Aktuelle Veranstaltungen

Die Landesregierung von Nordrhein-Westfalen will die bereits umfangreichen Aktivitäten zum biobasierten Wirtschaften mit der Gründung eines Bioökonomie-Rates weiter stärken. „In Nordrhein-Westfalen haben wir das enorme Potenzial der Bioökonomie für wettbewerbsfähige, nachhaltig wirtschaftende Unternehmen und Start-ups längst erkannt und treiben den Ausbau einer biobasierten Wirtschaft ambitioniert voran. Mit der Berufung des Bioökonomie-Rates setzt die Landesregierung ein wichtiges Vorhaben des Koalitionsvertrags um. Das ist ein bedeutender Schritt auf dem Weg zu einer zukunftsweisenden Bioökonomie-Strategie für NRW“, so Wirtschafts- und Klimaschutzministerin Mona Neubaur.

Auf dem Weg in eine Bioökonomie werden Akteure aus Wissenschaft und Wirtschaft in NRW auch stark vom Bund unterstützt: Mit Mitteln aus dem Strukturstärkungsgesetz Kohleregionen wird unter anderem die Modellregion Bioökonomie im Rheinischen Revier gefördert. Im Jahr 2022 starteten drei große Forschungskonsortien, die vom BMBF bis 2026 mit rund 72 Mio. Euro gefördert werden.

Empfehlungen für die Bioökonomie-Strategie in NRW

Der Beirat soll die Chancen und Herausforderungen beim Ausbau einer nachhaltigen, biobasierten Wirtschaft im Land analysieren und gleichzeitig Lösungen für mögliche Zielkonflikte wie die bestmögliche Nutzung knapper nachwachsender Ressourcen erarbeiten. Die Empfehlungen des Rates sollen in die neue Bioökonomiestrategie des Landes einfließen. Dem Bioökonomie-Rat NRW gehören insgesamt 15 Expertinnen und Experten aus Wirtschaft, Wissenschaft und Zivilgesellschaft an - darunter Ulrich Schurr vom Forschungszentrum Jülich.

The state government of North Rhine-Westphalia wants to further strengthen its already extensive activities in the bio-based economy by establishing a Bioeconomy Council. "In North Rhine-Westphalia, we have long recognized the enormous potential of the bioeconomy for competitive, sustainable companies and start-ups and are ambitiously driving forward the expansion of a bio-based economy. By appointing the Bioeconomy Council, the state government is implementing an important project from the coalition agreement. This is an important step on the way to a forward-looking bioeconomy strategy for NRW," said Economics and Climate Protection Minister Mona Neubaur.

Stakeholders from science and industry in NRW are also receiving strong support from the federal government on the path to a bioeconomy: Funds from the Coal Regions Structural Strengthening Act are being used to support the bioeconomy model region in the Rhenish mining area. In 2022, three large research consortia were launched, which will be funded by the BMBF with around 72 million euros until 2026.

Recommendations for the bioeconomy strategy in NRW

The advisory council is to analyze the opportunities and challenges in the expansion of a sustainable, bio-based economy in the state and at the same time develop solutions for possible conflicting goals such as the best possible use of scarce renewable resources. The council's recommendations are to be incorporated into the state's new bioeconomy strategy. The Bioeconomy Council NRW comprises a total of 15 experts from business, science and civil society – including Ulrich Schurr from Forschungszentrum Jülich.

Kunst und Wissenschaft haben auf den ersten Blick wenig gemeinsam. Doch Kunstobjekte wie das Pilzhaus der Berliner Biotechnologin und Künstlerin Vera Meyer machen das Potenzial der Bioökonomie und die damit verbundene, oft jahrelange Forschungsarbeit sichtbar und erlebbar. Nun ist auch das Foyer des Fraunhofer-Instituts für Grenzflächen- und Bioverfahrenstechnik IGB in Stuttgart Schauplatz einer solchen Installation. Mitte Dezember wurde dort das Kunstwerk Circular der Berliner Künstler Niklas Thran und Robin Woern eingeweiht. Es zeigt verschiedene biobasierte Materialien in schwebenden Glaspaneelen.

Bioökonomie sichtbar machen

Die fünf Meter hohe Installation entstand im Rahmen eines vom IGB initiierten Kunstwettbewerbs und wurde über das Projekt „Look@BioEconomy“ des Fraunhofer-Netzwerks „Wissenschaft, Kunst und Design“ gefördert. Ziel des Projektes war es, die Bioökonomie sichtbar und damit die dringend notwendige Transformation der Wirtschaft hin zu einer nachhaltigen, kreislauforientierten Produktions- und Arbeitsweise für alle Menschen deutlich zu machen, um so die Akzeptanz für neue bioökonomische Technologien zu erhöhen.

Kunstwerk spiegelt Vielfalt der Forschungsthemen am IGB wider

Aus insgesamt 25 eingereichten Skizzen ging der Entwurf des Berliner Künstlerduos als Sieger hervor. Das Kunstwerk verdeutlicht nicht nur die Potenziale biobasierter Materialien für eine Wirtschaft ohne fossile Rohstoffe. Es macht vor allem die Vielfalt der Forschungsthemen an den drei Standorten des Fraunhofer IGB in Stuttgart, Straubing und Leuna sichtbar. „Im persönlichen Austausch mit den aufgeschlossenen und kreativen Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern des IGB haben wir erkannt, dass wichtige Elemente der Bioökonomie die Materialien sind. Diese bilden nun den visuellen Fokus und damit den Schwerpunkt des Kunstwerks“, erklärt Designer Robin Woern.

Die Installation Circular ist ein Verweis auf die Forschung und Entwicklung einer Kreislaufwirtschaft, ergänzt Designer Niklas Thran. Das fünf Meter hohe Objekt besteht aus insgesamt zwölf Elementen. Die verschiedenen biobasierten Materialien wurden jeweils zwischen zwei Glasplatten fixiert und als Einzelelemente in eine dreidimensionale Installation integriert. Zu sehen sind beispielsweise Rapskerne, Hanfschäben und Lignin, die als Rohstoffe zur Herstellung nachhaltiger Chemikalien dienen, Mikroalgen, die als Biokatalysatoren Produktionsprozesse nachhaltiger machen oder Folien aus Biomasse der Hefe Yarrowia lipolytica.

