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Dürreperioden und andere Folgen des Klimawandels belasten die Landwirtschaft. Deshalb wird die Anbaumethode der Agroforstwirtschaft - in den Tropen und Subtropen bereits lange etabliert - zunehmend auch in europäischen landwirtschaftlichen Systemen angewendet. Denn die Integration von Bäumen und Sträuchern mit Ackerbau und Viehhaltung auf derselben Fläche fördert die Biodiversität und schützt vor Klimarisiken. Eine im Agronomy for Sustainable Development veröffentlichte Studie der Universität Hohenheim hat nun bestätigt, dass Agroforstwirtschaft auch in gemäßigten Breiten Ackererträge stabilisiert.

Versuchsfläche wiederentdeckt

Im Gegensatz zu warmen Klimazonen fehlte es in gemäßigten Breiten bislang an Langzeitstudien zur Agroforstwirtschaft, insbesondere zu deren Auswirkungen auf Erträge unter extremen Wetterbedingungen. Auf der Versuchsstation Ihinger Hof in Renningen entdeckten Forschende der Universität Hohenheim eine der ältesten Agroforst-Versuchsflächen Deutschlands wieder. Die Anlage stammt aus dem Jahr 2007 und wurde trotz zwischenzeitlich geringer Aufmerksamkeit über 17 Jahre hinweg betreut und dokumentiert. „Heute ist das Interesse an Agroforst enorm", sagt Olef Koch von der Koordinationsstelle Agroforstsystem-Forschung. „Doch Bäume wachsen bekanntermaßen langsam. Was wir am Ihinger Hof vorgefunden haben, ist deshalb von unschätzbarem Wert.“

So konnten die Forschenden die Erträge von fünf Winterkulturen in einem Agroforstsystem mit drei unterschiedlichen Gehölztypen zwischen 2012 bis 2023 analysieren: Wintererbsen, Triticale, Wintergerste, Winterweizen sowie Raps zwischen heimischen Hecken, Walnussreihen und Weidenplantagen. Die höchsten Erträge wurden in 12–18 Metern Abstand zu den Baumreihen gemessen, während sie in der Mitte der Allee (18–24 Meter) deutlich zurückgingen. Das liegt daran, dass Bäume und Sträucher das Mikroklima auf Ackerflächen beeinflussen und zu dessen Regulierung beitragen: „Sie mindern beispielsweise Temperaturextreme, Windgeschwindigkeit und Verdunstung", erklärt Olef Koch.

Effekte durch das richtige Zusammenspiel

Damit die positiven Effekte in landwirtschaftlichen Systemen in gemäßigten Breiten erzielt werden können, ist ein abgestimmtes Zusammenspiel von Baumarten, Pflanzabständen, Bodenbeschaffenheiten und klimatischen Bedingungen entscheidend. Insbesondere streifenförmige Agroforstsysteme ermöglichen maschinelle Bewirtschaftung und steigern die Klimarobustheit - bergen jedoch Zielkonflikte durch Konkurrenz mit Kulturpflanzen um Licht, Wasser und Nährstoffe.

Droughts and other consequences of climate change are putting a strain on agriculture. This is why the cultivation method of agroforestry - already long established in the tropics and subtropics - is increasingly being used in European agricultural systems. This is because the integration of trees and shrubs with arable farming and livestock farming on the same land promotes biodiversity and protects against climate risks. A study by the University of Hohenheim published in Agronomy for Sustainable Development has now confirmed that agroforestry also stabilises arable yields in temperate latitudes.

Experimental area rediscovered

In contrast to warm climate zones, there has been a lack of long-term studies on agroforestry in temperate latitudes, particularly on its effects on yields under extreme weather conditions. At the Ihinger Hof experimental station in Renningen, researchers from the University of Hohenheim rediscovered one of the oldest agroforestry trial sites in Germany. The site dates back to 2007 and has been maintained and documented for 17 years despite little attention in the meantime. ‘Today, interest in agroforestry is enormous,’ says Olef Koch from the Agroforestry Systems Research Coordination Centre. ‘But trees are known to grow slowly. What we found at the Ihinger Hof is therefore invaluable.’

This enabled the researchers to analyse the yields of five winter crops in an agroforestry system with three different types of trees between 2012 and 2023: Winter peas, triticale, winter barley, winter wheat and rapeseed between native hedgerows, walnut rows and willow plantations. The highest yields were measured at a distance of 12-18 metres from the rows of trees, while they fell significantly in the middle of the avenue (18-24 metres). This is because trees and shrubs influence the microclimate on arable land and help to regulate it: ‘For example, they reduce temperature extremes, wind speed and evaporation,’ explains Olef Koch.

