cola – have joined forces to increase the amount of BIO-PET in their plastic bottles. Although the bottles are not biodegradable, they can be channelled into the recycling system.
Environmentally friendly alternatives
Compared to the production of crude oil, about 20% carbon dioxide can be saved in the production of plastics that are up to 30% bio-based. Consumer goods manufacturers have formed an alliance to increase the amount of biobased building blocks in their plastic bottles. One of their next goals is to produce bioalcohol from other plants and plant residues. Furthermore, Avantium, which develops the 100% biobased bioplastic material PEF, is working in collaboration with Coca-Cola and Danone to bring PEF bottles to the market.
In addition, manufacturers such as Coca-Cola and Danone are involved with the company Avantium, which is working on the bioplastic material PEF that is 100% biobased.
Ready for the market
Coca-Cola has used plastic bottles part made out of BIO-PET since 2009 in 31 global markets (among others Brazil, Chile, Norway and the US). The license for the plant bottle technology has also been passed on to other manufacturers, for example, Heinz’ Ketchup bottles are made from BIO-PET.
Weak points
Relatively high price / not cost-efficient
Tropenholz oder Esche? - Welche Holzart tatsächlich in der Grillkohle steckt, ist in der Regel beim Kauf nicht erkennbar. Doch nicht nur umweltbewusste Grillfreunde legen zunehmend Wert auf eine nachhaltige Herstellung. Auch Handel und Industrie wollen vor Mogelpackungen sicher sein. Forscher am Thünen-Kompetenzzentrum Holzherkünfte in Hamburg haben jetzt ein neuartiges Verfahren entwickelt, dass Gewissheit schafft. Die Mikroskopiertechnik durchleuchtet Kohlestücken und erkennt, aus welchem Holz sie stammen.
Sobald das Wetter schön ist, zieht es viele Menschen ins Grüne zum Grillen. Es wird gebruzelt, was Fleisch- oder Gemüsetheke hergeben, damit das Essen im Freien zum Vergnügen wird. Derweil ist der Grillfreund indes nicht nur bei der Auswahl von Wurst, Steak oder Gemüse wählerisch. Auch beim Kauf der Grillkohle achten Verbraucher immer öfter auf eine nachhaltige Herstellung. Ob die Holzkohle aus Tropenholz oder einheimischer Esche besteht, lässt sich jedoch auch an Zertifizierungssiegeln wie FSC (Forest Stewardship Council) kaum ablesen. Ein innovatives Analyseverfahren aus Hamburg könnte hier bald Gewissheit schaffen.
Routinekontrollen im großen Maßstab
Forscher am Thünen-Kompetenzzentrum Holzherkünfte haben ein Verfahren entwickelt, mit dem sie einzelnen Kohlestücken ansehen können, aus welchem Holz sie stammen. Dafür nutzen sie eine neuartige Mikroskopiertechnik. „Bislang war es Wissenschaftlern nur in Einzelfällen und mit großem Aufwand möglich, bei Holzkohlefragmenten auf das zugrunde liegende Holz zu schließen, etwa bei archäologischen Funden. Durch die neu entwickelte Kombination von Mikroskopier- und Bildanalysetechnik mit unseren holzanatomischen Präparaten sind wir nun erstmals in der Lage, entsprechende Untersuchungen auch routinemäßig in größerem Maßstab durchzuführen“, sagt Experte für die Holzartenbestimmung, Gerald Koch.
Feinstrukur verrät Holzart
Für eine Analyse der Hölzer unterm Mikroskop muss das Holz eigentlich in extrem feinen Schnitten vorliegen. Bei Holzkohle, einem sehr porösem Material, ist das nicht möglich. Bei der neuartigen Mikroskopiertechnik wird daher die raue Oberfläche des Kohlestücks von oben mit polarisiertem Licht bestrahlt und von einem speziellen Mikroskop gescannt. Daraus setzt sich schließlich ein detailliertes, hochauflösendes Bild zusammen, dass die Struktur der Holzart anzeigt. Anhand der abgebildeten Feinstruktur können die Hamburger Wissenschaftler dann bestimmen, ob das Kohlestück von einer Buche, eine Eiche oder gar Tropenbaum stammt.
