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Pfefferminze, Melisse, Arnika oder Kamille sind beliebte Heilpflanzen. Sie werden zur Linderung von Krankheiten für Tees, aber auch Pharmazeutika genutzt. Doch ihr Anbau ist schwierig. Schon kleinste Verunreinigungen durch Unkräuter können die Wirkung der Arzneipflanzen beeinflussen. Im Verbundprojekt Optimech wird ein Team unter Leitung der Rheinischen Friedrich-Wilhelms-Universität Bonn nun untersuchen, wie Arzneipflanzen möglichst bodenschonend angebaut werden können, ohne dabei Herbizide einsetzen zu müssen. Das Vorhaben wird vom Bundesministerium für Ernährung und Landwirtschaft in den kommenden drei Jahren mit rund 1,1 Millionen Euro gefördert.

Unkrautschwelle bei Arzneipflanzen niedrig

„Arzneipflanzen sowie Tee- und Gewürzpflanzen stellen besonders schwierige Modellpflanzen dar“, erklärt Projektleiter Ralf Pude vom Institut für Nutzpflanzenwissenschaften und Ressourcenschutz (INRES) der Universität Bonn. „Die Unkrautschwelle ist hier sehr niedrig, da schon geringe Mengen an bestimmten Unkräutern zur Unverkäuflichkeit der Waren führen können. Dadurch sind bisher in der Anbaupraxis der Handarbeitsaufwand und die Kosten sehr hoch.“

Mit Drohnen Unkräuter erfassen

Das Ziel des soeben gestarteten Projektes ist die schonende Unkrautbekämpfung bei Heilpflanzen. Dabei soll das aufwendige Unkrautzupfen per Hand durch mechanisch sanfte Lösungen bei der Unkrautregulierung ersetzt werden. Im Fokus stehen moderne autonome oder digitale Lösungen wie der Einsatz von Drohnen. Mit deren Hilfe sollen alle Unkräuter in den Arzneipflanzen- und Sonderkulturbeständen erfasst und automatisiert ausgewertet werden.

Auch sollen der Geräteeinsatz bei der Unkrautbekämpfung optimiert sowie mechanische Konzepte mit modernen Methoden der Unkrauterfassung und Unkrautbekämpfung verknüpft werden. „Die besondere Herausforderung liegt in der möglichst frühen Erkennung der Unkräuter und insbesondere auch im Auffinden besonders problematischer, unerwünschter Kräuter“, erläutert Projektkoordinatorin Hanna Blum. 

Peppermint, lemon balm, wolf’s bane or chamomile are popular medicinal plants. They are used to soothe the symptoms of diseases in teas, but also in pharmaceuticals. But their cultivation is difficult. Even the smallest contamination by weeds can impair the effect of the medicinal plants. In the joint project Optimech, a team led by the University of Bonn is now investigating how medicinal plants can be cultivated in a way that is as soil-friendly as possible without having to use herbicides. The project will be funded by the Federal Ministry of Food and Agriculture with around 1.1 million euros over the next three years.

Low weed threshold in medicinal plants

"Medicinal plants as well as tea and spice plants are particularly difficult model plants," explains project leader Ralf Pude from the Institute of Crop Science and Resource Conservation (INRES) at the University of Bonn. "The weed threshold is very low here, as even small quantities of certain weeds can make the products impossible to sell. As a result, manual labor and costs are currently very high in cultivation practice".

Detecting weeds with drones

The aim of the project that has just been started is the gentle weed control of medicinal plants. The aim is to replace costly manual weed plucking with mechanically gentle weed control solutions. The focus is on modern autonomous or digital solutions such as the use of drones. With their help, all weeds in medicinal plants and special crops will be recorded and automatically evaluated.

bb/um

Zweige, Äste, Blätter, Gräser und andere organische Abfälle landen häufig gemeinsam auf dem Kompost. Doch solche Garten- und Parkabfälle – auch Grüngut genannt – könnten wesentlich besser genutzt werden – sowohl stofflich als auch energetisch. Zu diesem Ergebnis kommt eine Untersuchung, die das Witzenhausen-Institut im Rahmen des Projektes Grün-OPTI durchgeführt hat. Das Vorhaben wurde vom Bundesministerium für Wirtschaft im Bereich Energetische Biomassenutzung gefördert.

