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Synthetic silk biopolymers developed by the German biotechology company AMSilk, headquartered near Munich, have found their way into many a industry application. Now, it will even become a part of future lightweight planes in an attempt to save fuels: Airbus and AMSilk have entered into a joint cooperation agreement to develop new composites for use in the aerospace industry.

Composite material based on AMSilk’s Biosteel® fiber technology

In recent years, the aerospace industry has shifted from metal and steel fuselage and wings to carbon fiber composite materials, primarily in an effort to decrease the plane’s weight and save fuel over time. Airbus, committed to remaining at the forefront of aerospace innovation, is the first in the industry to experiment with this new material. The new composite material will be built using AMSilk’s Biosteel® fiber technology, which enables lightweight construction with multiple shock resistance and flexibility. As demand for air travel continues to increase, the need for larger, more flexible planes that spend less time in the shop and more time in the sky will continue to grow.

Launch planned for 2019

AMSilks trademark Biosteel® fiber is made from a biopolymer based on natural spider silk, a material known for its strength, flexibility and toughness and is produced via a closed-loop biotechnological process that renders the product highly sustainable, with no petroleum inputs. AMSilk and Airbus are aiming to launch a prototype composite material in 2019.

“We are excited to be working with Airbus, the world leader in performance airplanes, to create a fundamentally new material,” said Jens Klein, CEO of AMSilk. “At AMSilk, we are committed to producing materials that are both high- performing and sustainable, and the current partnership with Airbus is an opportunity to set a new, stronger and more sustainable course for the entire aerospace industry.”

jmr

Die Biotechnologie liefert den Werkzeugkasten, um biobasierte Ressourcen effektiv und nachhaltig zu nutzen. Damit ist sie ein wichtiger Innovationstreiber bei der Gestaltung einer biobasierten Wirtschaft. Biologisches Grundlagenwissen in die Anwendung zu bringen, ist ein zentrales Anliegen der Bundesregierung. Im Koalitionsvertrag haben sich die Parteien daher verpflichtet, die Nutzung von Prinzipien der Natur voranzutreiben und eine ressortübergreifende Agenda „Von der Biologie zur Innovation“ gemeinsam mit der Wirtschaft, Wissenschaft und der Zivilgesellschaft zu erarbeiten. 

Schnelle Umsetzung der Biotechnologie-Agenda gefordert 

Welche Bedeutung die Bundesregierung der Biotechnologie beimisst, wurde bei den diesjährigen Deutschen Biotechnologietagen deutlich. Bundeswirtschaftsminister Peter Altmaier machte klar: „Wir brauchen jetzt eine Biotech-Agenda, die der digitalen Agenda entspricht”. Die Agenda „Von der Biologie zur Innovation“ hat einen festen Platz in der kürzlich vorgestellten Hightech-Strategie 2025, in der die Innovations- und Forschungsziele der Bundesregierung für die kommenden Jahre festgeschrieben sind.  Ziel der Agenda ist es demnach, biologisches Wissen sowie biotechnologische und bioinspirierte Verfahren noch stärker in alle Bereiche des täglichen Lebens und Wirtschaftens zu integrieren. 

Industrieverband: Leitlinien definieren 

Nach dem Ende der politischen Sommerpause drängt der Industrieverband BIO Deutschland auf eine zügige Implementierung der Agenda „Von der Biologie zur Innovation“ und gibt der Politik Empfehlungen für die Ausgestaltung. Die BIO Deutschland verweist in ihrer aktuellen Stellungnahme darauf, dass die Biotechnologie „die Brücke von den Erkenntnissen der Biologie zum Einsatz dieser Erkenntnisse für Innovationen“ darstellt und das Fundament für den Aufbau der Bioökonomie sei. „Im Rahmen dieser Agenda sollten die Leitlinien für den Einsatz der Biotechnologie in unserer Gesellschaft definiert werden, mit dem Ziel einer nachhaltigen, umweltschonenden und CO₂-neutral produzierenden Wirtschaft. Ein wichtiger Baustein der Agenda muss die Wirtschafts- und Innovationspolitik sein“, so der Vorstandsvorsitzende von BIO Deutschland, Peter Heinrich. 

Positionspapier zur Digitalisierung von Bioprozessen 

Auch die Gesellschaft für Chemische Technik und Biotechnologie DECHEMA weist in einem neuen Positionspapier auf das Innovationspotenzial Biotechnologie in der digitalen Ära hin: In dem Papier „Neuer Schub für die Biotechnologie“ zeigen Autoren der Fachgesellschaft das Potenzial von Automatisierung, Miniaturisierung und Digitalisierung für die Forschung und die Entwicklung biotechnologischer Verfahren auf. Deutschland habe die Möglichkeit, die Biotechnologie als weiteres Standbein der Industrie zu etablieren, um das volkswirtschaftliche Potenzial dieser Technologie für eine nachhaltige innovative Wirtschaft und zum Nutzen der Bevölkerung in Deutschland zu heben, schreiben die Autoren.

bb

Im Oktober vergangenen Jahres gab Clariant seine Pläne zum Bau der Bioraffinerie-Anlage in Rumänen bekannt. Kaum ein Jahr später, am 12. September 2018, wurden mit dem ersten Spatenstich die Bauarbeiten feierlich begonnen. In Podari bei Craiova im Südwesten des Landes entsteht in den kommenden Monaten die erste Großanlage zur Herstellung von Biosprit aus Agrarresten. Dabei kommt die von Clariant entwickelte Sunliquid-Technologie zum Einsatz. 

Clariant investiert 100 Mio. Euro 

„Nach mehr als zehn Jahren Forschungs- und Entwicklungsarbeit investiert Clariant über 100 Mio. Euro in ihre erste Sunliquid-Anlage. Diese Technologie ist nicht nur in Europa, sondern weltweit zukunftsweisend“, so Clariant-Vorstandsmitglied Christian Kohlpaintner. Mit dem Bau der Bioraffinerie in Rumänien will das Unternehmen Wettbewerbsfähigkeit und Nachhaltigkeit der Sunliquid-Technologie unter Beweis stellen. Bis zu 250.000 Tonnen Weizen- und anderes Getreidestroh sollen hier jährlich zu 50.000 Tonnen Cellulose-Ethanol verarbeitet werden. Anfallende Nebenprodukte werden dabei zur Erzeugung von erneuerbarer Energie verwendet, damit die Anlage unabhängig von fossilen Energieträgern läuft. 