Botschafter für die Bioökonomie

Die Installation im Foyer des Stuttgarter Fraunhofer IGB soll Mitarbeitende und Gäste gleichermaßen für das Thema Bioökonomie begeistern. „Das Kunstwerk wird zum Botschafter für die Bioökonomie am IGB“, sagt Markus Wolperdinger, Institutsleiter des Fraunhofer IGB, anlässlich der Einweihung. „Am Fraunhofer IGB arbeiten wir daran, Produkte aus fossilen Rohstoffen durch biobasierte Materialien zu ersetzen, um die Wirtschaft bei der Transformation zu einer nachhaltigen und zirkulären Bioökonomie zu unterstützen. Es freut mich daher sehr, dass die Installation den Besuchern hier am Campus einen anschaulichen Zugang zum Thema Bioökonomie und der Forschungsarbeit unseres Instituts erlaubt.“

Mikroorganismen wie Bakterien und Pilze sind überall zu finden. Die mikroskopisch kleinen Lebewesen siedeln nicht nur auf der menschlichen Haut oder auf Pflanzen und Tieren. Auch im Boden und im Wasser sind sie zu finden. Als Meister der Stoffumwandlung sind sie nicht nur unverzichtbare Helfer bei der Herstellung von Lebensmitteln wie Käse, Bier oder Wein. Mit ihrem speziellen Stoffwechsel können sie auch aus organischen Verbindungen neue Stoffe herstellen und sind damit wichtige Werkzeuge des bioökonomischen Wandels.

Eine Mikrobe als lebender Stromleiter

Mit der Wahl der Mikrobe des Jahres erinnert die Vereinigung für Allgemeine und Angewandte Mikrobiologie (VAAM) jedes Jahr an die Vielfalt und Bedeutung der Mikroorganismen für Ökologie, Gesundheit, Ernährung und Wirtschaft. Im vergangenen Jahr wurde mit Bacillus subtilis ein Multitalent geehrt, das für die Gesundheit von Mensch und Tier ebenso wichtig ist wie für die Industrie. Mit dem Titel „Mikrobe des Jahres 2024“ steht diesmal das Kabelbakterium Electronema im Rampenlicht. Der Mikroorganismus lebt in Meeren und Seen und gehört zu den stromleitenden Bakterien. Diese fördern den Schadstoffabbau in Gewässern und reduzieren die Bildung von Treibhausgasen.

Bisher wurden zwölf Arten von Kabelbakterien beschrieben. Keine der bisher bekannten Arten konnte jedoch im Labor vermehrt werden. Mit Electronema kürt die VAAM daher erstmals eine Bakterienart zur Mikrobe des Jahres, für deren vollständige Beschreibung noch die Reinkultur fehlt. Der wichtigste Vertreter der Art erhielt daher den vorläufigen Namen Candidatus Electronema.

Einsatz als biologisch abbaubares Stromkabel möglich

Diese Mikrobenart bildet am Grund von Meeren und Seen mikrobielle Ketten, die Strom über mehrere Zentimeter leiten können. Die Ketten bestehen aus Zehntausenden von Bakterienzellen, die wiederum durch stromleitende Proteinfasern in ihrer Zellhülle miteinander verbunden sind. Diese „Kette“ zeichnet sich durch eine einzigartige Arbeitsteilung aus. „Während in unserem Körper jede einzelne Zelle essen und atmen muss, teilen Kabelbakterien diese lebenserhaltende Redoxreaktion auf“, schreibt die VAAM. Obwohl Kabelbakterien in der Tiefe des Sediments leben, wo es reichlich Sulfid, aber keinen Sauerstoff gibt, können sie Sulfid zu Sulfat oxidieren, indem sie die dabei entstehenden Elektronen über die elektrisch leitenden Fasern auf den Sauerstoff am anderen Ende des Kabels übertragen. Candidatus Electronema ist also eine Art lebender Stromleiter, der „eines Tages als biologisch abbaubares Stromkabel eingesetzt werden könnte", heißt es in einer Pressemitteilung der VAAM.

Baut Schadstoffe und Treibhausgase ab

Darüber hinaus sei Electronema in der Lage, „mikrobielle Aktivitäten zu simulieren, die sonst nur mit Sauerstoff möglich sind, und Populationen, die dort sonst nicht leben könnten“. Kabelbakterien kommen auch häufig in Gewässern vor, die mit Kohlenwasserstoffen verunreinigt sind, zum Beispiel nach einer Öl- oder Benzinverschmutzung. Aufgrund ihres speziellen Stoffwechsels können die Bakterien den Schadstoffabbau erheblich beschleunigen. Es gibt bereits erste Überlegungen, Electronema zur Sanierung von kontaminierten Flächen wie überdüngten Seen einzusetzen. Die Wirkung könnte wiederum durch Elektroden im Sediment gezielt stimuliert werden, so dass die Kabelbakterien beim Abbau von Treibhausgasen helfen könnten. Erste Versuche im Gewächshaus mit Reispflanzen ergaben, dass die Zugabe von Candidatus Electronema zum Boden die Methanemissionen um mehr als 90 % reduziert.

Microorganisms such as bacteria and fungi can be found everywhere. These microscopic creatures do not only live on human skin or on plants and animals. They can also be found in soil and water. As masters of substance conversion, they are not only indispensable helpers in the production of foods such as cheese, beer or wine. With their special metabolism, they can also produce new substances from organic compounds and are therefore important tools for bioeconomic change.

A microbe as a living conductor of electricity

Every year, the Association for General and Applied Microbiology (VAAM) honors the diversity and importance of microorganisms for ecology, health, nutrition and the economy with the Microbe of the Year award. Last year, Bacillus subtilis was honored as a multi-talent that is just as important for human and animal health as it is for industry. With the title of "Microbe of the Year 2024", the cable bacterium Electronema is in the spotlight this year. The microorganism lives in oceans and lakes and is a current-conducting bacteria. These promote the degradation of pollutants in bodies of water and reduce the formation of greenhouse gases.