Grobes hölzernes Material trennen

Im Projekt gingen die Forscher gemeinsam mit Praxispartnern der Frage nach, wie eine hochwertigere Verwertung des Grünguts ermöglicht werden kann. Das Ergebnis: Um das Potenzial der pflanzlichen Abfälle besser zu nutzen, sollten gröbere hölzerne Materialien von der restlichen Biomasse vor der Kompostierung getrennt werden. So könnten nach Ansicht der Forscher beachtliche Mengen an Brennstoff für die thermische Verwertung bereitgestellt werden.

175 Betreiber von Kompostieranlagen wurden von den Forschern zuvor zur Trennung des Grünguts befragt. Die Umfrage ergab: Etwa 75% sortierten bereits gröbere Holzstücke vor der Kompostierung aus. Damit lag der Anteil des als Brennstoff eingebrachten Grünguts bei etwa 18%. Diese relativ geringe Ausbeute könnte nach Berechnungen des Forschungsinstituts jedoch auf 30% gesteigert werden.

Wegweiser für bessere Grüngut-Verwertung

Wie – dafür wurden im Projekt Handlungsempfehlungen aufgestellt. Die Untersuchung zeigte, dass die Mengen an Grüngut steigen, wenn häufiger gesammelt wird und entsprechende Sammelplätze in größerer Anzahl vorhanden und gut erreichbar sind. Zudem wurde ein deutlicher Anstieg registriert, wenn das hölzerne Material kostenfrei abgegeben werden konnte. Bei der gebührenfreien Variante war die abgegebene Menge mit 75 Kilogramm pro Einwohner und Jahr fast doppelt so hoch wie bei der Bezahlversion. Das Fazit der Projektgruppe: Um die Verwertungsrate zu steigern, sollten die Betreiber der Entsorgungsanlagen mehr Komfort und Service bei der Erfassung des Grünguts bieten. Davon würde auch die Umwelt profitieren. Den Forschern zufolge ließen sich durch die Erzeugung von Kompost und regenerativer Energie allein bei den derzeit erfassten Mengen von 4,9 Millionen Tonnen Grüngut pro Jahr etwa 3,3 Millionen Tonnen CO₂ einsparen.

Konventionelle chemische Prozesse sind oft nicht besonders umweltfreundlich: Sie verlaufen bei hohen Temperaturen und Drücken, was viel Energie erfordert. Außerdem fallen meist Neben- oder Abfallprodukte an. Deshalb interessiert sich die Branche zunehmend für biokatalytische Alternativen, die zudem noch weit komplexere Moleküle ermöglichen. Dabei erfolgt die chemische Reaktion mit Hilfe von Enzymen, die hoch spezifisch und unter milden Bedingungen arbeiten. Schließlich hatte die Natur Millionen Jahre Zeit, die Struktur der Enzyme für ihre katalytische Aktivität zu optimieren. Die für eine bestimmte Reaktion geeigneten Enzyme zu identifizieren, ist jedoch aufwendig. Auch sind für eine wirtschaftliche Nutzung meist noch eine Reihe von Anpassungen für Enzym und Prozess notwendig.

Enzyme für C-C-Bindungen gesucht

Vor allem für Reaktionen, bei denen zwei Kohlenstoffatome verknüpft werden müssen – zu sogenannten C-C-Bindungen –, gibt es in der Industrie noch einen Mangel an geeigneten Enzymen. Dabei sind diese Reaktionen auf herkömmlichem Weg besonders problematisch: Sie erfordern meist starke Basen bzw. Säuren oder seltene Edelmetalle und erzeugen große Mengen an Salzen oder giftigen Abfallstoffen. Hier setzt das von der EU mit rund 8,2 Mio. Euro geförderte Projekt „CarbaZymes – Sustainable industrial processes based on a C-C bond-forming enzyme platform“ an. Vier Jahre lang suchten 14 Partner aus Hochschule und Industrie in Deutschland, Spanien, Niederlande und Großbritannien nach prozessrelevanten Enzymen, die C-C-Bindungen erzeugen und so in einer Aldolreaktion Vorstufen für verschiedene Bulkchemikalien und pharmazeutisch wirksame Substanzen herstellen. Welche das sind, basierte auf einer Analyse des Marktbedarfs durch die Industriepartner des Projekts.

Holz ist ein vielfältiger Rohstoff. Er wird als Baustoff und Brennstoff genutzt, zum Möbelbau, aber auch zur Herstellung von Biosprit und nachhaltigen Chemikalien. Doch der Klimawandel setzt den Wald als Rohstoffquelle zunehmend unter Druck. Vor allem Nadelhölzer wie Fichten haben in den vergangenen Jahren unter Trockenheit und Hitze gelitten, was den Baumbestand in einigen Regionen Deutschlands heftig dezimiert hat. Für die holzverarbeitende Industrie sind solche Versorgungsengpässe ein Problem.

