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Mikroorganismen wie Bakterien, Pilze oder Viren agieren nie allein. Sie bilden Gemeinschaften, interagieren und beeinflussen damit maßgeblich Mensch und Natur. Ein Beispiel dafür ist die mikrobielle Gemeinschaft im menschlichen Darm, das sogenannte Mikrobiom. Erst durch das Zusammenspiel der Mikroorganismen werden Nährstoffe verstoffwechselt und für den Körper nutzbar gemacht. Ist das Mikrobiom jedoch falsch zusammengesetzt, kann das zu gesundheitlichen Problemen führen. 

Mit diesen mikrobiellen Netzwerken befasst sich zunehmend auch das interdisziplinäre Forschungsfeld der Synthetischen Biologie. Deren Ziel ist es, mithilfe ingenieurwissenschaftlicher Prinzipien neue biologische Systeme und Organismen zu entwerfen und zu bauen, die spezifische Funktionen erfüllen können. Gentechnische Methoden helfen dabei, DNA und RNA zu verändern und zwischen verschiedenen Organismen zu übertragen. 

Forschende empfehlen Perspektivwechsel

Zunächst fokussierten sich Forschende in der Synthetischen Biologie auf einzelne synthetische Organismen. Inzwischen ermöglichen ihre immer ausgereifteren Werkzeuge auch das Design hochkomplexer Netzwerke, wie etwa künstliche Gemeinschaften aus (synthetischen) Organismen.  

Liegt im Design mikrobieller Gemeinschaften die Zukunft der Synthetischen Biologie? Antworten darauf liefert ein Fachartikel von Forschenden der RWTH Aachen, der Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf (HHU) und der Michigan State University (MSU) in East Lansing in den USA. „Wir schlagen einen Perspektivwechsel vor, weg von einzelnen Organismen als solche hin zu den funktionalen Beiträgen, die Organismen innerhalb der Gemeinschaft leisten“, sagt Ilka Axmann von der HHU, Korrespondenzautorin des Papers.

Mögliche Anwendungsgebiete solcher künstlichen Gemeinschaften sind breit gefächert. Sie umfassen beispielsweise die Eindämmung von Krankheiten, die Produktivitätssteigerung von Nutzpflanzen oder die Produktion wertvoller Biomoleküle. 

Im Fachjournal „Synthetic Biology“ erläutert das Team, wie insbesondere die „computergestützte Biologie als integraler Baustein“ dazu beitragen kann, das Design künstlicher Gemeinschaften erheblich zu vereinfachen. 

Unterstützung bei der Modularisierung

„Die computergestützte Biologie kann dabei helfen, eine wünschenswerte Modularisierung in der Synthetischen Biologie zu unterstützen, die sowohl die Komplexität reduziert als auch vielseitige, skalierbare Rahmenwerke schafft, die auf bestimmte Funktionen innerhalb biologischer Gemeinschaften zugeschnitten werden können“, sagt Anna Matuszyńska, Erstautorin der Studie und Juniorprofessorin für Computational Life Science an der RWTH. 

„Mithilfe mathematischer Modelle können wir solche Systeme vorhersagen und optimieren, damit sie zuverlässig und effizient arbeiten. Dieses In-silico-Design sollte bereits in den frühesten Stadien des Aufbaus einer synthetischen Gemeinschaft eingesetzt werden.“

Die Entwicklungsperspektiven der Synthetischen Biologie wurden im Rahmen des Sonderforschungsbereichs SFB1535 „MibiNet“ untersucht. Das vierjährige Vorhaben wird von der HHU koordiniert und von der Deutschen Forschungsgemeinschaft gefördert. 

bb/pg

Microorganisms such as bacteria, fungi and viruses never act alone. They form communities, interact and thus have a significant influence on humans and nature. One example of this is the microbial community in the human gut, the so-called microbiome. It is only through the interaction of microorganisms that nutrients are metabolised and made usable for the body. However, if the microbiome is composed incorrectly, this can lead to health problems.

The interdisciplinary research field of synthetic biology is increasingly focussing on these microbial networks. Its aim is to use engineering principles to design and build new biological systems and organisms that can fulfil specific functions. Genetic engineering methods help to modify DNA and RNA and transfer them between different organisms.

Researchers recommend a change of perspective

Initially, researchers in synthetic biology focussed on individual synthetic organisms. In the meantime, their increasingly sophisticated tools also enable the design of highly complex networks, such as artificial communities of (synthetic) organisms.  

Does the future of synthetic biology lie in the design of microbial communities? An article by researchers from RWTH Aachen University, Heinrich Heine University Düsseldorf (HHU) and Michigan State University (MSU) in East Lansing in the USA provides answers to this question. ‘We propose a change of perspective, away from individual organisms as such and towards the functional contributions that organisms make within the community,’ says Ilka Axmann from HHU, corresponding author of the paper.

Possible areas of application for such artificial communities are wide-ranging. They include, for example, the containment of diseases, increasing the productivity of crops or the production of valuable biomolecules.

In the journal ‘Synthetic Biology’, the team explains how ‘computational biology as an integral building block’ in particular can help to significantly simplify the design of artificial communities. 

Support for modularisation

‘Computational biology can help support a desirable modularisation in synthetic biology that both reduces complexity and creates versatile, scalable frameworks that can be tailored to specific functions within biological communities,’ says Anna Matuszyńska, first author of the study and Assistant Professor of Computational Life Science at RWTH Aachen University.

‘With the help of mathematical models, we can predict and optimise such systems so that they work reliably and efficiently. This in-silico design should be used in the earliest stages of building a synthetic community.’

The development prospects of synthetic biology were investigated as part of the Collaborative Research Centre SFB1535 ‘MibiNet’. The four-year project is coordinated by HHU and funded by the German Research Foundation.

bb/pg

Mit dem Green Startup Monitor analysiert das Borderstep Institut für Nachhaltigkeit und Innovation gemeinsam mit dem Bundesverband Deutsche Startups seit 2019, welchen Beitrag grüne Gründer bei der Transformation der Wirtschaft leisten, und ermittelt deren spezifische Bedürfnisse und Herausforderungen. Nun wurde erstmals die Start-up-Szene eines Bundeslandes beleuchtet. Im Auftrag der Landesregierung erstellte das Institut eine Studie zum Gründungsökosystem in Nordrhein-Westfalen. Im lokalen Green Startup Monitor NRW wurde erstmals auch das Klimaschutzpotenzial grüner Gründer in einem Bundesland bewertet.

„Grüne Gründungen spielen eine elementare Rolle bei der nachhaltigen Transformation unserer Wirtschaft hin zu einer Green Economy“, so Umwelt- und Verkehrsminister Oliver Krischer. „Der erste Green Startup Monitor für Nordrhein-Westfalen zeigt, dass grüne Gründungen das regionale Start-up-Ökosystem besonders gut bewerten. Mit passgenauen Förderprogrammen für grüne Gründungen haben wir also die richtige Strategie verfolgt und wertvolle Pionierarbeit geleistet.“

Starken Standort für grüne Gründungen in NRW

Der Green Startup Monitor NRW zeigt, dass 86 % der Start-ups das sogenannte Gründungsökosystem im Bundesland mit gut und sehr gut beurteilen. Die etablierten Förderprogramme würden NRW zu einem „starken Standort für grüne Gründungen“ machen, heißt es.