Twelve species of cable bacteria have been described to date. However, none of the known species have been able to be propagated in the laboratory. With Electronema, the VAAM has therefore chosen a bacterial species as Microbe of the Year for the first time, for whose complete description a pure culture is still missing. The most important representative of the species was therefore given the provisional name Candidatus Electronema.

Use as a biodegradable power cable possible

This type of microbe forms microbial chains at the bottom of seas and lakes that can conduct electricity over several centimetres. The chains consist of tens of thousands of bacterial cells, which in turn are connected to each other by current-conducting protein fibers in their cell envelope. This "chain" is characterized by a unique division of labor. "While every single cell in our body has to eat and breathe, cable bacteria divide up this life-sustaining redox reaction," writes the VAAM. Although cable bacteria live in the depths of the sediment, where there is plenty of sulphide but no oxygen, they can oxidize sulphide to sulphate by transferring the resulting electrons to the oxygen at the other end of the cable via the electrically conductive fibres. Candidatus Electronema is therefore a kind of living conductor of electricity that "could one day be used as a biodegradable power cable", according to a VAAM press release.

Reduces pollutants and greenhouse gases

In addition, Electronema is able to "simulate microbial activities that are otherwise only possible with oxygen and populations that could not otherwise live there". Cable bacteria are also frequently found in waters that are contaminated with hydrocarbons, for example after oil or gasoline spills. Due to their special metabolism, the bacteria can significantly accelerate the degradation of pollutants. Initial considerations are already underway to use Electronema to clean up contaminated areas such as over-fertilized lakes. The effect could in turn be specifically stimulated by electrodes in the sediment so that the cable bacteria could help to break down greenhouse gases. Initial greenhouse trials with rice plants have shown that adding Candidatus Electronema to the soil reduces methane emissions by more than 90 %.

Birte Höcker forscht am Institut für Biochemie der Universität Bayreuth. Die Professorin entwickelt mit ihrer Arbeitsgruppe digitale Werkzeuge für das Protein-Design. Künstliche Intelligenz (KI) eröffnet für Höcker hochinteressante und vielversprechende Möglichkeiten, Methoden der Sprachverarbeitung für die Herstellung maßgeschneiderter Proteine zu nutzen. Generative KI-Technologien können Proteine kreieren, die in der Natur nicht vorkommen oder in der Evolution noch nie existiert haben.

Birte Höcker conducts research at the Institute of Biochemistry at the University of Bayreuth. The professor and her research group are developing digital tools for protein design. For Höcker, artificial intelligence (AI) opens up fascinating and promising avenues for using language processing methods to produce customized proteins. Generative AI technologies can create proteins that do not occur in the wild - or have never existed in evolution.

Das Molekül Acetyl-CoA entsteht als Zwischenprodukt in fast allen zellulären Stoffwechselprozessen und ist ein wichtiger Baustein für die Herstellung vieler lebenswichtiger Biomoleküle wie Biokraftstoffe, Biomaterialien und Medikamente. Der in der Natur etablierte Stoffwechselprozess nutzt dazu das Treibhausgas Kohlendioxid (CO₂) und ist damit maßgeblich an der Umwandlung des Klimagases beteiligt. Mithilfe der Synthetischen Biologie wurde am Max-Planck-Institut für terrestrische Mikrobiologie der Stoffwechselweg neu entworfen und damit der Prozess der CO₂-Fixierung effektiver gemacht. Die Forschenden berichten im Fachjournal "Nature Catalysis".

Neuer Zyklus zur CO₂-Fixierung in Bakterien integriert

Eine Forschungsgruppe um den Marburger Mikrobiologen Tobias Erb entwickelte dazu einen neuen synthetischen Zyklus, der aus CO₂ den zentralen Baustein Acetyl-CoA erzeugt. Der sogenannte THETA-Zyklus ist ein neuer synthetischer CO₂-Fixierungs- und Umwandlungsweg, der nach Angaben der Wissenschaftler noch effizienter ist als in der Natur. Der Zyklus beinhaltet mehrere zentrale Metaboliten als Zwischenprodukte und erzeugt am Ende Acetyl-CoA. Pro Zyklus werden zwei Moleküle CO₂ in ein Molekül Acetyl-CoA umgewandelt.

Mehrere Metaboliten im Stoffwechsel des Bakteriums

„Das Besondere an diesem Zyklus ist, dass er mehrere Zwischenprodukte enthält, die als zentrale Metaboliten im Stoffwechsel des Bakteriums dienen. Diese Überlappung bietet die Möglichkeit, einen modularen Ansatz für seine Umsetzung zu entwickeln“, erklärt Shanshan Luo, Hauptautor der Studie.

Den Forschenden zufolge sind insgesamt 17 Biokatalysatoren an dem THETA-Zyklus beteiligt. Dazu gehören mit Crotonyl-CoA-Carboxylase/Reduktase und Phosphoenolpyruvat-Carboxylase zwei Enzyme, die bisher CO₂ am schnellsten fixieren. Sie können CO₂ bis zu 10-mal schneller aufnehmen als das an der natürlichen Photosynthese beteiligte CO₂-fixierende Enzym Rubisco.

Ausbeute an Acetyl-CoA um den Faktor 100 gesteigert

Um die Funktionalität des Zyklus zu testen, wurde dieser in drei einzelne Module zerlegt und Schritt für Schritt in den zentralen Stoffwechsel von E. coli integriert. Durch maschinelles Lernen konnte das Team die Ausbeute an Acetyl-CoA um den Faktor 100 steigern. „Wir konnten die Funktionalität der drei einzelnen Module in E. coli nachweisen. Allerdings ist es uns noch nicht gelungen, den gesamten Zyklus zu schließen, so dass E. coli vollständig mit CO₂ wachsen kann“, so Shanshan Luo.

Plattform für die Produktion von Verbindungen aus CO₂

Die Schließung des THETA-Zyklus bleibt eine Herausforderung, da alle 17 Reaktionen mit dem natürlichen Stoffwechsel von E. coli synchronisiert werden müssen. Das Ziel der Forschenden geht jedoch weit über die Einbringung des neuen Zyklus in lebende Zellen hinaus. „Unser Zyklus hat das Potenzial, eine vielseitige Plattform für die Produktion wertvoller Verbindungen direkt aus CO₂ zu werden, indem wir das Ausgangsmolekül Acetyl-CoA weiter nutzen“, sagt Shanshan Luo.

