Aktuelle Veranstaltungen

Flax, also known as linseed, is a fibrous plant that was used as the basic raw material for textiles for hundreds of years, before being eclipsed by cotton. But for some time now, flax has been drawing attention again: Specifically, materials researchers are discovering new potential in it. The very stiffness and durability of the fibres that is something of a disadvantage for textiles is what the scientists are looking for in order to create new composite materials. "The plant has a thin stalk that is extremely rigid. If there is a need for lightweight construction, such as in the automotive industry, one needs fibres that are very strong and rigid, and at the same time light," explains Jörg Müssig from the Bremen University of Applied Sciences.

Flax fibres for new composite materials

As part of the international 'FIBRAGEN - Flax for Improved Biomaterials through applied Genomics' joint project, and together with molecular biologists, plant breeders and materials researchers from France, Spain and Canada, Jörg Müssig and his team investigated how flax fibres can be optimized through breeding for use in composite materials. The research project ran from May 2011 until March 2015, funded by the countries concerned. The Federal Ministry for Education and Research (Bundesministerium für Bildung und Forschung) contributed around 180,000 euros.

A toolbox for breeders

It has long been known that flax fibres have excellent technological properties. "Flax fibres were already being used in tiles as strengtheners in Ancient Egypt," points out Müssig. Nevertheless, the use for textiles predominated over a long period. Meanwhile, flax fibres have advanced to become an alternative to glass fibre composites in the automotive industry as well as for sports equipment manufacturers. Despite this trend, flax breeding is still focussed on textiles. "So the goal of this project was to provide breeders with a toolbox that will support them when it comes to targeted breeding for technical applications in the future," explains the materials expert from Bremen.

Within the project, the task of the team from Bremen was to classify the flax varieties and investigate their suitability for use in composite materials. The German team cooperated with researchers from France and Spain here. The sequencing of the genomes of the individual flax varieties, on the other hand, was mainly in the hands of French molecular biologists from the University of Lille assisted by Canadian colleagues from the University of British Columbia.

Ten types of flax in the composite material test

We studied the effect that a given fibre had in the composite material," reports Katharina Haag, a member of the scientific team working on Fibragen. Ten different flax varieties were under investigation, most of them originating from France. In Bremen, the plant varieties were classified according to the mechanical and morphological properties of their fibres, and then ranked on the basis of the results. "This was preceded by an extremely long and complicated data analysis to establish what kind of parameters influence these properties."

The evaluation yielded these results: In order to better exploit the potential of flax fibres as renewable raw materials in composite materials, both the cultivation conditions as well as the subsequent treatment need to be optimized. The fibres are separated from the stalks of the plant by means of so-called retting. This simply means that the harvest is left on the field for several weeks. "In order to get at the fibres more readily, one uses the microorganisms present on the field. They decompose the cell wall components without attacking the fibres," explains Müssig. This separates the fibre bundles from the rest of the plant tissues.

The retting is a decisive factor for the quality of the flax fibres

Flax can be grown practically everywhere, but the quality of the fibres depends greatly on the retting process. What is needed is the right balance between humidity and dryness. "Too much humidity damages the fibre. It needs to be near the coast, where the stalks alternatingly get covered with dew at night and then dry off during the day." As a uniform quality is essential for fibre production, the various plant varieties were studied by the researchers over a period of two years.

The quality of the flax fibres is also influenced by the kind of treatment to which they are subjected. "These treatment techniques affect the lengths of the fibres in different ways. Therefore we tested the types in respect of differing composition techniques," explains the expert. Thus in France and Spain the techniques of compounding and injection moulding as well as vacuum infusion with short fibres were used, whereas in Bremen composite materials were made using a pultrusion technique from fibres that were not cut to size beforehand.

As a result, the researchers now dispose over a large pool of information that they can make available to the breeders with a view to optimizing flax fibre cultivation. "Now the breeders know that certain kinds perform better during the retting phase, and the fibres can be extracted more easily and then processed into composite materials while sustaining little or no damage," concludes Müssig.

The winner: flax fibre Diane

The flax variety 'Diane' ranked best over the course of the two test years in all three processing 'disciplines', and considerably better than the average. In comparison with the other nine varieties, it displayed especially good suitability for composite materials in terms of strength and rigidity. For Müssig there is no doubt: "If Diane can be processed under optimal conditions, it already has the potential for use in high-end technological applications." But even with this variety, the prerequisite for a high-quality fibre is that the retting takes place under optimal conditions and the separation is performed carefully.

Replacing glass fibres by flax

As part of the research project, French scientists also completely decoded the genomes of the individual flax varieties. However, it is still not clear which genes are responsible for the strength and rigidity in each case, and also not clear which type has the best cell wall composition to promote uniform retting. Now these questions are to be addressed by correlating the genome data with the data gained in Bremen. Even today, flax fibres have a great potential for use in technical applications – assuming that the harvest and treatment are optimized. Müssig notes: "Wherever composite materials are subjected to bending loads, flax fibres can present an alternative to glass fibres."

Author: Beatrix Boldt

Ob Honig- oder Wildbiene: Bienen sind als Bestäuber für Natur und Mensch unverzichtbar. Angelockt von Blütenduft und -farbe tragen sie die Samen von Pflanze zu Pflanze und sorgen damit wesentlich für den Fortbestand des Ökosystems. Doch der Bestand an Wildbienen und anderen Insekten schwindet dramatisch, warnen Experten jetzt in einer Resolution an das Bundesumweltministerium. Darin fordern 77 deutsche Forscher von der Bundespolitik Sofortmaßnahmen, um das Artensterben bei diesen Hautflüglern zu stoppen. Die Resolution zum Schutz der Insekten wurde Ende Oktober auf der 12. Hymenopterologen-Tagung, einer Biologen-Fachtagung zum Thema Hautflügler, in Stuttgart verabschiedet. „Wir hoffen, dass durch unsere Resolution in der Öffentlichkeit der Ernst der Lage erkannt wird und die Politik Maßnahmen ergreift“, so Lars Krogmann, Wissenschaftler am Staatlichen Museum für Naturkunde Stuttgart.

In China müssen bereits Bäume und Pflanzen per Hand bestäubt werden, weil ganze Landteile auf die tierischen Helfer verzichten müssen. Soweit soll es in Deutschland nicht kommen. Doch neueste Forschungsergebnisse sind alarmierend. Danach ist der Bestand an Wildbienen und anderen Insekten auch hierzulande dramatisch gesunken. „Kollegen aus Nordrhein-Westfalen untersuchen Insektenbestände über einen Zeitraum von mehr als 30 Jahren und beobachten, dass immer mehr Arten aussterben und die Insektenzahl insgesamt zurückgeht“, sagt Entomologe Lars Krogmann.

Stummer Frühling droht

Davon betroffen sind vor allem die Bestände bestimmter Wildbienenarten, die bereits auf der Roten Liste der bedrohten Arten stehen. In einigen Gegenden ist der Bestand danach um bis zu 75 Prozent innerhalb von 10 Jahren zurückgegangen. „Das ist Alarmstufe Rot “, betont Tierökologe Johannes Steidle von der Universität Hohenheim. Die Experten befürchten: Wenn sich der Trend ungebremst fortsetzt, sind die bedrohten Wildbienen-Arten bereits in „weniger als zehn Jahren“ ausgestorben. Damit drohe ein zweiter „stummer Frühling“, fürchten die Experten.