Entwickelt hat das Sunliquid-Verfahren ursprünglich ein Team um Andre Koltermann von der Süd-Chemie in München, die mittlerweile zu Clariant gehört. Das Prinzip: Mikrobielle Enzyme verwandeln die Pflanzenfasern aus dem Stroh in Zuckermoleküle, die wiederum durch Hefen zu Ethanol vergoren werden. Im niederbayerischen Straubing betreibt Clariant bereits seit 2012 eine Demonstrationsanlage, um Bioethanol aus Stroh und anderen Feldabfällen zu gewinnen. Die Anlage produziert 1.000 Tonnen Ethanol im Jahr. Das Pilotprojekt wurde vom Bundesministerium für Bildung und Forschung und der bayerischen Landesregierung gefördert.

EU unterstützt Bau der Großanlage

In Rumänien kommt die Sunliquid-Technologie nun erstmals bei einer industriellen Großproduktion von Biosprit zum Einsatz. Der Bau der Anlage wird mit rund 40 Mio. Euro von der Europäischen Union über das siebte Rahmenprogramm für Forschung, technische Entwicklung und Demonstration sowie durch das Forschungs- und Innovationsprogramm Horizon 2020 unterstützt.

Nach Fertigstellung der Bioraffinerie-Anlage will das Unternehmen etwa 300 Arbeitsplätze in Gewerbebetrieben im Umland sowie bis zu 120 Mitarbeiter in der Anlage selbst beschäftigen. Die Stellen sollen dabei mit Arbeitnehmern aus der Region besetzt werden. Die Ausbildung der neuen Mitarbeiten soll jeweils in den Laboren bei München und auch in der Pilotanlage in Straubing erfolgen. Die Biospritanlage schafft aber nicht nur neue Arbeitsplätze in der Region. Die Bauern aus Craiova können erstmals ihre bisher kaum genutzten Agrarreststoffe auch industriell vermarkten.

bb

Methan ist eine wichtige Energiequelle und das Hauptprodukt bei der Biogasherstellung. Es wird in Biogasanlagen meist durch die Vergärung von Biomasse, beispielsweise Holzabfälle, produziert. Dieses Synthesegas, eine Mischung aus Wasserstoff, Kohlenstoffmonoxid und Kohlenstoffdioxid, kann anschließend über eine Methanisierung zu hochwertigem Methan umgewandelt werden. Forschern des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) und der Forschungsstelle des Deutschen Vereins des Gas- und Wasserfaches (DVGW) ist es gelungen, diese Methaniserung so weit zu verbessern, dass ein hochwertiges und gleichzeitig nachhaltiges Methan entsteht, das qualitativ mit fossilem Erdgas mithalten kann.

Mehr Effektivität durch wabenförmigen Katalysatorträger  

Wie effektiv die neuartige Methanherstellung ist, zeigen die Ergebnisse einer Pilotanlage, die das Team um KIT-Forscher Siegfried Bajohr im schwedischen Köping aufgebaut hat. Herzstück der Methanisierungsanlage sind wabenförmige Katalysatorträger, die Bajohr entwickelt und für den Einsatz in der Methanisierung optimiert hat. „Die metallischen Nickel-Katalysatoren wandeln in einem einstufigen Prozess Wasserstoff und Kohlenstoffmonoxid und bei ausreichender Versorgung mit Wasserstoff auch Kohlenstoffdioxid zu Methan und Wasser um“, erklärt Bajohr.

Pilotanlage wandelt Synthesegas in nachhaltiges Methan 

Die Pilotanlage wurde in Köping an einen Biomassevergaser gekoppelt, der die für die chemische Reaktion notwendigen kohlenstoffhaltigen Gase liefert. Wie die Forscher berichten, wandelte die Karlsruher Methanisierungsanlage über mehrere Wochen zuverlässig Synthesegas in Methan um. „Das so nachhaltig erzeugte synthetische Methan kam anschließend sehr erfolgreich beim schwedischen Projektpartner Cortus AB als Kraftstoff in den firmeneigenen Erdgas-Fahrzeugen zum Einsatz“, berichtet Bajohr.
 Das Methan ist aber nicht nur als Treibstoff für Erdgasfahrzeuge geeignet, sondern auch als Brennstoff für Blockheizkraftwerke und Heizungsanlagen. Den Forschern zufolge könnte das nachhaltige Methan ohne Einschränkungen in das existierende europäische Erdgasnetz eingespeist werden und so schon heute vielerorts fossiles Erdgas ersetzen.

Im Jahr 2015 haben die Vereinten Nationen 17 Nachhaltigkeitsziele (Sustainable Development Goals - SDGs) formuliert. Die Ziele sollen helfen, die Armut zu beenden, den Planeten zu schützen und Wohlstand für alle zu erreichen. Die Leibniz-Gemeinschaft richtete deshalb am 14. September in Berlin eine eintägige Konferenz rund um dieses Thema aus. Experten aus Politik und Wissenschaft waren eingeladen, den aktuellen Stand der Forschung zu den SDGs und deren Umsetzung vorzustellen und zu diskutieren. Knapp 200 Teilnehmer waren ins Haus der Leibniz-Gemeinschaft gekommen. Zusätzlich zu den Plenar-Vorträgen und der anschließenden Podiumsdiskussion stellten mehr als 40 Wissenschaftler in insgesamt zehn parallelen Themenrunden ihre neuesten Forschungsergebnisse rund um die SDGs vor.

Die Zukunft der Menschheit steht auf dem Spiel

Matthias Kleiner, Präsident der Leibniz-Gemeinschaft, begrüßte die Teilnehmer der Konferenz mit einem flammenden Appell: „Hier geht es um nichts geringeres, als die Zukunft der Menschheit!“ Umso mehr freue er sich, dass auf der Konferenz so viele verschiedene Forschungsdisziplinen aufeinandertreffen. Denn nur gemeinsam könne man die anstehenden Aufgaben lösen, so Kleiner. Auch Ottmar Edenhofer, designierter Co-Direktor des Potsdamer Leibniz-Instituts für Klimafolgenforschung, fand deutliche Worte: „Es ist wichtig, die Naturwissenschaften mit den Geistes- und Sozialwissenschaften zu einen und gemeinsam an einem Strang zu ziehen." Laut Edenhofer sei das sogenannte „Carbon Pricing“, also die zusätzliche Belegung von Kohlenstoffemissionen mit Kosten, ein wichtiger Schritt, um von der erdölbasierten zu einer nachhaltigeren Industrie zu kommen. Eine Ausweitung der Förderung von nachwachsenden Rohstoffen sei jedoch keine adäquate Lösung: Durch eine Investition in nachwachsende Rohstoffe sinke demnach zwar zunächst der Bedarf und das Interesse an kohlenstoffbasierten Erzeugnissen. Edenhofer zufolge reagiere der Markt darauf jedoch mit fallenden Preisen, wodurch der Verbrauch solcher Materialien wieder steigt. „Durch den Rebound effect hätte die Investition in die Verwendung nachwachsender Rohstoffe einen steigenden Verbrauch fossiler Energieträger zur Folge. Das können wir nur durch Carbon Pricing stoppen“, so Edenhofer.