Mit der Einbindung des neuen Zyklus in lebende Zellen ist ein wichtiger Schritt auf dem Weg zur synthetischen CO₂-Fixierung in lebenden Zellen gelungen. „Dass es dem Team gelang, Teile des THETA-Zyklus in die Realität umzusetzen, ist ein wichtiger Grundsatzbeweis für die synthetische Biologie“, sagt Tobias Erb. „Die modulare Umsetzung dieses Zyklus in E. coli ebnet den Weg zur Realisierung hochkomplexer, orthogonaler, neuartiger CO₂-Fixierungswege in Zellfabriken. Wir lernen gerade, den zellulären Stoffwechsel komplett neu zu programmieren, um ein synthetisches autotrophes Betriebssystem für die Zelle zu schaffen.“

Eine internationale Studie aus dem Jahr 2022 belegt, dass Feuchtgebiete wie Moore pro Quadratmeter fünfmal mehr Kohlenstoff speichern können als Wälder und sogar 500-mal mehr als die Ozeane. In Deutschland wurden in den vergangenen Jahrzehnten Moore trockengelegt, um die Flächen landwirtschaftlich nutzen zu können. Damit wurde nicht nur der Lebensraum vieler Pflanzen und Tiere zerstört, sondern auch ein wichtiger CO2-Speicher. Paludikultur steht dafür, Moore als CO2-Speicher auf nachhaltige und schonende Weise wiederzubeleben und damit auch als Ressource für die Bioökonomie nutzbar zu machen. Forschende der Universitäten Greifswald und Rostock konnten nachweisen, dass wiedervernässte Torfmoorkulturen echte Treibhausgassenken sind. Bis zu 85 % der CO2-Emissionen können so eingespart werden.

Paludikultur in nachhaltig bewirtschafteten Niedermooren

In einer neuen Studie, die im Fachjournal Nature erschienen ist, zeigen Forschende der Botanik und Landschaftsökologie sowie der Zoologie der Universität Greifswald nun, welchen Einfluss die Paludikultur auf die Artenvielfalt in wiedervernässten Niedermooren hat. In Mecklenburg-Vorpommern wurden dazu an sechs wiedervernässten Standorten die Vielfalt von Vegetation, Brutvögeln und Arthropoden untersucht. Auf den wiedervernässten Flächen wurden vor allem Seggen oder Rohrkolben angebaut. Untersucht wurden Niedermoore, die mit geringer oder hoher Intensität bewirtschaftet beziehungsweise nicht geerntet wurden.

Wiederbelebung der Artenvielfalt

Ein Großteil der Niedermoore hat durch die Entwässerung an Artenvielfalt verloren. Auch wenn die landwirtschaftliche Nutzung aufgegeben wurde, erholte sich die Artenvielfalt nicht. Anders sah es auf Flächen aus, die anschließend in Paludikultur bewirtschaftet wurden, schreiben die Forschenden im Fachmagazin Scientific Reports. Hier kam es zu einer deutlichen Wiederbelebung: Insgesamt fanden die Forschenden 78 Pflanzen-, 18 Brutvogel-, 55 Laufkäfer- und 73 Spinnenarten. Davon stehen 32 Arten sogar auf der Roten Liste – darunter das Moorbinsenspinnchen, der Wiesenpieper und der Uferläufer. Auf diesen nachhaltig bewirtschafteten wiedervernässten Flächen gab es demnach auch kaum Bäume und Sträucher, die Moorflächen verbuschen und die Entwicklung moortypischer Arten behindern konnten, berichtet das Team.

Die Studie ist Teil des Projektes PRINCESS, das von 2021 bis 2024 durch das europäische BiodivERsA-Programm gefördert wird.

An international study from 2022 shows that wetlands such as peatlands can store five times more carbon per square meter than forests and even 500 times more than the oceans. In Germany, peatlands have been drained in recent decades in order to be able to use the land for agriculture. This has not only destroyed the habitat of many plants and animals, but also an important CO₂ reservoir. Paludiculture stands for revitalizing peatlands as CO₂ reservoirs in a sustainable and gentle way and thus also making them usable as a resource for the bioeconomy. Researchers at the Universities of Greifswald and Rostock have been able to prove that rewetted peat bog cultures are real greenhouse gas sinks. Up to 85% of CO₂ emissions can be saved in this way.

Paludiculture in sustainably managed fens

In a new study published in the journal Nature, researchers from the Botany and Landscape Ecology and Zoology departments at the University of Greifswald have now shown the influence of paludiculture on species diversity in rewetted fens. The diversity of vegetation, breeding birds and arthropods was investigated at six rewetted sites in Mecklenburg-Western Pomerania. Sedges and cattails in particular were cultivated on the rewetted areas. The investigated fens were cultivated with low or high intensity or were not harvested.

Reviving biodiversity

A large proportion of the fens have lost their biodiversity due to drainage. Even when agricultural use was abandoned, the biodiversity did not recover. The situation was different in areas that were subsequently cultivated using paludiculture, the researchers write in the journal Scientific Reports. There was a significant recovery here: the researchers found a total of 78 plant species, 18 breeding bird species, 55 ground beetle species and 73 spider species. Of these, 32 species are even on the Red List – including the bogbean spider, the meadow pipit and the sandpiper. According to the team, there were hardly any trees and shrubs on these sustainably managed rewetted areas, which could bush over moorland and hinder the development of typical moorland species.

The study is part of the PRINCESS project, which is funded by the European BiodivERsA program from 2021 to 2024.

Die Grüne Pfirsichblattlaus (Myzus persicae) gehört zu den Insekten mit den meisten Resistenzen gegen chemisch-synthetische Insektizide und ist daher nur schwer zu bekämpfen. Besonders betroffen sind Zuckerrüben. Als Überträger mehrerer Vergilbungsviren sorgt die Pflanzenlaus immer wieder für enorme Ernteausfälle. „Wir sprechen hier von 20 bis 50 % Ertragsverlust allein durch die Viren“, erklärt Maurice Pierry vom Institutsteil Bioressourcen des Fraunhofer IME in Gießen. Im Verbundprojekt ViVe_Beet arbeitet er gemeinsam mit Forschenden des JKI-Instituts für Pflanzenschutz in Ackerbau und Grünland und des Instituts für Zuckerrübenforschung (IfZ) an einer Methode, Zuckerrüben künftig nachhaltig vor Vergilbungsviren zu schützen.