Moderne Landwirtschaft beeinflusst Artenschwund

Neben dem Verlust von Lebensraum infolge zunehmender Flächenversiegelung, dem Klimawandel und dem Einfluss einwandernder Arten sehen die Unterzeichner vor allem die Intensivierung der Landwirtschaft als Ursache für den Artenschwund. Insbesondere Überdüngung und Pestizideinsatz aber auch Reduzierung der Strukturvielfalt sind dafür aus Sicht der Biodiversitäts-Experten wichtige Treiber.

Pestizide schwächen Bienen

Auch wenn Neonicotinoide zunächst bei Bienen keinen tödliche Wirkung zeigten. Dennoch gibt es nach Aussage der Forscher mittlerweile zahlreiche Studien, die Langzeitwirkungen des Pestizides aufzeigen und eine Anreicherung von Neonicotioniden in Ackerböden belegen, selbst bei vorschriftsmäßiger Anwendung des Pestizids. Steidle erklärt, welche Auswirkungen bei den Bienen beobachtet wurden: „Ihre Lernfähigkeit ist vermindert, sie können nicht mehr so gut riechen, und es wurde beobachtet, dass bei Honigbienen der Bienentanz gestört ist. Die Folge ist, dass die Populationsgröße immer weiter abnimmt.“

Verbot von Neonicotinoiden gefordert

In ihrer Resolution verlangen die Forscher daher ein komplettes Verbot von Insektengiften der Gruppe der Neonicotinoide bis zum wissenschaftlich Nachweis, dass das Schädlingsbekämpfungsmittel umweltverträglich ist. Außerdem fordern sie Maßnahmen, um die Strukturvielfalt in der Kulturlandschaft wie eine Verbesserung des Blütenangebots zu erhöhen und ein Langzeit-Monitoring von Insekten vor allem bei Wildbienen, um zukünftig gefährdete Bestände besser lokalisieren und und rechtzeitig Gegenmaßnahmen einleiten zu können. „Wir sehen die Herausforderung darin, eine moderne Landwirtschaft zu entwickeln, die auf Nachhaltigkeit angelegt ist und die Artenvielfalt nicht gefährdet“, so die Experten in ihrer Resolution.

Die zukünftige Ernährungssicherung gilt als eine der größten Herausforderungen der Zukunft. Die Entwicklung leistungsstarker und klimatoleranter Pflanzen steht daher im Zentrum der weltweiten Forschung. Am Wissenschaftscampus Halle (WCH) sind in diesem Jahr sieben neue Verbundprojekte gestartet, in denen die Pflanzenzüchtung im Fokus steht. Die Vorhaben werden mit insgesamt 1,6 Mio. Euro vom Europäischen Fonds für regionale Entwicklung (EFRE) und der Leibniz-Gemeinschaft gefördert.

Getreidezüchtung optimieren

In einem der Verbundprojekte geht es um die Entwicklung einer Gersten-Epigenom-Plattform, die Züchtern als Werkzeug für neue resistente Getreidesorten dienen soll. Die Forscher wollen epigenetischen Kontrollfaktoren bei Getreidepflanzen aufspüren, die die pflanzliche Leistungsfähigkeit bei Stressbedingungen absichern. Um die Ergebnisse der Forschung möglichst schnell in die Praxis zu bringen, arbeiten die Wissenschaftler mit dem Unternehmen Saaten-Union Biotec GmbH zusammen. Die Epigenom-Plattform soll langfristig bei der Optimierung von Züchtungsstrategien eingesetzt werden. Das Projekt AgriMyths wiederum beschäftigt sich mit landwirtschaftlichen Mythen aus ethischer und agrarökonomischer Sicht. Weitere Projekte erforschen die Stresstoleranz von Nutzpflanzen oder die Gewinnung von biobasierten Chemikalien aus Holz.

Praktikable Lösungsansätze für die Zukunft

„Durch die zukunftsweisenden Verbundforschungsprojekte unter dem Dach des WCH wird Wissen geschaffen, um künftigen gesellschaftlichen Herausforderungen mit praktikablen Lösungsansätzen zu begegnen“, erklärte Sachsen-Anhalts Wissenschafts-Staatssekretär Armin Willingmann bei der Vorstellung der Vorhaben Anfang November.

In den auf drei Jahre angelegten Projekten arbeiten jeweils Wissenschaftler der Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg, der Hochschule Anhalt mit Forschern der regionalen Leibniz-Institute für Pflanzenbiochemie, der Pflanzengenetik und Kulturpflanzenforschung und der Agrarentwicklung in Transformationsökonomien sowie dem Fraunhofer-Zentrum für Chemisch-Biotechnologische Prozesse zusammen.

Insekten als Nahrungsmittel haben viele Vorteile. Davon ist der Gründer und Geschäftsführer von Bugfoundation, Max Krämer, überzeugt. Was der Geograf einst auf seinen Asienreisen schätzen lernte, soll bald auch hiesige Gaumen erfreuen. Mit dem ersten "Insektenburger" will der Osnabrücker Jungunternehmer die Fastfoodkost in Europa gesünder und nachhaltiger machen. Rein optisch sieht der "Bux Burger" wie ein normaler Hamburger aus. Er besteht jedoch zu 50% aus gemahlenen Buffalo-Würmern und weiteren pflanzlichen Bestandteilen.

Insects as food present many advantages. That is something that Max Krämer, founder of Bugfoundation, is convinced about. What the geographer once encountered and learned to appreciate on his trips to Asia will soon be winning converts here. The young entrepreneur from Osnabrück plans to make European fast food healthier and more sustainable by means of the first 'insect burger'. The 'Bux Burger' looks just like a normal hamburger. But it consists of 50% ground buffalo worms, and the rest is of vegetable origin.

Jubel in Boston: Beim Finale des iGEM-Wettbewerbs hat das Team München den Gesamtsieg in der Kategorie „Overgraduate“ abgeräumt. Das Gemeinschaftsteam von TU München und Ludwig-Maximilians-Universität (LMU) konnte mit einem 3D-Zelldrucker und dazu passender Bio-Tinte die Fachjury am deutlichsten überzeugen. Mehr als 300 Hochschulteams aus aller Welt hatten beim „Giant Jamboree“ ihre Projekte zur Synthetischen Biologie präsentiert.

Riesen-Legostein nach München geholt

Die 13 deutschen Teams kehren mit reichlich Medaillen und Titeln von dem Megaevent an der US-Ostküste zurück: Für die hiesigen Teams gab es fünfmal Gold, sechsmal Silber und zweimal Bronze. Das Team Hamburg sahnte zudem den begehrten „iGEMers Prize“ ab, der von den Teilnehmern vergeben wird.

Damit geht die begehrte iGEM-Trophäe, der silberne Riesen-Legostein, wieder einmal nach Deutschland. In den Jahren 2013 und 2014 standen die iGEMer aus Heidelberg ganz oben auf dem Treppchen der akademischen "Bio-Konstrukteurs-WM". Team München überzeugte in der Ü23-Kategorie "Overgraduate" diesmal auf ganzer Linie. Die Studierenden, in Boston traditionell in Dirndl und Lederhosen unterwegs, hatten für einen 3D-Drucker eine neuartige Biotech-Tinte (biotINK) aus Zellen kreiert. Dank einer raffinierten molekularen Klebetechnik gelingt es damit, Zellen stabil und gezielt auf Oberflächen zu drucken und somit 3D-Gewebe herzustellen.