Der Markt als treibende Kraft

Ganz anderer Meinung war hingegen Klaus Töpfer, ehemaliger Exekutivdirektor des Umweltprogramms der Vereinten Nationen und Bundesminister für Umwelt und Reaktorsicherheit von 1987 bis 1994. Seiner Ansicht nach sind fiskale Ansätze fehl am Platz. Töpfer sieht vielmehr die Politik als Gesetzgeber und Vorreiter in der Pflicht. Gleichzeitig gab er zu bedenken: „Was kann die Politik heute noch ausrichten? Der Markt ist die treibende Kraft.“ Und auch die Wissenschaft habe trotz eindeutiger Forschungsergebnisse nur wenig Einfluss auf die Politik. „Forscher sammeln immer mehr Daten, die den Klimawandel und dessen gravierende Folgen belegen. Dennoch hat noch nicht eine Industrienation, die das Pariser Klimaabkommen unterzeichnet hat, dessen Forderungen erfüllt“, mahnte Töpfer.

In der anschließenden Podiumsdiskussion lieferten sich Edenhofer und Töpfer einen munteren Schlagabtausch: „Ich bin mir sicher, dass Pariser Klimaabkommen wird ohne Carbon Pricing versagen“, so Edenhofer. Töpfer erwiderte: „Wenn die Politik es wirklich ernst meint mit dem Klimaschutz, muss sie entsprechende Gesetze erlassen. Alles andere ist nicht erfolgsversprechend.“

Katharina Helming vom Leibniz-Zentrum für Agrarlandschaftsforschung (ZALF) lenkte den Fokus der Diskussionsrunde auf aktuelle, greifbare Geschehnisse und deutete eine positive Veränderung an: „Die Dürre in diesem Sommer hat Politik und Wissenschaft definitiv zusammenrücken lassen.“ Politiker hätten die Türen ihres Instituts geradezu eingerannt auf der Suche nach neuen Lösungsansätzen.

Umdenken in der Gesellschaft nötig

Die nachmittäglichen Programmblöcke der Konferenz waren in zehn Themenrunden geteilt, im Rahmen derer sämtliche Nachhaltigkeitsziele behandelt wurden. Dabei wurde immer wieder deutlich, dass die einzelnen SDGs nur miteinander, als komplementäre Ziele erreicht werden können. Außerdem belegten die Vorträge abermals, dass in der Gesellschaft ein Umdenken hin zu einer nachhaltigen Wirtschaft – von der Ernährung bis zur Kleidung – nötig ist.

Die größte Hürde zum Erreichen vom Nachhaltigkeitsziele ist demnach die Anwendung und die Umsetzung neuer Forschungsergebnisse. Denn während die Wissenschaft bereits Unmengen an Datensätzen beispielsweise für eine effizientere und zugleich nachhaltigere Landwirtschaft, Abfallvermeidung oder biobasierte Produktionsansätze erarbeitet hat, mangelt es fast überall an der Implementierung dieser Ergebnisse – in der Industrie ebenso wie im täglichen Leben.

Erfolgsgeschichten machen Mut

Wie könnte die Implementierung also vorangetrieben werden? Laut Stefan Sieber, Experte für die Nahrungsmittelsicherung in Entwicklungsländern am ZALF, kann dies nur über positive Beispiele und Erfolgsgeschichten sowie mit dem Willen der Gesellschaft gelingen. „Die Gesellschaft muss sich ändern wollen. Eine gute Bildung und positive Beispiele sind dabei der Schlüssel, um die Menschen zu überzeugen“, so Sieber. Gemeinsam mit Kollegen hatte Sieber Öfen für Hütten in Tansania entwickelt, die weniger Holz für die gleiche Kochleistung benötigen. Da weniger Holz benötigt wird, bleibt den Frauen, deren Aufgabe das Holzsammeln ist, nun mehr Zeit für andere Dinge. Siebers zufolge sind es solch positive Entwicklungen, die es ihm und seinen Kollegen in Zukunft erleichtern, Menschen vor Ort von neuen Ideen und Techniken zu überzeugen.

jmr

In 2015, the United Nations formulated 17 Sustainable Development Goals (SDGs). The goals are intended to help end poverty, protect the planet and achieve prosperity for all. The Leibniz Association therefore hosted a one-day conference on this topic in Berlin on 14 September. Experts from politics and science were invited to present and discuss the current state of research regarding the SDGs and their implementation. Almost 200 participants came to the Leibniz Association headquarter. In addition to the plenary lectures and the subsequent panel discussion, more than 40 scientists presented their latest research results on SDGs in a total of ten parallel sessions, each focussing on specific SDGs.

The future of mankind is at stake

Matthias Kleiner, President of the Leibniz Association, welcomed the participants of the conference with urging words: "We are concerned with no less than the future of mankind!" Therefore, he continued, he was pleased to see so many different research disciplines come together at the conference. "Only together can we solve the tasks at hand," said Kleiner. Ottmar Edenhofer, designated Co-Director of the Potsdam Institute for Climate Impact Research, also didn't hold back: "It is important to unite the natural sciences with the humanities and social sciences and to pull together!" According to Edenhofer, so-called "carbon pricing", i.e. the additional allocation of costs to carbon emissions, is an important step towards moving from a petroleum-based industry to a more sustainable one. In contrast, a mere expansion of the production of renewable raw materials was not an adequate solution: an investment into renewable raw materials would initially reduce the demand for and interest in carbon-based products. According to Edenhofer, however, the market would react to this with falling prices, which will in turn once again increase the consumption of these materials. "Due to the rebound effect investmening in the use of renewable raw materials would result in an increasing consumption of fossil fuels. We can only stop this through carbon pricing," said Edenhofer.

The market as the driving force

On the other hand, Klaus Töpfer, former Executive Director of the United Nations Environment Programme and Federal Minister for the Environment and Nuclear Safety from 1987 to 1994, had a completely different opinion: According to him, fiscal approaches won't work. Instead, Töpfer calls for politics as the legislator and pioneer on duty. At the same time he pointed out: "But what power does politics have today? The market is the driving force." And also science has little influence on politics despite clear-cut research results. "Researchers are collecting more and more data to prove climate change and its serious consequences. Nevertheless, not one industrial nation that has signed the Paris Climate Agreement has yet fulfilled its demands," warned Töpfer. "It is obvious that politics is not dancing to the beat of scientific drums."