Forscher am Fraunhofer-Institut für Holzforschung, dem Wilhelm-Klauditz-Institut (WKI), haben eine Lösung parat. Sie fanden heraus, wie man auch geringwertige Laubholzarten für die Herstellung von Holzwerkstoffen nutzen kann. „Geringwertige Laubhölzer sind in Zukunft sicher verfügbar. Die Nutzung als Basis für Holzwerkstoffe ist außerdem nachhaltiger als die als Heizmittel“, beschreibt Projektleiter Dirk Berthold.

Stoffliche Nutzung von Laubholz für Faserplatten möglich

Um den Wald widerstandsfähig zu machen, werden seit einiger Zeit mehr Laub- als Nadelbäume angebaut. Laubhölzer wie Buche galten bisher als geringwertig und wurden daher hauptsächlich thermisch verwertet. Fraunhofer-Forscher präsentieren nun erstmals eine stoffliche Nutzung für Faserplatten. Sie zeigen, dass nicht nur aus Nadelbäumen, sondern auch aus Laubhölzern mitteldichte und hochdichte Holzfaserplatten (MDF und HDF) hergestellt werden können.

Hohe Faserqualität auch bei Laubholz

Zahlreiche Versuche zur Zerfaserung wurden durchgeführt, um die Fasern mithilfe verschiedener Methoden zu fraktionieren und ihre Qualität zu beurteilen. Danach wurden jeweils Fasern aus Buche, Esche und Birke mit Fichtenfasern vermischt und zu MDF- und HDF-Platten weiterverarbeitet. Dabei stellten die WKI-Forscher fest, dass eine Substitution des Nadelholzes durch Laubholz von bis zu 50 Prozent möglich ist. „Wir konnten zeigen, dass bereits marktübliche Mahlscheiben-Garnituren gute Ergebnisse hinsichtlich der Faserausbeute und Größenverteilung erzielen. Die Faserqualitäten entsprechen denen reiner Nadelholzfasern und sind zur Herstellung von MDF- und HDF-Platten geeignet", fasst Berthold zusammen.

Einsatz in der Holzindustrie ohne großen Aufwand möglich

Tests ergaben, dass die neuen Faserplatten sowohl die Qualitätsanforderungen an die mechanischen als auch hygrischen Eigenschaften - die Reaktion auf Feuchtigkeit – erfüllen. Die Forscher sind daher überzeugt, dass der Einsatz geringwertigen Laubholzes in der holzverarbeitenden Industrie für die Herstellung von MDF- und HDF-Platten „ohne größere Entwicklungsschritte“ möglich ist. „Anpassungen in der Produktion sind nur in der Vorsortierung auf dem Holzplatz und in der Anpassung der eingesetzten Additive notwendig“, sagt Berthold.

Versorgungsengpässe bei Nadelhölzern ausgleichen

Das Verfahren zur Herstellung von Faserplatten aus Laubholz wurde im Rahmen des Projektes GerLau gemeinsam mit der Georg-August-Universität Göttingen und der Nordwestdeutschen Forstlichen Versuchsanstalt realisiert und durch das Bundeslandwirtschaftsministerium gefördert. Der holzverarbeitenden Industrie werden damit neue Möglichkeiten eröffnet, auf künftige Versorgungsengpässe bei Nadelholz zu reagieren.

Wood is a diverse raw material. It is used as a building material and fuel, for furniture construction, but also for the production of biofuel and sustainable chemicals. But climate change is putting forests under increasing pressure as a source of raw materials. Coniferous woods such as spruce in particular have suffered from drought and heat in recent years, which has severely decimated the tree population in some regions of Germany. Such supply bottlenecks are a concern for the wood processing industry.

Researchers at the Fraunhofer Institute for Wood Research, the Wilhelm-Klauditz-Institut (WKI), have a solution at hand. They found that low-value hardwood species can also be used for the production of wood-based materials. "Low-value hardwoods will be securely available in the future. Furthermore, the utilization as a basis for wood-based materials is more sustainable than the use as a heating medium," explains project manager Dirk Berthold.

Use of hardwood as a material for fiberboard possible

In order to make the forest more resilient, more hardwood trees than conifers have been cultivated for some time. Hardwoods such as beech have so far been considered low-grade and have therefore been used mainly for thermal purposes. Fraunhofer researchers are now for the first time presenting a material use for fiberboard. They show that medium- and high-density wood fiberboard (MDF and HDF) can be produced not only from softwoods, but also from hardwoods.

