Aktuelle Veranstaltungen

Bis zu 150 Millionen Tonnen Plastik landen nach Angaben der Vereinten Nationen jährlich in den Weltmeeren. Ein trauriger Beweis für das Ausmaß der Verschmutzung sind die fünf riesigen Plastikinseln, die auf der Oberfläche schwimmen. Die allmähliche Zersetzung der Kunststoffe in Mikroplastik ist ein globales Problem und gefährdet zunehmend das Leben der Meeresbewohner. Die Verschmutzung der Umwelt durch Plastikmüll betrifft aber längst nicht mehr nur Meere und Ozeane. Auch Binnengewässer wie Bergseen sind betroffen, wie eine internationale Studie unter Beteiligung des Leibniz-Instituts für Gewässerökologie und Binnenfischerei (IGB) zeigt.

Auch abgelegene Bergseen mit Mikroplastik vermutzt

38 Seen und Talsperren in verschiedenen Regionen der Welt und mit unterschiedlichen Umweltbedingungen hat das Forschungsteam auf Mikroplastik untersucht, die Partikel gezählt und Art und Größe der Kunststoffe analysiert. Das Ergebnis ist alarmierend: In allen untersuchten Seen und Stauseen – selbst in abgelegenen Gewässern wie dem Lake Tahoe in der Sierra Nevada oder in Bergseen – wurden die Forschenden fündig. Die Belastung mit Mikroplastik variierte von See zu See, ebenso wie die Größe der Partikel. Wie das Team im Fachmagazin Nature schreibt, wiesen 45% der untersuchten Seen mehr als ein Partikel pro Kubikmeter auf, die am stärksten belasteten Gewässer enthielten mehr als zehn Partikel pro Kubikmeter. Bei den Kunststoffen handelt es sich vor allem um Polyester, Polypropylen und Polyethylen.

Große Seen fungieren als Plastik-Fallen

Überrascht waren die Forschenden vor allem über das Ausmass der Verschmutzung in einigen Seen: Dazu gehören der Lago Maggiore (Italien), der Luganersee (Schweiz-Italien), der Lake Tahoe (USA) und der Lake Neagh (Großbritannien). In diesen großen Seen war die Mikroplastik-Konzentration höher als im subtropischen Müllstrudel. Alle vier Gewässer gehören der Studie zufolge zu den Seen mit der höchsten Mikroplastik-Belastung. "Solche Seen fungieren als 'Fallen' für Plastik und können im Laufe der Zeit erhebliche Mengen an Mikroplastik anreichern", erklärt Stella Berger, Wissenschaftlerin am IGB und Mitautorin der Studie.

In Deutschland war es der Stechlinsee in Brandenburg, der die Forschenden mit einer relativ hohen Konzentration an Mikrofasern überraschte. „Vermutlich handelt es sich dabei vor allem um Fasern von der Kleidung der Badenden“, vermutet Hans-Peter Grossart, Wissenschaftler am IGB und Mitautor der Studie. Dass gerade große Seen stark mit Mikroplastik belastet sind, hat einen Grund: Die Verweildauer des Wassers ist hier sehr lang. Es kann - wie im Lake Tahoe - 650 Jahre dauern, bis das Wasser durch Zu- und Abfluss einmal komplett ausgetauscht wird.

Seen vor Mikroplastikvermutzung schützen

„Unsere Ergebnisse zeigen zum ersten Mal ein umfassendes Bild der Plastikverschmutzung in Seen. Sie zeigen, wie wichtig es ist, Seen und Stauseen in den Kampf gegen die Mikroplastikverschmutzung einzubeziehen, sowohl für das Management als auch für den Erhalt der Ökosystemleistungen der Seen“, sagt Hans-Peter Grossart.

bb

According to the United Nations, up to 150 million tons of plastic end up in the world's oceans every year. A sad testament to the scale of pollution are the five giant plastic islands floating on the surface. The gradual breakdown of plastics into microplastics is a global problem and increasingly endangers the lives of marine life. However, the pollution of the environment by plastic waste no longer affects only seas and oceans. Inland waters such as mountain lakes are also affected, as an international study involving the Leibniz Institute of Freshwater Ecology and Inland Fisheries (IGB) shows.

Even remote mountain lakes are polluted with microplastics

The research team examined 38 lakes and reservoirs in different regions of the world and with different environmental conditions for microplastics, counted the particles and analyzed the type and size of the plastics. The results are alarming: the researchers found microplastics in all the lakes and reservoirs they studied - even in remote bodies of water such as Lake Tahoe in the Sierra Nevada or in mountain lakes. The microplastic load varied from lake to lake, as did the size of the particles. As the team writes in the journal Nature, 45% of the lakes studied had more than one particle per cubic meter, and the most polluted waters contained more than 10 particles per cubic meter. The plastics involved are mainly polyester, polypropylene and polyethylene.

Great lakes serve as a plastic trap

The researchers were particularly surprised by the extent of pollution in some lakes: these include Lake Maggiore (Italy), Lake Lugano (Switzerland-Italy), Lake Tahoe (USA) and Lake Neagh (UK). In these large lakes, microplastic concentrations were higher than in subtropical waste swirls. All four bodies of water are among the lakes with the highest microplastic pollution, according to the study. "Such lakes act like 'traps' for plastic and can accumulate significant amounts of microplastics over time," explains Stella Berger, a scientist at IGB and co-author of the study.

In Germany, it was Lake Stechlin in Brandenburg that surprised the researchers with a relatively high concentration of microfibers. "These are probably mainly fibers from the clothing of bathers," suspects Hans-Peter Grossart, a scientist at the IGB and co-author of the study. There is a reason why large lakes in particular are heavily contaminated with microplastics: the residence time of the water here is very long. As in Lake Tahoe, it can take 650 years for the water to be completely replaced by inflows and outflows.

Protect lakes from microplastic pollution

"Our results show for the first time a comprehensive picture of plastic pollution in lakes. They show how important it is to include lakes and reservoirs in the fight against microplastic pollution, both for management and for the preservation of lake ecosystem services," says Hans-Peter Grossart.

bb

Innovationen aus der Bioökonomie sind wichtige Treiber, um die großen Herausforderungen der Zukunft wie Klimawandel, Ernährungssicherung, Rohstoffknappheit und Artenverlust zu meistern. Mit der Bioökonomiestrategie hat die Bundesregierung bereits vor Jahren den Wandel hin zu einer nachhaltigen und ressourcenschonenden Wirtschaftsweise eingeleitet und die Förderung bioökonomischer Innovationen auf die politische Agenda gesetzt. Die Etablierung biobasierter Technologien erfordert aber auch Akzeptanz in der Bevölkerung. In einer aktuellen Studie haben drei Forscherinnen der Universität Bonn daher untersucht, wie hoch die Akzeptanz der Bevölkerung konkret für Bioraffinerien und Aquaponik-Anlagen ist und welche Faktoren diese Akzeptanz beeinflussen.

Im Rahmen einer Online-Umfrage wurden dazu knapp 2.000 Personen befragt. Die Hälfte der Teilnehmenden kam aus dem Rheinischen Revier, einer Region, die den Strukturwandel - weg von der Kohle hin zu einer biobasierten und nachhaltigen Wirtschaft - bereits heute angeht. Mit Blick auf den geplanten Kohleausstieg im Jahr 2038 soll hier mit Unterstützung der Bundesregierung und dem Land Nordrhein-Westfalen eine "Modellregion Bioökonomie Rheinisches Revier" entstehen.