Effects through the right interaction

In order to achieve the positive effects in agricultural systems in temperate latitudes, a harmonised interplay of tree species, plant spacing, soil characteristics and climatic conditions is crucial. Strip-shaped agroforestry systems in particular enable mechanised cultivation and increase climate resilience - but involve conflicting objectives due to competition with cultivated plants for light, water and nutrients.

Die Düngung von Kulturpflanzen erfolgt bislang häufig auf Grundlage standardisierter Berechnungen oder langjähriger Erfahrungswerte. Diese pauschalen Ansätze führen jedoch oft zu einer ungenauen und wenig effizienten Nährstoffversorgung – mit negativen Folgen für Umwelt und Wirtschaftlichkeit. Eine präzise Bestimmung des Düngebedarfs über den Ernährungszustand der Pflanzen ist bisher jedoch kosten- und zeitaufwendig. Hier setzt das Start-up NutriSen an – eine Ausgründung der Technischen Universität München (TUM). Im Rahmen des Forschungsprojekts LiveSen-MAP hat das Team eine innovative Technologie entwickelt, die eine schnelle und direkte Messung von Nährstoffen direkt auf dem Feld ermöglicht.

Durch Biosensor und Messgerät zur Düngeempfehlung

Landwirtinnen und Landwirte sammeln auf dem Feld Pflanzenhalme und pressen sie aus. Das austretende Substrat wird auf Biosensorstreifen aufgetragen. Das von NutriSen entwickelte Messgerät analysiert daraufhin die Phosphat- und Nitratwerte direkt vor Ort. Auf Basis dieser Daten und Satellitenaufnahmen des Copernicus-Programms wird innerhalb weniger Minuten eine hochauflösende Feldkarte mit Düngeempfehlungen für jeden einzelnen Abschnitt erstellt. Laut dem Team lässt sich so der Düngemitteleinsatz um bis zu 20  % reduzieren. „Was wir erreichen wollten, ist ein Labor auf dem Feld, eine Demokratisierung der datengestützten Landwirtschaft“, erklärt Débora Moretti aus dem Forschungsprojekt LiveSen-MAP.

Testphase mit landwirtschaftlichen Betrieben

Die Entwicklung wurde unter anderem im EU-Förderprogramm EIC Transition unterstützt. Mittlerweile befindet sie sich in der zweiten Testphase mit landwirtschaftlichen Betrieben. „Durch das Feedback der ersten Phase konnten wir bereits Sensoren und Anwendung optimieren. Nun testen rund 100 Betriebe die Sensoren direkt auf dem Feld“, erklärt Moretti. Auf Basis der Ergebnisse soll im kommenden Jahr ein marktreifes Produkt vorgestellt werden.

Der Prozess von neuen Pflanzenzüchtungen ist teuer und beansprucht viel Zeit sowie Ressourcen - denn für jede einzelne Art müssen die Genome aufwendig angepasst werden. Dies schränkt genetische Verbesserungen ein. Das Forschungsprojekt SyncSol des Max-Planck-Instituts für Molekulare Pflanzenphysiologie (MPI MP) soll ein universelles Chloroplasten-Genom entwickeln, das die Effizienz und Vielfalt in der Pflanzenzüchtung erhöht. Nun wurde es mit 9,1 Mio. Pfund (ca. 11 Mio. Euro) von der Advanced Research and Invention Agency (ARIA) gefördert.

Zahlreiche Anwendungen

Das Universal-Genom soll in allen Pflanzen der Familie der Nachtschattengewächse (wie Tomaten, Kartoffeln, Paprika, Auberginen, Tabak) funktionsfähig sein. Zusätzlich beabsichtigt das Team, das Genom um eine nützliche Eigenschaft, etwa verbesserte Photosynthese oder Anpassung an ungünstige Umweltbedingungen, zu erweitern. „Wenn wir Nutzpflanzen schnell und gezielt optimieren können, ergeben sich zahlreiche Anwendungen“, erklärt Projektleiter Daniel Dunkelmann: „Pflanzen könnten in Zukunft Pharmazeutika, Biokraftstoffe oder nachhaltige Materialien produzieren. Unsere Nutzpflanzen ließen sich an die Herausforderungen der Klimakrise und des Artensterbens anpassen – und das in der erforderlichen Geschwindigkeit.“

Forschungsteam von Tragweite des Projekts überzeugt

Durch die Förderung kann das Forschungsteam in enger Zusammenarbeit mit britischen und amerikanischen Partnern sowie zwei Start-ups an neuartigen Nutzpflanzen arbeiten. Dunkelmann ist überzeugt, dass das Projekt bei Erfolg einen großen Einfluss auf die zukünftige Pflanzenforschung haben wird: „Die Möglichkeiten, die uns dieses ehrgeizige Forschungsprojekt bieten könnte, sind immens. Die Förderung durch ARIA gibt uns die Chance, einen Durchbruch erzielen zu können.“

The process of breeding new plants is expensive and requires a lot of time and resources - because the genomes have to be carefully adapted for each individual species. This limits genetic improvements. The SyncSol research project at the Max Planck Institute of Molecular Plant Physiology (MPI MP) aims to develop a universal chloroplast genome that will increase efficiency and diversity in plant breeding. It has now received £9.1 million (approx. 11 million euros) in funding from the Advanced Research and Invention Agency (ARIA).