Neuer Ansatz zur Bekämpfung von Pflanzenschädlingen

Der Einsatz von chemisch-synthetischen Pestiziden und Insektiziden gehört in der konventionellen Landwirtschaft weitgehend zum Alltag und ist Studien zufolge mitverantwortlich für das dramatische Insektensterben. Auch auf die Gesundheit der Bienen haben die Chemikalien nachweislich einen negativen Einfluss. Im Projekt ViVe_Beet verfolgen die Forschenden deshalb einen neuen Ansatz zur Bekämpfung von Pflanzenschädlingen. Das Team setzt auf maßgeschneiderte doppelsträngige RNA-Moleküle (dsRNA), die mit einem RNA-Spray auf die Zuckerrüben ausgebracht werden, um die Laus und damit den Virenbefall in Schach zu halten. Die Methode basiert auf der sogenannten RNA-Interferenz (RNAi). RNAi ist eine natürliche Immunantwort der Wirte auf fremdes virales Erbgut, welches oftmals als dsRNA vorliegt.

„Viren haben RNA als Erbgut, und wenn diese in die Zelle eines Lebewesens eindringt, in unserem Fall vom Insekt, dann wird diese von einem Enzym namens Dicer in kleinere sogenannte small interfering RNA (siRNA) zerteilt. Das Ganze wird dann in einen weiteren Enzymkomplex aufgenommen und als Schablone benutzt, um darauf passende mRNA-Sequenzen abzubauen“, erklärt Maurice Pierry. „Wenn wir diese dsRNA so auswählen, dass sie auf ein lebenswichtiges Gen des Insekts passt, dann kann man den Organismus dahin bringen, sich durch sein eigenes RNAi-System wirksam zu kontrollieren.“

Pflanzenschutz durch RNAi

In dem seit Oktober 2021 laufenden dreijährigen Vorhaben musste zunächst ein Gen identifiziert werden, dass sich mit dem RNAi-Mechanismus ausschalten lässt und somit der Blattlaus den Garaus macht. Nachdem diese Hürde genommen wurde, musste wiederum eine Formulierung gefunden werden, die das dsRNA-Molekül vor äußeren Einflüssen wie Temperatur, Feuchtigkeit, UV und RNA-abbauenden Enzymen beschützt, bis es im Darm der Blattlaus angekommen und dort von der Zelle aufgenommen werden kann. „Auch da haben wir gute Ergebnisse erlangt. Das heißt unsere dsRNA ist geschützt von einer Formulierung, die den Effekt verbessert und lange haltbar ist“, so Pierry.

Mortalität bei 70%

Diese speziellen RNA-Moleküle wurden schließlich im Gewächshaus auf Zuckerrüben gesprüht. „Bei unseren Sprühversuchen kommen wir bisher auf 70 % Mortalität sowie einer Minderung der Populationsgröße. Das ist ein sehr guter Wert“, berichtet Pierry. „Das Besondere daran ist also, dass die spezifisch angepasste dsRNA eine Wirkung auf den Ziel-Organismus hat, in unserem Fall die Grüne Pfirsichblattlaus, und nicht auf andere Organismen wie uns Menschen oder Nützlingen wie z. B. der Biene.“

Ersatz für chemisch-synthetische Insektizide

Im Sommer dieses Jahres soll die neue Methode der Schädlingsbekämpfung nun in Feldversuchen an Zuckerrüben erprobt werden. Mit dem RNA-Spray hat das ViVe_Beet-Team den Weg zur Entwicklung vollkommen neuer, umweltverträglicher und selektiver Pflanzenschutzmittel geebnet, um künftig chemisch-synthetische Pestizide und Insektizide zu ersetzen. Den Forschenden zufolge haben die spezifischen natürlichen Moleküle das Potenzial, nicht nur Schadinsekten, sondern auch Viren oder Pilzerreger wirksam zu bekämpfen. Das Projekt ViVe_Beet wird vom Bundesministerium für Ernährung und Landwirtschaft gefördert.

Biokunststoffe liegen im Trend. Vor allem in der Verpackungsindustrie werden fossile Rohstoffe zunehmend durch biobasierte Alternativen ersetzt. Dennoch machen Biokunststoffe weniger als ein Prozent der weltweit jährlich mehr als 367 Millionen Tonnen produzierten Kunststoffe aus, wie Marktdaten von European Bioplastics aus dem Jahr 2022 zeigen. Dass Biokunststoffe noch ein Nischendasein führen, liegt auch an den meist noch höheren Produktionskosten. Das wollen Forschende der Universität Magdeburg ändern. Ein Team um Stefanie Duvigneau will die Produktionsprozesse von biotechnologisch hergestellten Biokunststoffen deutlich verbessern und ihre Herstellung damit günstiger, schneller und konkurrenzfähiger machen.

Mit Comutermodellen Biokunststoff-Ausbeute steigern

„Um das zu ermöglichen, nutzen wir Computermodelle, die simulieren, wie man den Kunststoff schnellstmöglich, mit hoher Ausbeute und so nachhaltig wie möglich herstellen könnte“, sagt Stefanie Duvigneau von der Fakultät für Elektrotechnik und Informationstechnik der Universität Magdeburg und Leiterin der Arbeitsgruppe „Synthese von nachhaltigen biotechnologischen Prozessen“. Im Labor werden die Computermodelle dann getestet.

Spezielle Bakterienstämme können eine breite Rohstoffpalette zur Herstellung nachhaltiger biobasierter Kunststoffe nutzen. Rest- und Abfallstoffe aus Land- und Forstwirtschaft sowie der Lebensmittelindustrie können hier als Ausgangsstoffe genutzt werden. „Die Bakterien können Reste aus der Apfelsaftproduktion oder auch gebrauchtes Frittierfett verstoffwechseln und unter bestimmten Bedingungen den Biokunststoff dann als Energie- und Kohlenstoffspeicher einlagern“, erklärt Stefanie Duvigneau.