High fiber quality even with hardwoods

Numerous pulping experiments have been carried out to fractionate the fibers using various methods and to assess their quality. Fibres from beech, ash and birch were then mixed with spruce fibers and processed into MDF and HDF boards. The WKI researchers found that softwood can be substituted by hardwood up to 50 percent. "We were able to show that even commercially available grinding-disc sets achieve good results in terms of fiber yield and size distribution. The fiber qualities correspond to those of pure coniferous wood fibers and are suitable for the production of MDF and HDF boards," summarizes Berthold.

Use in the wood industry easily possible

Tests have shown that the new fiberboard meets both the quality requirements for mechanical and hygric properties - the reaction to moisture. The researchers are therefore convinced that the use of low-value hardwoods in the wood processing industry for the production of MDF and HDF boards is possible "without major development steps". "Adjustments in production are only necessary in preliminary sorting at the woodyard and in an adaptation of the applied additives," says Berthold.

Balancing supply bottlenecks for softwoods

The process for the production of fiberboard from hardwood was realized as part of the GerLau project in cooperation with the Georg-August-Universität Göttingen and the Nordwestdeutsche Forstlichen Versuchsanstalt and supported by the Federal Ministry of Agriculture. This opens up new possibilities for the wood processing industry to react to future supply bottlenecks for softwood.

bb/um

Wie funktioniert Photosynthese? Welche Nährstoffe braucht eine Pflanze? Die virtuelle „3D-Reise in die Pflanze – Plant Journey“ gibt Antworten auf solch elementare Fragen – und das auch auf spielerische Weise. Es ist ein etwas anderer Blick auf die Pflanzenforschung, den das Leibniz-Institut für Pflanzengenetik und Kulturpflanzenforschung (IPK) mit dem Virtual-Reality-Spiel bietet. Das neue Werkzeug setzt nach Angaben der Entwickler erstmals virtuelle und augmentierte Realität zur Visualisierung komplexer biologischer Daten in der Pflanzenforschung ein. Das Ziel: diese riesigen Datenmengen im virtuellen Raum abbilden, modellieren und einen plastischen Eindruck davon vermitteln und so für Forscher und praktische Pflanzenzüchter intuitiv nutzbar machen. Ein Prototyp existiert bereits - als Lernhilfe für Schulen. Damit hoffen die Wissenschaftler, viele Interessierte für die Pflanzenforschung zu begeistern und das nicht nur virtuell, sondern auch im realen Leben.

Innenleben der Rapspflanze spielerisch erforschen

Doch wie funktioniert die Erkundungsreise und wo geht sie hin? In der virtuellen Welt tauchen die Spieler in das Innenleben einer Rapspflanze ein. In drei Kapiteln – Wurzel, Blatt und Samen – testen sie aus, wie beispielsweise die optimale Nährstoffversorgung für die Entwicklung von Pflanzenorganen geregelt werden muss. Weitere Informationen zur pflanzlichen Biologie gibt es über den zuschaltbaren Explorer-Modus. Diese Lerneinheit wird zugleich durch spielerische Elemente aufgelockert. So müssen im Blatt grün leuchtende Chloroplasten mit den Ausgangsstoffen der Photosynthese, Kohlendioxid und Wasser, beworfen und in der Wurzel wichtige Pflanzennährstoffe wie Ammonium und Nitrat zusammengebaut werden. Im Samen muss der Spieler dann mit Pfeil und Bogen Öl-Körper treffen, so dass diese anwachsen. Am Ende des Spiels entscheidet sich, ob man Lehrling oder bereits Meister ist.

3D-Pflanzenreise für VR NOW-Award nominiert

Eine erste virtuelle Reise in die Pflanze konnten Besucher auf der IdeenExpo 2019 in Hannover antreten. Nun hoffen die Entwickler, dass der für Schulen entwickelte Prototyp bald schon eine breite Anwendung findet. Das Spiel zur virtuellen Pflanzenerkundung entstand im Rahmen des im Juni gestarteten und vom Bundesforschungsministerium geförderten Verbundprojekts AVATARS. Daran beteiligt waren neben dem IPK Forscher der Universität Bielefeld, der Universität Kaiserslautern, der NPZ Innovation sowie VR-Spezialisten des Unternehmens Breakpoint One. Nun ist das Spiel für den VR NOW-Award in der Sparte Bildung nominiert. Er wird am 19. November in Potsdam auf der MediaHub Conference verliehen.