Numerous applications

The universal genome should be functional in all plants of the nightshade family (such as tomatoes, potatoes, peppers, aubergines and tobacco). In addition, the team intends to expand the genome to include a useful trait, such as improved photosynthesis or adaptation to unfavourable environmental conditions. ‘If we can optimise crops quickly and in a targeted manner, there are numerous applications,’ explains project leader Daniel Dunkelmann: ’Plants could produce pharmaceuticals, biofuels or sustainable materials in the future. Our crops could be adapted to the challenges of the climate crisis and species extinction - and at the necessary speed.’

Research team convinced of the significance of the project

The funding will enable the research team to work closely with British and American partners as well as two start-ups on novel crops. Dunkelmann is convinced that, if successful, the project will have a major impact on future plant research: ‘The opportunities that this ambitious research project could offer us are immense. The funding from ARIA gives us the chance to achieve a breakthrough.’

Jeder elfte Mensch ist unterernährt. Die Ursachen dafür sind zwar vor allem Verteilungsprobleme und die Art, wie Anbauflächen genutzt werden – etwa für Viehfutter statt für Nahrung. Dennoch ist es vor diesem Hintergrund alarmierend, wenn die Klimaforschung prognostiziert, dass immer weniger Standorte optimale Bedingungen für den Ackerbau bieten werden. Die Pflanzenzüchtung forscht deshalb an neuen Sorten, die zum Beispiel besser mit Dürre zurechtkommen oder auch auf salzhaltigen Böden wachsen können.

Zahlreiche Wildpflanzen gedeihen unter salzigen Bedingungen, darunter auch Wildgerste. „Das hat uns auf die Idee gebracht, dass die Wildgerste vielleicht Bakterien in ihrem Wurzelraum hat, die auch Kulturgerste bei Stressbedingungen helfen könnten“, erinnert sich Sylvia Schnell, Mikrobiologin an der Universität Gießen. Generell gilt Gerste als ein Getreide, das man auch bei nicht optimalen Bedingungen und schlechter Bodenqualität anbauen kann. „Weizen reagiert deutlich empfindlicher“, erklärt die Forscherin.

Sommergerste und Winterweizen im Fokus

Entstanden ist aus dieser Idee das Projekt BreadAndBeer, das vom Bundesforschungsministerium mit rund einer Million Euro über sieben Jahre gefördert wird. Ziel des Projekts ist es, die Kornqualität der für Bier bedeutsamen Sommergerste und des für Brot wichtigen Winterweizens unter ungünstigen Umweltbedingungen zu verbessern. „Wir haben diese beiden Getreide gewählt, weil sie auch in der Praxis in typischen Fruchtfolgen angebaut werden, damit der Boden nicht ermüdet und Schädlinge nicht Überhand nehmen können“, erläutert Schnell.

Zunächst galt es, die Hypothese zu prüfen, dass salzangepasste Pflanzen wie die Wildgerste Wurzelbakterien beherbergen, die eine unterstützende Rolle für das Pflanzenwachstum spielen. Dazu isolierte das Forschungsteam entsprechende Bakterien. Einige Gewächshausexperimente später war klar, dass das Bakterium Hartmannibacter diazotrophicus abiotischen Stress bei Gerste mildern und zudem Stickstoff fixieren kann, den es der Pflanze als natürlichen Dünger bereitstellt. „Aber im Gewächshaus sind wir nie bis zum Kornertrag gegangen, das geht schlecht in den kleinen Blumentöpfen“, berichtet Schnell. Deshalb folgten drei Jahre lang Feldexperimente.

Saatgut mit Bakterien beimpft

Auf zwei ökologisch bewirtschafteten Flächen baute das Forschungsteam auf jeweils 7,5 Quadratmetern eines der beiden Getreide in unterschiedlichen Konfigurationen an: In einigen Fällen waren die Samenkörner vorher in einer Lösung mit dem Bakterium beimpft worden. Die Bakterien wurden mit einer Schicht aus Gummi arabicum, einem gummiartigen Pflanzensaft, auf dem Samenkorn fixiert. Eine weitere Schicht aus Talkum sorgte dafür, dass die Aussaat mit einer Sämaschine möglich blieb.