Neue Prozesse für eine grüne Chemie

Das Projekt ist Teil des vom Land Sachsen-Anhalt geförderten Forschungsclusters „Smart Process Systems for a Green Carbon-based Chemical Production in a Sustainable Society“, kurz SmartProSys, in dem Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler der Universität Magdeburg gemeinsam mit Partnern fossile Rohstoffe durch erneuerbare Kohlenstoffquellen ersetzen und energieintensive Prozessketten in vollständig geschlossene Kreisläufe umgestalten wollen. Ziel des Clusters ist eine „grüne“ chemische Industrie, die auf biogenen Rest- und Abfallstoffen sowie recycelten Kunststoffen basiert, deren Prozesse ausschließlich mit erneuerbaren Energien betrieben werden und deren Bausteine durch systematische Kreislaufführung immer wieder verwendet werden können.

Biobauern dürfen keine chemisch-synthetischen Pflanzenschutzmittel und Mineraldünger einsetzen. Dieser Verzicht soll Artenvielfalt und Umweltschutz stärken, wirkt sich aber negativ auf die Produktivität im Ökolandbau aus. Forschende der Universität Hohenheim arbeiten deshalb an einem Anbausystem, das die Vorteile von konventionellem und ökologischem Landbau vereint. Das Verbundvorhaben „Landwirtschaft 4.0 Ohne chemisch-synthetischen PflanzenSchutz“ (NOcsPS) wird seit 2019 vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) im Rahmen der Förderrichtlinie „Agrarsysteme der Zukunft“ mit rund 4,5 Mio. Euro gefördert.

Marktforschung per Online-Befragung

Der Erfolg des neuen Anbausystems hängt auch davon ab, ob sich die damit erzeugten Produkte auf dem Markt bewähren. „NOcsPS-Produkte können sich langfristig nur am Markt durchsetzen, wenn eine Verbraucherakzeptanz und auch eine Mehrzahlungsbereitschaft vorhanden sind“, erklärt die wissenschaftliche Mitarbeiterin Marie-Catherine Wendt. Die Vermarkungschancen wurden in einem Ergänzungsprojekt zum NOcsPS-Verbundvorhaben mit dem Titel „Hypothetische Zahlungsbereitschaftsanalyse und Zielgruppenanalyse für Milch- und Milchprodukte hergestellt ohne chemisch-synthetischen Pflanzenschutz“ und durch die Studie „Consumer Segmentation for Pesticide-free Food Products” separat analysiert.

Potenzielle Konsumenten: Frauen und Ältere

In einer repräsentativen Online-Befragung von 1.010 Personen untersuchte das Team die potenzielle Zielgruppe und deren Zahlungsbereitschaft. Rund 23% der deutschen Bevölkerung lassen sich nach den Ergebnissen der Studie den „Zukünftigen Konsumentinnen und Konsumenten“ zuordnen. Diese Gruppe lehnt den Einsatz von Pflanzenschutzmitteln in der Lebensmittelproduktion grundsätzlich ab und zeigt ein ausgeprägtes Bewusstsein für Rückstände von Pflanzenschutzmitteln in Lebensmitteln. „Weiterhin finden wir hier einen höheren Anteil weiblicher und älterer Konsument:innen“, erläutert Wendt.

Höhere Preise werden akzeptiert

Bioprodukte kosten mehr Geld, und der Verzicht auf chemisch-synthetische Pflanzenschutzmittel würde sich ebenfalls im Preis niederschlagen. Deshalb untersuchte das Hohenheimer Team auch die Zahlungsbereitschaft potenzieller Konsumentinnen und Konsumenten. „Im Durchschnitt würden sie für NOcsPS-Milch 31%, für NOcsPS-Käse 23% und für NOcsPS-Butter 24% mehr ausgeben als für konventionelle Vergleichsprodukte“, resümiert Wendt.

Die Ergebnisse der Online-Befragung werden öffentlich zugänglich gemacht. „Entscheidungsträgerinnen und Entscheidungsträgern in der Agrar- und Ernährungsindustrie können unsere Erkenntnisse nutzen“, sagt Ramona Weinrich, Leiterin des Fachgebietes Verbraucherverhalten in der Bioökonomie. „Sie sollten eine verständliche Kennzeichnung von Produkten entwickeln und sicherstellen, dass diese Produkte in der Gesellschaft glaubwürdig sind.“

dpd

Böden sind eine lebenswichtige Ressource und unverzichtbar für Ökosysteme, Klima und Menschen. Sie speichern nicht nur große Mengen Kohlenstoff und Wasser, sondern versorgen Pflanzen mit Nährstoffen und Menschen mit Nahrung. Doch die industrielle Landwirtschaft und die Folgen der Klimakrise setzen die Böden zunehmend unter Druck. Einer aktuellen Studie zufolge sind weltweit mehr als ein Drittel der landwirtschaftlich genutzten Flächen degradiert, in der Europäischen Union sogar mehr als 60%. Das geht aus dem aktuellen Bodenatlas hervor, der von der grünen-nahen Heinrich-Böll-Stiftung, dem Bund für Umwelt und Naturschutz Deutschland (BUND) und TMG Think Tank for Sustainability herausgegeben wird.

Politische Anstregungen zum Bodenschutz neu ausrichten

„Wir brauchen gesunde Böden, um uns an die Klimakrise anzupassen“, betont Imme Scholz, Vorstand der Heinrich-Böll-Stiftung. Da die Ressource Land weltweit immer knapper werde, seien „dringend abgestimmte politische Anstrengungen zum Bodenschutz“ notwendig, „die die verschiedenen Nutzungsformen zusammen denken und sich an Menschenrechten orientieren“, heißt es.