Der Studie zufolge ist jedes fünfte grüne Jungunternehmen in NRW angesiedelt. Damit ist das Bundesland vor Berlin (17 %) und Bayern (12 %) der bundesweit größte Standort für grüne Start-ups.

Als „besonders wertvoll“ sehen die Gründer in NRW auch die Nähe zu Universitäten und wirtschaftspolitischen Initiativen. Vor allem Hochschulen in Nordrhein-Westfalen werden hier als Treiber der grünen Transformation genannt. Von deren Unterstützung würden Start-ups demnach besonders profitieren. Der Studie zufolge haben 76 % der grünen Start-ups im Land die Unterstützung durch Hochschulen bereits in Anspruch genommen.

Start-ups sind technologieorientiert

Nicht nur bundesweit, auch in NRW, gewinnt das Theme ökologische Nachhaltigkeit für Start-ups an Bedeutung. Ihr Anteil ist im Bundesland demnach seit 2018 stetig gestiegen und liegt aktuell bei 30 %. Die Analyse ergab, dass diese grüne Gründer besonders auf Technologieentwicklung und -produktion als Geschäftsmodell setzen. Mit 31 % liegt der Anteil der technologieorientierten grünen Start-ups damit deutlich über dem Anteil nicht grüner Start-ups (18 %) und dem Bundesdurchschnitt (26 %).

„Für den Umbau der energieintensiven Industrie braucht es in NRW Start-ups, die sich durch eine starke Ausrichtung auf ökologische Nachhaltigkeitsziele und schnelles Wachstum auszeichnen. Durch die hohe Anzahl technologie- und transformationsorientierter Start-ups in NRW liegen hierfür beste Voraussetzungen vor“, resümiert Klaus Fichter, Leiter des Berliner Borderstep Instituts für Innovation und Nachhaltigkeit.

Beachtliches Klimaschutzpotenzial

Erstmals zeigt der Green Startup Monitor NRW auch, welchen beachtlichen Beitrag grüne Start-ups zum Klimaschutz leisten. Der Studie zufolge können mit den Produkten und Dienstleistungen dieser Jungunternehmen 13 Millionen Tonnen CO₂-Äquivalente (CO2e) in Nordrhein-Westfalen eingespart werden. Im Jahr 2021 war NRW für insgesamt 217 Millionen Tonnen Treibhausgasemissionen verantwortlich. Um das Ziel der Klimaneutralität bis 2045 zu erreichen, müssen diese Emissionen durchschnittlich um 9 Millionen Tonnen CO2e pro Jahr sinken.

Das Berliner Foodtech-Start-up Formo kann einen weiteren Erfolg melden: Nach dem Verkaufsstart der ersten veganen Käsealternativen Anfang September konnte der Fermentationsspezialist die REWE Group als neuen Investor gewinnen. Wie das Handelsblatt berichtet, war der Einzelhändler an einer kürzlich vermeldeten Serie-B-Finanzierungsrunde beteiligt, bei der Formo frisches Kapital in Höhe von 61 Mio. US-Dollar einwerben konnte. Insgesamt hat Formo damit 117 Mio. US-Dollar eingesammelt.

Eine der höchsten Foodtech-Finanzierungsrunden in diesem Jahr

An dem Investment waren neben REWE auch frühere Investoren wie Foodlabs und EQT Ventures beteiligt. Es sei eine der höchsten Kapitalrunden für ein deutsches Foodtech-Unternehmen in diesem Jahr, schreibt das Handelsblatt. Mit dem frischen Kapital will Formo demnach auch die Internationalisierung vorantreiben. Neben Österreich und der Schweiz will das Unternehmen in weitere Länder expandieren.

Seit Anfang September sind die ersten tierfreien Käseprodukte von Formo bei Metro und REWE erhältlich. Neben der Frischkäsealternative „Frischhain“ gibt es auch einen veganen Camembert. Zur Herstellung der veganen Käseprodukte werden Proteine aus dem Koji-Pilz verwendet. Es handelt sich um den Fadenpilz Aspergillus oryzae. Formo verwendet nicht die Biomasse des Pilzes, sondern spezielle Proteine, die der Pilz per Mikrofermentation erzeugt. Laut Formo kommt das Protein dem Milchprotein sehr nahe. 

Der schnelle Weg zum Markt

Mit der Nutzung des Koji-Pilzes hat das Berliner FoodTech-Start-up zudem einen Weg gefunden, seine veganen Käsealternativen schnell auf den Markt zu bringen. Anders als durch Präzisionsfermentation hergestellte bioidentische Milchproteine wird der Koji-Pilz und daraus fermentierte Produkte seit langem als Lebensmittel verwendet und ist damit kein neues Lebensmittel, das nach der Novel-Food-Verordnung von der Europäischen Behörde für Lebensmittelsicherheit (EFSA) zugelassen werden muss.

 bb/pg

The Berlin-based foodtech start-up Formo can report another success: Following the sales launch of its first vegan cheese alternatives at the beginning of September, the fermentation specialist has gained REWE Group as a new investor. As reported by the German business newspaper Handelsblatt, the retailer was involved in a recently announced Series B financing round in which Formo was able to raise fresh capital of 61 million US dollars. Formo has now raised a total of 117 million US dollars.

One of the largest foodtech financing rounds this year

In addition to REWE, previous investors such as Foodlabs and EQT Ventures were also involved in the investment. It is one of the biggest capital rounds for a German foodtech company this year, writes Handelsblatt. Formo also intends to use the fresh capital to drive forward its internationalization. In addition to Austria and Switzerland, the company wants to expand into other countries.

Formo's first animal-free cheese products have been available at Metro and REWE since the beginning of September. In addition to the cream cheese alternative “Frischhain”, there is also a vegan Camembert. Proteins from the koji mushroom are used to make the vegan cheese products. This is the filamentous fungus Aspergillus oryzae. Formo does not use the biomass of the fungus, but special proteins that the fungus produces through microfermentation. According to Formo, the protein is very similar to milk protein. 

The fast track to get to market

By using the koji mushroom, the Berlin-based food tech start-up has also found a way to bring its vegan cheese alternatives to market quickly. Unlike bioidentical milk proteins produced by precision fermentation, koji mushrooms and products fermented from them have been used as food for a long time and are therefore not a new food that has to be approved by the European Food Safety Authority (EFSA) under the Novel Food Regulation.

 bb/pg

Um die wachsende Bevölkerung auch in 20 Jahren noch ernähren zu können, suchen Forschende seit langem nach Alternativen. Eine vielversprechende Option könnte Laborfleisch sein. Das Interesse an sogenanntem zellbasiertem Fleisch ist groß. Mittlerweile arbeiten zahlreiche Start-ups und Forschungseinrichtungen weltweit daran, Fleisch herzustellen, ohne dass ein Tier leiden oder getötet werden muss. Um zellbasiertes Fleisch herzustellen, werden meist Muskelstammzellen eines Tieres entnommen und in der Petrischale kultiviert. Im Projekt Cellzero Meat haben Forschende unter Leitung der Hochschule Anhalt nun erfolgreich einen völlig neuen Ansatz für die In-vitro-Produktion von Fleisch etabliert.