Mit ihrem Projekt verwiesen die Münchener die enorme Konkurrenz auf die Plätze. Auf Rang zwei in der Gesamtwertung von iGEM landete das Team der Uni Wageningen mit einem Bienenschutzmittel gegen die Varroa-Milbe. Neben einer Goldmedaille wurde das TUM-LMU-Team auch noch mit Sonderpreisen für „Best Hardware“, „Best Software“ und das „Best manufacturing project“ ausgezeichnet.

Hamburger Team wurde Publikumsliebling

Auch in der Kategorie „Undergraduate“ (U23) war ein europäisches Team bei iGEM erfolgreich. Hier verbuchte das Team vom Imperial College London den Gesamtsieg für sich. Die Londoner haben sich in ihrem Projekt „Ecolibrium“ mit der Konstruktion von mikrobiellen Ökosystemen im Labor beschäftigt. Auf den Plätzen folgen das Team Sydney und SCAU-China.
Einen Sonderpreis heimste das Team Hamburg ein. Für die Hanseaten gab es den begehrten „iGEMers Prize“, der von den tausenden Teilnehmern des "Giant Jamboree" als Publikumspreis vergeben wird. Das Projekt "Finding Clamydory" - dessen Website-Gestaltung an den Kinoblockbuster "Finding Dory" angelehnt ist, war offenkundig ganz nach Geschmack des Plenums. Das Team hat einen Biosensor entwickelt, der Erreger der Art Chlamydia trachomatis gezielt aufspüren kann. Chlamydien sind Auslöser von Geschlechtskrankheiten, sie werden meist ungezielt mit Breitband-Antibiotika behandelt. Ein präzises Testverfahren, wie die Hanseaten es ausgetüftelt haben, könnte die Therapie verbessern.

Viel Edelmetall für die deutschen Teams

Auch der Medaillenspiegel der deutschen Teams ist einmal mehr beeindruckend: Es gab fünfmal Gold (Aachen, Bielefeld, Düsseldorf, Freiburg und München), sechsmal Silber (Bonn, Darmstadt, Nürnberg-Erlangen, Göttingen, Hamburg und Marburg) und zweimal Bronze (Hannover und Tübingen). Damit haben die deutschen Hochschulteams die seit vielen Jahren äußerst erfolgreiche iGEM-Geschichte fortgeschrieben. Hier kann man die Projekte aus der Saison 2016 im Kurzprofil nachlesen.

Seit 2014 wird der Green Alley Award jährlich an europäische Gründer und Startups verliehen, die einen innovativen Beitrag zur Kreislaufwirtschaft leisten. Vergangene Woche versammelten sich etwa 100 Finalisten, Jury-Mitglieder, Experten, Journalisten und Interessierte zur Verleihung des Awards in den Berliner Osram Höfen. In einem fünfminütigen Live Pitch mussten die sechs Finalisten die Jury noch einmal von ihrer Idee überzeugen. Dabei ging es nicht nur um den Innovationsgrad, sondern auch um die Realisierbarkeit des Projekts. Dieses Jahr traten sechs Finalisten aus Frankreich, Deutschland, Großbritannien und Finnland an. Der Award ist mit 30.000 Euro dotiert; in der Jury sitzen unter anderem Vertreter von Crowdfunding-Plattformen wie Seedmatch und Accelerator-Programmen wie Bethnal Green Ventures.

Grüne Filter als Aufsteller für die City

Das Rennen machte das Dresdner Startup "Green City Solutions". Mitbegründer Liang Wu begann seinen Pitch mit Atemmaske und dem Hinweis, dass „etwa 90 % der urbanen Stadtbevölkerung verschmutzte Luft atmet“ und jährlich etwa 8 Millionen Menschen daran sterben. Das Ziel: Dem Klimawandel entgegenwirken und die Luftverschmutzung, insbesondere in Großstädten, reduzieren.

Die Idee: Eine Wandkonstruktion bedeckt mit Moos, die so viel Feinstaub, CO2 und Stickoxide filtern kann wie 275 Bäume. Möglich wird die Filterleistung durch einen Pflanzenmix aus Mooskulturen für die Feinstaubfilterung sowie weiteren Pflanzen für gasförmige Schadstoffe. Um die automatische Bewässerung und Nährstoffversorgung zu regeln, messen zahlreiche Sensoren in der Wand unter anderem Feinstaubgehalt, Regenmenge und Temperatur. bioökonomie.de porträtiert das Dresdner Unternehmen in einem Beitrag des Videoformats ZOOM.

Einige City Trees stehen bereits in ausgewählten europäischen Städten und in Hongkong. Ziel der vier Gründer ist es, ihr Konzept auch über Europa hinaus in Asien und Amerika zu etablieren. Dafür benötigen sie engagierte Städte, die nicht nur einen City Tree als Pilotprojekt aufstellen, sondern gleich einen kleinen Wald in der Stadt verteilen. Nur dann können die Installationen einen entscheidenden Einfluss auf das Klima ausüben. Trotz großen Interesses von Seiten der Städte könnte der derzeitige Preis pro CityTree von 25.000 Euro noch ein Hindernis für potenzielle Investoren darstellen.

Jury: beeindruckendes Potenzial der Finalisten

Laut Jury war die Auswahl des Siegers in diesem Jahr besonders schwer. Naomi Climer, ehemalige Präsidentin und Mitglied der British Institution of Engineering and Technology (IET) und Schirmherrin des Green Alley Awards, zeigte sich beeindruckt: „Alle Ideen hatten Potenzial, ich bin mir sicher, dass sie alle einen passenden Investor für ihre Business Modelle finden“. Auswählen mussten die Juroren zwischen verschiedenen Ideen, die sich unter anderem mit der Reduzierung von Verpackungsmüll und weniger Lebensmittelverschwendung auseinandersetzten.

Eine besonderen Lichtblick präsentierte das Startup glowee aus Frankreich. Dessen Vision: Eine Stadt in blaues Licht getaucht – illuminiert von leuchtenden Mikroorganismen (biolumineszente Bakterien). Laut glowee werden 19 Prozent des weltweiten Strombedarfs für die Straßenbeleuchtung und andere Lichtquellen genutzt. Mithilfe ihrer Technologie könnte dieser Anteil teilweise von den Bakterien übernommen und so Emissionen reduziert werden. In diesem Jahr gab es fast 200 Bewerber aus 52 Ländern für den Award. Der Gründer und Geschäftsführer der Green Alley Awards, Jan Patrick Schulz, zeigte sich hoffnungsvoll, „dass mehr Kreislaufwirtschaft einen Beitrag dazu leisten kann, unsere Ressourcen bewusster und nachhaltiger zu nutzen“.

Erbse, Ackerbohne und Lupine – jeder kennt diese Gewächse mit ihren markanten Schmetterlingsblüten und Hülsenfrüchten. Doch in der europäischen Landwirtschaft fristen sie ein Nischendasein. In Europa werden Hülsenfrüchte nur etwa auf 2% der Ackerfläche angebaut. Möglicher Grund: Sie gelten im Anbau als anspruchsvoll und im Ertrag betriebswirtschaftlich anderen Kulturen häufig unterlegen. Doch dieses Bild ändert sich gerade. Wegen ihrer Eigenschaften als Stickstoffsammler und als pflanzliche Eiweißquellen rücken die Leguminosen wieder stärker ins Bewusstsein der Landwirte und der Lebensmittelindustrie.