In the subsequent panel discussion, a lively debate between Edenhofer and Töpfer ensued: "I am convinced that the Paris Climate Agreement will fail without carbon pricing," said Edenhofer. Töpfer replied: "If politicians are serious about climate protection, they must pass the appropriate laws. Anything else won't work."

Katharina Helming of the Leibniz Centre for Agricultural Landscape Research (ZALF) turned the focus of the discussion back to current, tangible events and hinted at a recent positive change: "This summer's drought has definitely brought politics and science closer together. Politicians nearly kicked down our doors looking and asking for new solutions."

Society needs to change

The afternoon of the conference offered ten paralell session, each focusing on specific sustainability goals. The sessions one again underlined that the individual SDGs can only be achieved in joint reasearch endeavours treating them as complementary goals. In addition, the presentations once again demonstrated that society as a whole needs to rethink its approach towards a sustainable economy - from nutrition to clothing.

The biggest hurdle to achieving the sustainability goals is therefore the application and implementation of new research results. Because although science has already gathered vast amounts of data for instance for amore efficient and sustainable agriculture or waste avoidance or biobased production approaches, there is an obvious lack of implementation of these results almost everywhere - in industry as well as in everyday life.

Success begets success

Thus, the question becomes: how could the implementation of research results be advanced? According to Stefan Sieber, an expert on food security in developing countries at ZALF, this can only be achieved through positive examples and success stories as well as the will of society. "Society must want to change. Good education and positive examples are the key to convincing people," said Sieber. Together with colleagues, Sieber had developed ovens for huts in Tanzania that require less wood for the same cooking output. Since less wood is needed, the women whose job it was to collect the wood, now have more time for other things. According to Siebers, such positive developments will make it easier for him and his colleagues to convince local people of new ideas and techniques in the future.

jmr

Die Forstwirtschaft ist nach der Landwirtschaft der wichtigste Wirtschaftszweig, der Rohstoffe für die Bioökonomie bereitstellt. In Wäldern wächst die kostbare Ressource Holz, der sowohl stofflich als auch energetisch genutzt werden kann. Auf dem Weg in eine Bioökonomie besteht die Herausforderung, den Wald als Ressource zu schützen und Konflikte zwischen Naturschutz und Ressourcennutzung zu minimieren. 

Hier will die Initiative „Bioeconomy in the North“ (BiN) ansetzen. Es handelt sich um ein 2017 gegründetes Netzwerk von Ministerien und Fördereinrichtungen aus Deutschland, Finnland und Norwegen, die ihre fortgeschrittenenen Forschungsaktivitäten zur Bioökonomie bündeln wollen. Im Rahmen der BiN-Initiative hat das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) nun den Start einer erste Förderrunde zum Thema Waldholznutzung bekanntgegeben.

Transnationaler Verbundvorhaben mit Fokus auf Waldholznutzung

Die Fördermaßnahme adressiert primär Forschungsverbünde mit mindestens zwei Partnern aus Deutschland, Finnland und Norwegen, die im Ergebnis zu neuen Produkten und Dienstleistungen aus Non-Food-/Non-Feed-Biomasseressourcen führen und einen regionalen Bezug zu Nordeuropa haben. Gefördert werden transnationale Verbundvorhaben, die nachfolgende Schwerpunkte bedienen:

• die Produktion von Biomasse aus der Forstwirtschaft wie die verbesserte Produktion schnellwachsender Baumarten oder neue Zucht-und Anbaustrategien

• die Umwandlung von Lignocellulose aus Biomasseressourcen wie die Herstellung neuer Chemikalien und Fasern
• die Valorisierungs- und Governance-Strategien sowie politische Instrumente für die Entwicklung einer nachhaltigen Bioökonomie wie die Anpassung von Angebot und Nachfrage nach Biomasse oder die Entwicklung neuer Märkte

Forests are extremely important for the implementation of the bio-economy. Here, the precious raw material wood grows, which has its uses both from a material as well as an energy standpoint. Moreover, forests are indispensable as suppliers of oxygen and for storing CO₂. The bio-economy therefore faces the challenge of protecting forests as a resource and minimising the conflict between nature conservation and resource use.

This is the starting point for the initiative "Bioeconomy in the North" (BiN), which was founded in 2017 and unites Finland, Norway and Germany regarding their research activities. As part of this BiN initiative, the Federal Ministry of Education and Research (BMBF) has now launched its first round of funding.

International joint project focussing on forest wood utilisation

The funding initiative primarily addresses research and innovation projects that result in new products and services from non-food/non-feed biomass resources and include a regional connection to Northern Europe. Funding will be provided for international joint projects that serve the following priorities:

• the production of biomass from forestry such as the improved production of fast-growing tree species or new breeding and cultivation strategies
• the conversion of lignocellulose from biomass resources such as the production of new chemicals and fibres
• valorisation and governance strategies and policy instruments for the development of a sustainable bio-economy, such as the adaptation of supply and demand for biomass or the development of new markets

The results of each project should also contribute to the implementation of the National Research Strategy Bioeconomy (NFSB) 2030.

Project duration up to three years

The duration of funding can be up to three years. In addition to universities and non-university research institutions, small and medium-sized enterprises (SMEs) based in Germany are also eligible to apply.

Project outlines can be submitted until 17 January 2019 via the federal funding portal easy-Online.

Andauernde Hitze und Trockenheit werden auch in Mitteleuropa immer häufiger. Besonders für Pflanzen hat das gravierende Auswirkungen. Deshalb ist die Züchtung trockentoleranter Arten enorm wichtig. Die Robinie drängt unter diesen Aspekten immer mehr in den Vordergrund, denn sie wächst auch auf Böden minderer Qualität, bringt aber dennoch beachtliche Erträge und eine sehr gute Holzqualität.

Aussagekräftige Biomarker bei einjährigen Pflanzen

Pflanzenforscher bemühen sich deshalb, biochemische Muster, sogenannte Biomarker, zu identifizieren, die die besondere Trockentoleranz der Robinien anzeigen. Im Projektverbund FastWOOD III identifizierten Wissenschaftler des Forschungsinstituts für Bergbaufolgelandschaften (FIB) und des Landeskompetenzzentrums Forst Eberswalde nun genau solche Biomarker. Diese sind in der Lage, Toleranz gegenüber Trockenheit, Nährstoffveränderungen im Boden und Spätfrost bereits bei einjährigen Robinien vorherzusagen. FastWOOD I bis III sind drei vom Bundesministerium für Ernährung und Landwirtschaft geförderte Verbundvorhaben zur Züchtung schnellwachsender Baumarten.