Stammzellen aus Nabelblut statt aus tierischen Muskeln

Statt Stammzellen aus den Muskeln von Tieren zu entnehmen, nutzte das Team Stammzellen aus dem Blut der Nabelschnur – konkret von Ferkeln. Diese innovative Entnahmemethode ist den Forschenden zufolge für das Tier völlig schmerzfrei und könnte daher eine Alternative zur bisherigen Stammzellentnahme sein.

Das Projekt Cellzero Meat wurde Juli 2022 bis Juni 2024 vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) im Rahmen des Ideenwettbewerbs „Neue Produkte für die Bioökonomie“ mit insgesamt 656.608 Euro gefördert. An dem Vorhaben beteiligt waren neben der Hochschule Anhalt, das Forschungsinstitut für Nutztierbiologie (FBN) in Dummerstorf bei Rostock, das Leibniz-Institut für Plasmaforschung und Technologie e. V. in Greifswald sowie die PAN-Biotech GmbH in Aidenbach.

Algen statt Tierserum als Nährmedium

Den Forschenden ging es im Projekt nicht nur darum, Tierleid zu meiden. „Wir wollten den Prozess insgesamt so nachhaltig wie möglich gestalten“, erklärt Wolfram Schnäckel von der Hochschule Anhalt. Um die Zellen im Bioreaktor wachsen zu lassen, wählte das Team daher ein Nährmedium aus Algen anstatt eines von geschlachteten Tieren. Auch wurde kaltes Plasma statt Antibiotika genutzt, um den Herstellungsprozess steril zu halten.

Fleischtypisches Gewebe und Geschmack

Nach zwei Jahren Forschung steht fest, dass der neue Ansatz funktioniert. Wie das Team berichtet, haben die Stammzellen aus dem Nabelschnurblut in dem Nährmedium aus Algen wie erhofft Muskel-, Fett- und Bindegewebszellen gebildet. „Aus ihnen lässt sich über ein 3D-Druck-Verfahren fleischtypisches Gewebe herstellen – für Produkte vom Burger-Patty bis zum Schnitzel“, schreiben die Forschenden. „Selbst der fleischtypische Geschmack, der erst während der Lagerung heranreift, wird von unserem Laborfleisch gebildet“, betont Schnäckel.

Noch sind es nur „wenige Gramm“ Laborfleisch, die im Bioreaktor auf diese Weise hergestellt wurden. Als Nächstes wollen die Forschenden die nachhaltige Methode weiterentwickeln, um das zellbasierte Fleisch auch im industriellen Maßstab herstellen zu können. Folgeprojekte für dieses Scale-up sind demnach bereits in Planung.

Neue Einnahmequelle für die Landwirtschaft

Die im Projekt Cellzero Meat entwickelte neuartige Methode zur Herstellung von In-vitro-Fleisch würde aber nicht nur Tierleid oder eine Schlachtung verhindern. Schnäckel sieht darin noch einen weiteren Vorteil: „Zudem wäre der Verkauf von Nabelschnurblut eine zusätzliche Einnahmequelle für die Landwirtschaft, wenn sich Laborfleisch auch auf europäischen Märkten durchgesetzt hat.“

Singapur und die USA sind weltweit die einzigen Länder, in denen Fleisch aus dem Labor bereits zugelassen ist. In der EU ist der Verkauf von zellbasiertem Fleisch noch nicht gestattet. Als weltweit erstes Unternehmen hat The Cultivated B aus Heidelberg bei der Europäischen Behörde für Lebensmittelsicherheit (EFSA) im September einen Antrag auf Zulassung eines zellbasierten Wurstproduktes gestellt.

bb

In order to be able to feed the growing population in 20 years' time, researchers have long been looking for alternatives. One promising option could be lab-grown meat. There is great interest in so-called cell-based meat. Numerous start-ups and research institutions around the world are now working on producing meat without animals having to suffer or be killed. To produce cell-based meat, muscle stem cells are usually taken from an animal and cultivated in a petri dish. In the Cellzero Meat project, researchers led by Anhalt University of Applied Sciences have now successfully established a completely new approach for the in vitro production of meat.

Stem cells from umbilical cord blood instead of animal muscles

Instead of extracting stem cells from the muscles of animals, the team used stem cells from the umbilical cord blood - specifically from piglets. According to the researchers, this innovative harvesting method is completely painless for the animal and could therefore be an alternative to the previous stem cell harvesting method.

The Cellzero Meat project was funded by the Federal Ministry of Education and Research (BMBF) from July 2022 to June 2024 as part of the ‘New Products for the Bioeconomy’ ideas competition with a total of 656,608 euros. In addition to Anhalt University of Applied Sciences, the Research Institute for Farm Animal Biology (FBN) in Dummerstorf near Rostock, the Leibniz Institute for Plasma Research and Technology e. V. in Greifswald and PAN-Biotech GmbH in Aidenbach were involved in the project.

Algae instead of animal serum as a culture medium

The researchers' aim in the project was not just to avoid animal suffering. ‘We wanted to make the process as sustainable as possible overall,’ explains Wolfram Schnäckel from Anhalt University of Applied Sciences. To grow the cells in the bioreactor, the team therefore chose a culture medium made from algae instead of one from slaughtered animals. In addition, cold plasma was used instead of antibiotics to keep the production process sterile.

Typical meat tissue and flavour

After two years of research, it is clear that the new approach works. As the team reports, the stem cells from the umbilical cord blood formed muscle, fat and connective tissue cells in the algae culture medium as hoped. ‘They can be used to produce typical meat tissue through a 3D printing process - for products ranging from burger patties to schnitzel,’ write the researchers. ‘Even the typical meat flavour, which only matures during storage, is produced by our laboratory meat,’ emphasises Schnäckel.

At present, only a few grams of laboratory meat have been produced in the bioreactor in this way. Next, the researchers want to further develop the sustainable method so that the cell-based meat can also be produced on an industrial scale. Follow-up projects for this scale-up are already being planned.

New source of income for agriculture

However, the new method for producing in-vitro meat developed in the Cellzero Meat project would not only prevent animal suffering or slaughter. Schnäckel sees a further advantage: ‘The sale of umbilical cord blood would also be an additional source of income for agriculture once laboratory meat has also become established on European markets.’

Singapore and the USA are the only countries in the world where lab-grown meat is already authorised. In the EU, the sale of cell-based meat is not yet authorised. In September, The Cultivated B from Heidelberg was the first company in the world to submit an application to the European Food Safety Authority (EFSA) for authorisation of a cell-based sausage product.

bb

Anfang September fiel der Startschuss für die nunmehr sechste Runde des Start-up-Wettbewerbs „PlanB – Biobasiert.Business.Bayern.“ Seit 2014 werden hier die besten biobasierten Geschäftsideen gesucht und ausgezeichnet. 180 Start-ups aus Deutschland, aber auch aus EU- und Nicht-EU-Staaten haben im Laufe der vergangenen Jahre daran teilgenommen. Nun können sich erneut Start-ups und Bio-Entrepreneure mit ihren Lösungen für eine nachhaltigere und biobasierte Wirtschaft um eine Förderung bewerben.