Zu wissen, aus welchen Holz die Grillkohle besteht, interessiert aber nicht nur umweltbewusst Grillfreunde. Auch Handel und Industrie wollen Klarheit, erklärt Gerald Koch. „Holzkohle unterliegt zwar nicht der EU-Holzhandelsverordnung, die festlegt, dass in die EU importierte Hölzer und Holzprodukte aus legalem Einschlag stammen müssen. Dennoch wäre es natürlich Verbrauchertäuschung, wenn Angaben auf den Holzkohleverpackungen nicht stimmen würden.“
Praxistest bestanden - Tropenhölzer aufgespürt
Im Rahmen eines Auftrags einer österreichischen Verbraucherschutz-Einrichtung konnten die Hamburger Holzwissenschaftler die neue Untersuchungsmethode zur Bestimmung der Holzarten bereits einsetzen. 18 verschiedene Holzkohle-Arten vom Baumarkt, Discounter oder Supermarkt nahmen die Experten dabei unter die Lupe. Das Ergebnis brachte Klarheit: In drei Packungen fanden die Forscher Tropenhölzer, bei weiteren drei Sorten entsprachen die gefundenen Hölzer nicht den auf den Packungen gemachten Angaben. Das neuartige Mikroskopierverfahren der Hamburger könnte auch in anderen Bereichen wie der Möbelindustrie Gewissheit schaffen, aus welchen Holz Tische, Stühle oder Schränke tatsächlich gemacht sind.
bb
Eine neue Rebsorte züchten ist ein mühseliges Unterfangen. Hitze, Kälte und Pilzbefall können der Pflanze schon in einem frühen Stadium zusetzen. Meist ist der Schaden aber erst sichtbar, wenn es zu spät ist. Mit PHENObot wurde ein Feldroboter entwickelt, der den Züchtern bei der aufwendigen Datenerfassung von phänotypischen Merkmalen wie Farbe und Größe der Beeren viel Zeit und Arbeit ersparen kann. Der Phänotypisierungsroboter wurde unter Leitung des Julius-Kühn-Instituts im pfälzischen Geilweilerhof gemeinsam mit der Hochschule Geisenheim University und Wirtschaftspartnern im Rahmen des Projektes PHENOvines entwickelt und vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) mit rund 167.000 Euro gefördert.
Falscher und Echter Mehltau sind neben Hitze und Kälte der größte Feind der Rebe. Jedes Jahr müssen Winzer von der Elbe bis zum Bodensee um die Früchte ihrer oft jahrzehntelangen Arbeit bangen. Rebsorten, die dem Klima trotzen und gegen Krankheitserreger resistent sind, sind daher der Traum eines jeden Winzers. Forscher am Institut für Rebenzüchtung Geilweilerhof am Julius-Kühn-Institut (JKI) in Siebeldingen sind dabei, neue Rebsorten zu züchten, denen die natürliche Feinden auch ohne Pflanzenschutz nichts anhaben können. Doch auch die Züchtung ist ein mühsames und aufwendiges Geschäft. Mitunter können 20 bis 25 Jahre ins Land gehen, ehe die neue Rebsorte auf den Weinbergen kommerziell angebaut werden kann. Auch hier können Pilzbefall und Unwetter die Arbeit der Züchter um Jahre zurückwerfen. Das Problem: Wenn der Schaden für das bloße Auge sichtbar ist, ist es meist schon zu spät.
Hilfe für Rebenzüchter
Hilfe könnte ein smarter Roboter bringen: Im Forschungsprojekt Phenovines hat ein interdisziplinäres Team um Reinhard Töpfer in den vergangenen Jahren den Feldroboter „Phenobot“ entwickelt. Er soll die Arbeit der Rebenzüchter deutlich erleichtern und effizienter machen. „Unsere Aufgabe war es, eine autonome Plattform zu schaffen, die im Weinberg nach vorgegebenen Koordinaten Rebstöcke ansteuert und dort Fotos macht. Diese Fotos sollten in einer Datenbank abgelegt und dann von Auswertungsroutinen verwendet werden“, erklärt Töpfer.