UN-Jahr der Hülsenfrüchte: Vorzüge im Blick

Die Vereinten Nationen haben 2016 zum Jahr der Hülsenfrüchte erkoren, um auf die vielen positiven Eigenschaften besonders hinzuweisen. Das nahm auch das Leibniz-Zentrum für Agrarlandforschung ZALF zum Anlass, am 28. Oktober nach Berlin zu einer interaktiven Podiumsdiskussion und Ausstellung zu laden. Rund 70 Interessierte waren gekommen. Moderiert von Wissenschaftsjournalist Norbert Lossau machten vier Agrar- und Ernährungsforscher auf dem Podium deutlich, wie sie den Hülsenfrüchten zu einer Renaissance verhelfen wollen. Denn - soviel wurde klar - in Erbse, Linse oder Lupine steckt noch viel ungenutztes Potenzial für den Einsatz in Lebensmitteln oder Tierfutter.

Stabile Erträge sind möglich

„Hülsenfrüchte sind deutlich stabiler im Ertrag als ihr Ruf“, sagte Johann Bachinger, Experte für Landnutzung am ZALF. Sein Team entwickelt Anbaumethoden, durch die Schwankungen in der Erntemenge bei Lupinen, Erbsen und Sojabohnen vermieden werden können. Dieses Wissen geben die Leibniz-Forscher an die Landwirte weiter. Die angebauten Sorten müssten sorgfältig an den jeweiligen Standort angepasst werden. Hülsenfrüchtler seien durch ihre Wurzelknöllchen als integrierte Stickstofffabriken sehr gute Bodenverbesserer. „Zudem fördert ihr Anbau die Biodiversität“, so Bachinger.

Für Ökolandwirte, die auf Mineraldünger verzichten, ist der Anbau von Leguminosen von großer Bedeutung. „Aber in Deutschland fehlt es an einer entsprechenden Marktgröße und Infrastruktur“, so Bachinger. Bei Linsen und Erbsen spiele die Musik in Kanada. Südamerika hingegen dominiert den Anbau von Soja. Bis adäquate Anbausysteme auf der Basis neuen Wissens hierzulande etabliert seien, vergehe viel Zeit, betonte Bachinger.

Robuste Sorten gefragt

Wichtig seien neue, robuste Sorten, die gegen Pilzbefall gewappnet sind. Daran forscht Ulrike Lohwasser vom Leibniz-Institut für Pflanzengenetik und Kulturpflanzenforschung in Gatersleben. Sie stellte die Genbank als deutsches Saatgut-Archiv vor. Darin lagern tiefgekühlt in erster Linie Getreidesamen – aber auch 28.000 Muster von Leguminosen. Ein einzigartiges genetisches Reservoir für Agrarforscher und Züchter.

Lohwasser selbst fahndet in einem Projekt nach Lupinen-Varianten, die besser mit Trockenstress zurechtkommen und gegen Krankheiten resistent sind. Und damit besser für die Folgen des Klimawandels gerüstet sind. „Die Lupine müsste hierzulande der Soja eigentlich genetisch überlegen sein“, sagte Lohwasser. Doch gelte es, erstmal den Rückstand in der Pflanzenforschung und Züchtung aufzuholen. In Deutschland gebe es nur noch einen Züchter für Lupinen, so Lohwasser.

Proteinreiche Diät gut gegen Fettleber

Cornelia Metges ist Expertin für Ernährungsphysiologie am Leibniz-Institut für Nutztierbiologie in Dummersdorf. „Heimische Hülsenfrüchte sind eine reiche Eiweißquelle und sorgen für mehr Nachhaltigkeit im Tiertrog“, sagte Metges. Doch bei den Leguminosen als Tierfutter müsse man auch ein paar Abstriche machen. Das Stichwort sind antinutritive Inhaltsstoffe, wie Bitterstoffe oder unverträgliche Substanzen, die besonders Hühnern und Puten den Appetit verderben. Züchter versuchen, den Gehalt dieser Stoffe zu reduzieren. Zudem werde daran geforscht, wie man die Hülsenfrüchte noch besser für die Fütterung aufbereiten könne.

Wie sich Pflanzen-Proteine auf unserem Speisezettel auf die Gesundheit auswirken, untersucht Andreas Pfeiffer vom Deutschen Institut für Ernährungsforschung in Potsdam. In Berlin stellte er die Ergebnisse der LeguAN-Studie vor. Dabei ernährten sich Diabetiker sechs Wochen lang mit Lebensmitteln und Getränken, die entweder mit Erbseneiweiß oder mit tierischem Eiweiß angereichert waren. Das Ergebnis: Von der eiweißreichen Diät profitierten die Menschen mit Diabetes generell – besonders die Leberfettwerte hatten sich nahezu halbiert. „Da die Produktion von tierischem Eiweiß teuer und nicht nachhaltig ist, ist es wünschenswert, dass die Menschen künftig mehr Hülsenfrüchte essen“, so Pfeiffer.

Auch die Politik setzt wieder stärker auf das Thema Hülsenfrüchte. „Die Eiweißpflanzenstrategie der Bundesregierung hat hier schon einiges bewirkt", sagte Bachinger. Auch Verbünde wie das Lupinen-Netzwerk seien ein guter Weg, die Akteure hierzulande besser zu vernetzen. „Aber insgesamt ist der Rückenwind noch zu schwach zum Segeln.“

Methanol ist eine der wichtigsten Ausgangsstoffe in der chemischen Industrie. Die farblose, leicht entzündbare und nach Alkohol riechende Flüssigkeit ist die Basis für die Herstellung von Farben und Lacke sowie Kraftstoff. Der weltweite Bedarf an Methanol betrug 2015 etwa 65 Millionen Tonnen. Diese Basischemikalie, bestehend aus Kohlenstoffmonoxid, sowie Wasser- und Sauerstoff, basiert jedoch auf endlichen Ressourcen wie Erdöl, Erdgas oder Kohle. Um den Verbrauch der fossiler Rohstoffe bei der Methanolherstellung zu reduzieren wollen Forscher unter der Leitung des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) in den kommenden Jahren ein nachhaltiges Verfahren zur Herstellung von Methanol entwickeln.

Organische Reststoffe der Industrie nutzen

Das nun gestartete Verbundprojekt „Optimierte Prozesskette zur ressourceneffizienten Methanolsynthese - OptiMeOH“ will dafür Biomasse als nachhaltige Kohlenstoffquelle nutzbar machen. Auch das in der industriellen Produktion als Nebenprodukt anfallende Kohlendioxid haben die Forscher im Visier. Vorzugsweise sollen organische Reststoffe aus der Industrie und der kommunalen Entsorgung verwendet werden.