Auf insgesamt 50 Seiten beleuchtet der Atlas, welche Bedeutung gesunde Böden für Mensch und Natur haben, wie stark die Ressource weltweit umkämpft ist und warum intakte Böden für den Klimaschutz und die Anpassung an die Klimakrise so wichtig sind. So zeigt die Studie, dass die Wüstenbildung auch in Europa zunimmt. „Dreizehn EU-Mitgliedstaaten sind mittlerweile betroffen. Und zwar nicht nur Südeuropa, sondern auch Länder mit gemäßigtem und feuchtem Klima wie Ungarn und Bulgarien. In Deutschland weist mindestens ein Fünftel der landwirtschaftlichen Flächen sehr starke Bodenerosion auf“, sagt Scholz.

Bodenverlust durch Überdüngung und Versiegelung

Darüber hinaus gerate der Boden vor allem durch eine zu intensive Landwirtschaft mit übermäßigem Einsatz von Mineraldünger und chemischen Pflanzenschutzmitteln sowie durch Versiegelung unter Druck. 55 Hektar Boden gehen demnach bundesweit täglich für Siedlungs- und Verkehrsflächen verloren. Besonders problematisch sei die Entwässerung von Mooren. Durch die Nutzung entwässerter Moore würden im Jahr 2021 mehr Treibhausgase freigesetzt als durch die deutsche Industrie, so die Studie. Ein weiteres Problem sei die ungerechte Landverteilung in vielen Ländern der Erde, die zu Armut und Hunger führe.

Bodenschutz unterstützen und nachhaltige Nutzung fördern

Neben Daten und Fakten zum aktuellen Zustand der Böden liefert der Bodenatlas auch erste Antworten darauf, wie langfristiger Bodenschutz in der Landwirtschaft gelingen kann und welche politischen Rahmenbedingungen dafür geschaffen werden müssen. „Politik muss Böden besser schützen, auch mit Blick auf die enorme Artenvielfalt“, sagt BUND-Vorsitzender Olaf Bandt und verweist auf die Vielzahl der Bodenlebewesen, die allein in einem Hektar Land leben. „National und international müssen neue Wege zum Schutz und zur nachhaltigen Nutzung der Böden gefunden werden“, appellieren die Autoren.

Ein wirksames Konzept, um Hunger, Klimakrise und Artensterben zu stoppen, seien „agrarökologische Methoden“, die die Bodenfruchtbarkeit nachhaltig fördern können. Zudem müssten Landwirtinnen und Landwirte beim Bodenschutz unterstützt und bodenverbessernde Maßnahmen gezielt gefördert werden.

Soils are a vital resource and indispensable for ecosystems, climate and people. They not only store large amounts of carbon and water, but also provide plants with nutrients and people with food. However, industrial agriculture and the consequences of the climate crisis are putting soils under increasing pressure. According to a recent study, more than a third of agricultural land worldwide is degraded, in the European Union even more than 60%. This is according to the latest Soil Atlas published by the Heinrich Böll Foundation, which is close to the Green Party, the German Federation for the Environment and Nature Conservation (BUND) and TMG Think Tank for Sustainability (German publication: "Bodenatlas 2024").

Refocusing political efforts on soil protection

"We need healthy soils in order to adapt to the climate crisis," emphasizes Imme Scholz, Director of the Heinrich Böll Foundation. As land is becoming an increasingly scarce resource worldwide, there is an "urgent need for coordinated political efforts to protect the soil", "which consider the various forms of use together and are based on human rights", she says.

On a total of 50 pages, the atlas highlights the importance of healthy soils for humans and nature, the extent to which the resource is contested worldwide and why intact soils are so important for climate protection and adaptation to the climate crisis. The study shows that desertification is also on the rise in Europe. "Thirteen EU member states are now affected. And not just southern Europe, but also countries with temperate and humid climates such as Hungary and Bulgaria. In Germany, at least a fifth of agricultural land is suffering from severe soil erosion," says Scholz.

Soil loss due to overfertilization and sealing

In addition, the soil is under pressure primarily due to over-intensive agriculture with excessive use of mineral fertilizers and chemical pesticides as well as sealing. According to the report, 55 hectares of soil are lost nationwide every day for settlement and traffic areas. The drainage of moors is particularly problematic. According to the study, the use of drained peatlands will release more greenhouse gases in 2021 than German industry. Another problem is the unfair distribution of land in many countries around the world, which leads to poverty and hunger.

Supporting soil protection and promoting sustainable use

In addition to data and facts on the current state of soils, the Soil Atlas also provides initial answers on how long-term soil protection in agriculture can succeed and which political framework conditions need to be created for this. "Politicians must protect soils better, also with a view to the enormous biodiversity," says BUND Chairman Olaf Bandt, referring to the large number of soil organisms that live in one hectare of land alone. "Nationally and internationally, new ways must be found to protect and use soils sustainably," the authors appeal.

An effective concept to stop hunger, the climate crisis and species extinction would be "agroecological methods" that can sustainably promote soil fertility. In addition, farmers should be supported in soil protection and soil-improving measures should be specifically promoted.

Ob Altpapier, Getreidestroh, Lebensmittelabfälle oder Klärschlamm: Die Nutzung von Rest- und Abfallstoffen zur Herstellung neuer biobasierter Produkte ist ein Eckpfeiler der Bioökonomiestrategie und ein Wegbereiter hin zu einer nachhaltigen und ressourcenschonenden Wirtschaftsweise. Doch welche Biomassen gibt es, welche können stofflich oder energetisch genutzt werden und in welchen Mengen sind sie verfügbar? Antworten gibt die Ressourcendatenbank des Deutschen Biomasseforschungszentrums (DBFZ). Forschende des DBFZ haben die Online-Plattform jetzt überarbeitet. Ab sofort sind alle verfügbaren Daten frei zugänglich.

Biomassepotenziale und deren Entwicklungen leichter ermitteln

Die neue Version bietet nun einen vollständigen Überblick über die aktuell verfügbaren Biomassepotenziale in Deutschland und der EU. Dazu wurde die Navigationsstruktur verbessert, so dass die Top-Biomassen in Deutschland leichter identifiziert werden können. Zeitreihen liefern wiederum detaillierte Informationen zu ausgewählten Einsatzstoffen für die energetische und stoffliche Nutzung. Und mit Hilfe eines Biomassepotenzialatlas können nun EU-weit Entwicklungen und Potenziale einzelner Biomassen bis zum Jahr 2010 zurückverfolgt werden. Darüber hinaus können die Datenergebnisse sowohl grafisch als auch tabellarisch ausgegeben und über eine digitale Schnittstelle (API) in externe Webanwendungen integriert werden.

