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Pappeln zählen neben Weiden zu den schnellwachsenden Gehölzen und sind daher für die Bioökonomie ein vielversprechender Kandidat. Ein internationales Forschungsteam unter Leitung der TU Dresden zeigt nun, dass Holz und Rinde der Pappel wertvolle Rohstoffquellen für neue biobasierte Materialien sind – und der Anbau des Laubbaums auf sogenannten Kurzumtriebsplantagen (KUP) zudem ökologisch einen Mehrwert bringt.

Pappelholz als Rohstoffquelle

Im Rahmen des EU-Forschungsprojektes Dendromass4Europe haben Partner aus Forschung und Industrie in den vergangenen fünf Jahren gleich mehrere biobasierter Produkte aus Pappelholz entwickelt. Das Vorhaben wurde über das Forschungs- und Innovationsprogramm Horizon 2020 der Europäischen Union gefördert. Neben der TU Dresden beteiligten sich daran das österreichische Forschungszentrum Wood K plus, das slowakische Institut für angewandte Ökologie Daphne sowie IKEA Industry Malacky aus der Slowakei, TerrainEco aus der Tschechische Republik und Pulp-Tec Compound GmbH & Co KG im sächsischen Neustadt.

Biobasierte Produkte aus gemahlener Pappelrinde

Ein Hauptanliegen des Projekts war, alle Teile der Pappel zu verwenden. Rinde und Zweige des schnellwachsenden Baumes wurde bisher entweder nicht genutzt oder verbrannt. Mit den nun entwickelten Prototypen wird der Kohlenstoff langfristig gebunden. So wurden von IKEA aus Pappelholz neue Möbelplatten produziert. Hier wurde das Pappelholz in einem speziell entwickelten Verfahren dem bisher verwendeten Kiefernholz beigemischt, so dass die Platten leichter,  haptisch aber genauso stabil wie Kiefernholzplatten sind.
 
Pulp-Tec verwendete wiederum gemahlene Pappelrinde zur Herstellung eines vollkompostierbaren Werkstoffs, der aus Papierfasern, Stärke und einem biologischen Bindemittel besteht. Aus dem daraus entwickelten Granulat entstanden Pflanztöpfchen, die aufgrund der gemahlenen Pappelrinde auch gegen Schimmelpilze resistent sind – und zwar für mindestens sechs Monate. Gemahlene Pappelrinde nutzte auch TerrainEco für einen Holz-Plastik-Verbundwerkstoff (wood plastic composite – WPC), der zur Herstellung von Terrassenfliesen oder Zäunen genutzt werden kann.

Positive Effekte des Pappelanbaus

Neben der vollständigen stofflichen Nutzung von Pappeln wurde im Projekt Dendromass4Europe auch das ökologische Potenzial des Anbaus auf Kurzumtriebsplantagen untersucht. Diese Plantagen werden in der Regel auf Flächen angelegt, die landwirtschaftlich kaum anders genutzt werden können. Hier zeigte sich, dass der Anbau von Pappeln die Biodiversität fördern und langfristig sogar die Bodenqualität verbessern kann. Der Grund: Pappeln können Giftstoffe aus dem Boden filtern. Die herabfallenden Blätter des Laubbaumes bilden im Herbst eine fruchtbare Humusschicht für die ansonsten eher kargen Böden. Der Anbau von Pappeln würde den Forschenden zufolge auch den Wald als Rohstoffquelle entlasten.

bb

Mikroorganismen bestimmen das Leben und Überleben von Mensch, Tier und Pflanze von Anbeginn. Sie sind zwar mit bloßem Auge nicht erkennbar, übernehmen aber vielseitige Funktionen, die für Mensch und Natur essenziell sind. Ihre vielseitigen Talente machen Mikroben zu unverzichtbaren Helfern in der industriellen Biotechnologie sowie bei der Gestaltung einer nachhaltigen Bioökonomie. Experten schätzen, dass bislang nur 1 % der Mikroorganismen identifiziert und charakterisiert ist. Ein Grund dafür ist, dass nur wenige Mikroben im Labor kultiviert werden können. Mit der neuen Online-Datenbank MediaDive soll sich das ändern.