Fluoreszenz zeigt Trockenheitsstress an

Ein wichtiger Biomarker ist die sogenannte Chlorophyll a-Fluoreszenz. Dieses biochemische Phänomen entsteht, weil Chloroplasten bei der Photosynthese einen Teil der aufgenommenen Energie abstrahlen. Zwar ist diese Fluoreszenz für das menschliche Auge im Tageslicht nicht sichtbar. Sie lässt sich aber mit speziellen Instrumenten wie dem Fluorometer messen. Eine erhöhte Fluoreszenz bedeutet eine nachlassende Photosynthese beispielsweise durch Trockenstress. Je geringer die Fluoreszenz trotz Trockenheit, desto weniger gestresst ist die Pflanze. Das deutet auf eine höhere Trockentoleranz ihres Genotyps hin.

Die Forscher bestimmten die Ausprägung der Biomarker bei sechs am Markt verfügbaren, besonders wuchskräftigen Robinien-Klonen sowie bei Wurzelstecklingen von FastWOOD-Modellflächen in Brandenburg, die unterschiedlichen Wachstumsbedingungen ausgesetzt wurden. „Unangenehme Überraschungen, wie etwa das Versagen eines besonders wuchskräftigen, hochselektierten Klons im praktischen Anbau aufgrund einer geringen Stresstoleranz, lassen sich so vermeiden“, erklärt Projektleiter Dirk Knoche vom FIB. Dadurch könnten in Zukunft neue Linien wesentlich schneller und zuverlässiger gezüchtet werden.  

Biomarker auch bei anderen Baumarten vorhanden

Der Züchtungsansatz mittels Biomarkern könnte künftig auch für andere Baumarten angewendet werden. Das belegen erste Versuche mit Fichten, Douglasien und Eichen. „Ich sehe insbesondere Chancen für ein systematisches Screening lokaler Gehölz-Populationen hinsichtlich ihrer Anpassungsfähigkeit an wahrscheinliche Klimaveränderungen. Und nicht zuletzt bei der Gemeinen Esche könnte die Methode helfen, resistente Individuen gegen das so bedrohliche Eschentriebsterben zu identifizieren“, so Knoche.

jmr

Die BRAIN AG hat eine strategische Partnerschaft zur Entwicklung neuer Biokunststoffe auf Basis von Milchsäurebakterien geschlossen. Künftig will das Zwingenberger Biotechnologieunternehmen auf diesem Feld mit der BluCon Biotech GmbH zusammenarbeiten. Laut BRAIN ist die Partnerschaft zunächst auf mehrere Monate angelegt, mit der Option auf Verlängerung.

Biokunststoff PLA konkurrenzfähig machen

Das 2017 gegründete Kölner Unternehmen BluCon Biotech entwickelt ein Verfahren, mit dem L-Milchsäure möglichst günstig hergestellt werden kann, sodass der begehrte Biokunststoff Polylactid – kurz PLA – mit fossilen Kunststoffen konkurrieren kann. Auf Grundlage dieses Verfahrens wollen BRAIN und BluCon spezielle mikrobielle Produktionsstämme für die Produktion hochwertiger Chemikalien, einschließlich Biokunststoffe, identifizieren und entwickeln. Bei der Herstellung der Milchsäure kommen landwirtschaftliche Celluloseabfälle auf Basis eigener Bakterien zum Einsatz. „Wir sind sehr erfreut darüber, dass wir nun in BRAIN einen strategischen Partner für unsere ambitionierten Pläne zur Kommerzialisierung der BluCon-Plattform gefunden haben“, so Albrecht Läufer, CEO der BluCon Biotech GmbH.

BluCon-Plattform optimieren

Im Rahmen der Zusammenarbeit sollen die BluCon-Mikroorganismen mittels klassischer biotechnologischer Verfahren weiter optimiert werden. Die BRAIN AG wird hierfür ihr Bioarchiv sowie ihre Kompetenzen auf dem Gebiet der Stammentwicklung einbringen. „Wir unterstützen unseren Partner BluCon Biotech tatkräftig dabei, die Raum-Zeit-Ausbeute des Produktionsstammes innerhalb kurzer Zeit zu steigern”, sagt Martin Langer, Executive Vice-President Corporate Development der BRAIN AG.

bb

Wenn es um den Klimawandel geht, ist schnell die Rede vom Treibhausgas Kohlendioxid. Bis 2020 soll Deutschland die Treibhausgasemissionen gegenüber 1990 um 40 Prozent senken, so lautet der Plan der Bundesregierung – eine Vorgabe, die das Umweltbundesamt inzwischen für nicht mehr umsetzbar hält. Um dennoch das Ziel der CO₂-Neutralität ab 2050 erreichen zu können, könnte neben der Vermeidung des Treibhausgases ein weiterer Ansatz relevant werden: dessen Verwertung.

Kohlendioxid als Rohstoff

In der organischen Chemie sind zahlreiche Reaktionen bekannt, wie Kohlendioxid zu chemischen Grundprodukten verbaut werden könnte, die sonst meist aus der Petroindustrie stammen. Weil diese Reaktionen jedoch erhebliche Mengen Energie benötigen, gilt dieser Ansatz weithin als ökonomisch wie ökologisch uninteressant. Es gibt jedoch jemanden, der seit Millionen von Jahren davon lebt, Kohlendioxid in höherwertige Verbindungen zu verwandeln: bestimmte Bakterienarten. Dank ihrer perfekt adaptierten Enzyme gelingt es den Mikroorganismen, chemische Reaktionen mit einer Effizienz umzusetzen, die auf herkömmliche Weise unerreichbar ist. Die Biotechnologie macht sich diese Eigenschaften zunutze und versucht, Bakterien als Chemiefabriken zu verwenden.

Urtümliches Bakterium als Chemiefabrik

Hier setzt das europäische Forschungsprojekt „CO2Chem - Biologische Konversion von CO₂ zur Plattform-Chemikalie 3-Hydroxypropansäure“ an. Es soll, wie der Name schon sagt, einen Weg realisieren, um aus Kohlendioxid mit biotechnologischen Mitteln 3-Hydroxypropansäure zu produzieren – eines der von der Industrie am dringlichsten gewünschten Verfahren. An dem internationalen Projekt mit Partnern aus Großbritannien, Dänemark und Deutschland ist auch die Arbeitsgruppe um Volker Müller von der Johann-Wolfgang-Goethe-Universität Frankfurt beteiligt. Sie arbeitet seit vielen Jahren mit dem Bakterium Acetobacterium woodii. Es zählt zu den acetogenen Bakterien, die sich von Wasserstoff, Stickstoff und eben Kohlendioxid ernähren können. Sogar das für viele Lebewesen giftige Kohlenmonoxid verwertet A. woodii – ein Hinweis auf Stoffwechselwege, die wahrscheinlich aus der Frühzeit irdischen Lebens stammen.