Die erste Frage war: Würden die Bakterien sich gegen das natürliche Bodenmikrobiom behaupten können? Regelmäßig nahmen die Forschenden Proben und schauten, ob H. diazotrophicus noch vorhanden war. 273 Tage lang gelang der Nachweis bei Winterweizen, immerhin 119 Tage lang bei Sommergerste. „Das hat uns erst mal Zuversicht gegeben, das ist eine lange Zeit“, ordnet Schnell ein. Umgekehrt fand sich in den Studien auch kein störender Effekt der neuen Bakterien auf die natürliche Bakteriendiversität im Wurzelraum. „Gerade im Ökolandbau möchte man das System so natürlich wie möglich erhalten“, betont die Mikrobiologin. Im konventionellen Landbau dagegen gebe es eh viele Störungen, etwa durch Pestizide.

Gelbrost, auch Streifenrost genannt, wird vom Pilz Puccinia striiformis f. sp. tritici ausgelöst und zählt zu den gefährlichsten Krankheiten im Weizenanbau. Etwa 88 % der globalen Brotweizenproduktion sind vom Erreger potenziell betroffen. Ein internationales Forschungsteam unter Federführung der Universität Zürich (UZH) hat nun in asiatischen Weizensorten zwei Genomabschnitte identifiziert, die den Pflanzen eine natürliche Resistenz gegen die Krankheit verleihen. „Lassen sich solche Gene auf kommerzielle Weizensorten übertragen, könnten sie für die Bekämpfung des Gelbrostes wichtige Beiträge leisten", sagt Studienverantwortlicher Kentaro Shimizu.

Lokale Weizensorten weniger betroffen

Eine der zwei Genregionen wurde in einer traditionellen Weizensorte aus Nepal gefunden - die andere in breiter verteilten Sorten aus Nepal, Pakistan und China im südlichen Himalaya-Gebiet. Die Forschenden gehen davon aus, dass dieses Gebiet auch der Ursprung des Gelbrosterregers ist. Über Jahrzehnte lag der Fokus der Weizenzüchtung auf hohen Erträgen, was zwar zur globalen Ernährungssicherung beitrug, aber die genetische Vielfalt verringerte und die Pflanzen anfälliger für Krankheiten und Klimaextreme machte. Im Gegensatz dazu bewahrten lokale Landwirte in Asien traditionelle Sorten, die ein potenzielles Reservoir an Krankheitsresistenz aufweisen.

Genetische Vielfalt bewahren

Die Ergebnisse zeigen somit auch, wie entscheidend der Erhalt genetischer Vielfalt und traditioneller Weizensorten ist. Denn die alten Sorten wurden von Landwirten weltweit über Generationen hinweg bewahrt und könnten eine wichtige Grundlage für die Ernährungssicherheit der Zukunft bilden. „Ihre Nutzung sollte in enger Zusammenarbeit mit den lokalen Landwirten erfolgen, damit diese davon profitieren. Denn ihr Wissen und ihre Praxis waren für die heutige genetische Vielfalt entscheidend", betont Katharina Jung aus Shimizus Team.

Yellow rust, also known as stripe rust, is caused by the fungus Puccinia striiformis f. sp. tritici and is one of the most dangerous diseases in wheat cultivation. Around 88% of global bread wheat production is potentially affected by the pathogen. An international research team led by the University of Zurich (UZH) has now identified two genome segments in Asian wheat varieties that give the plants natural resistance to the disease. ‘If such genes can be transferred to commercial wheat varieties, they could make an important contribution to combating yellow rust,’ says Kentaro Shimizu, who led the study.

Local wheat varieties less affected

One of the two gene regions was found in a traditional wheat variety from Nepal - the other in more widely distributed varieties from Nepal, Pakistan and China in the southern Himalayan region. The researchers assume that this region is also the origin of the yellow rust pathogen. For decades, the focus of wheat breeding was on high yields, which contributed to global food security but reduced genetic diversity and made the plants more susceptible to diseases and climate extremes. In contrast, local farmers in Asia preserved traditional varieties that have a potential reservoir of disease resistance.

Preserving genetic diversity

The results also show how crucial it is to preserve genetic diversity and traditional wheat varieties. This is because the old varieties have been preserved by farmers around the world for generations and could form an important basis for food security in the future. ‘They should be utilised in close cooperation with local farmers so that they can benefit from them. After all, their knowledge and practice were crucial for today's genetic diversity,’ emphasises Katharina Jung from Shimizu's team.