Ziel des Forschungsvorhabens ist es, eine innovative Prozesskette zur Synthese von Methanol zu entwickeln, bei der auf fossile Rohstoffe entweder ganz verzichtet werden kann oder aber Kohlendioxid aus fossilen Quellen mehrfach Verwendung findet. „Die Kohlenstoffausnutzung und Ressourceneffizienz werden dadurch deutlich verbessert“, sagt Siegfried Bajohr, der am Engler-Bunte-Institut des KIT das Arbeitsgebiet katalytisch-chemische Verfahren der Brennstoffwandlung leitet.

Biomasse unter hohem Druck vergären

Im Fokus der theoretischen und experimentellen Untersuchungen stehen unter anderem auch die energiesparende Biogaserzeugung durch Druckfermentation - die Vergärung von Biomasse unter hohem Druck von 30 bar und mehr -, sowie ein neuartiges Reaktorkonzept zur Methanolsynthese und ein innovatives Verfahren zur Aufbereitung von Industriegasen durch die chemische Gaswäsche mit ionischen Fluiden. „Eine unserer Hauptaufgaben ist es, zu untersuchen, wieviel Treibhausgas durch verfahrenstechnische Verbesserungen eingespart werden kann“, sagt Chemieingenieurin Nike Trudel vom KIT.

Praxistest im Industriepark

Die im Rahmen von OptiMeOH entwickelte Verfahren soll schließlich unter wirtschaftlichen und ökologischen Gesichtspunkten mit etablierten Prozessen verglichen und bewertet werden. Dafür soll die Technologie in zwei unterschiedliche Industriestandorte - einen großen Industriepark und eine dezentral gelegene Anlage - integriert und beurteilt werden. „Der Prozess wird ganzheitlich bilanziert, sein Wirkungsgrad und seine Ökobilanz werden mit den Methanol-Herstellungsprozessen basierend auf Kohle, Erdöl oder Erdgas verglichen“, erklärt Bajohr.

In dem bis Ende 2019 laufenden Verbundvorhaben arbeiten Forscher des KIT mit der Forschungsstelle vom Deutschen Verein des Gas- und Wasserfaches (DVGW-), der Universität Stuttgart, der TU Kaiserslautern und drei Industriepartnern, darunter die Höchst KG, zusammen. Das Projekt wird vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) im Rahmen der Fördermaßnahme „CO₂Plus - Stoffliche Nutzung von CO₂ zur Verbreiterung der Rohstoffbasis“ mit 1,4 Mio. Euro unterstützt. Weitere 300.000 Euro stellen die Industriepartner zur Verfügung.

Methanol is one of the chemical industry’s most important source materials. It is colourless, flammable and smells of alcohol, and the starting point for manufacturing paints and varnishes as well as fuel. In 2015, the global demand for methanol was about 65 million tonnes. However, this compound of carbon monoxide, water and oxygen is produced mainly from finite resources such as mineral oil, natural gas or coal. To reduce the consumption of fossil raw materials for methanol production, researchers under the supervision of the Karlsruhe Institute for Technology (KIT) intend to develop a sustainable technique in the next few years.

Use of organic industrial by-products

The joint project is called 'OptiMeOH', which stands for 'Optimized process chain for resource-efficient Methanol synthesis'. Its aim is to render biomass usable as a sustainable source of carbon. The researchers also have another by-product of industrial manufacturing in mind: carbon dioxide. In the main, the organic residual materials to be used will come from industry and municipal waste disposal.

The research project's remit is to develop an innovative process chain for synthesizing methanol that either renders the use of fossil raw materials completely unnecessary, or that uses carbon dioxide from fossil sources in a variety of ways. "This significantly improves resource efficiency and the degree of exploitation of carbon," says Siegfried Bajohr, who heads the Catalytic Fuel Conversion research area at the KIT's Engler-Bunte Institute.

Fermenting biomass under high pressure

The theoretical and experimental investigations focus on the following areas, amongst other things: energy-saving biogas production by means of pressure fermentation (i.e. the fermentation of biomass at high pressures of 30 bar or more), a new reactor design for methanol synthesis and an innovative technique for treating industrial gases by means of chemical gas scrubbing with ionic fluids. "One of our main tasks is to investigate how much greenhouse gas can be saved by improving technological processes," says Nike Trudel, a chemical engineer from KIT.

Practical testing in an industrial park

The technique developed under the auspices of OptiMeOH is then to be compared with conventional processes and evaluated from economic and ecological perspectives. To this end, the technology is to be integrated for appraisal in two different industrial contexts – in a large industrial park and in a decentralized plant. "The process will be subjected to assessment that covers all aspects; its efficiency rating and its eco-balance will be compared with the methanol production methods that are based on coal, mineral oil and natural gas," explains Bajohr.

The joint project, scheduled to run until the end of 2019, involves the KIT researchers as well as a research team from the German Technical and Scientific Association for Gas and Water (Deutscher Verein des Gas- und Wasserfaches), the University of Stuttgart, the University of Kaiserslautern and three industrial partners including Höchst KG. The project is being funded by the German Ministry for Education and Research as part of the "CO2Plus – material use of CO₂ to broaden the raw material base" funding programme with 1.4 million euros. The industrial partners are providing a further 300,000 euros.

Mit ihrer „Hightech-Strategie“ hat die Bundesregierung auch den Weg für ein nachhaltiges Wirtschaften geebnet. Doch wie lässt sich das Thema Nachhaltigkeit hierzulande verankern und gleichzeitig der Innovations- und Technologiestandort Deutschland stärken? Mit diesen Fragen hat sich das Fachforum „Nachhaltiges Wirtschaften“, ein Expertenkreis des Hightech-Forums, das die Bundesregierung berät, beschäftigt. Bei der Green Economy Konferenz Anfang November in Berlin wurden die Empfehlungen an Bundesforschungsministerin Johanna Wanka und Bundesumweltministerin Barbara Hendricks überreicht. Deren beide Häuser hatten die Erarbeitung des Papiers unterstützt.

Nachhaltigkeit gestalten

Über 300 Sachverständige aus Wirtschaft, Wissenschaft, Gesellschaft und Politik diskutierten auf der Konferenz, wie Wirtschaft und Innovationssystem auf eine nachhaltige Wirtschaftsweise ausgerichtet werden können.

Fünf zentrale Handlungsempfehlungen haben sich für die Experten herauskristallisiert: Forschung und Innovation müsse hierzulande an globalen UN-Nachhaltigkeitszielen ausgerichtet werden. Es gehe darum, das Thema Nachhaltigkeit wettbewerbsfähig zu machen und sie auch zu bewerten. Der Staat müsse bei dem Thema eine Vorbildrolle nach innen (Verwaltung nachhaltig ausrichten) und außen (über Steuerungsinstrumente) übernehmen. Darüberhinaus sollte das Thema frühzeitig in Bildungseinrichtungen vermittelt werden, um Kompetenzen für Forschung und Innovation zu schaffen. Außerdem müsse der gesellschaftliche Dialog vorangebracht werden, mit einem Austausch auf Augenhöhe zwischen Wissenschaft, Wirtschaft, Politik und Zivilgesellschaft.

Biomasse-Forschung vorantreiben

Wie das erreicht werden kann wird in dem 47 Seiten umfassenden Papier jeweils mit Umsetzungsbeispielen aus der Chemie- und Ernährungsindustrie sowie der Finanzwirtschaft unterlegt. So sollten Unternehmen beim Einsatz nicht erneuerbarer Ressourcen jeweils den kompletten Wertschöpfungsprozess im Blick haben, raten die Autoren. Darüber hinaus wird die Forschung als Treiber gesehen, um fossile Rohstoffen zunehmend durch nachhaltig erzeugte Biomasse zu ersetzen. Auch der Erschließung neuer Kohlenstoffquellen für die industrielle Nutzung sowie das Meer als neue Nahrungs- und Rohstoffquelle werden im Rahmen der Forschungsagenda favorisiert.