Der Prototyp – ein Handwagen mit Sensorik und Kamera – wurde im Rahmen des Plant 2030-Projektes CROP.SENSe gemeinsam mit der Universität Bonn entwickelt. Im BMBF-Folgeprojekt Phenovines wurde das Gerät dann in Zusammenarbeit mit der Hochschule Geisenheim University schrittweise zu einem mobilen und mit GPS-Daten navigierendem System weiterentwickelt. Die Entwicklung des Multikamerasystems lag in der Verantwortung der Forscher vom JKI. Unterstützt wurden die Wissenschaftler von Partnern aus der Wirtschaft, die ihre Praxiserfahrungen einbrachten: die Heinrich Mayer GmbH & Co.KG, die Reichhardt GmbH sowie die Winzergenossenschaft Deutsches Weintor e.V.
Mit GPS von Rebe zu Rebe
Der Phenobot ist ein hochmodernes Raupenfahrzeug, das sich mithilfe einer sogenannten Job-Liste, die aus GPS-Koordinaten besteht, selbstständig von der ersten bis zur letzten Rebe im Weinberg bewegt. „Wir haben die Standorte der Rebstöcke mit hochgenauem GPS vermessen, sodass eine Genauigkeit von 2 Zentimetern erreicht wird“, erklärt Töpfer.
Der fahrbare Untersatz von Phenobot stammt von einem Kettenfahrzeug, wie es ursprünglich bei der Apfelernte eingesetzt wird. Darauf wurden moderne Sensoren und ein Multikamerasystem installiert, das mit fünf Geräten gleichzeitig Fotos von den Reben erstellt. Die Bilder werden zunächst auf einem Datenträger auf dem Feldroboter gespeichert, dann in eine Datenbank übertragen und mithilfe spezieller Programme ausgewertet. „Aus diesen standardisierten Fotos lassen sich per Algorithmen Daten extrahieren, wie zum Beispiel die Beerenfarbe oder die Größe, was ein wichtiger Ertragsparameter ist.“
Nur bei Dunkelheit aktiv
Standardisierte Aufnahmen bei Tageslicht zu realisieren, stellte die Forscher vor ein Problem. Doch auch dafür fand das Team um Reinhard Töpfer eine Lösung. „Statt darauf zu warten, dass wir immer gleiche Lichtverhältnisse haben, entschieden wir, die Fahrten nur in der Dunkelheit mit Blitzlicht zu machen. So wurden die Bilddaten vergleichbar.“
Cultivating a new vine variety is a laborious undertaking. Even in the earliest stages, excessive heat, cold or fungal infestations can affect the plant. Usually the damage is noticeable only when it is already too late. Wine-makers have to invest a great deal of time in collecting data on characteristics such as colour, size and other phenotypic features of grapes. However, in the future they could save themselves that effort — thanks to the PHENObot. This phenotyping field robot was developed in the joint PHENOvines project by the Julius Kühn Institute (JKI) in Geilweilerhof (Rhineland-Palatinate, Germany), the University of Geisenheim, and industry partners. For this work they were supported by the German Federal Ministry of Education and Research (BMBF) with around €167,000.
A vine's worst enemies, apart from hot and cold weather, are downy and powdery mildew. Each year vine-growers from the Elbe to the Lake of Constance can be found obsessing over the fruits of their often decade-long work. They dream of vine varieties resistant to both the climate and disease. JKI-researchers at the Institute for Grapevine Breeding in Siebeldingen are currently growing new vine varieties capable of remaining unaffected by their natural enemies even without the use of pesticides. However, the breeding itself is also a time-consuming and elaborate business. It might take up to 20 or 25 years before vine-makers can grow a new vine variety commercially. Fungal attacks and bad weather can put the research back years. The problem: Once the damage is visible to the naked eye, it is often already too late.
A helping hand for vine-growers
A smart robot could help solve that problem: At the PHENOvines research project, a cross-disciplinary team led by Reinhard Töpfer has spent the last few years developing the Phenobot field robot. This machine is intended to render the work of vine-growers considerably easier and more efficient. "Our mission was to create an autonomous platform that could use defined co-ordinates to take photos at specific locations in the vineyard and save them in a database so that they can be used by analytical routines," explains Töpfer.