Verfügbare Ressourcen effizient nutzen

„Die DBFZ-Ressourcendatenbank ist das Ergebnis längerer Überlegungen, wie wir Erkenntnisse aus verschiedenen Forschungsprojekten sinnvoll zusammenführen können. Unser Ziel ist es, mit dem Portal ein langlebiges und wissenschaftlich fundiertes Informationswerkzeug bereitzustellen. Dadurch sollen Forschende, die Politik und Unternehmen dabei unterstützt werden, verfügbare Ressourcen auf effiziente Weise zu nutzen“, erklärt Jasmin Kalcher, Mit-Entwicklerin am DBFZ.

Hintergrundpapier zur Ermittlung der Biomassepotenziale

Die DBFZ-Ressourcendatenbank steht seit 2019 Interessierten aus Forschung, Politik und Wirtschaft für Recherchezwecke frei zur Verfügung. Sie umfasst bisher 77 in Deutschland verfügbare biogene Reststoffe, Nebenprodukte und Abfälle. Neben der Überarbeitung der Online-Plattform hat das DBFZ auch ein Hintergrundpapier mit dem Titel „Biomassepotenziale von Abfällen und Reststoffen" veröffentlicht. Darin geben die Forschenden einen Überblick über die Methodik zur Ermittlung der Biomassepotenziale von Abfällen und Reststoffen in Deutschland.

Whether waste paper, cereal straw, food waste or sewage sludge: the use of residual and waste materials to manufacture new bio-based products is a cornerstone of the bioeconomy strategy and a precursor to a sustainable and resource-conserving economy. But which biomasses are available, which can be used for material or energy purposes and in what quantities are they available? Answers can be found in the resource database of the German Biomass Research Center (DBFZ). Researchers at the DBFZ have now revised the online platform. All available data is now freely accessible.

Identifying biomass potential and its development more easily

The new version now offers a complete overview of the biomass potential currently available in Germany and the EU. The navigation structure has been improved to make it easier to identify the top biomasses in Germany. Time series in turn provide detailed information on selected input materials for energy and material use. And with the help of a biomass potential atlas, developments and potentials of individual biomasses throughout the EU can now be traced back to the year 2010. In addition, the data results can be displayed both graphically and in tabular form and integrated into external web applications via a digital interface (API).

Efficient use of available resources

"The DBFZ resource database is the result of lengthy deliberations on how we can bring together findings from various research projects in a meaningful way. Our aim with the portal is to provide a long-lasting and scientifically sound information tool. The aim is to support researchers, policymakers and companies in using available resources efficiently," explains Jasmin Kalcher, co-developer at the DBFZ.

Background paper on determining biomass potential

The DBFZ resource database has been freely available to interested parties from research, politics and industry for research purposes since 2019. It currently includes 77 biogenic residues, by-products and waste available in Germany. In addition to revising the online platform, the DBFZ has also published a background paper entitled "Biomass potentials of waste and residues" (click here for the German publication). In it, the researchers provide an overview of the methodology used to determine the biomass potential of waste and residues in Germany.

Fruchtbare Böden sind für die Nahrungsmittelproduktion unabdingbar – doch auch der Waldboden erfüllt wichtige Funktionen. Ein gesunder Waldboden ist die Voraussetzung für gesunde Wälder und trägt zum Erhalt der biologischen Vielfalt bei. Die Aktion „Boden des Jahres 2024“ stellt daher den Waldboden ins Rampenlicht. Mit ihrer Wahl wollen die Initiatoren vom Thünen-Institut für Waldökosysteme und dem Kuratorium Boden des Jahres eine intensive gesellschaftliche Debatte über den Schutz und die Nutzung des Waldbodens im Klimawandel anstoßen.

Wichtiger Kohlenstoffspeicher

„Wälder sind unsere wichtigsten Mitstreiter im Kampf gegen die Klimakrise. Die Waldböden sind dabei das Fundament der Wälder: Sie sind dynamische, äußerst lebendige Lebensräume, die unablässig dazu beitragen, die Wälder im Gleichgewicht zu halten“, sagt Bundeslandwirtschaftsminister Cem Özdemir als Schirmherr der Aktion. Nicht nur der Wald, auch der Waldboden selbst trägt als Kohlenstoffspeicher direkt zum Klimaschutz bei. In der Humusschicht, die Bodenorganismen aus der jährlich anfallenden Streu aus Blättern, Samen und Holzresten bilden, lagern große Mengen an organischem Kohlenstoff.

Bedrohungen für Wald und Waldboden

Noch vor rund 5.000 Jahren waren über 90% der Fläche Deutschlands bewaldet. Heute sind es nur noch 30% (11,4 ha). Die meisten Waldflächen sind der ackerbaulichen Nutzung gewichen. Heute sind Wald und Waldboden unter anderem durch hohe Stickstoffbelastung, Trockenstress und Baumkrankheiten bedroht. Die Folge: In Deutschland gibt es inzwischen große Kahlflächen, vergleichbar mit der Fläche des Saarlandes.

Regelmäßige Bodenzustandserhebungen in den einzelnen Bundesländern tragen dazu bei, die Entwicklungen des Waldbodens im Blick zu behalten. So zeigte das Monitoring der Bayerischen Landesanstalt für Wald und Forstwirtschaft (LWF), dass sich die Waldböden in Bayern langsam von den hohen Stoffeinträgen des letzten Jahrhunderts – beispielweise Schwefel aus Verbrennungsprozessen – erholen.

Boden des Jahres

Seit 2004 wählen Vertreterinnen und Vertreter des Thünen-Instituts für Waldökosysteme und des Kuratoriums Boden den Boden des Jahres. Damit soll das Bewusstsein für die Vielfalt und Bedeutung der unterschiedlichen Böden in Deutschland geschärft werden. Die Bekanntgabe erfolgt traditionell am 5. Dezember, dem internationalen Tag des Bodens. Der „Boden des Jahres“ 2023 war der Ackerboden.