Grüne Industrie in der Nachbarschaft eher unerwünscht

Die Befragung ergab: Viele Menschen stehen der „grünen“ Industrie zwar grundsätzlich offen gegenüber, wollen sie aber nicht in der eigenen Nachbarschaft haben. Zur Überraschung der Forschenden lehnten die Teilnehmenden aus dem Rheinischen Revier Bioraffinerien und Aquaponik-Anlagen in ihrer Nachbarschaft stärker ab als Teilnehmende aus anderen Regionen Nordrhein-Westfalens. Eine Erklärung der Forscherinnen und Forscher: Durch den jahrzehntelangen Braunkohletagebau seien die Menschen hier sensibler für neue Entwicklungen. Zudem gebe es hier bereits konkrete Pläne für eine Modellregion Bioökonomie, was den anstehenden Strukturwandel für die Menschen „greifbarer“ mache.

Nachteile biobasierter Innovationen werden überschätzt

Entscheidend für die Akzeptanz sei auch, wie die Vor- und Nachteile solcher Technologien wahrgenommen werden, heißt es. Der Studie zufolge werden die Vorteile oft unterschätzt, die Nachteile dagegen überschätzt. „Viele Befragte befürchten, dass Bioraffinerien riesige Anlagen sind, wie man sie von Erdölraffinerien kennt und verbinden diese Anlagen mit Gestank“, erklärt Doktorandin und Erstautorin der Studie, Janine Macht. „Tatsächlich können Bioraffinerien aber auch viel kompakter als Großraffinerien sein und die Geruchsemissionen sind dank modernster Filtertechnologien praktisch gleich Null.“

Gefühle bestimmen Akzeptanz

Die Akzeptanz von biobasierten Technologien wie Bioraffinerien und Aquaponik-Anlagen hängt aber auch davon ab, welche Gefühle die Menschen mit diesen Technologien verbinden und welche Emotionen ausgelöst werden. So wurde die Akzeptanz von Aquaponik-Anlagen am stärksten durch positive Gefühle wie Freude und Hoffnung beeinflusst. Bei Bioraffinerien spielten dagegen negative Gefühle wie Sorge und Angst eine größere Rolle.

Bevölkerung mitnehmen

Die Umfrage zeigt deutlich, dass Unwissenheit ein Faktor für die Ablehnung neuer Technologien ist. Vorteile wie der Nutzen für die lokale Wirtschaft, die Schaffung qualifizierter Arbeitsplätze und die Erweiterung der lokalen Lebensmittelversorgung sollten laut der Studie deutlicher herausgestellt werden. Die Kommunikation von Nutzen und Risiken geplanter Technologien sowie eine frühzeitige Beteiligung der Öffentlichkeit können demnach dazu beitragen, negative Emotionen und Risikowahrnehmungen abzubauen und kontroverse Debatten zu versachlichen. Bei der Umsetzung von Bioökonomiestrategien muss die betroffene Bevölkerung daher mitgenommen werden - so das Fazit der Studie mit dem Titel „Vergessen Sie die Menschen vor Ort nicht: Erkenntnisse zur Akzeptanz der Bürger für biobasierte Technologien“, die im Fachjournal „Technology in Science“ erschienen ist.

bb

Innovations from the bioeconomy are important drivers for mastering the major challenges of the future, such as climate change, food security, raw material scarcity and species loss. With its bioeconomy strategy, the German government initiated the shift toward a sustainable and resource-conserving economy years ago and put the promotion of bioeconomic innovations on the political agenda. However, the establishment of bio-based technologies also requires acceptance among the population. In a recent study, three researchers from the University of Bonn therefore investigated how high the acceptance of the population is specifically for biorefineries and aquaponics plants and which factors influence this acceptance.

Almost 2,000 people were surveyed in an online poll. Half of the participants came from the Rhenish coalfield, a region that is already tackling the structural change - away from coal and toward a biobased and sustainable economy. With a view to the planned coal phase-out in 2038, a "Rhenish Revier Bioeconomy Model Region" is to be created here with the support of the federal government and the state of North Rhine-Westphalia.

Green industry, but not in the neighborhood

The survey revealed that many people are open to "green§" industry in principle, but do not want it in their own neighborhood. To the researchers' surprise, participants from the Rhenish mining area were more opposed to biorefineries and aquaponics plants in their neighborhood than participants from other regions of North Rhine-Westphalia. One explanation given by the researchers is that people here are more sensitive to new developments due to decades of open-cast lignite mining. In addition, there are already concrete plans for a bioeconomy model region here, which makes the upcoming structural change "more tangible" for the people.

Disadvantages of bio-based innovations are overestimated

A decisive factor for acceptance is how the advantages and disadvantages of such technologies are perceived. According to the study, the advantages are often underestimated, while the disadvantages are overestimated. "Many respondents fear that biorefineries are huge plants, as known from oil refineries, and associate these plants with stench," explains doctoral student and lead author of the study, Janine Macht. "But in fact, biorefineries can be much more compact than large-scale refineries, and odor emissions are virtually zero thanks to advanced filtration technologies."

The role of emotions

However, the acceptance of biobased technologies such as biorefineries and aquaponics plants also depends on what people associate with these technologies and which emotions are triggered. For example, the acceptance of aquaponics plants was most strongly influenced by positive emotions such as joy and hope. For biorefineries, on the other hand, negative feelings such as worry and fear played a greater role.

Engaging the population

The survey clearly shows that lack of knowledge is a factor in the rejection of new technologies. Pros such as the benefits to the local economy, the creation of skilled jobs and the expansion of the local food supply should be highlighted more clearly. According to the study, communicating the benefits and risks of planned technologies and involving the public at an early stage can help reduce negative emotions and risk perceptions and make controversial debates more objective. The affected population must therefore be involved in the implementation of bioeconomy strategies - this is the conclusion of the study entitled "Don't forget the local people: insights into citizen acceptance of biobased technologies", which was published in the journal Technology in Science.

bb

Saubere Atemluft ist wichtig – auch für die sogenannten Springschwänze, eine weit verbreitete Klasse der Gliederfüßer. Für die wenige Millimeter großen Tiere gilt jedoch eine Besonderheit: Sie atmen fast alle ausschließlich über ihre Haut. Als oftmals bodenlebende Organismen stellt das die Springschwänze vor die Herausforderung, eben diese Haut möglichst frei von Verunreinigungen und Krankheitserregern zu halten, um die Atmung nicht zu gefährden. Forschende des Leibniz-Instituts für Polymerforschung in Dresden haben nun entdeckt, wie den Tieren das gelingt. Die Entdeckung könnte dazu dienen, neue Werkstoffe zu entwickeln.

Spontane Änderung der Molekülausrichtung

Zunächst war dem Forschungsteam um Carsten Werner aufgefallen, dass Springschwänze auf ihrer Haut einen hohen Anteil Cholesterin aufweisen. Im Wissenschaftsjournal „Nature“ berichten die Fachleute nun, wie diese Moleküle dazu beitragen, die Haut der kleinen Gliederfüßer rein zu halten. Mithilfe von Experimenten, atomistischen Simulationen und Analysen der Thermodynamik stellten sie fest, dass sich manchmal die Ausrichtung der Cholesterinmoleküle spontan ändert. Dadurch entsteht eine sogenannte entropische Abstoßung, die dazu führt, dass sich Proteine oder Bakterien schlechter an die cholesterinhaltige Hautoberfläche anheften können. Schon winzige Änderungen der molekularen Orientierung machten diese Effekt zunichte. Oberflächen, die fixiert waren und sich daher nicht spontan neu orientieren konnten, boten ebenfalls keinen Schutz gegen sich anheftende biologische Oberflächen.

Funktionalisierte Oberflächen mit entropischer Abstoßung

Viele Produkte oder Technologien hängen davon ab, dass ihre Oberflächen nicht durch biologisches Material verunreinigt werden. Das Forschungsteam erhofft sich daher, das in der Natur entdeckte Prinzip nun zu nutzen, um synthetische Materialien zu entwickeln, die durch eine vergleichbare entropische Abstoßung sauber gehalten werden. Bis es gelingen wird, Oberflächen entsprechend zu funktionalisieren, dürfte jedoch noch eine Menge Forschungsarbeit zu leisten sein.

bl

Clean air is important - also for the so-called springtails, a widespread class of arthropods. The animals, which are only a few millimeters in size, have a special feature: they almost all breathe exclusively through their skin. As organisms that frequently live on the ground, springtails face the challenge of keeping this very skin as free as possible from pollutants and pathogens so as not to endanger their respiration. Researchers at the Leibniz Institute of Polymer Research in Dresden have now discovered how the animals manage this. The discovery could be used for the development of new materials.

