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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.

Die Laubfärbung der Bäume und das Rascheln von Laub unter den Füßen prägen den Herbst. Die Pflanzen bereiten sich so auf die trockene Winterzeit vor. Doch auch im Sommer gibt es Pflanzen, die ihre Blütenblätter nach der Bestäubung abwerfen. Verantwortlich für den Prozess des Blattabwurfs sind – wie seit wenigen Jahren bekannt – Peptidhormone. Diese speziellen Hormone steuern nicht nur beim Menschen, sondern auch bei Pflanzen Wachstumsprozesse und sorgen dafür, dass Insekten Abstand halten. Wie diese Peptidhormone gebildet werden, ist bislang völlig unklar.

Pflanzenphysiologen der Universität Hohenheim haben diesen grundlegenden Mechanismus der Pflanzenwelt nun im Detail aufgeklärt. Für ihre Untersuchungen bedienten sich die Forscher der Modellpflanze Ackerschmalwand. Wie das Team um Andreas Schaller im Fachjournal „Science“ berichtet, wird das Peptidhormon in der Pflanze aus einem größeren Protein herausgeschnitten. Die Forscher konnten nicht nur klären, wie der Prozess genau funktioniert, sondern auch welche speziellen Enzyme, Proteasen genannt, die Spaltung des Proteins regulieren.

Proteasen mit Pilzerreger gehemmt

Der Studie zufolge sind am Blattabwurf gleich mehrere Proteasen beteiligt, die einspringen, sobald eines der Spezialenzyme ausfällt. Um hinter den Mechanismus zu kommen, mussten die Forscher daher alle Proteasen gleichzeitig in ihrer Aktivität hemmen. „Wir bringen die Pflanze dazu, selbst genau an der Blütenansatzstelle einen Hemmstoff zu bilden. Und dafür nehmen wir einen anderen Organismus als Werkzeug“, erläutert Schaller. Bei dem Werkzeug handelt es sich um einen Pilz der Kartoffeln befällt: den Erreger der Kraut- und Knollenfäule. Er ist in der Lage, den Hemmstoff zu bilden. Das hemmstoffbildende Gen des Erregers schleusten die Pflanzenphysiologen sodann in die Ackerschmalwand ein. Das Ergebnis: Kein Blatt wurde von der Pflanze abgeworfen. „Daher wissen wir nun, dass die Proteasen für diesen Vorgang verantwortlich sind“, so Schaller.

Proteasen-Trio für Blattabwurf verantwortlich

Im Rahmen der Untersuchung konnten das Team schließlich auch jene Proteasen identifizieren, welche die Blätter zum Fallen bringen. Dafür hatten die Forscher die Proteasen aus der Modellpflanze isoliert und getestet, welche von ihnen das Peptid spalten kann. Schließlich identifizierten sie drei Kandidaten, die für den Blattabwurf verantwortlich sind. „Es handelt sich um sogenannte Subtilasen, eng verwandt mit Substanzen, die in Waschmitteln gegen Proteinflecken zum Einsatz kommen“, berichtet Schaller. Die Forscher gehen davon aus, dass dieser Prozess in ähnlicher Weise auch in anderen Pflanzen abläuft und daher für die Natur als auch die Landwirtschaft enorm wichtig ist.

bb

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

The oil and fishing industries in particular increase export revenues, the aquaculture sector is a major aspect of the latter. The wood, paper and food industries are among the main economic sectors in the country, which are also highly relevant for the development of a bioeconomy. In spring 2015, the government decided to develop a national bioeconomy strategy.

Die Vielfalt der Arten, Gene und Lebensräume macht die Biodiversität auf unserem Planeten aus. Die biologische Vielfalt sichert nicht nur existenzielle Lebensgrundlagen, sie ist auch unerlässliche Ressource für die biobasierte Wirtschaft. Das Dossier beleuchtet, wie sich Biodiversität erfassen, wertschätzen, schützen und nutzen lässt. Dazu gibt es einen Überblick über aktuelle Themen aus Forschung und Anwendung sowie über relevante Strategien der Biodiversitätspolitik auf globaler und nationaler Ebene. Ein Trend geht hin zur ökonomischen Bewertung von Leistungen der Natur. Mit dem ab Juli 2016 auch in Deutschland umgesetzten Nagoya-Protokoll wird der Umgang mit genetischen Ressourcen gesetzlich geregelt.

 

Biomasse ist ein komplexer Rohstoff, aus dem sich nicht nur verschiedene Materialien, Werkstoffe und Energieträger, sondern auch viele Bausteine für Chemikalien gewinnen lassen. Bioraffinerien sind technische Anlagen für die vielseitige Verwertung der Biomasse: Hier wird darauf abgezielt, nachwachsende Ressourcen im Industriemaßstab möglichst vollständig und nachhaltig zu nutzen und zu veredeln. Erste Pilot- und Demonstrationsanlagen gibt es hierzulande bereits. Das Dossier beleuchtet die wichtigsten Konzepte und gibt einen Überblick über den Stand der Forschung.

 

Im Zuge technologischer Fortschritte ist ein neuer biotechnologischer Forschungszweig entstanden: die Synthetische Biologie. Wissenschaftler wollen hierbei komplexe biologische Prozesse nicht mehr bloß analysieren, sondern im Labor gezielt entwerfen, nachbauen oder verändern. Wie Ingenieure gehen sie daran, Zellen und biologische Systeme umzuprogrammieren oder von Grund auf neu zu gestalten. Synthetische Biologie ist heute im Wesentlichen noch Grundlagenforschung. Allerdings eröffnet sie mittelfristig auch Möglichkeiten für biotechnologische Anwendungen – von Diagnostika, Impfstoffen und Medikamenten über Biosensoren bis hin zu Biokraftstoffen. Dieses Dossier gibt einen Überblick über aktuelle Konzepte und mögliche Anwendungen, über die gesellschaftliche Debatte und wie sich die Synthetische Biologie derzeit fortentwickelt.

 

The government fosters application-oriented research with a strong focus on the country’s natural resources and modern life sciences. These technologies are widely used in the agricultural industry. Biorefineries are also growing. In terms of politics, the topics of environmental protection and sustainability are highly valued. New Zealand doesn’t have a dedicated bioeconomy strategy.