„Es war lange vollkommen unklar, wie diese Bakterien damit ihre Biomasse aufbauen“, erläutert Müller. Er selbst hat dazu beigetragen, anhand eines Modellorganismus‘ zu zeigen, wie aus diesen Rohstoffen die Umsetzung zu Essigsäure erfolgt. Vor rund zehn Jahren folgte dann die Frage, ob sich Bakterien, die Kohlendioxid als Substrat verwenden, biotechnologisch nutzen lassen. „In Deutschland arbeiten daran nur wenige Gruppe, weil man die Mikroorganismen in einem anoxischen, mit Stickstoff gefüllten speziellen Zelt halten muss. Sauerstoff wäre für die Bakterien tödlich“, begründet Müller. „Das ist nicht einfach zu handhaben.“

„Bio“ klingt für die meisten Menschen nach etwas Positivem. Ob das uneingeschränkt auch für Biokraftstoffe gilt, ist seit vielen Jahren umstritten. Die Umweltökonomin Ruth Delzeit begleitet das Thema schon seit Beginn ihrer Forscherinnenkarriere – und es hat ihr auch einen Schlüsselmoment beschert, in dem sie erkannte, wie manche Politiker und auch Journalisten mit Erkenntnissen aus der Forschung umgehen.

„Ich habe mich schon immer sehr für die Umwelt interessiert“, erzählt Delzeit, die heute am Institut für Weltwirtschaft (IfW) in Kiel den Forschungsbereich „Umwelt und natürliche Ressourcen“ leitet. Das Studium der Geografie lag daher nahe. „Da konnte ich einen breiten Überblick über viele Umweltthemen bekommen“, erinnert sich die Forscherin an die Gründe für ihre Entscheidung. Zwei Themen rückte sie damals in den Fokus: Bodenkunde und Agrar- und Umweltökonomie. Schnell wurde ihr klar: „Die größere gesellschaftliche Relevanz hat die Umweltökonomie.“

Stipendien und Vortragspreis

Innerhalb des Studiums ging Delzeit mit einem DAAD-Stipendium ins Ausland. In Kanada befasste sie sich mit Hangrutschungen und evaluierte die Gefahren für den Olympiastandort Vancouver. Noch heute bereiten ihr die vielen beruflichen Reisen ein schlechtes Gewissen wegen der CO₂-Emissionen. „Ich versuche immer, das woanders zu kompensieren“, sagt die umweltbewusste Frau. „Wenn einem viele Zusammenhänge bewusst sind, denkt man auch privat mehr darüber nach.“ Sie finde aber, jeder müsse für sich entscheiden, wie er zur Nachhaltigkeit beitragen kann.

Während ihrer Diplomarbeit an der Universität Bonn führte ein weiteres DAAD-Stipendium die junge Frau nach Brasilien, wo sie der Frage nachging, welche Nachhaltigkeitskriterien an dortiges Bioethanol gestellt werden müssen, um es nach Deutschland zu exportieren. Damals begann die Debatte um Sinn und Unsinn von Biokraftstoffen gerade erst. „Das war meine erste richtige Forschung und hat mir gezeigt, wie spannend das wissenschaftliche Arbeiten ist“, schildert Delzeit.

Für ihre Doktorarbeit in Agrarökonomie untersuchte sie anschließend die Auswirkungen der deutschen Biogasproduktion aus Mais auf die Landnutzung, wobei sie Transportentfernungen und -emissionen berücksichtigte. Für die Präsentation ihrer Ergebnisse wurde Delzeit 2009 von der Gesellschaft für Wirtschafts- und Sozialwissenschaften des Landbaues e.V. für den besten Vortrag ausgezeichnet. 

Komplexe Fragestellungen

Nach einem gemeinsamen Projekt mit dem Kieler IfW wird Delzeit dort eine Stelle angeboten. Im Frühjahr 2010 zieht die Forscherin nach Norddeutschland. Schnell weiten sich jetzt die Fragestellungen: Wie wirkt sich der Klimawandel auf die Landnutzung und Agrarmärkte aus? Gibt es Zielkonflikte zwischen Ernährungssicherung und Biodiversität? „Dabei ging es nicht nur um den Agrarbereich, sondern auch um andere Branchen“, betont die Umweltökonomin. Mit der Mitgliedschaft im wissenschaftlichen Beirat des Bioökonomie-Monitorings des Bundesforschungsministeriums und Aufträgen für die OECD bekommt die Arbeit der Kielerin eine politische Komponente. Auch in ihrer Forschung geht es immer mehr um Modelle, die mögliche Zukunftsszenarien abbilden und damit Handlungsempfehlungen geben. „Wir untersuchen zum Beispiel: Unter welchen möglichen Entwicklungsbedingungen wirken sich Politikmaßnahmen zur Förderung einer Bioökonomie wie aus?“, erläutert die Forscherin. So koordiniert die Forscherin auch das vom Bundesforschungsministerium geförderte Projekt "BioNex", in dem es um mögliche Lösungen für Zielkonflikte bei der Biomassenutzung geht. 

Inter- und transdisziplinäre Forschung

Delzeit empfindet es als Vorteil, aufgrund ihres Geografiestudiums auf ein breites Wissen in vielen Umweltfragen zurückgreifen zu können. „Die Umweltökonomie ist ein sehr weites Feld. Das setzt voraus, dass wir inter- und transdisziplinär arbeiten.“ Neben Volkswirtschaftlern, Agrarökonomen und Pflanzenforschern, die zum Team gehören, bindet Delzeit über Workshops deshalb weitere Interessengruppen ein – Bundesministerien, NGOs und Wirtschaft –, darunter viele Praktiker. Deren Rückmeldungen sind wichtig, um die Praxistauglichkeit der Ansätze und Ergebnisse zu beurteilen. „Die Interessengruppen helfen uns zu verstehen, was wichtige Trends und Treiber sind, die wir in den Modellen berücksichtigen müssen“, begründet Delzeit. „Dann stellen wir vor, wie wir diese in unser Modell einbinden wollen, und schließlich entwickeln wir das Modell.“ 

Wichtig ist Delzeit, dass ihre Modelle für die Anwender später keine Blackbox sind. „Für die Szenarien unserer Modelle definieren wir immer sehr transparent, welche Annahmen wir tätigen und warum“, erklärt die 37-Jährige. Änderungen der Annahmen führen zu neuen Szenarien. So kann für eine Vielzahl komplexer Zusammenhänge auf einen Blick sichtbar gemacht werden, welche Auswirkungen es auf Parameter B hat, wenn sich Parameter A verändert. „Wir sagen nicht: So wird es sein. Sondern: Unter dieser Annahme wird es so.“ Es gehe darum, Zusammenhänge zu verstehen und Trends zu erkennen.