Nachhaltige Alternative zu fossilen Rohstoffen oder Energieträgern 

Teilnehmen können nicht nur Gründungswillige, sondern auch Start-ups, die sich vor weniger als fünf Jahren etabliert haben. Das betrifft sowohl Einzel-Entrepreneure, Entwicklerinnen und Entwickler als auch Teams. Entscheidend ist die Geschäftsidee. Sie muss sich eindeutig in die Bioökonomie-Wertschöpfungskette einordnen lassen. Dazu gehören Verfahren, Produkte und Dienstleistungen, die eine nachhaltige Alternative zu fossilen Rohstoffen oder Energieträgern bieten.

Bewerbungsfrist endet Ende November

Interessierte können sich ab sofort mit ihren Ideen durch das Ausfüllen eines Online-Formulars und das Hochladen eines Read Decks um eine Teilnahme beim Gründerwettbewerb PlanB bewerben. Die Bewerbungsfrist endet am 29. November 2024. Eine Jury wird die Ideen bewerten und die Besten für das Finale im April 2025 auswählen. Hier erhalten die Teams die Chance, ihre innovativen Ideen bei einem Pitch vor Vertretern aus Wirtschaft, Politik und Finanzwelt vorzustellen und um den Sieg zu wetteifern.

Wo Straßen und Häuser statt Grünflächen und Wasser dominieren, kann es im Sommer mitunter unerträglich heiß werden. Lösungen sind gefragt, weil Forschende infolge des Klimawandels eine Zunahme der Hitzeperioden prognostizieren. Ein effektiver Hitzeschutz können Schwammstädte sein. Auf dem ehemaligen Gelände des Flughafens Tegel wollen Forschende der Technischen Universität (TU) Berlin ein solches Schwammstadt-Quartier konzipieren. Im August wurde nun mit der Bepflanzung von insgesamt sechs sogenannten Verdunstungsbeeten begonnen.

Verdunstungsbeete speichern Regenwasser

Verdunstungsbeete sind ein wesentlicher Eckpfeiler des Wassermanagements in einer Schwammstadt. Das Prinzip: Regenwasser soll nicht mehr abfließen. Stattdessen soll der Boden das Wasser wie ein Schwamm aufsaugen und speichern, damit es gezielt in Bäume, Wiesen und andere Grünflächen fließen kann. Durch die Schaffung von Versickerungs- und Verdunstungsräumen wie Beete und Mulden wird das Regenwasser im natürlichen Kreislauf gehalten und fließt nicht wie sonst üblich in die Kanalisation.

Versuchsanlage mit heimischen und nicht heimischen Pflanzen

Doch dazu braucht es geeignete klimaresiliente Pflanzen, die mit Hitze, Trockenheit und Starkregen zurechtkommen. Auf der Versuchsanlage auf dem ehemaligen Flughafengelände in Berlin-Tegel werden daher verschiedene heimische und nicht heimische Stauden, Gräser und Kleinsträucher getestet. Sie sollen an heißen Tagen nicht nur die unmittelbare Umgebungsluft kühlen, sondern auch die Biodiversität in der Stadt fördern.

„Ich habe mir vor allem die Vegetation in Gräben entlang von Wiesen und Weiden sowie die Pfeifengraswiesen angeschaut und dort nach Pflanzen gesucht, die zum einen an gut mit Wasser versorgten, nährstoffreichen und im Fall der Pfeifengraswiesen an eher wechseltrockenen und mageren Standorten vorkommen. Insbesondere die Hochstauden der Grabenvegetation entwickeln viel Blattmasse und verdunsten dadurch potenziell viel Wasser“, erklärt Leonard Heß, wissenschaftlicher Mitarbeiter im TU-Fachgebiet Vegetationstechnik und Pflanzenverwendung und Leiter des Projektes.

Angepflanzt wurden das Hohe Pfeifengras, das Zottige Silberglöckchen, die Balkan-Wolfsmilch, das Hohe und das Kleine Mädesüß, der Gefleckte Wasserdost, die Dreimasterblume und der Färberginster. Dabei wurden drei Verdunstungsbeete mit jenen Arten bepflanzt, die es feucht und nährstoffreich brauchen, die drei anderen mit Gewächsen, die einen trockenen Standort bevorzugen.

Pflanzenanbau auf verschiedenen Böden getestet

Neben der Auswahl geeigneter Pflanzen für das Schwammstadt-Quartier wurden 13 Meter lange und 4,5 Meter breite Mulden angelegt und jeweils mit einer Teichfolie ausgelegt, damit das Wasser nicht im Boden versickert und die Pflanzen möglichst viel Wasser verdunsten können. Eine Drainageschicht auf den Mulden schützt die Pflanzenwurzeln zudem vor Staunässe. Gleichzeitig wird der Anbau der verschiedenen Gewächse nicht nur auf herkömmlichen Böden getestet, sondern auch auf Flächen, die mit Pflanzenkohle angereichert sind. „Dadurch kann er mehr Wasser speichern, und in Trockenperioden steht den Pflanzen länger Wasser zur Verfügung“, erklärt Heß. Abschließend wurde der Boden noch mit einer Schicht aus mineralischem Mulch versehen, um zu verhindern, dass sich in den Beeten unerwünschte Pflanzen einnisten.

Im Rahmen des Projektes wird nun untersucht, welche Vegetationsmischungen in den jeweiligen Verdunstungsbeeten auf den verschiedenen Böden am besten mit dem städtischen Umfeld zurechtkommen.

Blaupause für Planung künftiger Schwammstadt-Quartiere in Berlin

Ziel des Vorhabens ist, dass das Tegeler Schwammstadt-Konzept anderen Berliner Stadtbezirken zukünftig beim Planen, Bauen und Umrüsten künftiger klimaresilienter Quartiere als Blaupause dient. „Ein Vorbild für eine solche Versuchsanlage gibt es in Deutschland nicht. Das ist schon ein Novum“, sagt Norbert Kühn, Leiter des Fachgebietes Vegetationstechnik und Pflanzenverwendung an der TU Berlin.

An dem interdisziplinären Forschungsprojekt „Optimierung der Vegetation von Verdunstungsbeeten und ihrer Wasserbilanzen“ sind neben der TU Berlin, die Tegel Projekt GmbH, die Berliner Hochschule für Technik und die Berliner Wasserbetriebe beteiligt. Das Vorhaben, das bis Ende 2027 läuft, wird von der Deutschen Bundesstiftung Umwelt (DBU) gefördert.

bb

Where streets and houses dominate instead of green spaces and water, it can sometimes become unbearably hot in summer. Solutions are needed because researchers are predicting an increase in heat waves as a result of climate change. Sponge cities can provide effective heat protection. Researchers at the Technische Universität (TU) Berlin want to design such a sponge city neighbourhood on the former site of Tegel Airport. In August, work began on planting a total of six so-called evaporation beds.

Evaporation beds store rainwater

Evaporation beds are an essential cornerstone of water management in a sponge city. The principle: rainwater should no longer run off. Instead, the soil should soak up the water like a sponge and store it so that it can flow into trees, meadows and other green spaces. By creating infiltration and evaporation areas such as flower beds and troughs, the rainwater is kept in the natural cycle and does not flow into the sewage system as is usually the case.