Regenerative Landwirtschaft gewinnt zunehmend an Bedeutung, da sie sowohl ökologische als auch ökonomische Vorteile bietet. Dieser landwirtschaftliche Ansatz fördert gezielt den Aufbau von Humus im Boden, wodurch Kohlenstoff gebunden, die Bodenqualität verbessert, die Biodiversität gestärkt und stabile Erträge ermöglicht werden. Im Gegensatz zur konventionellen Landwirtschaft regeneriert sie natürliche Ökosysteme statt sie nur zu nutzen. Eine umfangreiche europäische Studie unter der Leitung der European Alliance for Regenerative Agriculture (EARA) belegt nun die positiven Effekte und Potenziale. Finanziert wurde sie durch die Innovationsgemeinschaft EIT Food.

Neuer Messindex eingeführt

Die Studie erstreckte sich über 78 landwirtschaftliche Betriebe in 14 europäischen Ländern und erfasste dabei mehr als 7.000 Hektar Anbaufläche. Im Rahmen der Untersuchung wurde der Regenerating Full Productivity (RFP) Index entwickelt – ein neuer Bewertungsmaßstab, der ökologische, klimatische und wirtschaftliche Leistungen von Betrieben ganzheitlich erfasst. Regenerative Betriebe - die meisten sind vollständig pflanzenbasiert - erzielten im Durchschnitt nur 1 % niedrigere Kalorien- und Eiweißerträge als konventionelle Betriebe, verbrauchten jedoch 62 % weniger synthetischen Stickstoffdünger und 76 % weniger Pestizide pro Hektar. Zudem wiesen sie einen um 27 % höheren RFP-Wert auf, mit Verbesserungen bei der Bodenbedeckung, der Pflanzenvielfalt, der Photosyntheseaktivität sowie den sommerlichen Kühleffekten auf den Feldern.

Widerstandsfähigkeit und Ernährungssicherheit stärken

Die Veröffentlichung der Studienergebnisse fällt in eine Zeit wachsender wirtschaftlicher Herausforderungen für die europäische Landwirtschaft: Die Europäische Kommission rechnet bis 2025 mit Verlusten in Höhe von 60 Mrd. Euro – ein Betrag, der bis 2050 auf über 90 Mrd. Euro ansteigen könnte. Regenerative Systeme sieht Simon Krämer, Geschäftsführer der EARA und Hauptautor der Studie, daher als vielversprechenden Ansatz zu mehr Autonomie und Klimaschutz: „Endlich haben wir konkrete Daten aus realen landwirtschaftlichen Betrieben, die zeigen, dass Regeneration nicht nur funktioniert, sondern auch wirtschaftlich sinnvoll ist. Es ist nicht nur möglich, sondern auch unerlässlich, den europäischen Agrar- und Lebensmittelsektor so schnell wie möglich auf Regeneration umzustellen, um die Widerstandsfähigkeit ländlicher Gebiete und die Ernährungssicherheit zu gewährleisten."

Regenerative agriculture is becoming increasingly important as it offers both ecological and economic benefits. This agricultural approach specifically promotes the build-up of humus in the soil, which binds carbon, improves soil quality, strengthens biodiversity and enables stable yields. In contrast to conventional agriculture, it regenerates natural ecosystems instead of merely utilising them. A comprehensive European study led by the European Alliance for Regenerative Agriculture (EARA) has now demonstrated the positive effects and potential. It was financed by the EIT Food innovation community.

New measurement index introduced

The study included 78 farms in 14 European countries and covered more than 7,000 hectares of cultivated land. As part of the study, the Regenerating Full Productivity (RFP) Index was developed - a new evaluation standard that holistically records the ecological, climatic and economic performance of farms. Regenerative farms - most of which are fully crop-based - achieved on average only 1% lower calorie and protein yields than conventional farms, but used 62% less synthetic nitrogen fertiliser and 76% less pesticides per hectare. They also had 27% higher RFP, with improvements in soil cover, plant diversity, photosynthetic activity and summer cooling effects in the fields.

Strengthening resilience and food security

The publication of the study results comes at a time of growing economic challenges for European agriculture: the European Commission expects losses totalling 60 billion euros by 2025 - an amount that could rise to over 90 billion euros by 2050. Simon Krämer, Managing Director of EARA and lead author of the study, therefore sees regenerative systems as a promising approach to greater autonomy and climate protection: "We finally have concrete data from real farms that show that regeneration not only works, but also makes economic sense. It is not only possible but also essential to transition the European agri-food sector to regeneration as soon as possible to ensure the resilience of rural areas and food security."