Spontaneous change of molecular orientation

Initially, the research team led by Carsten Werner noticed that springtails have a high proportion of cholesterol on their skin. In the journal Nature, the experts now report how these molecules help keep the skin of the small arthropods clean. Using experiments, atomistic simulations and analyses of thermodynamics, they found that the orientation of the cholesterol molecules sometimes changes spontaneously. This creates what is known as entropic repulsion, which makes it harder for proteins or bacteria to attach to the cholesterol-containing skin surface. Even tiny changes in molecular orientation nullified this effect. Surfaces that were fixed and therefore could not spontaneously realign themselves also offered no protection against adhering biological surfaces.

Functionalized surfaces with entropic repulsion

Many products or technologies depend on their surfaces not being contaminated by biological material. The research team therefore now wants to use the principle discovered in nature to develop synthetic materials that are kept clean by a comparable entropic repulsion. However, a great deal of research work is likely to be needed before surfaces can be functionalized in this way.

bl

Papier oder Verpackungen bestehen in der Regel aus Zellstoff, der aus Holz gewonnen wird. Die Papierherstellung ist jedoch sehr energieintensiv. Zudem wächst Holz nur langsam nach und die Nachfrage ist in den letzten Jahren gestiegen – denn der Rohstoff ist längst auch für andere Industriezweige zu einer wichtigen Quelle für nachhaltige Produkte wie biobasierte Kunststoffe geworden. Doch es gibt Alternativen. Denn Cellulose lässt sich auch aus anderen Pflanzen wie Gras gewinnen.

Einjahrespflanzen als Alternative zum Rohstoff Holz

Forschende der Hochschule München wollen nun sogenannte Einjahrespflanzen als Rohstoff für die Papierherstellung nutzen. Ein Team von Studierenden um Helga Zollner-Croll von der Fakultät für Technische Systeme, Verfahren und Kommunikation hat sich Hopfen, Hanf und das als Chinaschilf bekannte Miscanthus-Gras vorgenommen, um daraus Zellstoff für die Papierherstellung zu gewinnen.

Einer der schwierigsten Schritte bei der herkömmlichen Papierherstellung ist die Trennung der Holzfasern vom Lignin, um ein optimales Ergebnis bei der Zellstoffgewinnung zu erzielen. Dafür werden nicht nur viel Energie und Wasser, sondern auch Chemikalien benötigt. Um den Ligningehalt von Hopfen, Hanf und Miscanthus zu bestimmen, haben die Forschenden das Pflanzenmaterial zunächst getrocknet und zerkleinert. Die Analyse ergab, dass im Vergleich zu Holz, das einen Ligningehalt von 30 % hat, der Ligninanteil bei Hanf mit 12 bis 14 % und bei Miscanthus und Hopfen mit jeweils 22 % deutlich geringer ist.

Zellstoffgewinnung durch Kochungen

Um den Zellstoff zu gewinnen, wandte das Team verschiedene Kochverfahren an. „Wir haben jeweils kleine Mengen von Hopfen, Hanf und Miscanthus drei Zellstoff-Kochungen unterzogen: dem Natural-Pulping-Verfahren mit Methansäure, dem Acetosolv-Verfahren mit Essigsäure und der Soda-Kochung mit Natronlauge“, erklärt Zollner-Croll.

Miscanthus überzeugt mit hoher Ausbeute

Anschließend wurden die Fasereigenschaften und die Ausbeuten mit Daten aus der Zellstoffherstellung aus Kiefern- und Fichtenholz verglichen. Dabei stand vor allem der Faseranteil im Zellstoff im Vordergrund. Mit einer Ausbeute von 86 % überzeugte hier vor allem Miscanthus. Bei der Zellstoffgewinnung aus Holz durch Sulfatkochung wird laut den Forschenden nur eine Ausbeute von etwa 55 % erreicht, der Rest ist Lauge. „Damit bestätigt sich das große Potenzial von Einjahrespflanzen und Gräsern“, resümiert Zollner-Croll. Als nächstes wollen die Münchner Forschenden Versuche mit größeren Mengen Pflanzenmaterial durchführen.

bb

Paper or packaging usually consists of pulp obtained from wood. However, paper production is very energy-intensive. Moreover, wood grows only slowly and demand has increased in recent years, as the raw material has long since become an important source for sustainable products such as bio-based plastics. But there are alternatives: Cellulose can also be obtained from other plants such as grass.

Annual plants as an alternative to wood as a raw material

Researchers at Munich University of Applied Sciences now want to use so-called annual plants as raw material for paper production. A team of students led by Helga Zollner-Croll from the Faculty of Technical Systems, Processes and Communication has set its sights on hops, hemp and the miscanthus grass known as Chinese reed, with the aim of using them to produce pulp for paper manufacturing.

One of the most difficult steps in conventional paper production is the separation of the wood fibers from the lignin in order to achieve an optimum result in pulp extraction. This requires not only a lot of energy and water, but also chemicals. To determine the lignin content of hops, hemp and miscanthus, the researchers first dried and crushed the plant material. The analysis showed that compared to wood, which has a lignin content of 30%, the lignin content of hemp is significantly lower at 12 to 14% and of miscanthus and hops at 22% each.

Pulp extraction by cooking

To obtain the pulp, the team used different cooking processes. "We subjected small amounts of each of hops, hemp and miscanthus to three pulp cooking processes: the natural pulping process with methanoic acid, the acetosolv process with acetic acid and soda cooking with caustic soda," Zollner-Croll explains.

Miscanthus convinces with a high yield

Fiber properties and yields were then compared with data from pine and spruce pulp production. The main focus was on the fiber content of the pulp. With a yield of 86%, Miscanthus was particularly convincing here. According to the researchers, pulping wood by sulfate cooking only achieves a yield of about 55%, the rest being lye. "This confirms the great potential of annual plants and grasses," Zollner-Croll sums up. Next, the Munich researchers plan to conduct trials with larger quantities of plant material.

bb

Das Bundesforschungsministerium unterstützt junge Forschende dabei mit eigenen Arbeitsgruppen innovative Ideen anzupacken. Das Ziel ist, die Bioökonomie neu und noch nachhaltiger zu gestalten. Drei weitere Projekte gehen nun in der zweiten Ausschreibungsrunde der Förderinitiative „Kreativer Nachwuchs forscht für die Bioökonomie“ an den Start.

Mit ihren vielversprechenden Projektvorschlägen setzten sie sich in einem anspruchsvollen Wettbewerb durch. Für die Realisierung der Projektideen erhalten sie vom Bundesforschungsministerium jeweils bis zu drei Millionen Euro für einen Zeitraum von fünf Jahren.

Grünschnitt als Rohstoff

Wie können wir bisher ungenutzte Restbiomassen umweltbewusst verwerten? Dieser Frage widmet sich das Team um Korbinian Kaetzl von der Universität Kassel. Als Rohstoffquelle werden in dem Projekt Bio4Act Grünschnitt von Gras- und Naturschutzflächen verwendet, auf denen keine Tiere weiden und die anderweitig nicht genutzt werden. Mit einem neuartigen Technologiekonzept will man insbesondere biogene Aktivkohle zur Abwasserreinigung in Kläranlagen erzeugen.

Die am stärksten belasteten Seen übertrafen sogar die subtropischen Ozeanwirbel - eine Region, die als Sammelstelle für Mikroplastik und Müll in den Weltmeeren gilt. Die Untersuchungen ergaben, dass 45% der Seen mit mehr als einem Partikel pro Kubikmeter belastet waren. Einige der am stärksten betroffenen Seen, wie der Lago Maggiore in Italien, der Luganer See in der Schweiz und der Lake Tahoe in den USA, werden auch als Trinkwasserquellen genutzt.