Experimental plant with native and non-native plants

However, this requires suitable climate-resilient plants that can cope with heat, drought and heavy rainfall. Various native and non-native perennials, grasses and small shrubs are therefore being tested at the trial site on the former airport grounds in Berlin-Tegel. They are intended not only to cool the immediate ambient air on hot days, but also to promote biodiversity in the city.

‘I mainly looked at the vegetation in ditches along meadows and pastures as well as the moor grass meadows and searched for plants that occur in well-watered, nutrient-rich locations and, in the case of the moor grass meadows, in rather alternately dry and poor locations. The tall perennials of the ditch vegetation in particular develop a lot of leaf mass and therefore potentially evaporate a lot of water,’ explains Leonard Heß, research assistant in the TU's Vegetation Technology and Plant Utilisation department and head of the project.

The tall pipe grass, shaggy silverbell, Balkan spurge, tall and small meadowsweet, spotted watercress, three-master flower and dyer's broom were planted. Three evaporation beds were planted with species that require a moist and nutrient-rich environment, while the other three were planted with plants that prefer a dry location.

Plant cultivation tested on different soils

In addition to selecting suitable plants for the Schwammstadt quarter, 13 metre long and 4.5 metre wide troughs were created and each covered with a pond liner so that the water does not seep into the ground and the plants can evaporate as much water as possible. A drainage layer on the troughs also protects the plant roots from waterlogging. At the same time, the cultivation of the various plants is not only being tested on conventional soils, but also on areas enriched with biochar. ‘This allows it to store more water, and the plants have access to water for longer during dry periods,’ explains Heß. Finally, the soil was covered with a layer of mineral mulch to prevent unwanted plants from establishing themselves in the beds.

The project is now investigating which vegetation mixtures in the respective evaporation beds on the different soils cope best with the urban environment.

Blueprint for planning future sponge city neighbourhoods in Berlin

The aim of the project is for the Tegel sponge city concept to serve as a blueprint for other Berlin boroughs when planning, building and converting future climate-resilient neighbourhoods. ‘There is no role model for such a test centre in Germany. It's a first,’ says Norbert Kühn, Head of the Department of Vegetation Technology and Plant Utilisation at TU Berlin.

The interdisciplinary research project ‘Optimising the vegetation of evaporation beds and their water balances’ involves TU Berlin, Tegel Projekt GmbH, the Berlin University of Applied Sciences and Berliner Wasserbetriebe. The project, which will run until the end of 2027, is funded by the German Federal Environmental Foundation (DBU).

bb

Die Versorgung einer wachsenden Weltbevölkerung mit bezahlbaren Nahrungsmitteln wird durch klimabedingte Extreme wie Hitze, Trockenheit oder Starkregen zunehmend erschwert. Doch nicht nur der Klimawandel gefährdet die Ernährungssicherung. Die Düngepraxis der Landwirtschaft ist Studien zufolge mitverantwortlich dafür, dass Ökosysteme wie der Boden überdüngt sind und unter Druck geraten. Gefragt sind daher neue Lösungen für eine nachhaltige, ressourceneffiziente und anpassungsfähige Agrarproduktion.

Im Rahmen der Fördermaßnahme „Agrarsysteme der Zukunft“ fördert das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) seit 2019 die Entwicklung innovativer Agrarsysteme wie das NOcsPS-System. Das von der Universität Hohenheim koordinierte Verbundvorhaben „Nachhaltigere Landwirtschaft 4.0 Ohne chemisch‐synthetischen PflanzenSchutz-NOcsPS“ zielt darauf ab, nachhaltigere Anbausysteme zu entwickeln, ohne die Ertragsleistung signifikant zu beeinträchtigen.

Vorteile von ökologischem und konventionellem Anbau kombinieren

„Die NOcsPS‐Anbausysteme stellen eine komplette Neuorientierung in der landwirtschaftlichen Produktion dar. Sie versuchen, die Vorteile von konventioneller und ökologischer Landwirtschaft zu vereinen und gleichzeitig deren jeweiligen Nachteile zu minimieren“, erklärt der Sprecher des Forschungsprojektes Enno Bahrs von der Universität Hohenheim.

Konkret heißt das: Beim NOcsPS-System wird auf chemisch-synthetische Pflanzenschutzmittel (csPS) verzichtet, aber Mineraldünger eingesetzt. An dem Projekt beteiligen sich neben der Universität Hohenheim auch das Julius Kühn-Institut (JKI) und die Universität Göttingen. Das Vorhaben wird vom BMBF mit rund 5,3 Mio. Euro unterstützt.

Im Rahmen großangelegter Feldversuche an der Universität Hohenheim in Baden-Württemberg und beim JKI in Dahnsdorf, Brandenburg, verglichen die Forschenden verschiedene NOcsPS-Anbausysteme mit konventionellen und ökologischen Systemen. Nun liegen erste vielversprechende Ergebnisse vor: Demnach haben diese Anbausysteme tatsächlich ein hohes Potenzial, die Landwirtschaft widerstandsfähiger und nachhaltiger zu machen.

Neues Anbausystem erzielt gute Erträge

Den Forschenden zufolge bringen NOcsPS-Systeme zwar geringere Erträge als konventionelle Methoden. Doch auch ohne chemisch-synthetische Pflanzenschutzmittel können „gute Erträge und Produktqualität“ erreicht werden, heißt es. Vor allem aber seien NOcsPS-Systeme umweltfreundlicher und könnten die Biodiversität fördern, was sich konkret an der Vielfalt der Insekten gezeigt habe, berichten die Forschenden.

Supplying a growing world population with affordable food is becoming increasingly difficult due to climate-related extremes such as heat, drought or heavy rainfall. But climate change is not the only factor jeopardising food security. According to studies, agricultural fertilisation practices are partly responsible for the fact that ecosystems such as the soil are over-fertilised and under pressure. New solutions are therefore needed for sustainable, resource-efficient and adaptable agricultural production.

As part of the ‘Agricultural Systems of the Future’ funding programme, the German Federal Ministry of Education and Research (BMBF) has been supporting the development of innovative agricultural systems such as the NOcsPS system since 2019. The joint project ‘More sustainable agriculture 4.0 without chemical-synthetic plant protection NOcsPS’, coordinated by the University of Hohenheim, aims to develop more sustainable cultivation systems without significantly impairing yield performance.

Combining the advantages of organic and conventional cultivation

‘The NOcsPS cultivation systems represent a complete reorientation in agricultural production. They attempt to combine the advantages of conventional and organic farming while minimising their respective disadvantages,’ explains research project spokesperson Enno Bahrs from the University of Hohenheim.

In concrete terms, this means that the NOcsPS system does not use chemical synthetic plant protection products (csPS), but does use mineral fertilisers. In addition to the University of Hohenheim, the Julius Kühn Institute (JKI) and the University of Göttingen are also involved in the project. The project is being funded by the BMBF with around 5.3 million euros.

As part of large-scale field trials at the University of Hohenheim in Baden-Württemberg and at the JKI in Dahnsdorf, Brandenburg, the researchers compared various NOcsPS cultivation systems with conventional and organic systems. The first promising results are now available: According to them, these cultivation systems actually have a high potential to make agriculture more resilient and sustainable.

New cultivation system achieves good yields

According to the researchers, NOcsPS systems produce lower yields than conventional methods. However, ‘good yields and product quality’ can also be achieved without synthetic chemical pesticides, they say. Above all, however, NOcsPS systems are more environmentally friendly and can promote biodiversity, as demonstrated by the diversity of insects, the researchers report.