Datenbank mit über 3.000 Kulturmedien

Die neuartige Datenbank wurde vom Leibniz-Institut DSMZ-Deutsche Sammlung von Mikroorganismen und Zellkulturen GmbH in Braunschweig erstellt und steht ab sofort Forschenden weltweit zur Verfügung. Das Online-Portal beinhaltet derzeit über 3.270 Kulturmedien für mehr als 44.000 verschiedene Prokaryoten, Pilze, Algen und Protozoen. „Es wird ein großer Vorteil für die Forschungsgemeinschaft sein, wenn mehr Bioressourcensammlungen, aber auch einzelne Forscher ihre Medienrezepte in Media Dive hinterlegen würden, um die Kultivierung bisher nicht kultivierbarer Mikroorganismen zu unterstützen“, wünscht sich Erstautorin Julia Koblitz, Biologin und Datenbankentwicklerin an der DSMZ.

Suche nach Kulturmedien für Mikroben möglich

Die Datenbank bietet erstmals die Möglichkeit, nach Kulturmedien für Mikroorganismen zu suchen, und setzt damit neue Maßstäbe für die Dokumentation und Entwicklung von Kulturmedien. So kann beispielsweise über die Taxonomiesuche nach den richtigen Kultivierungsmedien für bisher nicht kultivierbare Mikroorganismen gesucht werden. Im Ergebnis werden dann Nährmedien für nahe verwandte Organismen vorgeschlagen. Mit dem Medium-Finder können wiederum Forschende nach Inhaltsstoffen von Nährmedien und deren Konzentrationen suchen.

Anleitung zur Herstellung von Nährmedien

Auch auf Fragen zur Zusammensetzung und Herstellung von Kulturmedien gibt das neue Portal Antworten. So werden etwa Produktionsschritte für jedes Kultivierungsmedium detailliert aufgeführt. Zukünftig sollen Forschende auch die Möglichkeit haben, ihr eigenes Nährmedium zu erstellen und in der Datenbank zu speichern. Das Tool Medium Builder befindet sich noch in der Testphase.

Erste Daten anderer Bioressourcenzentren wurde bereits in MediaDive eingebunden. Diesbezüglich soll die Datenbank weiter ausgebaut werden und künftig dabei helfen, neue Kultivierungsmedien durch den Einsatz Künstlicher Intelligenz vorherzusagen.

bb

Hanf ist eine der ältesten Nutzpflanzen der Welt. Aus den verschiedenen Pflanzenteilen werden Textilfasern, Baumaterial, Kraftstoffe, Heil-, aber auch Lebensmittel hergestellt. So vielseitig Hanf auch angewendet wird, so zahlreich sind die Rest- und Abfallstoffe, die bei der Verarbeitung anfallen. So werden Blätter und Blüten, Hanfschäben, Hanfstaub oder gar Extraktionsreste der Hanfölproduktion bisher kaum weitergenutzt. Das wollen Forschende des Deutschen Biomasseforschungszentrums (DBFZ) und die Hanffaser Uckermark eG ändern.

Reststoffe der Dämmstoffherstellung im Fokus

Im Projekt HanfNRG sollen die biogenen Rest- und Abfallstoffe der Hanfverarbeitung genauer unter die Lupe genommen werden, um diese wieder in den Kreislauf zurückzuführen. Nicht die stoffliche Nutzung steht hier im Fokus. Das Konsortium will vielmehr ausloten, inwiefern sich die Hanf-Reststoffe auch energetisch nutzen lassen.

Dafür will das Forschungsteam den Prozess der Dämmstoffherstellung untersuchen. „Die Ergebnisse des Vorhabens sollen zu einer gesteigerten Kaskadennutzung faserreicher biogener Reststoffe und zur Stärkung der Wertschöpfung im ländlichen Raum beitragen sowie die Entwicklung einer Circular Bioeconomy unterstützen“, erläutert Projektleiter Harald Wedwitschka vom DBFZ.

Energetisches Potenzial der Reststoffe ausloten

Bei der Dämmstoffherstellung werden aus getrocknetem Hanfstroh hochwertige Naturfasern zu Dämmmaterialien verarbeitet. Dabei fallen nicht nur Hanffasern als Abfallstoff an. Im etwa gleichen Umfang bleiben auch cellulosehaltige Reststoffe übrig, die derzeit nur zu einem geringen Teil wirtschaftlich genutzt werden.

Den Forschenden zufolge könnten diese biogenen Reststoffe wahlweise entweder vergoren, vergast oder verbrannt werden, sodass daraus Biogas oder Biomethan, Wärmeenergie, Prozesswärme, Synthesegas oder Gärrestprodukte entstehen. „Im Projekt soll die Eignung dieser Verfahren für eine optimale Nutzung der unterschiedlichen Reststoffe untersucht werden“, ergänzt Wedwitschka.