GPS und Sensortechnik haben längt die Landwirtschaft erobert. Nicht nur auf dem Acker kann die Digitalisierung die Arbeit der Landwirte erleichtern und effizienter machen. Auch in der Tierhaltung können Funkchips und Co. die Tiergesundheit überwachen und so für höhere Erträge sorgen. Welche Vorteile die Digitalisierung der Landwirtschaft bringt, haben Landwirte und deren Dienstleister erkannt, wie eine aktuelle Umfrage des Digitalverbandes Bitkom und dem Deutschen Bauernverband (DBV) zeigt. Das Ergebnis: Landwirtschaft 4.0 ist in den Höfen angekommen und schreitet rasant voran.

Landwirte investieren in digitale Technik

Der Umfrage zufolge nutzen schon heute 53 Prozent aller Landwirte bei Feldarbeit und Tierhaltung moderne digitale Technologien wie Hightech-Landmaschinen und Fütterungsautomaten. „Die Landwirte erkennen diese Chance und investieren nachhaltig, um diese Entwicklung voranzutreiben. Die Politik auf EU-, Bundes- und Landesebene ist nun gefordert, die richtigen Rahmenbedingungen zu schaffen, um dieses Potenzial weiter auszuschöpfen“, betonen Bitkom-Hauptgeschäftsführer Bernhard Rohleder und DBV-Generalsekretär Bernhard Krüsken.

Mehr Breitbandanschlüsse und Datensicherheit

Beim Einsatz von Robotern und Drohnen sind Landwirte derzeit jedoch noch zurückhaltend, wie die Umfrage „Digitalisierung in der Landwirtschaft“ ergab. Diesbezüglich sehen die Autoren vor allem Handlungsbedarf beim Ausbau von Breitbandanschlüssen auf dem Land, um das enorme Potenzial der per Funk oder Sensortechnik ermittelten Daten verarbeiten und nutzen zu können. Auch in punkto Datensicherheit und der Regulierung von Drohnen-Einsätzen werden klare Regelungen gefordert. „Big Data eröffnet der Landwirtschaft riesiges Potenzial. So könnte etwa der Aufwand für die immense Nachweis- und Dokumentationspflicht erheblich reduziert werden. Kehrseite sind berechtigte Datenschutzsorgen. Digital erhobene Daten dürfen nicht von Dritten missbraucht werden, sondern müssen optimal geschützt sein“, betont Rohleder.

Landwirte schätzen Vorteile der Digitalisierung

Dennoch: Zwei Drittel der insgesamt 521 befragten Landwirte und Dienstleister sehen die Digitalisierung als Chance, nur 13 % als Risiko. Gefragt nach den drei wichtigsten Vorteilen von Landwirtschaft 4.0 nennen rund vier von zehn Befragten (39%) die damit verbundene körperliche Entlastung. 37% sehen die höhere Produktionseffizienz, fast ebenso viele (36%) die Zeitersparnis und die geringere Umweltbelastung (31%) als Vorteile. „Der Landwirt wird zudem in die Lage versetzt, die betrieblichen Abläufe ganzheitlicher zu betrachten. Dies verbessert die Ökobilanz im Ackerbau und die Haltungsbedingungen bei den Nutztieren“, sagt Krüsken.

Robotik und Drohnen gehört die Zukunft

Feldroboter werden der Umfrage zufolge für die Landwirtschaft immer wichtiger werden. 43 Prozent der Befragten erwarten, dass 2030 autonome Feldroboter wie BoniRob sehr weit verbreitet oder verbreitet sein werden. Auf noch höhere Werte kommt der Einsatz von Drohnen (45 Prozent) und fahrerlosen Traktoren (49 Prozent).

Verbraucher näher an den Hof bringen

Die Mehrheit der Landwirtschaftsexperten rechnet damit, dass die Digitalisierung den Verbraucher „näher an den Hof“ bringt. So könnte es in 15 Jahren üblich sein, dass Konsumenten per Webcam in den Stall schauen und sich so vom Tierwohl überzeugen und auf digitalem Weg ein Produkt zurückverfolgen. „Die Digitalisierung hilft dabei, den zunehmenden Anforderungen nach Transparenz nachzukommen, sagt Rohleder.

Der Einsatz hochmoderner Technologie in der Landwirtschaft hat das Ansehen der Branche umgekrempelt und ihr mehr Akzeptanz in der Öffentlichkeit verschafft. Mit ihrer Hilfe können Rohleder zufolge Herausforderungen wie Preisdruck, harte internationale Konkurrenz, weltwirtschaftliche Zwänge sowie steigende Anforderungen an die Qualität von Lebensmitteln und Umweltschutz gemeistert werden. „High-Tech ermöglicht, noch nachhaltiger zu arbeiten, weil dadurch das Tierwohl erhöht wird und die Felder pflanzen- und umweltgerechter bewirtschaftet werden“, so der Bitkom-Chef weiter.

Feldroboter, die Unkraut jäten, den Nährstoffgehalt im Boden ermitteln oder die Feuchtigkeit in Maispflanzen messen, sind längst keine Utopie mehr. Moderne Feldtechnik mit hochsensiblen Sensoren hat die Arbeit der Landwirte schon jetzt verändert. Und sie hat einer ganzen Branche ein neues Image verpasst.

Arno Ruckelshausen ist einer der Pioniere, die die Möglichkeiten der Informatik für die Landwirtschaft frühzeitig erkannt und den technischen Fortschritt beflügelt haben. „Die Technik kann gigantisch helfen, um ökonomisch und ökologisch unter Integration des Menschen einen Riesenfortschritt zu erzielen. Das ist ein Ansatz, den ich bis heute verfolge“, sagt der 59-jährige Professor.

Bei neuen Entwicklungen dabei sein

Im hessischen Burg-Gemünden aufgewachsen interessierte sich Ruckelshausen früh für naturwissenschaftliche Dinge. Vor allem Physik und Informatik hatten es ihm angetan. Zum Studium fiel seine Wahl auf die Physik: „Ich wollte mich mit Technik beschäftigen, Dinge verstehen und praktisch umsetzen und so an neuen Entwicklungen teilhaben. Die Physik war dafür eine gute Basis."

Detektoren und Sensoren im Blick

Beim Physikstudium an der Universität Gießen faszinierten ihn früh die Möglichkeiten der Computertechnik. Während seiner anschließenden Doktorarbeit von 1983 bis 1987 in Gießen und Heidelberg zur Fusion schwerer Ionen konfigurierte Ruckelshausen Detektoren und Sensoren für die Grundlagenforschung. Er hantierte mit fast drei Dutzend Magnetbändern, um die für ihn wichtigen Daten aus dem Großrechner zu ziehen. „Heute würden wir dazu Big Data und Sensorfusion sagen. Aber das gab es damals noch nicht."