Mikroorganismen können eine Vielfalt an Stoffen erzeugen. Ihre Talente werden bereits seit Jahrhunderten genutzt – etwa zur Herstellung von Bier, Wein und Käse. Für die Biotechnologie sind Mikroben auch wichtige Werkzeuge, um etwa aus dem CO₂ neue Produkte wie biobasierte Chemikalien für die Bioökonomie herzustellen. Forschende der Universität Tübingen haben nun ein Bioreaktor-System entwickelt, in dem in zwei Schritten mithilfe eines Bakteriums und der Bäckerhefe aus Kohlendioxid, Wasserstoff und Sauerstoff und unter Einsatz von grünem Strom wertvolle Nährstoffe für die Lebensmittelindustrie hergestellt werden.

Power-to-Protein-System weiterentwickelt

Dabei handelt es sich sowohl um Proteine als auch das lebenswichtige Vitamin B9 – auch als Folsäure bekannt. Wie das Team in der Fachzeitschrift „Trends in Biotechnology“ berichtet, musste dafür das vorhandene Power-to-Protein-System weiterentwickelt werden. In dem ersten System kamen zwei verschiedene Mikroben nacheinander zum Einsatz, erklärt Lars Angenent aus der Umweltbiotechnologie der Universität Tübingen. „Ein Clostridium-Bakterium reduzierte Kohlendioxid mit Wasserstoff unter Luftabschluss zu Acetat, das die Bäckerhefe, ein Pilz, anschließend unter Luftzufuhr zu Proteinen umsetzten. Vom Protein allein kann sich der Mensch nicht ernähren“, sagt der Forscher, „daher wollten wir Vitamin B9 mitproduzieren.“

Für das erste System mussten die Mikroben noch mit bestimmten Vitaminen wie B9 gefüttert werden, damit es funktioniert. Das sollte vermieden werden. Für die Forschenden war wichtig, dass nicht mehr Vitamine in den Prozess eingespeist werden, als man herausbekommt.

Wärmeliebendes Bakterium produziert selbst Folsäure

Hier kam den Forschenden das wärmeliebende Bakterium Thermoanaerobacter kivui zu Hilfe, das das Clostridium-Bakterium in der ersten Stufe des Power-to-Protein-Systems ersetzte. Thermoanaerobacter kivui sei wesentlich genügsamer und könne die bei der Acetatherstellung benötigte Folsäure sogar selbst bilden, schreiben die Forschenden. Im zweiten Schritt habe dann die Bäckerhefe große Mengen an Folsäure produziert.

Bäckerhefe nutzt Acetat statt Zucker zur Folsäure-Produktion 

Bekannt ist, dass Bäckerhefe Folsäure aus Zucker herstellt. Die Experimente der Tübinger Forschenden zeigten jetzt, dass die Bäckerhefe das Vitamin auch mit der gleichen Menge Acetat als Ausgangsstoff produziert. „Da wir kein Vitamin B9 mehr zusetzen, sind wir sicher, dass es im Prozess produziert wird“, betont Angenent. Nach Angaben von Angenent würden etwa sechs Gramm der produzierten und getrockneten Hefe als tägliche Vitamin B9-Dosis für einen Menschen ausreichen.

Bei der mikrobiell hergestellten Folsäure handelt es sich den Forschenden zufolge noch nicht um ein fertiges Lebensmittel. Dafür müssen zuvor noch Stoffe aus der Hefe entfernt werden, die Gicht auslösen können. Auch existiert das Bioreaktor-System zunächst nur im Labormaßstab und muss skaliert werden, damit größere Mengen erzeugt werden können.

Grundlage für Fleischersatzprodukte

Das Tübinger Forschungsteam ist jedoch überzeugt, dass mithilfe seines neuen Systems die Grundlage zur Herstellung veganer und vegetarischer Fleischersatzprodukte geschaffen wurde und damit langfristig auch zur Sicherung der Ernährung beigetragen wird. „Der wachsenden Weltbevölkerung droht Unterernährung vor allem in Ländern, die unter Dürren leiden und deren Böden zu wenig Nährstoffe enthalten. Da könnten solche Ersatzprodukte wie die von uns erzeugten die Ernährungslage verbessern“, sagt der Forscher.

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Microorganisms can produce a variety of substances. Their talents have been utilised for centuries - for example in the production of beer, wine and cheese. Microbes are also important tools for biotechnology, for example to produce new products such as bio-based chemicals for the bioeconomy from CO₂. Researchers at the University of Tübingen have now developed a bioreactor system in which valuable nutrients for the food industry are produced from carbon dioxide, hydrogen and oxygen in two steps using a bacterium and baker's yeast powered by green electricity.

Power-to-protein system further developed

This involves both proteins and the vital vitamin B9 - also known as folic acid. As the team reports in the scientific journal ‘Trends in Biotechnology’, the existing power-to-protein system had to be further developed for this purpose. In the first system, two different microbes were used one after the other, explains Lars Angenent from the Environmental Biotechnology Department at the University of Tübingen. ‘A Clostridium bacterium reduced carbon dioxide with hydrogen in the absence of air to form acetate, which the baker's yeast, a fungus, then converted into proteins in the presence of air. Humans cannot live on protein alone,’ says the researcher, ’so we wanted to co-produce vitamin B9.’

For the first system to work, the microbes had to be fed with certain vitamins such as B9. This had to be avoided. It was important to the researchers that no more vitamins were fed into the process than could be extracted.

Heat-loving bacterium produces folic acid itself

The researchers were helped here by the heat-loving bacterium Thermoanaerobacter kivui, which replaced the Clostridium bacterium in the first stage of the power-to-protein system. Thermoanaerobacter kivui is much more frugal and can even produce the folic acid required for acetate production itself, the researchers write. In the second step, the baker's yeast then produced large quantities of folic acid.

Baker's yeast uses acetate instead of sugar to produce folic acid

It is known that baker's yeast produces folic acid from sugar. The experiments conducted by the Tübingen researchers have now shown that baker's yeast also produces the vitamin using the same amount of acetate as a starting material. ‘As we no longer add vitamin B9, we are certain that it is produced in the process,’ emphasises Angenent. According to Angenent, around six grams of the produced and dried yeast would be sufficient as a daily dose of vitamin B9 for a person.

According to the researchers, the microbially produced folic acid is not yet a finished food. Substances that can trigger gout must first be removed from the yeast. The bioreactor system also only exists on a laboratory scale for the time being and needs to be scaled up so that larger quantities can be produced.

Grundlage für Fleischersatzprodukte

However, the Tübingen research team is convinced that its new system has created the basis for the production of vegan and vegetarian meat substitutes and will therefore also contribute to food security in the long term. ‘The growing world population is threatened by malnutrition, especially in countries that suffer from drought and whose soils contain too few nutrients. Substitute products such as the ones we produce could improve the nutritional situation,’ says the researcher.