Das Forschungsteam untersuchte verschiedene Seentypen und fand heraus, dass insbesondere große, tiefe Seen aufgrund der langen Verweilzeit des Wassers regelrechte Mikroplastiksenken sind. Im Lake Tahoe beispielsweise dauert es rund 650 Jahre, bis das gesamte Wasser einmal ausgetauscht ist. Solche Seen können im Laufe der Zeit erhebliche Mengen an Mikroplastik anreichern. In Deutschland war es der Stechlinsee, der die Forschenden überraschte. Dabei handelt es sich um einen natürlichen See ganz im Norden von Brandenburg, mit 70 Metern ist er der tiefste See des Landes. Im Stechlinsee wurden relativ hohe Konzentrationen von Mikroplastik in Form von Mikrofasern gefunden. Das sei überraschend, da das Ufer des Sees weitgehend natürlich sei und zusätzlich noch von Buchenwäldern umgeben. Die Forschenden gehen daher davon aus, dass Badegäste die Fasern durch ihre Kleidung ins Wasser eingebracht haben.

Die Verschmutzung mit Mikroplastik gefährdet nicht nur das Trinkwasser, sondern hat auch negative Auswirkungen auf Wasserorganismen und das Ökosystem. Kunststoffe können sich auf biogeochemische Kreisläufe auswirken, und Plastikansammlungen an der Wasseroberfläche können die Freisetzung von Treibhausgasen wie Methan begünstigen. Die Ergebnisse unterstreichen die Notwendigkeit, Seen und Stauseen in den Kampf gegen die Mikroplastikverschmutzung einzubeziehen, um das Ökosystem zu erhalten. Prof. Hans-Peter Grossart, Wissenschaftler am IGB und Mitautor der Studie, betont die Wichtigkeit, Seen sowohl in das Management als auch in den Schutz von Ökosystemdienstleistungen einzubeziehen.

Ob Hering, Zander oder Lachs: Fisch ist beliebt und rangiert auf der Liste der gesunden Lebensmittel ganz oben. 12,7 Kilogramm wurden nach Angaben des Statistischen Bundesamtes 2021 pro Kopf in Deutschland gegessen. Damit ist die Nachfrage nach Fisch und Fischerzeugnissen weiterhin hoch – und dieser Trend wird sich fortsetzen, da die sogenannten blauen Lebensmittel eine wichtige und ressourcenschonende Proteinquelle sind. Das Problem: Der Bedarf kann längst durch den heimischen Fischfang nicht mehr gedeckt werden, weil Bestände in Nord- und Ostsee vor allem Dorsch und Hering überfischt sind. Das Gros der essbaren Fische kommt daher mittlerweile aus kommerziellen Fisch-Farmen. Doch auch die Zucht in Aquakultur-Anlagen steht hinsichtlich Tierwohl und Umweltbelastung in der Kritik.

Praxisrelevante Forschungsergebnisse

Welchen Fisch kann man also noch essen? Wie ressourcenschonend sind Fischerei und Aquakultur? Und was muss getan werden, damit Fisch, Meeresfrüchte und Algen in einem sich ändernden Klima zu einer nachhaltigen Entwicklung beitragen? Antworten auf solche Fragen liefert eine neue Broschüre, die im Rahmen des Forschungsverbundes „Küstenmeerforschung Nordsee-Ostsee“ KüNO III entstanden ist. Das Handbuch mit dem Titel „Fisch, Meeresfrüchte und Algen im Klimawandel – ‚Blaue‘ Lebensmittel als Beitrag zur nachhaltigen Entwicklung“ enthält praxisrelevante Forschungsergebnisse von fünf der insgesamt sechs Vorhaben, die im KüNO-Dachprojekt CoTrans vom Norddeutschen Küsten- und Klimabüro am Helmholtz Zentrum Hereon gebündelt und seit 2013 vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) gefördert werden. Das Forschungsprojekt will im Spannungsfeld zwischen Anpassung an die Folgen des Klimawandels, nachhaltiger Ressourcennutzung und Erhalt natürlicher Lebensräume Entscheidungswissen und wissenschaftsbasierte Handlungsempfehlungen bereitstellen.

Handlungsfelder „blauer“ Lebensmittel und Nachhaltigkeitsziele

Das mehr als 220 Seiten umfassende Handbuch liefert Fakten zu kursierenden Meinungen, schildert die Auswirkungen des Klimawandels auf Fischerei und Aquakultur und wie es um die Fischbestände in Nord- und Ostsee steht. Darin beschreiben wird aber auch, welches Potenzial in einer ökologisch nachhaltigen Produktion „blauer“ Lebensmittel steckt. Vor allem werden in dem Handbuch konkrete Handlungsfelder „blauer“ Lebensmittel im Hinblick auf die Nachhaltigkeitsziele der Vereinten Nationen beschrieben, diskutiert und konkretisiert. Darauf basierend werden schließlich Handlungsoptionen für Politik, Wissenschaft, Wirtschaft sowie Konsumentinnen und Konsumenten abgeleitet.

Konsumverhalten ändern

„So können wir alle beispielsweise durch Änderungen im Konsumverhalten – weg vom Aquakulturlachs und Thunfisch, hin zu Hering, Makrele, Sardelle, Muscheln und Algen – zu einer nachhaltigen Nutzung ,blauer‘ Lebensmittel beitragen“, sagt Autorin Insa Meinke. Doch nicht nur eine Veränderung des Konsumverhaltens ist für eine nachhaltige Nutzung mariner Lebensmittel notwendig. Da auch Fischerei und Aquakultur zu den weltweiten CO2-Emissionen beitragen, ist den Autoren zufolge „die weltweite Reduktion von Treibhausgasemissionen als auch die regionalspezifische Minderung aller anderen direkten menschlichen Einflüsse auf marine und küstennahe Ökosysteme“ für eine nachhaltige Entwicklung mariner Lebensmittel vom zentraler Bedeutung. In Fischerei und Aquakultur sollten daher gleichermaßen Treibhausgasemissionen vermieden, negative Klimafolgen verringert und Potenziale, die sich durch den Klimawandel ergeben, ausgelotet und genutzt werden.

Derzeit droht durch den brennenden Autofrachter "Fremantle Highway" in der Nordsee eine Umweltkatastrophe, sollte das Schiff auseinanderbrechen und Öl ins Meer gelangen. Experten schätzen, dass jährlich bis zu 1.500 Millionen Liter Öl in die Meere fließen. Die Explosion auf der Bohrinsel Deepwater Horizon im Jahr 2010 und die daraus resultierende Ölpest im Golf von Mexiko ist bis heute eine der schlimmsten Umweltkatastrophen in der Geschichte. Tagelang strömten damals bis zu 800 Millionen Liter Rohöl ins Meer, verschmutzten das Ökosystem und wurden unzähligen Tieren zum Verhängnis.

Ein internationales Forschungsteam der Universitäten Stuttgart und Tübingen sowie der China West Normal University und der University of Georgia hat nun untersucht, inwiefern sich solche Ölkatastrophen umweltschonend bekämpfen lassen. Die Forschenden berichten im Fachjournal "ACS EST Water".

Bisher kommen nach Ölunfällen in der Regel chemische Dispersionsmittel zum Einsatz. Die Substanzen lösen zwar größere Ölklumpen auf, spalten sie in kleinere Tröpfchen und sorgen dafür, dass sich die Ölmenge nicht an der Meeresoberfläche ansammelt.