Informatik und Sensorik sind seither zu Wegbegleitern des promovierten Physikers geworden. Seine ersten praktischen Erfahrungen sammelte er beim Elektronikkonzern Philips in Hamburg. In der Forschungsabteilung war er vier Jahre an der Entwicklung von CCD-Bildsensoren für Film- und Fotokameras beteiligt. Die Arbeit hat sein Interesse für die praxisorientierte Ausbildung geweckt, so dass er – auf Grundlage seiner wissenschaftlichen Tätigkeiten und seiner Praxiserfahrung – seit 1991 Studierende an der Hochschule Osnabrück an der Fakultät für Ingenieurwissenschaften und Informatik ausbildet und selbst hier forscht.

Forschung nah an der Praxis

Diese Kombination aus Forschung und Lehre sieht Ruckelshausen als einen entscheidenden Vorteil seiner Arbeit. Er liebt das „kreative Chaos“ und sieht mit Faszination, wie Forschungsprojekte seine Studenten in Aktion versetzen und erfinderisch machen. Die praxisnahe Arbeit steht dabei immer Fokus. „Ich möchte keine Forschung für die Schublade machen. Wenn ich mit Firmen zusammenarbeite, können Forschungsansätze praxisnah gestaltet werden", so Ruckelshausen.

Mitte der 90iger Jahre führte ihn der Zufall zu seinem erstem Forschungsauftrag in die Landwirtschaft. Schnell erkannte er, welche Chancen hier Technologien bieten würden. „Da gab es im Bereich der Elektronik und Informatik einen erheblichen Bedarf, Dinge durch Technik zu verändern“, erinnert sich Ruckelshausen. Diese Erkenntnis war für den zweifachen Familienvater wegweisend. Seither fokussiert sich seine Forschung auf bildgebende Sensortechnologien – Elektronik und Feldrobotik für die Landwirtschaft. Gemeinsam mit Landwirten, Biologen und Pflanzenzüchtern sucht er nach immer neuen Wegen, die Feldarbeit zu optimieren.

Mit Wissen überzeugen

Der Quereinstieg in die Agrarbranche fiel ihm relativ leicht, da ein erheblicher Bedarf an Elektronik und Informatik bestand. Mit dem Feldroboter „BoniRob“ oder dem Projekt zu Feldphänotypisierung „BreedVision“ hat sich der „Außenseiter“ zu einem Spezialisten für Landtechnik entwickelt. In beiden vom Bundesministerium für Ernährung und Landwirtschaft finanzierten Projekten arbeiteten die Osnabrücker Forscher mit Agrarbetrieben Hand in Hand. So entstand „BoniRob“ unter anderem in Kooperation mit der Robert Bosch GmbH, die den Feldroboter jetzt in einem Startup weiterentwickeln. Mithilfe hochmoderner Technik wie 3D-Kamera und Sensoren bewegt sich das Kleinwagen große Gefährt selbstständig übers Feld und liefert zahlreiche Daten wie Blattgröße, Fruchtstand oder Wassergehalt, die auch für Züchtungen maßgeblich sind. „Die Praxistests auf dem Feld sind rückblickend ein Eckpfeiler, warum unsere Projekt so gut klappen. Hier lernen wir, mit den Störgrößen umzugehen.“

Mit Sensorik Ressourcen schonen

Ob als Vorsitzender der Gesellschaft für Informatik in der Landwirtschaft (GIL) oder Leiter der des Kompetenzzentrums COALA in Osnabrück: Seit Jahrzehnten ist Ruckelshausen unterwegs, mit sensorischem Feingefühl die ökologischen und ökonomischen Vorteile der Digitalisierung für die Landwirtschaft zu kommunizieren und so Forschungsergebnisse in die Agrarbetriebe zu bringen. „Durch Wissen und Sensorik in den Maschinen können wir sorgfältiger und wirtschaftlicher mit Ressourcen und Umwelt umgehen, denn je weniger Pflanzenschutzmittel oder Dünger ich ausbringe, umso mehr Geld spare ich auch.“

Fest steht: Bildgebende Sensoren können schon heute wichtige Informationen liefern, um effektiver mit Dünger und Saatgut umzugehen und so die Kosten und Umweltschäden zu minimieren. Im aktuellen Forschungsprojekt „Soil2date“ arbeitet Ruckelshausen mit Partnern aus der Industrie an einem mobilen Bodenprobenlabor, um den Ressourceneinsatz im Pflanzenbau zu optimieren. Bei aller Technikbegeisterung weiß der Experte jedoch: Technik ist ein „fantastisches Hilfsmittel", aber der Mensch muss die Probleme lösen. Die Treiber für eine nachhaltige Landwirtschaft sind neben der Wirtschaftlichkeit auch die Akzeptanz. „Es geht darum, gesellschaftlich akzeptierte nachhaltige Lösungen zu finden und dabei den Menschen mitzunehmen“, so Ruckelshausen.

Autorin: Beatrix Boldt

Licht ist die Quelle, die eine Pflanze zum Wachsen braucht. Im Spross wird das Signal als erstes erkannt. Lichtsignalmoleküle sorgen dann dafür, dass die Pflanze optimal in der jeweiligen Umgebung überleben kann. Ob auch Pflanzenwurzeln die Lichtquelle erfassen, darüber wurde bisher nur spekuliert. Molekularbiologen vom Max-Planck-Institut für chemische Ökologie in Jena haben gemeinsam mit Physikern der Nationalen Universität Seoul in Korea erstmals den Beweis geliefert.

Wie das Team im Fachjournal „Science Signaling“ berichtet, ließ sich bei der Ackerschmalwand demonstrieren, dass das Licht durch den Pflanzenspross direkt in die Wurzeln geleitet wird. „Selbst wenn die gemessene Intensität sehr gering war, war sie ausreichend, um die Lichtrezeptoren zu aktivieren, eine Lichtsignalkette auszulösen und das Wachstum in den Kontrollpflanzen zu beeinflussen“, erläutert der Leiter des Projekts an der Nationalen Universität in Seoul, Chung-Mo Park.

Hochsensibler Detektor verwendet

Bekannt war, dass ein bestimmter pflanzlicher Lichtrezeptor, der Licht der Wellenlängen rot/infrarot wahrnimmt, auch in den Wurzeln vorkommt. Um zu erfahren, wie dieser in der Wurzel aktiviert wird, entwickelte das Team einen hochempfindlichen Lichtdetektor sowie gleichzeitig „blinde“ und „sehende“ Wurzeln. Dafür verwendeten sie Pflanzen der Ackerschmalwand ,die genetisch so verändert waren, dass der Lichtrezeptor nur in den Wurzeln außer Kraft gesetzt wurde, nicht aber im Spross. Die Modellpflanze wurde wie ihre Verwandten in der Natur gehalten, in dem der Spross dem Licht ausgesetzt, die Wurzel im Boden aber sozusagen blind war. Mithilfe des optischen Detektorsystems wurde dann gemessen, wie das Licht im Stamm hinunter in die Wurzeln übertragen wurde.