The robot’s prototype, a cart equipped with sensors and a camera, was developed as part of the CROP.SENSe Plant 2030 project in co-operation with the University of Bonn. Within the follow-up BMBF-funded project PHENOovines, the device was developed gradually into a GPS-controlled mobile system in co-operation with the University of Geisenhei,. The JKI-researchers were responsible for developing the multiple-camera system. The scientists were supported by industrial partners Heinrich Mayer GmbH & Co. KG, Reichhardt GmbH, and the Winzergenossenschaft Deutsches Weintor e.V by sharing their practical experience.
From one vine to the next with GPS
The Phenobot is a state-of-the-art caterpillar vehicle. It uses a so-called job list of GPS co-ordinates to move independently from the first to the very last vine in the vineyard. "We measured each vine’s location to an accuracy of 2 cm using high-precision GPS," says Töpfer.
A tracked vehicle traditionally used to harvest apples serves as Phenobot's mobile chassis. Modern sensors and a multi-camera system were installed on the device, of which five simultaneously take photos of the vines. The images are first stored in Phenobot's own memory, then transferred to a database, and finally evaluated using specialist software. "Algorithms analyse the standardised photos to monitor the colour or size of a berry as well as other vital data to determine a vine's yield."
Activity at night
However, researchers found it hard to take standardised photos during daylight hours. But Reinhard Töpfer's team managed to meet that challenge, too. "Instead of waiting for the specific light conditions required during the daytime, we only sent Phenobot out on its trips at night. That way the data of the flash-bulb photos is comparable."
Until now collecting plant data – the so-called rating – has been a very time-consuming, error-prone and often exhausting task. Vine-growers visually inspect each vine in the vineyard, noting specific parameters for later evaluation. The data obtained during harvest are often incomplete owing to staff shortages during maturing time. The researchers plan is that Phenobot could fill that gap in the medium term. "Technology can replace staff or release them for specific tasks while the robot does the routine jobs," explains Töpfer.
1,000 vine varieties in nine hours
Phenobot passed its field trials in the breeding nursery of the Julius Kühn Institute, taking photos of 1,000 different varieties and cultures within only nine hours: 20 times faster than the breeders during the rating with the traditional method. "This will make wine-growing much more efficient. Now wine-breeders can fine-tune their vine selection much more precisely, as they have access to far more data. Processing more parameters means that plants are rated more objectively."
Interest in Phenobot among vine-growers
Reinhard Töpfer is absolutely certain: Phenobot will soon become an indispensable tool for the rating of vines. The next step for the scientists is to enable the phenotyping specialist to collect even more yield data and learn to recognise pathogens such as downy mildew. In the medium term, they are even planning for the robot to help grow vines. "Wine-makers are very interested in assessing upcoming yields. Sensors can help achieve that," explains Töpfer. For the time being, however, Phenobot will only be used in trials at the institute's breeding nursery. "The robot can't yet deal with vines obscured by other vines, so at the moment we can't count how many grapes there are on a vine." But the vine experts are already working on ideas to handle the challenge.
Author: Beatrix Boldt
Ob zum Möbelbauen, Dämmen oder Anheizen: Holz ist vielfältig einsetzbar. Die starre teils spröde Struktur des uralten Materials ist jedoch bis heute für Konstrukteure eine Herausforderung, die den industriellen Einsatz begrenzt. Curt Beck hat diese Grenze mit Hilfe eines neuartigen Verfahrens überwunden. Der Dresdner Verfahrenstechniker entwickelte eine neuartige Wickeltechnologie, um aus edlem Furnier Holzrohre herzustellen. Als Geschäftsführer der Firma LignoTUBE technologies GmbH & Co. KG sind Beck und sein Geschäftspartner, der Designer Robert Taranczewski, seit 2013 unterwegs, um die leichtgewichtigen und stabilen Furnierrohre auf den Markt zu bringen. Mit ihrem Design-Fahrrad nemus CAJALUM konnten sie zeigen, dass edles Gehölz nicht nur schön aussieht, sondern auch stabil und in der Herstellung nachhaltig ist.