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Naturfaserverstärkte Kunststoffe (NFK) bieten viele Vorteile, doch ihr Potenzial ist bei weitem nicht ausgeschöpft. Vor allem ihr Einsatz in technischen Kunststoffbauteilen ist derzeit noch begrenzt. Im Verbundprojekt NaFiTech wollen Forschende vom Fraunhofer-Institut für Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit (LBF) in Darmstadt gemeinsam mit Partnern aus der Industrie eine solide Datenbasis erarbeiten, um die Perspektiven dieser vielversprechenden Materialien fundiert bewerten zu können.

Im Vergleich zu klassischen glasfaserverstärkten Kunststoffen (GFK) haben NFK häufig niedrigere mechanische Eigenschaften und eine höhere Schwankungsbreite und sind thermisch empfindlicher. Zudem absorbieren sie Feuchtigkeit, was die Leistungsfähigkeit beeinträchtigt. NFK überzeugen hingegen mit einem geringeren Gewicht, einer höheren Schlagzähigkeit, mit niedriger Splitterneigung und natürlich mit ihrer biobasierten Herkunft.

Leistungsfähigkeit von NFK für breiteren Einsatz optimieren

Das Verbundprojekt NaFiTech zielt darauf ab, die Herausforderungen, Grenzen und Potenziale der naturfaserverstärkten Kunststoffe vor allem für technische Bauteile zu analysieren. Gemeinsam mit Industriepartner wollen die Fraunhofer-Forschenden Wege finden, um die Leistungsfähigkeit dieser nachhaltigen Materialien zu optimieren und so ihre Einsatzmöglichkeiten zu erweitern.

Dabei kann das Projektteam auf die Erkenntnisse der Darmstädter Forschenden zu NFK zurückgreifen. Denn in vergangenen Projekten wurden bereits die Möglichkeiten für eine Faservorbehandlung erarbeitet, um den Einfluss der Feuchtigkeit auf diese biobasierten Materialien zu regulieren, sowie Methoden zur Berücksichtigung der mechanischen Eigenschaften in der Bauteilauslegung entwickelt.

Im Fokus des zweijährigen Vorhabens steht nun die Untersuchung verschiedener Naturfasern, Matrixmaterialien und Verarbeitungsmethoden, um die bestmöglichen Kombinationen für unterschiedliche Anwendungen zu identifizieren.

Industriepartner gesucht

NaFiTech wurde vom Fraunhofer LBF initiiert und soll im Januar 2025 starten. Für das auf zwei Jahre angelegte Projekt werden noch Partner aus der Industrie gesucht. Weitere Informationen gibt auf der Webseite des Verbundvorhabens NaFiTech.

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Für die Landwirtschaft sind die Folgen des Klimawandels vielerorts schon heute spürbar. Ernteverluste durch Wetterextreme und Schädlingsbefall haben in den vergangenen Jahren zugenommen. Zugleich steht die Landwirtschaft unter Druck, den Einsatz von Dünge- und Pflanzenschutzmitteln zu reduzieren und die CO₂-Emissionen zu senken. Doch wie können Umwelt und Klima geschont werden, ohne dass der Ertrag darunter leidet? Auf dem Weg zu einer „klimaoptimierten landwirtschaftlichen Produktion“ hat sich die Agrarsparte der BASF (Agricultural Solutions) das Ziel gesteckt, Lösungen zu entwickeln, die CO₂-Emissionen pro Tonne Ernteertrag bis zu 30 % reduzieren und gleichzeitig Qualität und Ertrag sichern können.

CO₂-Reduktion bedarf maßgeschneiderter Lösungen

Dazu wurden 2021 eine mehrjährige Feldversuchsreihe gestartet – die Global Carbon Field Trials. Erste Ergebnisse aus den Jahren 2021 bis 2023 werden nun im Report Global Carbon Field Trials präsentiert. Die Feldversuche fanden in verschiedenen Ländern, darunter in Deutschland, Spanien, Italien und Kanada statt und wurden mit den wichtigsten Kulturen wie Weizen, Mais, Raps, Reis und Soja durchgeführt. Das Fazit: Ein Patentrezept gibt es nicht. Den Autoren zufolge bedarf es vielmehr maßgeschneiderter Lösungen, um die Treibhausgasemissionen in der Landwirtschaft zu reduzieren.

„Der Klimawandel findet bereits jetzt statt. Die landwirtschaftlichen Methoden müssen angepasst werden, um die Emissionen sinnvoll zu reduzieren, ohne den Ertrag zu beeinträchtigen“, sagte Marko Grozdanovic, Senior Vice President Globales Marketing bei BASF Agricultural Solutions.

Treibhausgaseinsparungen von 30 % sind möglich

Maßgeschneiderte Lösungen in Form einer Kombination aus Maßnahmen, Produkten und Technologien sind dem Report zufolge erforderlich, um die Klimabilanz im Ackerbau zu verbessern. „Die Ergebnisse zeigen, dass sich Treibhausgasemissionen in der Landwirtschaft um bis zu 30 % reduzieren lassen, verglichen mit herkömmlichen landwirtschaftlichen Ansätzen“, heißt es in dem Report. Ein besonders erfolgreicher Ansatz zur CO₂-Reduktion war beispielsweise „der optimierte Einsatz von Düngemitteln mit digitalen Technologien und Stickstoffstabilisatoren sowie leistungsstarke Saatgutsorten“.

BASF setzt Agrarversuche fort

In dem Report werden auch die Hausforderungen aufgezeigt, vor denen Landwirtinnen und Landwirte bei der Reduzierung von Treibhausgasemissionen stehen. Genannt werden „ungünstige Witterungsbedingungen oder Methoden, die zwar Emissionen reduzieren, sich aber negativ auf den Ertrag auswirken“. „Ich bin überzeugt: Wenn man Landwirtschaft liebt, muss man sich für Nachhaltigkeit einsetzen. Das tun wir. Die Erkenntnisse, die wir aus unseren Feldversuchen gewinnen, fließen in unser Global Carbon Farming Programm ein. So können wir Landwirte unterstützen, Vorreiter für positive Veränderungen in Bezug auf Klima und Natur zu sein“, sagt Grozdanovic.

Die BASF wird ihre Feldversuche zur CO₂-Reduktion im Rahmen ihrer Global Carbon Farming Trials fortsetzen, um gemeinsam mit Partnern praktische und wissenschaftlich fundierte Lösungen für die Landwirtschaft zu finden.

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In many places, the consequences of climate change are already being felt in agriculture. Crop losses due to extreme weather conditions and pest infestations have increased in recent years. At the same time, agriculture is under pressure to reduce the use of fertilisers and pesticides and cut CO₂ emissions. But how can the environment and climate be protected without jeopardising yields? On the road to ‘climate-optimised agricultural production’, BASF's Agricultural Solutions division has set itself the goal of developing solutions that can reduce CO₂ emissions per tonne of crop yield by up to 30% while ensuring quality and yield.

CO₂ reduction requires customised solutions

To this end, a multi-year series of field trials were launched in 2021 - the Global Carbon Field Trials. Initial results from the years 2021 to 2023 are now presented in the Global Carbon Field Trials report. The field trials took place in various countries, including Germany, Spain, Italy and Canada, and were conducted with the most important crops such as wheat, maize, rapeseed, rice and soya. The conclusion: there is no patent remedy. According to the authors, customised solutions are needed to reduce greenhouse gas emissions in agriculture.

‘Climate change is already happening. Agricultural practices need to be adapted to meaningfully reduce emissions without compromising yield,’ said Marko Grozdanovic, Senior Vice President Global Marketing at BASF Agricultural Solutions.