Umfrage und Workshops geplant

In dem bis 2025 laufenden Projekt sollen auch Praxispartner in ganz Deutschland zu möglichen Potenzialen befragt und Workshops zu den Möglichkeiten und Hemmnissen bei der energetischen Nutzung von Produktionsreststoffen veranstaltet werden. Das Vorhaben wird vom Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz (BMWK) finanziert.

bb

Hemp is one of the oldest crops in the world. The various parts of the plant are used to produce textile fibers, building materials, fuels, medicinal products and foodstuffs. As many uses hemp has, as numerous are the residual and waste materials that are produced during processing. Leaves and blossoms, hemp hurds, hemp dust or even extraction residues from hemp oil production are hardly ever used. Researchers at the German Biomass Research Center (DBFZ) and Hanffaser Uckermark eG want to change that.

Insulation manufacturing residues in focus

In the project HanfNRG, the biogenic residual and waste materials from hemp processing are to be examined more closely in order to return them to the cycle. The focus here is not on material use. Rather, the consortium wants to explore the extent to which hemp residues can also be used for energy.

The research team intends to investigate the process of insulation production for this purpose. "The results of the project should contribute to increased cascade use of fiber-rich biogenic residues and to strengthening value creation in rural areas, as well as supporting the development of a Circular Bioeconomy," explains project manager Harald Wedwitschka from the DBFZ.

Exploring the energy potential of residues

In insulation production, high-quality natural fibers are processed from dried hemp straw into insulation materials. In the process, not only hemp fibers accumulate as waste material. To a roughly equal extent, cellulose-containing residual materials are also left over, which are currently only used economically to a small extent.

According to the researchers, these biogenic residues could optionally be either fermented, gasified or incinerated, resulting in biogas or biomethane, thermal energy, process heat, synthesis gas or digestate products. "The project will investigate the suitability of these processes for optimal use of the different residues," Wedwitschka adds.

Survey and workshops planned

In the project, which will run until 2025, practical partners throughout Germany will also be surveyed on potentials and workshops will be held on the opportunities and obstacles in the use of production residues for energy. The project is funded by the German Federal Ministry of Economics and Climate Protection (BMWK).

bb

Ertragsverluste von bis zu 50 % – das sind die möglichen Folgen, wenn das Gerstengelbmosaikvirus oder das Milde Gerstenmosaikvirus Wintergerste infizieren. Glücklicherweise geschieht das nur noch selten, weil heutige Kultursorten über Resistenzen gegen diese Viren verfügen. Zuletzt jedoch traten immer häufiger Virusstämme auf, die diese etablierten Resistenzmechanismen überwinden konnten. Großflächige Ernteausfälle wären damit nur eine Frage der Zeit gewesen. Ein Forschungsteam des Leibniz-Instituts für Pflanzengenetik und Kulturpflanzenforschung (IPK) verspricht nun Abhilfe.

Viren benötigen das Gerste-Gen PDIL5-1 zur Vermehrung

Wie die Fachleute im „Plant Biotechnology Journal“ berichten, ist es ihnen gelungen, einen neuen Resistenzmechanismus in Wintergerste zu etablieren. Dazu hatten die Forschenden zunächst die Genbank des IPK nach alten Landrassen und wilden Verwandten der Kulturgerste durchsucht. „Diese Untersuchungen haben ergeben, dass das Gen PDIL5-1, das an der Entstehung dreidimensionaler Proteinstrukturen beteiligt ist, auch eine zentrale Rolle für die Resistenz von Pflanzen gegen diese Viren spielt“, erklärt IPK-Forscher Robert Hoffie.

Yield losses of up to 50% - these are the possible consequences when winter barley becomes infected with barley yellow mosaic virus or mild barley mosaic virus. Fortunately, this rarely happens anymore because today's cultivars have resistance to these viruses. Recently, however, virus strains have appeared with increasing frequency that have been able to overcome these established resistance mechanisms. Large-scale crop failures would thus only have been a matter of time. A research team at the Leibniz Institute of Plant Genetics and Crop Plant Research (IPK) now promises a remedy.

Viruses require the barley gene PDIL5-1 for replication

As the experts report in the Plant Biotechnology Journal, they have succeeded in establishing a new resistance mechanism in winter barley. To do this, the researchers had first searched the IPK's gene bank for old landraces and wild relatives of cultivated barley. "These investigations revealed that the PDIL5-1 gene, which is involved in the formation of three-dimensional protein structures, also plays a central role in plant resistance to these viruses," explains IPK researcher Robert Hoffie.