Mit seinen 32 Jahren befindet sich Curt Beck buchstäblich auf dem „Holzweg“ – das aber im besten Sinne des Wortes. Denn das uralte Material inspirierte den gebürtigen Dresdner zu einer Idee, die dem Rohstoff neues Leben einhauchen soll. „Es ist und bleibt das älteste Konstruktionsmaterial, das der Mensch schon seit Jahrtausenden nutzt. Diese starke Verknüpfung find ich so reizvoll“, unterstreicht Beck. In Dresden geboren, aufgewachsen und zur Schule gegangen, blieb der Holz-Enthusiast seiner Heimatstadt auch während des Studiums treu. An der Technischen Universität studierte er von 2003 bis 2009 im Fachbereich Verfahrenstechnik Holztechnik und entdeckte dabei seine Leidenschaft für das uralte Material: „Ich finde Holz altert einfach nicht. Man kann es immer wieder neu erfinden und neu verwenden".
Holz in neue Form bringen
Während seiner Diplomarbeit zum Thema Wickeltechnologie kam Beck die Idee, Holz in neue Formen zu bringen. Er war überzeugt, dass mit der richtigen Technologie mehr als nur Platten und Vierkante aus dem Material herauszuholen sind. Mit der gleichen Beharrlichkeit, mit der Beck bis dato als Kanute kraftvoll und ausdauernd Richtung Zielgerade gesteuert ist, feilte der Holztechniker während seiner wissenschaftlichen Arbeit im Labor der TU Dresden erfolgreich an einem Verfahren, um Rohre aus Holz herzustellen.
Curt Beck has used an innovative process to overcome that limitation. The process engineer from Dresden has developed innovative winding technology for the manufacture of wooden tubes from fine veneer. As directors of LignoTUBE technologies GmbH & Co., Beck and his business partner, designer Robert Taranczewski, have been busy travelling around trying to bring these lightweight and stable veneer tubes to market since 2013. With their designer bike nemus CAJALUM they were able to demonstrate that fine wood not only looks nice, but is also stable and can be manufactured in a sustainable manner.
At 32, Curt Beck is definitely "barking up the right tree", for it quite literally inspired the Dresden-born designer's idea of breathing new life into this ancient material. "It remains the oldest design material, having been used by humans for millennia. I find the strength of the link incredibly appealing“, emphazises Beck. Born, bred and educated in Dresden, the wood enthusiast stayed true to his home town, even during his studies. Dresden is where he discovered his passion for the ancient material while studying Process Engineering/Wood Technology at the Technical University from 2003 to 2009: "I find that wood never really ages. You can always reinvent and rediscover it."
Finding new uses for wood
Beck had the idea of finding new uses for wood while writing his BSc thesis on the topic of winding technology. He was convinced that, with the right technology, more than just panels and squares could be made from wood. Beck has displayed considerable stubbornness in achieving his goals as a canoeist, and in his lab work at Dresden University the wood engineer brought the same strength and stamina to bear in his successful quest to refine the manufacture of wooden tubes.
"The most important thing to take from sport is to hang in there and be determined to follow an idea through, even if there are obstacles standing in your way", says Beck. After 15 years of water sports, the prospective engineer was eager for a new challenge to match his work in the lab, switching to triathlon in 2008. The tough training regime also paid off there, as he was rewarded by qualifying for the world championships in Hawaii in 2011. The man from Dresden returned without a medal but prized the experience nonetheless. "For me it was a really nice experience where I could test myself."
He has planned his professional career with the same ambition as his sporting pursuits. The technology he developed for the manufacture of wooden tubes paved his way to self-employment. Yet Beck still lacked a practical use for his wooden tubes in order to put them to the test. When he crossed paths with the designer Robert Taranczewski in 2010, the idea of designing a bicycle using these new kinds of wooden tubes was born. "We both have an affinity for bicycles. Robert collected old bikes, and, for my part, cycling is part of the triathlon."
Test run for the wooden tubes
With an EXIST start-up grant from the Federal Economics Ministry in the bag, the two Dresden natives were finally able to set to work in 2012. The two men from Saxony built the prototype for the wooden bicycle in a small room in Johannstadt, Dresden. Their greatest challenge: Connecting the wooden tubes to the aluminium parts of the frame. "The bike was the perfect example. It allowed us to show that it is stable and light, and also looks good." They called their innovative lightweight tubes 'Lignotubes' and founded the start-up 'Lignotube' to develop the ground-breaking technology further.