Frühere Studien haben jedoch gezeigt, dass dabei auch ölabbauende Mikroorganismen verdrängt werden, die auf natürliche Weise ölverseuchte Gebiete reinigen können. „In einer im Jahr 2015 veröffentlichten Studie aus den USA haben wir jedoch gezeigt, dass – anders als erhofft – chemische Dispersionsmittel im Tiefseewasser aus dem Golf von Mexiko den mikrobiellen Ölabbau verlangsamen können“, sagt Sara Kleindienst, die bis Juni 2022 an der Universität Tübingen forschte und jetzt an der Universität Stuttgart arbeitet. Die Studie zeigte damals auch, dass sich natürliche Ölverwerter der Gattung Marinobacter ohne chemische Dispersionsmittel sogar vermehrten.

Biotenside als Alternative zu chemischen Dispersionsmitteln

Doch was ist die umweltfreundlichste Methode, um solche Ölkatastrophen zu bekämpfen? Ein Team um die Umweltmikrobiologin Sara Kleindienst ist überzeugt, dass Biotensiden eine vielversprechende Alternative zu chemischen Dispersionsmitteln sein können. Der Grund: Biotenside werden durch Mikroorganismen gebildet und können so bewirken, dass Ölkomponenten leichter für den Abbau zugänglich werden. Der mikrobielle Ölabbau, der maßgeblich für die Aufreinigung verantwortlich ist, kann dadurch gesteigert werden, wie die Forschenden berichten.

Für ihre Versuche nutzte das Team Oberflächenwasser aus der Nordsee. Im Labor wurde das Meerwasser dann entweder mit einem Biotensid Rhamnolipid oder einem Dispersionsmittel jeweils mit und ohne Öl behandelt. Mithilfe radioaktiver Markierungen konnte das Team verfolgen, wie die Mikroorganismen das Öl abbauen. „Unsere Untersuchungen mit radioaktiv markierten Kohlenwasserstoffen oder einer radioaktiv markierten Aminosäure zeigten, dass die höchsten mikrobiellen Raten der Kohlenwasserstoffoxidation und der Proteinbiosynthese in den mit Rhamnolipid behandelten Öl-Mikrokosmen auftraten“, sagt Lu Lu, die ehemals an der Universität Tübingen und jetzt an der China West Normal University forscht.

Biotenside stimulieren mikrobiellen Ölabbau

Der Studie zufolge wirkten Biotenside und Dispersionsmittel auch sehr verschieden auf die Zusammensetzung der mikrobiellen Gemeinschaften. „Dieses Ergebnis weist darauf hin, dass der Einsatz von Biotensiden gegenüber chemischen Dispersionsmitteln andere mikrobielle Ölabbauer stimulieren kann, sowohl im Wachstum als auch in den Aktivitäten – und dies kann sich wiederum auf den Reinigungsprozess nach Ölkatastrophen auswirken“, sagt Lu.

Die Forschenden sehen daher großes Potenzial für den Einsatz von Biotensiden bei zukünftigen Ölkatastrophen in der Nordsee oder in ähnlichen nährstoffreichen Habitaten im Ozean. „Eine visionäre Weiterführung unserer Arbeit wäre die Entwicklung von Produkten, die auf Biotensiden basieren und die eine effektive und umweltfreundliche Bekämpfung von Ölkatastrophen leisten können“, sagt Kleindienst.

bb

Phosphor ist ein essentieller Nährstoff für Pflanzen. In vielen Böden ist er jedoch nicht in ausreichender Menge vorhanden, so dass er entweder über Dünger zugeführt werden muss oder die Pflanzen nicht optimal wachsen können. Da die Phosphorreserven schwinden, wird seit Jahren intensiv an alternativen Düngemitteln geforscht. Als vielversprechender Kandidat gilt Biochar, eine spezielle Pflanzenkohle, die bei der Verbrennung von Biomasse entsteht. Forschende des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) haben nun untersucht, wie sich das Zusammenspiel von dieser Biokohle und Mykorrhizapilzen auf das Pflanzenwachstum auswirkt.

Im Fokus standen dabei die am weitesten verbreiteten Symbiosepilze, die arbuskulären Mykorrhizapilze, kurz AMP. Über das Feinwurzelsystem der AMP im Boden, die so genannten Hyphen, gelangen wichtige Nährstoffe wie Phosphate und Stickstoff in die Pflanze. Im Gegenzug versorgt die Pflanze den Symbiosepilz mit Kohlenhydraten, die er aus der Photosynthese gewinnt.

Ausgangsstoff für Biokohle für Pflanzenaktivität entscheidend

Frühere Forschungen haben gezeigt, dass Pflanzen, die mit Biokohle gedüngt werden, sehr unterschiedlich auf den alternativen Dünger reagieren. Denn als Ausgangsmaterial können Holzreste, Hühnermist, aber auch Laub verwendet werden. Während einige dadurch besser wuchsen, zeigten andere sogar toxische Reaktionen. Die Forscherinnen und Forscher am KIT konnten nun nachweisen, dass die Herkunft der Biokohle-Biomasse entscheidend für die Symbiose mit AMP und damit für die Pflanzenaktivität ist.

Hühnermist-Biokohle beeinträchtigt Symbiose

Dazu hatten die Forschenden zum einen die alleinige Wirkung von Biokohle aus Weizenstroh und Hühnermist untersucht. „Die Tomatensetzlinge, die wir mit Hühnermist-Biokohle gedüngt haben, sind wie erwartet schnell und prächtig gewachsen. Sie hatten viel Phosphat zur Verfügung, das sie direkt verwerten konnten“, erklärt Natalia Requena, Expertin für molekulare Phytopathologie am JKIP. In einem zweiten Versuch wurden die Tomatenpflanzen mit dem Wurzelpilz besiedelt. Die Genexpressionsanalyse zeigte deutlich, dass die phosphatreiche Biokohle aus Hühnermist die Symbiose zwischen Tomate und Wurzelpilz beeinträchtigte. Ein molekularer Austausch fand kaum statt.

Biokohle aus Weizenstroh schützt vor Krankheitserregern

Die Biokohle aus Weizenstroh hingegen führte zur Überraschung der Forschenden sogar zu einer lebhaften Symbiose mit dem AMP. „Eine derart komplexe molekulare Antwort der Pflanzen hatten wir nicht erwartet“, sagt Requena. Ihr Fazit: „Langfristig sind diese mit Biokohle aus Weizenstroh gedüngten Pflanzen dadurch kompatibler mit anderen Mikroorganismen und damit auch besser gegen Krankheitserreger geschützt."

Mit Hilfe der Genexpressionsanalyse wollen die KIT-Forscher nun weiter nach Markern in den Genen der Pflanzen suchen, um weitere Antworten auf das Pflanzenwachstum zu finden. „Wenn wir diese entschlüsseln, können wir Pflanzen langfristig so programmieren, dass sie weniger Phosphat und damit weniger Mineraldünger benötigen“, sagt Requena.

bb

Rund acht Prozent der Menschen in Deutschland ernähren sich laut Ernährungsreport 2022 des Bundesministeriums für Ernährung und Landwirtschaft vegetarisch oder vegan. Jede zweite befragte Person hat demnach zumindest schon einmal vegetarische oder vegane Alternativen zu tierischen Produkten probiert – Tendenz steigend. Aber welchen Alternativen zum Fleisch gehört die Zukunft? Das Forschungsprojekt TRADINNOVATION hat dazu für drei Produktgruppen den Status Quo untersucht: pflanzlichen Fleischersatz, Insekten und kultiviertes Fleisch.

„Am Fraunhofer-Institut für System- und Innovationsforschung ISI forschen wir über Innovationen und Innovationssysteme in der Bioökonomie“, erläutert Dr. Bärbel Hüsing, wie es zu der Studie gekommen ist, die von Juli 2019 bis Ende 2022 lief und vom Bundesministerium für Bildung und Forschung mit rund 440.000 Euro gefördert wurde. „Wir haben uns gefragt: Was gibt es in die Bioökonomie für disruptive Innovationen?“ Oftmals ersetzen lediglich biobasierte Rohstoffe fossilbasierte Rohstoffe, sonst ändert sich wenig. „Bei Fleisch könnte das anders sein“, sagt die Projektleiterin. „Man bräuchte keine Viehproduktion mehr, keine Schlachthöfe, sondern Fabriken“.