Klimawandel, Wasserknappheit und Ressourcennutzung gehören zu den drängendsten Herausforderungen der Zukunft. Mit der Eröffnung der beiden CampusLabs, dem „Global Soil Health, Water and Climate" und „Circular Economy“ wurden an der Technischen Universität Hamburg (TUHH) Anfang Juni zwei neue Labor- und Forschungsplattformen zur Entwicklung innovativer Lösungen geschaffen.

Bodenforschung mithilfe KI-gestützter Analyseverfahren

Das CampusLab Global Soil Health, Water and Climate ist ein Labor, das im Freien errichtet wurde. Mithilfe modernster Messtechnik wie Thermalkameras, Augmented Reality (AR)- und Virtual Reality (VR)-Technologien sowie Sensoren werden hier Boden- und Umweltprozesse in Echtzeit erfasst. Die Daten geben beispielsweise Auskunft darüber, wie Böden auf den Klimawandel reagieren, wie das Pflanzenwachstum beeinträchtigt wird oder welche Faktoren die Wasserspeicherfunktion beeinträchtigen. Sie werden unter anderem über das Forschungsnetzwerk der Vereinten Nationen veröffentlicht. Die Forschenden setzen hierbei vor allem auf den Einsatz von KI-gestützten Analyseverfahren.

Stoffkreisläufe vollständig abbilden

Das CampusLab Circular Economy widmet sich wiederum der vollständigen Abbildung geschlossener Stoffkreisläufe, mit dem Ziel einer effizienteren Rohstoffnutzung – von der Biomasse über die Entwicklung neuartiger Materialien bis hin zu deren Recycling.

„Die neuen CampusLabs machen globale Herausforderungen wie Klimawandel, Wasserknappheit und Ressourcennutzung erfahrbar und zeigen, wie exzellente Forschung und Lehre in konkrete Lösungen übersetzt wird“, so Andreas Timm-Giel, Präsident der TU Hamburg.

Schnittstelle zur Gesellschaft

Ziel beider Reallabore ist es, die Zusammenarbeit zwischen Forschenden, Studierenden sowie angehenden Fachkräften zu fördern, zukunftsweisende Technologien und Prozesse für eine nachhaltige Zukunft zu entwickeln sowie die nächste Generation von Ingenieuren auf eine Führungsrolle in einer klimaresistenten Welt vorzubereiten. Die CampusLabs dienen zugleich als Schnittstelle zur Gesellschaft. Sie bieten nicht nur Studierenden praxisnahe Ausbildungsmöglichkeiten, sondern auch Formate für Schulklassen, um das Interesse an MINT-Berufen frühzeitig zu wecken.

Die Einweihung der CampusLabs fand am 5. Juni im Rahmen des ersten gemeinsamen Treffens der sechs UN University Hubs an der TUHH zum Abschluss der Sustainability Week in Hamburg statt.

Bei der Bierproduktion fallen jährlich riesige Mengen Treber an. Davon landet das Meiste als Futter im Trog der Tiere oder in der Biogasanlage. Doch Biertreber ist ein kostbarer und nährstoffreicher Rohstoff. Diese bisher ungenutzte Ressource für die Lebensmittelindustrie nutzbar zu machen, hat sich das Start-up ValueGrain auf die Fahne geschrieben. Ein Team um Geschäftsführer und Co-Gründer Tim Gräsing hat eine Technologie entwickelt, die Biertreber zu „flüssigem Mehl“ verarbeitet, das in Teigwaren aller Art herkömmliche Mehle ergänzen, aber auch in Fleischersatzprodukten zum Einsatz kommen kann.

Viele Textilien bestehen aus synthetischen Fasern, die aus Erdöl hergestellt werden und nur schwer zu recyceln sind. Damit werden nicht nur endliche Ressourcen verbraucht, auch die Umwelt wird belastet: Zum einen ist die Herstellung der Fasern äußerst energieintensiv und verursacht große Mengen an CO₂-Emissionen. Zum anderen werden beim Waschen Mikrofasern freigesetzt, die über das Abwasser in die Umwelt gelangen. Im Projekt teXirc – Textile Materials Designed for Circularity will ein Forschungsteam biobasierte und recycelbare synthetische Fasern entwickeln. Das Vorhaben wird von der Universität Konstanz koordiniert und von der VolkswagenStiftung mit 1,4 Mio. Euro gefördert.

„Ein großes Hindernis bei der Lösung der Probleme der Faser- und Textilindustrie in Zusammenhang mit den Belastungsgrenzen unseres Planeten besteht darin, dass die heute etablierten Fasermaterialien nicht für die Kreislaufwirtschaft konzipiert wurden“, sagt Stefan Mecking, Professor für Chemische Materialwissenschaften am Fachbereich Chemie der Universität Konstanz und Koordinator von teXirc.