Im Forscherinnenalltag merkt Delzeit hin und wieder auch, dass die Forschung immer noch sehr männlich geprägt ist. Für junge Kolleginnen hat sie daher einen Rat: „Nicht verstecken und für sich nachdenken, sondern mit an den Tisch setzen.“

Autor: Björn Lohmann

"Bio-based" sounds like a good thing to most people. However, regarding biofuels this has been the topic of heated discussions for many years now. Environmental economist Ruth Delzeit has been involved in this topic in one way or another since the beginning of her research career - and it has been a transformative experience, especially once she recognized how some politicians and journalists deal with research findings.

"I have always been very interested in the environment," says Delzeit, who now heads the "Environment and Natural Resources" research unit at the Kiel Institute for the World Economy (IfW). Studying geography was therefore an obvious choice. "It gave me a broad overview of many environmental topics," the researcher remembers. At the time, she focused on two topics: soil science and agricultural and environmental economics. She soon realized: "Environmental economics has greater social relevance."

Scholarships and accolades

During her studies, Delzeit went abroad via a German Academic Exchange Service (DAAD)-scholarship. In Canada, she dealt with landslides and evaluated the dangers for the Olympic location Vancouver. Yet, then and now, her many professional journeys induce a guilty conscience because of the CO₂ emissions. "I always try to compensate for this elsewhere," says the environmentally conscious woman. "If you're aware of the many connections, you also think more about them in your private life." However, according to her, everyone should decide for themselves how they can contribute to sustainability.

During her work for her diploma thesis at the University of Bonn, another DAAD scholarship took the young scientist to Brazil, where she investigated the question of which sustainability criteria must be applied to the bioethanol production there in order to be able export it to Germany. At that time, the debate about biofuels had only just begun. "This was my first real research and it showed me how exciting scientific work is," says Delzeit.

As part of her doctoral thesis in agricultural economics, she subsequently examined the effects of German biogas production from maize on land use, taking into account transport distances and emissions. In 2009, Delzeit received an award for the best presentation of results from the Gesellschaft für Wirtschafts- und Sozialwissenschaften des Landbaues e.V.

Complex questions

After a joint project with the Kiel IfW, Delzeit was offered a position there. And in the spring of 2010, the researcher moved to Northern Germany. Here the questions and research topics expanded quickly: How does climate change affect land use and agricultural markets? Are there conflicting goals between food security and biodiversity? "It was not just about agriculture, but also about other sectors," emphasises the environmental economist. With her membership on the scientific advisory board of the Federal Ministry of Research's (BMBF's) Bioeconomic Monitoring and additional commissions for the OECD, the work of the Kiel-based researcher also gained a political component. Her research is also increasingly concerned with models that depict possible future scenarios and thus provide recommendations for action. "We are investigating, for example, what developmental conditions we need for policy measures that promote the bioeconomy to take effect," Delzeit explains. The researcher also coordinates the "BioNex" project, funded by the Federal Ministry of Education and Research, which deals with possible solutions for conflicting objectives in the use of biomass.

Inter- and transdisciplinary research

Delzeit considers it an advantage to have access to a broad knowledge base regarding many environmental issues due to her studies in geography. "The environmental economy is a very broad field. This requires that we work inter- and transdisciplinarily." In addition to economists, agricultural economists and plant researchers, who already belong to her team, Delzeit uses workshops to also include other interest groups and stake holders, such as federal ministries, NGOs and industry representatives. Their feedback is important in order to assess the practicability of the approaches and results. "The interest groups help us to understand what are important trends and drivers that we have to take into account for the models," Delzeit explains. "Then we explain how we want to integrate them into our model and finally, we develop the model."

It is important to Delzeit that their models are not black boxes for the users later on. "For the scenarios of our models, we always define very transparently which assumptions we make and why," explains the 37-year-old. Changes in assumptions lead to new scenarios. "This allows us to see at a glance the effects on parameter B of changing parameter A for a large number of complex correlations. We don't say: That's how it will be. But: If we assume this, that will happen." It is about understanding relationships and recognizing trends.

Regarding the everyday life of female researchers, Delzeit occasionally notices that research can still be very male-dominated. For young female colleagues, she therefore has an advice: "Don't hide and think for yourself, but sit at the table with others."

Author: Björn Lohmann/ Judith Reichel

Kohlendioxid (CO₂) ist weithin als schädliches Klimagas bekannt. Experten rechnen damit, dass der Klimawandel die CO₂-Konzentration in der Luft in den kommenden Jahrzehnten noch weiter antreiben wird. Die Auswirkungen des CO₂-Anstiegs für die Landwirtschaft sind derzeit aber noch nicht absehbar. Gleichzeitig ist Kohlendioxid auch ein wichtiger Nährstoff für Pflanzen. Forscher vom Johann Heinrich von Thünen-Institut in Braunschweig zeigen nun, wie Landwirte sich diese höheren CO₂-Konzentrationen für den Pflanzenanbau zunutze machen können.

CO₂-Belastung auf Weizenfeld künstlich erhöht 

Im Rahmen eines komplexen Feldversuches hat ein Team um den Braunschweiger Agrarwissenschaftler Remy Manderscheid über eine gesamte Vegetationsperiode die CO₂-Konzentration in Teilen eines Winterweizenfeldes künstlich auf rund 600 ppm erhöht. Dieser Wert wird nach Einschätzung des Weltklimarates in 50 bis 100 Jahren erwartet und wäre etwa 200 ppm mehr als heute.

Erhöhte CO₂-Werte können die Photosynthese und damit das Pflanzenwachstum ankurbeln und zu einer Ertragssteigerung führen. Zudem verringert ein Mehr an CO₂ die Transpiration, also die Wasserabgabe durch die Blätter. Theoretisch könnten damit Pflanzen regenarme Sommer wie in diesem Jahr besser überstehen. Praktisch hängt der Wasserverbrauch einer Pflanze aber auch von der Gesamtblattfläche und insbesondere von der Wasserabgabe aus dem Oberboden, der sogenannten Evaporation, ab.