„Wir müssen weniger Fleisch produzieren“

Als die Projektidee 2018/19 entstand, gab es gerade die ersten pflanzenbasierten Fleischalternativen auf dem Markt. Inzwischen haben generell Alternativen zu tierischem Protein stark an Bedeutung gewonnen, zum Beispiel auch Molkereiprodukte aus alternativen Proteinen, kultivierte Fischprodukte und Ei-Alternativen. In einer heute beginnenden Analyse würde man diese auch mit untersuchen, meint Hüsing mit dem Blick von heute. „Aber der Fokus auf Fleisch hat schon seine Berechtigung: Wir müssen weniger Fleisch produzieren, aus Klimaschutzgründen und um landwirtschaftliche Flächen statt für Futtermittelerzeugung für Rohstoffe für die Bioökonomie nutzen zu können“, erläutert die Forscherin.

Für Deutschland hat das Team am Fraunhofer ISI die drei Innovationssysteme für Fleischalternativen auf Basis von Pflanzen, Insekten und Zellkulturen verglichen. Welche Stärken und Schwächen haben die drei Systeme? Beeinflussen sie sich gegenseitig oder entwickeln sie sich eher unabhängig voneinander? Um das zu beantworten, werteten die Fachleute Literatur- und Internetquellen aus und befragten Stakeholder.

Fleischalternativen sind derzeit Nischenprodukte

Wenig überraschend erwiesen sich alle drei Fleischalternativen im Vergleich zu Fleisch derzeit als Nischenprodukte. Lediglich pflanzenbasierte Alternativen kamen auf einen nennenswerten Konsum von etwa einem Kilo pro Person pro Jahr. Zum Vergleich: Durchschnittlich essen die Menschen in Deutschland pro Person etwa 52 Kilo Fleisch im Jahr.

Erst gar nicht richtig auf den Markt haben es die Fleischalternativen mit Insektenprotein geschafft. „Zu Beginn war das ein ähnlich aufstrebendes Feld wie bei Pflanzen“, blickt Hüsing zurück. Doch während für Pflanzen das Lebensmittelgesetz gilt und damit nur die Anforderung, dass der Hersteller die Sicherheit des Lebensmittels gewährleisten muss, ist es bei Insekten komplizierter. Längere Zeit war bei Insekten unklar, welche Regeln überhaupt gelten. Inzwischen fallen Insekten unter die Novel-Food-Verordnung der EU. Somit benötigen sie eine positive Sicherheitsbewertung durch die Europäische Lebensmittelbehörde EFSA, woraufhin die EU-Kommission eine Marktzulassung erteilen kann.

Bei Insekten läuft in Deutschland nicht viel

„Inzwischen sind vier Insektenarten geprüft und sechs Anträge positiv beschieden, weitere 16 Anträge sind gestellt“, berichtet Hüsing. „De facto läuft in Deutschland aber nicht viel“, ordnet die Forscherin die Zahlen ein, zumal alle Anträge von Firmen außerhalb Deutschlands stammten. „In Deutschland ist uns keine Firma bekannt, die in größerem Maßstab für den Lebensmittelbereich Insekten selbst produziert.“ Die wenigen Anbieter von Insektenprodukten importieren dazu das Insektenprotein oder sind lediglich ein Vertriebskanal. Meist handelt es sich zudem um Insekten zum Snacken oder Protein für Proteinriegel und Nahrungsergänzungsmittel, nicht jedoch um Fleischalternativen. Die meisten Insektenhersteller haben umgeschwenkt: Sie produzieren Insekten als Futtermittel für Geflügel, Schweine und Aquakultur. „Das ist zwar nachhaltiger als Soja oder Fischmehl, aber festigt damit die Fleischproduktion, von der wir ja eigentlich weg müssen“, kritisiert Hüsing.

Die Produktion von kultiviertem Fleisch sei bislang in Deutschland ebenfalls kein Thema, berichtet die Projektleiterin. „Es gibt keine Unternehmen, die derzeit direkt kultiviertes Fleisch erzeugen, wohl aber eine Reihe von Unternehmen, die Zulieferer sind von Fermentern, Gerüstsubstanzen oder Zellkulturmedien.“ Diese Firmen seien global wettbewerbsfähig und kooperierten mit den führenden Unternehmen in anderen Ländern. Ebenso wie Insekten fällt kultiviertes Fleisch in der EU unter die Novel-Food-Verordnung. Wie genau diese neue Produktkategorie bewertet werden muss und welche Unterlagen für einen Zulassungsantrag überhaupt erforderlich sind, legt die EFSA gerade erst fest. Dementsprechend wurden in der EU noch keine Anträge auf eine Marktzulassung gestellt. Auch international gibt es erst wenig kommerzielle Produkte, beispielsweise in Singapur und in Kürze auch in den USA. Sie werden derzeit nur in exklusiven Restaurants angeboten.

Strategieprozess zu Fleischalternativen entwickeln

„Wir empfehlen, dass die Politik einen Strategieprozess aufsetzen soll“, resümiert Hüsing die Schlussfolgerungen des Projekts. Bislang habe es durchaus Projektförderungen von alternativen Proteinen gegeben, aber es fehle ein klares Ziel. Mit Insekten als Futtermittel würde man die Fleischproduktion zwar nachhaltiger gestalten, aber andere Effekte der Massentierhaltung, die man nicht mehr haben möchte, zementieren – etwa Gülleprobleme, Treibhausgasemissionen und Landnutzungsänderungen. Mit pflanzenbasierten Alternativen möchte man zusätzlich auf eine weniger fleischlastige und damit gesündere Ernährung abzielen“, betont die Forscherin und erinnert daran: „Wir müssen die Fleischproduktion auf ein Niveau runterschrauben, das die planetaren Grenzen einhält.“ Ein solcher Strategieprozess solle dann idealerweise alle Alternativen zu tierischen Lebensmitteln in den Blick nehmen, nicht zuletzt weil sich gerade Alternativen zu Milchprodukten rasant entwickeln. Der jüngste Trend seien zudem Hybridprodukte aus kultivierten Zellen und pflanzlichen Proteinen.

Zurzeit wird die Ernährungsstrategie der Bundesregierung erarbeitet. Favorisiert werde darin eher eine vollwertige Ernährung mit frisch gekochten Hülsenfrüchten und ähnlichem. „Ich würde mir wünschen, dass Fleischalternativen hierin ernsthaft in Betracht gezogen werden,“ sagt Hüsing und erläutert:  „Man kann das Ernährungsverhalten der Menschen nicht ohne weiteres ändern. Wer Fleischesser ist, esse vielleicht ein Schnitzel aus Erbsenprotein oder beim Grillabend das Sojawürstchen. „Aber dass es ab sofort flächendeckend nur noch Kichererbseneintopf gibt, ist unrealistisch.“ Fleischalternativen passen für viele Menschen leichter in deren Lebenswelt und könnten ein niederschwelliger Einstieg in eine wünschenswerte pflanzenbetonte Ernährung sein.

Ausstiegskonzept aus Fleisch entwickeln wie bei Kohle

Außerdem empfiehlt die Expertin, auch die Frage zu thematisieren, wie der Ausstieg aus der massenhaften Fleischproduktion gelingen kann. Das Angebot von Fleischalternativen reiche dafür allein nicht aus. „Außerdem bieten Fleischalternativen kaum positive Perspektiven für die heutige Landwirtschaft. Bei kultiviertem Fleisch ist die vorherrschende Vision, dass das in großen Fabriken produziert wird, aber nicht durch Landwirte.“ Zumindest die Stiftung RespectFarms lotet aber in einer Machbarkeitsstudie aus, ob es möglich ist, auf einem landwirtschaftlichen Betrieb kultiviertes Fleisch zu erzeugen. „Niemand weiß, ob das eine Perspektive hat“, sagt Hüsing, „aber wir müssen frühzeitig nach denen gucken, die Verlierer wären, sollte kultiviertes Fleisch mal was werden.“ Perspektivisch könnten Viehzüchter vielleicht mit besserem Tierwohl und in verringertem Maß Tiere produzieren. Denkbar wären auch Stilllegungsprämien. „In Regionen wie dem Münsterland, wo Schweine und Geflügel dicht an dicht produziert werden, brauchen wir ein Ausstiegskonzept, ähnlich wie aktuell für Kohleregionen“.