Greenhouse gas savings of 30% are possible

According to the report, customised solutions in the form of a combination of measures, products and technologies are required to improve the carbon footprint of arable farming. ‘The results show that greenhouse gas emissions in agriculture can be reduced by up to 30% compared to conventional agricultural approaches,’ the report states. One particularly successful approach to CO₂ reduction, for example, was ‘the optimised use of fertilisers with digital technologies and nitrogen stabilisers as well as high-performance seed varieties’.

BASF continues agricultural trials

The report also highlights the challenges farmers face in reducing greenhouse gas emissions. It mentions ‘unfavourable weather conditions or methods that reduce emissions but have a negative impact on yields’. ‘I am convinced that if you love agriculture, you have to be committed to sustainability. That's what we do. The knowledge we gain from our field trials is incorporated into our Global Carbon Farming Programme. In this way, we can support farmers to be pioneers for positive changes in terms of climate and nature,’ says Grozdanovic.

BASF will continue its field trials on CO₂ reduction as part of its Global Carbon Farming Trials in order to collaborate with partners to find practical and scientifically sound solutions for agriculture.

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Ob Lachs, Forelle oder Muscheln: Fisch und Meerestiere gelten als gesunde Kost und werden immer beliebter. Um die wachsende Nachfrage zu bedienen, werden viele Fischarten heutzutage in Aquakulturanlagen gezüchtet. Doch auch Fisch aus Aquakultur ist nicht immer nachhaltig und umweltgerecht, weil Nahrungsreste, Fischkot und Antibiotika in Flüsse und Meere gelangen können. Am Leibniz-Institut für Gewässerökologie und Binnenfischerei (IGB) sind Forschende daher auf der Suche nach Futtermitteln, die Aquakultur und Aquaponik nachhaltiger machen.

Die Arbeit der Forschenden zielt darauf ab, die Ernährung der Fische in der Aufzucht zu optimieren und damit gleichzeitig die Umwelt zu schonen. „Wenn wir darüber nachdenken, wie wir die menschliche Ernährung nachhaltiger gestalten wollen, müssen wir auch bei der Fütterung unserer Nutztiere ansetzen“, sagt Werner Kloas, der am IGB die Aquakulturforschung leitet.

Die richtige Ernährung ist demnach nicht nur für die Gesundheit des Menschen wichtig. Auch bei der Fischzucht ist entscheidend, wie das Futter zusammengesetzt ist, da es maßgeblich die Gesundheit, das Wachstum und die Fortpflanzung der Tiere beeinflusst. Doch die Zusammensetzung von Fischfutter ist je nach Haltungsform unterschiedlich. Mit Blick auf Aquakulturen in offenen Gewässern ist es wichtig, dass so wenige Nährstoffe wie möglich von den Fischen ausgeschieden werden, um eine Überdüngung der Gewässer zu vermeiden. In aquaponischen Systemen, in denen Fisch- und Pflanzenzucht kombiniert werden, sind hingegen Nährstoffe wie Nitrat, Phosphat und Kalium im Prozesswasser erwünscht, weil sie zur Aufzucht der Pflanzen dienen und die Zugabe weiterer Dünger minimieren sollen.

Nachhaltiges und gesundes Fischfutter für die Aquaponik

„In der Aquaponik entspricht die Nährstoffzusammensetzung im Haltungswasser bestenfalls dem Bedarf der Pflanzen. Herkömmliche Fischfutter haben jedoch oft nicht das ideale Nährstoffprofil für die Pflanzen und unterliegen bestimmten Einschränkungen in der Zusammensetzung der Inhaltsstoffe, um dem Ziel einer geringen Abwasserbelastung gerecht zu werden. Hier bietet sich die Chance, Fischfutter für die Aquaponik gezielter zu gestalten“, erklärt Christopher Shaw, der im Projekt CUBES Circle zur umweltfreundlichen Fischernährung in der Aquaponik forscht.

Die Forschungsanlage CUBES Circle auf dem Dahlemer Campus der Humboldt-Universität zu Berlin in der Lentzeallee ist weltweit einmalig. Hier soll die Produktion von Lebensmitteln über drei verschiedene Stufen der Nahrungskette, konkret der Pflanzen, Fische und Insekten, erprobt werden.

Auch pflanzliche Proteine tun Fischen gut

Shaw hat im Rahmen einer Studie untersuchte, wie tierische Proteine im Fischfutter des Afrikanischen Raubwels durch pflanzliche Proteine ersetzt werden können und ob die Wahl der Proteinquelle das Profil der gelösten Nährstoffe im Haltungswasser beeinflusst. Wie das Team im Fachmagazin Aquaculture berichtet, hatte eine um bis zu 50-prozentige Reduzierung des tierischen Proteins im Futter keine negativen Auswirkungen auf den Biomassezuwachs, die Futterverwertung und die Proteineffizienz beim Afrikanischen Raubwels.

Ein höherer Anteil tierischer Proteine im Futter habe allerdings zu höheren Phosphatkonzentrationen im Wasser geführt, während ein steigender Anteil pflanzlicher Proteinquellen zu höheren Kaliumkonzentrationen im Wasser führte. „Dies zeigt, dass durch die Wahl der Proteinquellen im Futter die Zusammensetzung wichtiger gelöster Pflanzennährstoffe im Wasser beeinflusst werden kann, ohne dass die Wachstumsleistung der Fische beeinträchtigt wird. Spezielle Futtermittel zur Reduzierung des Mineraldüngerbedarfs in der Aquaponik bei gleichzeitiger Aufrechterhaltung der Produktivität auf Seiten der Fischzucht sind also realisierbar“, sagt Shaw.

Insektenmehl als Fischfutter vielversprechend

Auch umweltfreundlichere tierische Proteinquellen wie Larvenmehl der Schwarzen Soldatenfliege und Nebenprodukte der Fleisch- und Fischverarbeitungsindustrie wurden als Fischfutter für die Aquaponik getestet. Hier zeigte sich, dass auch phosphorreiche Proteinquellen aus tierischen Nebenprodukten wie Geflügel- und Welsmehl sehr gut geeignet sind. Den Forschenden zufolge verbesserte sich durch die phosphathaltigen Ausscheidungen „das Verhältnis von Phosphat zu Nitrat im Haltungswasser der Fische zugunsten der Bedürfnisse der Pflanzenzucht“, aber auch das Wachstum und die Futterverwertung des Afrikanischen Raubwelses.

Auch die Pflanzen profitierten im Aquaponik-System demnach von dem neuen Fischfutter. So führte die Fütterung mit Insektenmehl beim Buntbarsch Nil-Tilapien einerseits zu hohen Konzentrationen an Kalium, Magnesium und Mikronährstoffen, andererseits konnten höhere Erntemengen bei Basilikum und Salat im Vergleich zur Fütterung mit marinem Fischmehl als Hauptproteinquelle registriert werden. „Aus pflanzenbaulicher Sicht ist ein solches Larvenmehl als Proteinquelle im Fischfutter für die Aquaponik daher vielversprechend, sofern die Nahrungsgrundlage der Larven ebenfalls reich an den entsprechenden Nährstoffen ist“, schreiben die Forschenden.

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