Recycelbare Textilfasern aus nachhaltigen Rohstoffen

Gemeinsam mit der RWTH Aachen und dem Deutschen Institut für Textil- und Fasertechnik Denkendorf entwickeln die Konstanzer Forschenden neue Fasern und Materialien aus erneuerbaren und nachhaltigen Rohstoffen, die industriell hergestellt werden können, leicht zu verarbeiten und recycelbar sind. Dafür sollen im Projekt Recyclingverfahren bis zur skalierbaren Prototypenreife weiterentwickelt und erste Produkte hergestellt werden.

Enzymatisches Recyclingverfahren

„Wir setzen dabei auf Materialien mit einer Polyethylen-ähnlichen Kristallinität, in die wir in geringer Dichte funktionelle Gruppen einbauen, die eine Art molekulare Sollbruchstelle darstellen. Dadurch können die langen Kohlenstoffketten, aus denen Kunststoffe und synthetische Fasern bestehen, sehr effektiv enzymatisch aufgebrochen werden – zum Beispiel im Zuge von Recyclingverfahren“, so Mecking.

Die VolkswagenStiftung ist eine eigenständige, gemeinnützige Stiftung privaten Rechts. Mit einem Fördervolumen von insgesamt 150 Mio. Euro pro Jahr ist sie nach eigenen Angaben die größte private wissenschaftsfördernde Stiftung in Deutschland. Das Projekt teXirc wird von der VolkswagenStiftung im Rahmen der Förderinitiative Kreislaufwirtschaft mit recycelten und biogenen Ressourcen unterstützt.

Aceton und Methanol sind zwei wichtige Ausgangsstoffe, die zur Herstellung von Chemikalien verwendet werden – darunter auch Lösungsmittel. Sie bestehen vielfach noch aus fossilen Rohstoffen wie Erdöl. Ein internationales Forschungsteam unter Mitwirkung der Universität Magdeburg forscht im Projekt DESMOL2PRO nun an neuen Ansätzen zur Herstellung nachhaltiger Chemikalien.

Biochemische Prozesse kreislauffähig machen

Ziel des Projektes DESMOL2PRO ist die Entwicklung biologisch abbaubarer Lösungsmittel, die gezielt in der chemischen Industrie eingesetzt werden können – etwa zur Herstellung von Biokunststoffen und Medikamenten, aber auch, um biochemische Prozesse sauberer, effizienter und kreislauffähiger zu gestalten. Dabei setzt das Team nicht nur auf nachwachsende Rohstoffe als Ausgangsstoff, sondern auch auf Enzyme, um die biokatalytischen Prozesse gezielt zu steuern. Doch diese Enzyme sind sehr empfindlich.

„In vielen herkömmlichen Lösungsmitteln arbeiten Enzyme nur schlecht oder gar nicht“, erklärt Jan von Langermann, Co-Sprecher des Projekts und Chemiker am Institut für Chemie der Universität Magdeburg. Die Wirksamkeit dieser Eiweißmoleküle hängt demnach entscheidend vom richtigen Lösungsmittel ab.

Mit DES enzymatische Prozesse steuern

Im Projekt sollen daher sogenannte Deep Eutectic Solvents (DES) zum Einsatz kommen, um enzymatische Prozesse zu verbessern. DES sind Stoffgemische, die meist aus mindestens einer festen Substanz bestehen und bei Raumtemperatur flüssig werden. Auch lassen sie sich vorwiegend aus natürlichen Rohstoffen und organischen Verbindungen herstellen.

„DES können häufig die Struktur und Stabilität von Enzymen erhalten, sogar die Aktivität der Katalysatoren gezielt beeinflussen und gleichzeitig eine auf spezifische Anwendungen zugeschnittene Weiterverarbeitung ermöglichen“, erklärt von Langermann. „Wir wollen verstehen, wie DES Enzyme beeinflussen, welches System zu welchem Enzym passt und wie wir diese Erkenntnisse für industrielle Prozesse nutzen können.“ Die Forschenden sind überzeugt, dass ihr Ansatz helfen könnte, die Abhängigkeit von Erdöl zu verringern und grüne Wertschöpfungsketten aufzubauen.

DFG fördert Projekt mit 3,2 Mio. Euro

Das Vorhaben mit dem Titel „Maßgeschneiderte Deep Eutectic Solvents für die Biokatalyse – DESMOL2PRO“ wird von der Leibniz-Universität Hannover koordiniert und von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) mit 3,2 Mio. Euro gefördert. Daran beteiligt sind insgesamt sieben Partner aus Deutschland, Österreich und Kroatien.