Der Widerstand der Fleischindustrie sei übrigens erstaunlich gering, berichtet Hüsing ein weiteres Studienergebnis. Abgesehen von der eher erfolglosen Gegenwehr dagegen, dass pflanzliche Fleischalternativen mit Fleischbezeichnungen wie „Erbsenschnitzel“ verkauft werden dürfen, sähe man eher Interesse: Die vier großen Fleischunternehmen in Deutschland haben alle bereits in den Bereich der Fleischalternativen investiert.

Autor: Björn Lohmann

Around eight percent of people in Germany follow a vegetarian or vegan diet, according to the Nutrition Report 2022 published by the German Federal Ministry of Food and Agriculture. One out of two people surveyed has at least once tried vegetarian or vegan alternatives to animal products - and the number is growing. But which meat alternatives to meat will come out on top? The TRADINNOVATION research project has investigated the status quo for three product groups: plant-based meat substitutes, insects and cultured meat.

"At the Fraunhofer Institute for Systems and Innovation Research ISI, we research innovations and innovation systems within the bioeconomy," says Dr. Bärbel Hüsing. She led the study, which ran from July 2019 to the end of 2022 and was funded by the German Federal Ministry of Education and Research with around 440,000 euros. "We asked ourselves: what disruptive innovations are there in the bioeconomy?" Often, bio-based raw materials merely replace fossil-based raw materials, with few other changes. "With meat, it could be different," says Hüsing. "You would no longer need livestock production, or slaughterhouses, but factories."

"We need to produce less meat"

When the project idea was born in 2018/19, the first plant-based meat alternatives had just appeared on the market. In the meantime, alternatives to animal protein in general have become much more widespread, including dairy products made from alternative proteins, cultured fish products and egg alternatives. In an analysis beginning today, these would also be investigated, Hüsing says today. "But the focus on meat is still valid: We need to produce less meat to protect the climate and to be able to use agricultural land not for feed production but rather for raw materials for the bioeconomy," the researcher explains.

The team at Fraunhofer ISI compared the three innovation systems for meat alternatives based on plants, insects and cell cultures for Germany. What are the strengths and weaknesses of the three systems? Do they influence each other or do they tend to develop independently? To answer these questions, the experts evaluated literature and Internet sources and interviewed stakeholders.

Meat alternatives are niche products

It came as no surprise that currently, all three meat alternatives proved to be niche products compared to meat. Only plant-based alternatives were consumed at a notable rate of around one kilo per person per year. By comparison, the average German eats about 52 kilos of meat per person per year.

Meat alternatives with insect protein didn't reach the market until recently. "At the beginning, this was an emerging sector similar to that of plants before," says Hüsing, looking back. But while plants are governed by the Food Act, and thus only by the requirement that the manufacturer guarantee the safety of the food, things are more complicated with insects. For a long time, it was unclear which rules even applied to insects. In the meantime, insects fall under the EU's Novel Food Regulation. They therefore require a positive safety assessment by the European Food Safety Authority (EFSA), after which the EU Commission can issue a marketing authorization.

When it comes to insects, not much is going on in Germany

"Since then, four insect species have been tested and six applications have been approved, and a further 16 applications have been submitted," reports Hüsing. "De facto, however, not much is going on in Germany," the researcher puts the figures in context, especially since all the applications came from companies outside Germany. "Within Germany, we are not aware of any company that produces insects on a larger scale for the food sector." The few suppliers of insect products import the insect protein for this purpose or are merely a distribution channel. They are also mostly insects for snacking or protein for protein bars and supplements, but not meat alternatives. Most insect manufacturers have switched gears: they produce insects as feed for poultry, pigs and aquaculture. "This is more sustainable than soy or fishmeal, but it consolidates meat production, which we actually need to get away from," Hüsing criticizes.

The production of cultured meat has also not been forthcoming in Germany so far, the project manager reports. "There are no companies that currently produce cultured meat directly, but there are a number of companies that are suppliers of fermenters, scaffolding substances or cell culture media." These companies are globally competitive and cooperate with leading companies in other countries, she said. Like insects, cultured meat falls under the Novel Food Regulation in the EU. Exactly how this new product category must be assessed and what documentation is even required for an application for approval is only now being determined by EFSA. Accordingly, no applications for market approval have yet been submitted in the EU. Internationally, too, there are only a few commercial products, for example in Singapore and soon in the USA. They are currently only offered in exclusive restaurants.

There is a need for a strategy process on meat alternatives

"We recommend that policymakers set up a strategy process," says Hüsing, summing up the project's conclusions. So far, she says, there has certainly been project funding of alternative proteins, but there is a lack of a clear goal. Using insects as feed would make meat production more sustainable, but would cement other effects of factory farming that are no longer wanted - such as manure problems, greenhouse gas emissions and land use changes. Plant-based alternatives should also aim for a diet that's less meat-heavy and therefore healthier, the researcher points out, noting, "We need to bring meat production down to a level that respects planetary boundaries." Such a strategy process should then ideally focus on all alternatives to animal foods, not least because alternatives to dairy products in particular are developing rapidly. Moreover, she said, the latest trend is hybrid products made from cultured cells and plant proteins.

The German government's nutrition strategy is currently being drawn up. It favors more of a whole-food diet with freshly cooked legumes and the like. "I would like to see meat alternatives taken into consideration in this," Hüsing explains. People don't change their dietary behavior readily. If you're a meat eater, you might eat a schnitzel made with pea protein, or you might eat the soy sausage at the barbecue. "But it is unrealistic to expect that from now on there will be only chickpea stew nationwide." Meat alternatives fit more easily into many people's lifestyles and could be a low-threshold introduction to a desirable plant-based diet.

An exit concept - just like for coal

The expert also recommends addressing the question of how to phase out mass meat production. The offer of meat alternatives alone is not sufficient for this, she says. "Moreover, meat alternatives hardly offer positive prospects for today's agriculture. With cultured meat, the prevailing vision is that this will be produced in large factories, but not by farmers." RespectFarms Foundation, for one, is sounding out whether it's possible to produce cultured meat on a farm in a feasibility study. "No one knows if this has any potential," Hüsing says, "but we need to consider early who would be on the losing end should cultured meat become a thing." Perhaps livestock producers could grow livestock with better animal welfare and at a reduced rate. Decommissioning premiums would also be a possibility. "In regions like Münsterland, where pigs and poultry are produced in close proximity, we need an exit concept, similar to the one currently in place for coal regions."

Hüsing shares another study result: the resistance of the meat industry is surprisingly low. Aside from the rather unsuccessful opposition to allowing plant-based meat alternatives to be sold with meat labels such as "pea schnitzel," the industry tends to show interest instead. The four major meat companies in Germany have all already invested in the area of meat alternatives.

Author: Björn Lohmann

Meerestiere wie Hummer und Krabben sind eine Delikatesse. Doch auch ihre Panzer haben es in sich: Die Schalen enthalten das neben Cellulose am weitesten verbreitete Polysaccharid Chitin. Wegen seiner strukturgebenden, biokompatiblen und antimikrobiellen Eigenschaften ist das Biopolymer seit langem ein interessanter Rohstoff für die Bioökonomie. Zudem kann es aus Reststoffen gewonnen werden, die in Fischerei und Lebensmittelindustrie in großen Mengen anfallen und bisher teuer entsorgt werden.