Energieressourcen effektiv verteilt

„Unsere Arbeit belegt, dass Wurzeln auch im Boden Licht wahrnehmen können. Dies wiederum aktiviert eine Signalkette, die das Pflanzenwachstum, insbesondere die Wurzelarchitektur, beeinflusst“, sagt Ian Baldwin, Studienleiter am Max-Planck-Institut für chemische Ökologie in Jena. Die Vermutung der Forscher: das Talent der Pflanzenwurzeln, auf Licht zu reagieren, trägt entscheidend zum Überleben der Pflanzen in der Natur bei, indem Energieressourcen für Wachstum, Fortpflanzung und Verteidigung effektiver zugeteilt werden. Den Beweis diese Hypothese hoffen die Forscher aus Jena und Seoul in einer neuen Studie zum Kojotentabak Nicotiana attenuata liefern zu können. Die Pflanze wächst in der Wüste und ist daher an extrem starke Lichtverhältnisse angepasst.

Umweltfreundlicher Gerbstoff

Bei der industriellen Herstellung von Leder kommen normalerweise Gerbstoffe auf Basis von Schwermetallsalzen wie Chrom zum Einsatz. Eine natürliche und umweltschonendere Alternative bieten Olivenblätter. Sie enthalten sekundäre Inhaltsstoffe, die die Pflanzen eigentlich für die Abwehr von Fraßschädlingen einsetzen. Diese bilden die Basis für ein biologisch abbaubares Gerbmittel.

Vom Abfall zum Rohstoff

Olivenblätter fallen bei der Ernte im Mittelmeerraum jährlich im Tonnenmaßstab an, werden aber bisher meist als Grünabfall verbrannt. Die wet-green GmbH hat gemeinsam mit der N-Zyme Biotec GmbH ein Verfahren entwickelt, das die Gerbstoffe aus den Blättern in wässriger Lösung extrahiert. Damit lassen sich giftige Säuren und Salze beim Gerben einsparen. Der Stoff hat eine IMO-Zulassung und erlaubt die Herstellung von Premium-Leder nach dem IVN-Naturleder-Standard. Dadurch wird nicht nur die Umwelt geschont, sondern auch besonders hautverträgliches Leder gewonnen.

Marktreife

Die wet-Green GmbH bietet ihr mit dem umweltfreundlichen Gerbverfahren hergestellten Leder mehreren Industriekunden an, die es für ihre Produkte nutzen. Darauf greifen Möbelhersteller ebenso zurück wie Autohersteller.

From waste to olive leather

Olive leaves fall by the tonne during the annual harvest of olives in the Mediterranean and until now have been burned as green waste. Two German companies Wet-green GmbH and N-Zyme Biotech GmbH have developed a process that extracts the tannins from the olives leaves in an aqueous solution. This reduces toxic acids and salts in the tanning process. The leather has IMO approval and allows the production of premium leather according to the IVN Natural Leather Standard.

Environmentally friendly tannins

In the industrial production of leather tanning agents, heavy metal salts such as chrome are usually used. Olive leaves are a natural, environmentally friendly alternative. They contain secondary ingredients, which the plants use as a pest defence. This forms the basis for a biodegradable tanning agent. It not only protects the environment, it also makes the leather extremely skin friendly.

Ready for the market

Wet-Green GmbH offers several industrial clients an environmentally friendly process that uses olive leather for their products. Furniture and car manufacturers are already using this procedure.

Bei der Erzeugung erneuerbarer Energien haben Biogasanlagen im Vergleich zu Windrädern oder Photovoltaikanlagen einen entscheidenden Vorteil: Sie können Strom unabhängig vom Wetter erzeugen und speichern. „Die Stärke von Biogasanlagen ist, dass sie flexibel sind. Sie können bei Bedarf Strom und Wärme erzeugen und auch Strom ins Netz einspeisen – oder die Energie bei Stromüberschuss als Biogas speichern“, erklärt Josef Hofmann, Professor für Energie- und Umwelttechnik an der Hochschule Landshut. Gemeinsam mit Forschern der Hochschule Weihenstephan-Triesdorf in Freising hat Hofmann ein Verfahren entwickelt, dass Biogasanlagen effektiver machen und Anlagenbetreibern neue Geschäftsfelder offenbaren soll.

Hintergrund: Derzeit werden auf Grundlage des Erneuerbare-Energien-Gesetzes EEG nur Anlagen gefördert, die kontinuierlich übers Jahr Biogas erzeugen. Noch können die Betreiber mit einem festen Tarif für den Strom rechnen, den sie ins Netz einspeisen. 2020 endet jedoch der Vertrag. Dann ist Flexibilität angesagt. „Viele Anlagen werden sich dann nicht mehr lohnen, wenn die Betreiber nicht umdenken“, schätzt Hofmann.

Biomethan als neuer effektiver Energiespeicher

Die Forscher haben dafür eine Lösung parat. Sie setzen auf die Umwandlung von Biogas in flüssiges Biomethan. Der Vorteil: Biomethan ist um ein vielfaches energiereicher als Biogas. Es kann über Monate stabil in wärmeisolierten Tanks gelagert werden und bei Bedarf wieder in Wärme- oder elektrische Energie umwandelt werden. „Die Flüssigkeit lässt sich viel länger und effektiver speichern als Biogas“, sagt Hofmann.

Gastrennungsanlage spaltet Biogas

Gemeinsam mit Kollegen der Hochschule Weihenstephan-Triesdorf haben die Landshuter eine Gastrennungsanlage entwickelt, die Biogas in Biomethan und Kohlendioxid spaltet. In einem ersten Schritt musste dafür das Biogas gereinigt werden. Dafür war das Freisinger Teams um Oliver Falk verantwortlich. Um schädigende Stoffe wie Schwefelwasserstoff zu entfernen, haben sie verschiedene Eisenpräparate und Aktivkohlefilter getestet und geschickt miteinander kombiniert. Das Ergebnis: „Im gereinigten Biogas ist kein Schwefelwasserstoff mehr nachweisbar“, so Falk. Der noch enthaltene Anteil ist zumindest so verschwindend gering, dass er etwa einem Salzkorn in einem Liter Wasser gleicht.

Biokraftstoff und Trockeneis als Nebenprodukt

Im Anschluss wurde das gereinigte Biogas in mehreren Stufen auf minus 162 Grad Celsius in der Laboranlage abgekühlt. „Mit unserem Verfahren gewinnen wir Biomethan mit einer Reinheit von 99,9 Prozent. So wäre es auch als Rohstoff für die chemische Industrie interessant, etwa zur Herstellung von Grundchemikalien wie Wasserstoff oder Methanol.“ Biomethan könnte aber auch zur Herstellung von Biokraftstoff verwendet werden und somit neben der Strom- und Wärmeproduktion für Betreiber von Biogasanlagen ein neues Geschäftsfeld bieten.

Demonstrationsanlage in Landshut kommt

Eine Beschichtung für den Wärmetauscher in der Gastrennungsanlage sorgte dafür, dass Kohlendioxid dort zu Schnee wird, der als Trockeneis weiter verkauft werden kann. Die Vermarktung von Trockeneis als Nebenprodukt der Biogaserzeugung könnte für die Anlagenbetreiber zu einer neuen Einnahmequelle werden. Trockeneis wird unter anderem in Flugzeugen zum Kühlen von Lebensmittel oder in der Kunststoff- und Stahlindustrie zum Reinigen von Kunststoff- und Metalloberflächen genutzt. Nach dem Erfolg der Gastrennungsanlage im Labor soll das Prinzip nun auf die Größe einer Biogasanlage übertragen werden. 2017 soll in Landshut eine Demonstrationsanlage gebaut werden.