Acetone and methanol are two important starting materials used in the production of chemicals - including solvents. In many cases, they are still made from fossil raw materials such as crude oil. In the DESMOL2PRO project, an international research team involving the University of Magdeburg is now researching new approaches to the production of sustainable chemicals.

Making biochemical processes recyclable

The aim of the DESMOL2PRO project is to develop biodegradable solvents that can be used specifically in the chemical industry - for the production of bioplastics and medicines, for example, but also to make biochemical processes cleaner, more efficient and more recyclable. The team relies not only on renewable raw materials as starting materials, but also on enzymes to specifically control the biocatalytic processes. However, these enzymes are very sensitive.

‘Enzymes work poorly or not at all in many conventional solvents,’ explains Jan von Langermann, co-spokesperson of the project and chemist at the Institute of Chemistry at the University of Magdeburg. The effectiveness of these protein molecules therefore depends significantly on the right solvent.

Controlling enzymatic processes with DES

The project will therefore utilise so-called deep eutectic solvents (DES) to improve enzymatic processes. DES are mixtures of substances that usually consist of at least one solid substance and become liquid at room temperature. They can also be produced primarily from natural raw materials and organic compounds.

‘DES can often preserve the structure and stability of enzymes, even specifically influence the activity of the catalysts and at the same time enable further processing tailored to specific applications,’ explains von Langermann. ‘We want to understand how DES influence enzymes, which system suits which enzyme and how we can utilise these findings for industrial processes.’ The researchers are convinced that their approach could help to reduce dependence on crude oil and establish green value chains.

DFG funds project with 3.2 million euros

The project entitled ‘Customised Deep Eutectic Solvents for Biocatalysis - DESMOL2PRO’ is coordinated by Leibniz University Hannover and funded by the German Research Foundation (DFG) with 3.2 million euros. A total of seven partners from Germany, Austria and Croatia are involved in the project.

Deutschland gilt europaweit als Vorreiter bei Mülltrennung und Recycling. Trotz allem werden nur 17 % der Kunststoffe hierzulande wiederverwertet, das Gros wird verbrannt. Im Projekt reGIOcycle hat ein Konsortium aus elf Verbund- und fünf assoziierten Partnern, darunter die Universität Augsburg, konkrete Lösungen für die Region Augsburg entwickelt, um Kunststoffe effizienter zu vermeiden, zu ersetzen und wiederzuverwerten. Das Vorhaben wurde von Januar 2020 bis Januar 2025 vom Bundesforschungsministerium gefördert.

Biokunststoffe bestehen Praxistest

Das Resource Lab der Universität Augsburg war an mehreren Teilprojekten beteiligt. So ermittelte es die Ökobilanz für biobasierte und faserverstärkte Kunststoffe. Hier zeigte sich, dass diese Materialien selbst nach mehrfacher Anwendung ihre mechanische Stabilität beibehalten und auch für ein sortenreines Recycling geeignet sind.

Regionales Mehrwegsystem entwickelt

Mit dem sogenannten Augsburger Becher wurde zudem ein Mehrwegsystem für Kaltgetränke entwickelt. Der Einsatz der Becher in Gastronomie, Hochschule und bei Veranstaltungen sorgte den Forschenden zufolge für eine „deutliche Reduktion von Einwegverpackungen“. Ferner konnten damit CO₂-Emissionen im Vergleich zu Einweg-PET um 75 % gesenkt werden. Auch wurden über 80 % der Mehrwegbecher wieder zurückgegeben. Das neu entwickelte Mehrwegsystem kommt nun bei einer Event-Agentur in der Region zum Einsatz.

Konkrete Handlungsempfehlungen

„Mit reGIOcycle konnten wir zeigen, wie praxisnaher Wandel gelingen kann – vom regionalen Mehrwegbecher bis zur biobasierten Verpackung. Die Ergebnisse liefern konkrete Handlungsoptionen für Kommunen, Wirtschaft und Forschung – weit über die Region Augsburg hinaus“, sagt Andrea Thorenz, Leiterin des Resource Lab der Universität Augsburg.

Darüber hinaus wurden mit Bürgerinnen und Bürgern sowie der städtischen Abfallwirtschaft Maßnahmen entwickelt, um sogenannte Störstoffe, wie Plastiktüten, in der Biotonne zu reduzieren. „Niedrigschwellige Informationsangebote und eine aktive Einbindung der Bevölkerung“ seien ein „wirksamer Hebel für eine sauberere Bioabfalltrennung“, so ein Fazit der Forschenden. Die Ergebnisse sollen jetzt als Grundlage für eine stadtweite Umsetzung entsprechender Strategien dienen.