Hohe Düngung und dichter Pflanzenwuchs steuern Wasserverbrauch

Im Rahmen der Studie untersuchten die Braunschweiger Wissenschaftler daher das komplexe Zusammenspiel von CO₂-Erhöhung, Transpiration der Pflanzen und der Boden-Evaporation. Dabei konnten sie beobachten, dass eine niedrige Stickstoffdüngung mit lückenhaftem Pflanzenbewuchs keine Wasserersparnis über die Saison brachte. Ganz anders sah das bei hoher Stickstoffdüngung und dichtem Pflanzenwuchs aus. Wie Forscher im Fachjournal „Agricultural Water Management“ berichten, lag die Ersparnis hier bei bis zu 15%.

Der Grund: Die Verdunstung des Wassers im Oberboden war geringer durch das dichte Blätterdach. Konkret betrug der Anteil der Evaporation am Wasserverbrauch des Weizenbestandes von April bis Juli etwa 10%. Bei lückigen Beständen mit geringer Bodenabschattung war der Wasserverbrauch mit 40% bis 50% um ein Vielfaches höher. Fazit: Bei einer CO₂-Erhöhung entscheidet die Düngung bzw. die Dichte des Bestandes darüber, ob das durch die geringere Transpiration eingesparte Wasser durch eine stärkere Bodenevaporation „vergeudet“ wird oder im Boden verbleibt und der Pflanze so in späteren regenarmen Phasen zur Verfügung steht. 

Mulchsaat begünstigt positiven CO₂-Effekt 

„Nach unseren Ergebnissen erscheint es wenig sinnvoll, die Düngung und damit die Bestandsdichte zu verringern, um so den Wasserverbrauch zu reduzieren und die Landwirtschaft an trockenere Bedingungen anzupassen. Auch wenn das derzeit in regenarmen südlichen Regionen so praktiziert wird. Denn in dichten, gut beschatteten Beständen ist die Wassernutzungseffizienz am größten und der positive CO₂-Effekt kann voll wirksam werden“, sagt Remy Manderscheid. Den Boden mit Mulch zu bedecken, ist eine weitere, vielversprechende Methode, um die Boden-Evaporation geringzuhalten. 

bb

Holz ist von jeher ein beliebtes Baumaterial. Auf der Suche nach nachhaltigen Materialien gewinnt der natürliche Rohstoff für die Branche weiter an Bedeutung. Mit Hilfe einer neuen Software, die ein Team um Christopher Robeller von der Technischen Universität Kaisersläutern entwickelt hat, könnte das Bauen mit Holz nun noch schneller und nachhaltiger werden.

Computer berechnet Größe und Anzahl der Holzbauteile

„Unser Computerprogramm berechnet zunächst, aus wie vielen Einzelteilen unsere Konstruktion idealerweise bestehen soll. Auch ermittelt es, welche Formen diese am besten haben sollen und in welcher Art und Weise sie zusammengesetzt werden müssen“, erklärt Robeller. Dabei berücksichtigt das Programm verschiedene Faktoren wie etwa Statik, Geometrie und Fügung, die letztlich für die Stabilität eines Bauwerkes entscheidend sind.

Komplexe Gebäudeteile wie ein Puzzle zusammensetzen 

Eine Fräsmaschine fertigt schließlich alle Teile nach den Vorgaben des Programmes an, auch die kleinen Verbindungsstücke. Diese Verbindungsteile besitzen immer dieselbe Form und werden in die größeren Holzteile eingefügt, um diese stabil zu verbinden. Mehr als Klebstoff und Hammer sind nicht nötig, um die Holzkonstruktion fertigzustellen. Mithilfe dieses Programms könnten demnach auch komplexe Gebäudeteile aus Holz ähnlich wie bei einem Puzzle aus Einzelteilen zusammengesetzt werden.

Erste Kuppel aus Holz gebaut 

Wie schnell und nachhaltig das Bauen mithilfe der Software ist, konnten die Forscher aus Kaiserslautern erst kürzlich beweisen. In nur wenigen Stunden hatte das Team aus insgesamt 58 Bauteilen eine Kuppel aus Holz mit einem Durchmesser von vier Metern zusammengesteckt. Ein solches Gewölbe aus Holz zu bauen war bisher nicht möglich. Robeller und sein Team sind überzeugt, dass sich mit dieser Technik Kuppeldächer mit einem Durchmesser von 30 Metern realisieren lassen. Eine entsprechende App könnte Bauunternehmern bei Planung und Fertigung viel Zeit ersparen und die Nutzung des nachhaltigen Rohstoffs Holz noch attraktiver machen.


bb

Die aus den Anden stammende Quinoa-Pflanze hat es als „Superfood“ in die Regale vieler Supermärkte geschafft. Die getreideähnliche Pflanze wird vor allem als vitamin- und mineralhaltige Kost geschätzt. Pflanzenforscher begeistert hingegen insbesondere die Robustheit der uralten Nutzpflanze, denn sie wächst selbst auf sehr salzhaltigen Böden. Forscher der Universität Würzburg haben es sich deshalb zur Aufgabe gemacht, das Geheimnis der Salztoleranz von Quinoa zu lüften, um das Wissen für die Züchtung neuer salztoleranter Pflanzen zu nutzen. Im Fachjournal „Current Biology“ stellen die Wissenschaftler nun ihre Ergebnisse vor.

Blasenhaare als Salzspeicher

Demnach bildet Quinoa auf den Blättern Blasenhaare aus, in die die Salzionen verfrachtet werden. Den Forschern zufolge verhindern diese Salzlager auf der äußeren Zellschicht der Blätter, dass sich im Blatt eine zu hohe, toxische Natriumchlorid-Konzentration – also zu viel Salz – anreichert.

Transportproteine helfen beim Salztransfer in externes Lager

Die Natrium- und Chloridionen gelangen von der Wurzel über Spross und Blätter in die Blasenhaare, wobei sie auf diesem Weg diverse Membranbarrieren überwinden müssen. Dabei werden die Ionen von Transportproteinen unterstützt, die auf Natrium- und Chloridionen spezialisiert sind. Das Besondere: Diese Transportproteine müssen bei Quinoa nicht extra gebildet werden, wie es bei nicht-salztoleranten Pflanzen üblich ist. Sie sind bereits vorhanden. „Diese Strategie ermöglicht es Quinoa, das plötzlich auftretende Salz ohne weitere genregulatorische Schritte direkt zur Einlagerungsstätte transportieren zu können“, sagt Rainer Hedrich von der Julius-Maximilians-Universität Würzburg. Gemeinsam mit Forschern aus Italien, Australien, China und Saudi Arabien hat er entschlüsselt, wie die Blasenzellen als Salzspeicher arbeiten.