Umweltschonenende Zahnhygiene ...
Vor 500 Jahren putzte man sich die Zähne mit Zahnbürsten, die die Form eines Pinsels hatten. Die Borsten stammten aus dem Nacken von Hausschweinen und wurden an Stielen aus Bambus oder Knochen befestigt. Ein Massenprodukt wurde die Zahnbürste erst 1938 mit der Erfindung des Nylons. Anfangs bestand der Bürstenstiel noch aus Holz, wurde aber nach und nach durch Kunststoff ersetzt. Heute werden 190 Millionen Zahnbürsten allein in Deutschland jährlich verkauft. Insgesamt entstehen dadurch 2.200 Tonnen Plastikmüll pro Jahr.
... wie vor langer Zeit
Mehrere Start-ups beschäftigten sich mit alternativen Materialien und sind landeten letztendlich wieder bei Bambus. Im Gegensatz zu Holz muss Bambus lediglich gekürzt werden und wächst aus der Wurzel selbstständig wieder nach. Und das mit einer enormen Geschwindigkeit! Dennoch weist das Riesengras die stabilen Eigenschaften von Holz auf. Aufgrund seines enormen Wachstums produziert Bambus doppelt soviel Sauerstoff wie ein herkömmlicher Baum und stellt somit eine unerschöpfliche Ressource dar. Doch damit nicht genug, bildet Bambus eine Substanz, Bamboo-Kun, die ihn vor Bakterien und Pilzen schützt. Daher ist er von Natur aus antibakteriell, muss nicht unter Einsatz von Pestiziden angebaut und kann umweltschonend geerntet werden.
Marktreife
Bambus-Zahnbürsten verschiedener Hersteller sind im Handel erhältlich. Noch sind bei den meisten Zahnbürsten die Borsten aus Nylon und müssen, bevor die Bürsten auf dem Kompost landen können, entfernt werden.
Löwenzahn statt Naturkautschuk
Weil Naturkautschuk auch bei tiefen Temperaturen elastisch ist, fertigen Autozulieferer daraus Gummi für Winterreifen. Bisher dient der Milchsaft des subtropischen Kautschukbaums als Rohstoff. Die Baumplantagen werden jedoch von einem Pilz bedroht, weswegen der Weltmarktpreis schwankt. Eine Alternative bietet der Russische Löwenzahn. Er gedeiht in unseren Breiten – auch auf Flächen, die für den Ackerbau ungeeignet sind.
Von der Wild- zur Nutzpflanze
Mithilfe moderner Züchtungsverfahren haben Forschende der Uni Münster und des Fraunhofer-Instituts für Molekularbiologie und Angewandte Ökologie IME den Löwenzahn von einer Wild- in eine Nutzpflanze verwandelt, die robust und ertragreich ist. Gemeinsam mit dem Reifenhersteller Continental wurde in Deutschland eine Pilotanlage zur Produktion von Gummi aus Löwenzahn-Kautschuk aufgebaut. Dort wird er insbesondere aus dem Milchsaft der Wurzel gewonnen.
Marktreife
Erste Winterreifen wurden bereits gefertigt. Derzeit finden ausgiebige Straßentests statt. Diese verlaufen bisher erfolgreich. Langfristig sind sogar weitere Nutzungsmöglichkeiten des Löwenzahn-Gummis denkbar: Denn auch für Schwingungs- und Lagerungselemente in Fahrzeugen wie Motorlager könnte der Naturkautschuk eingesetzt werden.
From a wild to an agricultural crop
With the help of modern breeding procedures, researchers from the Fraunhofer Society have transformed the dandelion from a wild plant into an agricultural crop, which is robust and high yielding. Together with the tyre company Continental, a pilot plant for the production of dandelion-based rubber has been set up in Germany. The sap from the dandelion roots is extracted from this pilot plant.
Ready for the market
The first winter test tyres have already been made. Road tests are currently being carried out. All of which have been successful to date.
Weak points
Relatively high price/not cost-effective