Rohstoff für neue biobasierte Materialien und Futtermittel

Im Projekt ChitoMat hat ein Team um den Münchner Biochemiker Thomas Brück gemeinsam mit Partnern in Kanada das begehrte Biopolymer aus Hummerschalen gewonnen und neue Produkte generiert. Im Fokus stand die Nutzung von Chitin als Rohstoff zur Herstellung von neuen biobasierten Materialen für den 3D-Druck und die Produktion von antimikrobiellen Wirkstoffen als Futtermittelzusatz in der Tiernahrung. Im Zeitraum von 2019 bis 2022 wurde ChitoMat mit rund 214.000 € durch das Bundesministerium für Bildung und Forschung im Rahmen der Fördermaßnahme "Bioökonomie International" gefördert. In das Projekt involviert waren Forschende des Fraunhofer Institutes IGB, der kanadischen University of Prince Edward Island sowie die BBSI Canada Ltd. – ein Unternehmen, an dem auch Thomas Brück beteiligt war.

Chitin für den 3D-Druck von Medizinprodukten nutzen

Biopolymere wie PLA, PHB und Cellulose werden zwar schon heute im 3D-Druck eingesetzt. Aufgrund ihrer schlechten Eigenschaften und der höheren Kosten im Vergleich zu herkömmlichen fossilen Polymeren haben sich die biobasierten Materialien bisher aber noch nicht durchgesetzt. Vor allem für Medizinprodukte wie Implantate und Wundauflagen, für die besonders hohe Anforderungen gelten, sind die gängigen Biopolymere nicht geeignet.  

Biokompatibilität und antimikrobielle Wirkung der Produkte

Mit Chitin haben die Forschenden daher einen vielversprechenden Kandidaten ins Visier genommen. Ein wichtiges Kriterium für den 3D-Druck war, dass Chitin von Natur aus biologisch abbaubar ist. Aber nicht nur das. „Hier haben wir im Produkt eine bessere Biokompatibilität. Eine Wundauflage wäre beispielsweise eine gute Grundlage, damit sich Zellen ansiedeln und die Wunde schneller heilen kann“, sagt Brück. Bei dem Einsatz des Polysaccharids als Futtermittelzusatz war vor allem die antimikrobielle Wirkung relevant. „Chitin schafft ein Milieu, in dem sich pathogene Keime im Darm nicht ansiedeln können. Damit gibt es auch keine Resistenzen“, erläutert Brück.

Chitin-Oligomere aus Hummerschalen gewinnen

Im Projekt ChitoMat ging es darum, das Chitin aus den Hummerschalen herauszulösen. Dafür mussten die Forschenden zunächst das Calciumcarbonat vom Chitin trennen. Anders als bei der Folienproduktion, wo das reine Chitin genutzt wird, wollte das Team daraus sogenannte Oligomere produzieren. Dabei handelt es sich um lösliche Bestandteile, die durch den Abbau von Chitin generiert werden und antibiotisch wirken. „Das sind im Endeffekt Teile vom Chitin mit einer sehr definierten Kettenlänge“, erklärt der Biochemiker.

Zur Generierung der Oligomeren aus Chitin wurde im Projekt ein neues und nachhaltiges Verfahren entwickelt. „Normalerweise wird Chitin in einem chemischen Prozess über mineralische Säuren und Basen prozessiert. Dabei fallen viel Salz und viele Nebenprodukte an, die sogar toxisch sind. Wir wollten im Endeffekt eine Reproduzierbarkeit und eine Nachhaltigkeit in der Prozessierung hin zum Biopolymer oder Futterzusatz erreichen“.

Aspekte wie Tierwohl und Umweltschutz spielen beim Kauf von Fleischprodukten eine immer größere Rolle. Die steigende Nachfrage nach pflanzlichen Alternativen treibt auch die Entwicklung von sogenanntem Laborfleisch voran. Dabei werden Muskelstammzellen von Hühnern oder Rindern in einem Bioreaktor kultiviert und mit einem 3D-Drucker zu fleischähnlichen Strukturen geformt - ohne dass ein Tier leiden oder sterben muss. In Singapur und den USA sind bereits erste Clean-Meat-Produkte auf dem Markt. Und auch hierzulande wächst das Interesse an solchen innovativen Technologien, wie eine aktuelle Marktstudie von Bitkom Research zeigt.

Jeder Fünfte würde Laborfleisch aus den 3D-Drucker essen

Die repräsentative Umfrage im Auftrag des Digitalverbands Bikom ergab, dass sich 20% der Befragten vorstellen können, sogenanntes kultiviertes Fleisch aus dem 3D-Drucker zu essen. Vor vier Jahren waren es nur 13%, die einer solchen Innovation offen gegenüberstanden. „Insbesondere der Einsatz von Lebensmitteldruckern ermöglicht es, Produkten, die im Labor hergestellt wurden, Aussehen und Textur zu geben, die konventionellem Fleisch ähneln, dabei aber einen erheblich geringeren ökologischen Fußabdruck haben. Denn kultiviertes Fleisch minimiert den Bedarf an Ackerland und Wasser, reduziert den Ausstoß von Treibhausgasen und verringert damit insgesamt die Belastung der Umwelt“, sagt Jana Moritz, Referentin Digital Farming und Food Tech beim Bitkom.

Potenzial für nachhaltigere Lebensmittelproduktion

Auch wenn die Verbraucherinnen und Verbraucher dem Hightech-Fleisch offener gegenüberstehen, lehnen immer noch 57% der Befragten den Verzehr von Laborfleisch komplett ab. 16% gaben an, zellbasiertes Fleisch aus dem 3D-Drucker „eher nicht“ zu essen. Gleichzeitig stimmen 24% der Befragten zu, dass zeltbasiertes Fleisch zu einer nachhaltigeren Lebensmittelproduktion beitragen kann, aber nur 12% wären auch bereit, für Fleisch aus dem 3D-Drucker mehr zu bezahlen als für herkömmliches Fleisch. Für 11% sind demnach Lebensmittel aus dem 3D-Drucker reine Luxusprodukte und nur 13% können sich vorstellen, dass 3D-Drucker in Zukunft auch ein fester Bestandteil der Küchenausstattung sein werden.

Für die Umfrage wurden insgesamt 1.002 Personen in Deutschland ab 16 Jahren telefonisch befragt.

bb

Aspects such as animal welfare and environmental protection play an increasingly important role when buying meat products. The increasing demand for plant-based alternatives also drives the development of so-called lab-grown meat. In this process, muscle stem cells from chickens or cattle are grown in a bioreactor and formed into meat-like structures using a 3D printer - without any animal having to suffer or die. The first Clean Meat products are already on the market in Singapore and the USA. Interest in such innovative technologies is also growing in this country, as a recent market study by Bitkom Research shows.

One in five would eat lab meat from 3D printers

The representative survey commissioned by the digital association Bikom revealed that 20% of respondents could imagine eating so-called cultured meat from the 3D printer. Four years ago, only 13% were open to such an innovation. "In particular, the use of food printers makes it possible to give products made in a laboratory an appearance and texture similar to conventional meat, but with a significantly smaller environmental footprint. This is because cultured meat minimizes the need for farmland and water, reduces greenhouse gas emissions, and thus reduces the overall impact on the environment," says Jana Moritz, Digital Farming and Food Tech Officer at Bitkom.

Potential for more sustainable food production

Even though consumers are more open to high-tech meat, 57% of respondents still completely reject the consumption of lab-grown meat. 16% said they "tend not to" eat cell-based meat from 3D printers. At the same time, 24% of respondents agree that cell-based meat can contribute to more sustainable food production, but only 12% would also be willing to pay more for 3D-printed meat than for conventional meat. Accordingly, for 11%, food from the 3D printer is purely a luxury product and only 13% can imagine that 3D printers will also be a fixed part of kitchen equipment in the future.

A total of 1,002 people in Germany aged 16 and over were interviewed by telephone for the survey.

bb