Das Gentechnik-Urteil des Europäischen Gerichtshofes EuGH vom Sommer 2018 hat ein politisches Nachspiel: Der Europäische Rat, das politische Leitorgan der EU, hat die EU-Kommission am 8. November gebeten, durch eine Untersuchung zu klären, wie „neuartige genomische Mutagenese-Verfahren“ in Zukunft rechtlich eingestuft und reguliert werden sollen. Bis April 2021 sollen die Ergebnisse dieser Untersuchung vorgelegt werden – inklusive Vorschläge und einer Folgenabschätzung.

Überraschendes Urteil des EuGH

Der EuGH war im vergangenen Jahr zu einem überraschenden Urteil gekommen: Demnach sind sämtliche durch Mutagenese gewonnene Organismen gentechnisch veränderte Organismen (GVO) und fallen grundsätzlich unter die strenge Regulierung der europäischen Freisetzungsrichtlinie (2001/18/EG) für gentechnisch veränderte Organismen. Das gilt auch für die gezielte Mutagenese durch die Genomschere namens CRISPR-Cas und andere Werkzeuge des sogenannten Genome Editing, mit denen sich das Erbgut von Organismen viel gezielter als bisher verändern und bearbeiten lässt.

Praktische Fragen aufgeworfen

Die zentrale Passage in der Begründung des EU-Rates für das Ersuchen der Untersuchung im Wortlaut: „Das Urteil hat Rechtsklarheit über den Status neuer Mutageneseverfahren geschaffen, zugleich aber praktische Fragen aufgeworfen, die Konsequenzen für die zuständigen nationalen Behörden, die Wirtschaft der Union, insbesondere den Pflanzenzuchtsektor, die Forschung und darüber hinaus haben. Das betrifft unter anderem die Frage, wie die Einhaltung der Richtlinie 2001/18/EG sichergestellt werden kann, wenn mittels neuer Mutageneseverfahren gewonnene Erzeugnisse sich mit aktuellen Methoden nicht von Erzeugnissen, die aus natürlicher Mutation hervorgegangen sind, unterscheiden lassen, sowie die Frage, wie in einer solchen Situation die Gleichbehandlung zwischen eingeführten Erzeugnissen und innerhalb der Union hergestellten Erzeugnissen sichergestellt werden kann.“

Der Rat ersucht die Kommission, bis zum 30. April 2021 eine Untersuchung im Lichte des Urteils des Gerichtshofs zu dem Status neuartiger genomischer Verfahren im Rahmen des Unionsrechts vorzulegen und wenn nötig einen Vorschlag für eine Neuregelung zu unterbreiten sowie eine Folgenabschätzung anzustellen.

The genetic engineering ruling of the European Court of Justice in the summer of 2018 has political repercussions: the European Council, the EU's leading political body, has asked the EU Commission to clarify how "novel genomic techniques" are to be legally classified and regulated in the future. The results of this study are to be presented by April 2021 - including proposals and an impact assessment.

Surprising ruling of the ECJ

Last year, the ECJ came to a surprising decision: All organisms obtained by mutagenesis are considered genetically modified organisms (GMOs) and are subject to the strict regulation of the European Release Directive (2001/18/EC) for genetically modified organisms. This also applies to targeted mutagenesis using the genome scissors called CRISPR-Cas and other tools known as genome editing, with which the genetic material of organisms can be modified and processed much more specifically than before.

Practical questions raised

The EU Council's explanatory memorandum for the request for the investigation states: "The ruling brought legal clarity as to the status of new mutagenesis techniques, but also raised practical questions which have consequences for the national competent authorities, the Union’s industry, in particular in the plant breeding sector, research and beyond. Those questions concern, inter alia, how to ensure compliance with Directive 2001/18/EC when products obtained by means of new mutagenesis techniques cannot be distinguished, using current methods, from products resulting from natural mutation, and how to ensure, in such a situation, the equal treatment between imported products and products produced within the Union."

The Council invites the Commission to submit by 30 April 2021 a study in light of the Court's judgment on the status of novel genomic techniques under Union law and, if necessary, to submit a proposal for new legislation and an impact assessment.

pg/um

Wenn Fabriken und Kommunen Wasser nutzen, wird es meist verschmutzt. Bevor es in die Umwelt zurückgelangen kann, durchläuft es daher in der Regel eine Kläranlage. Doch gerade für kleinere Kommunen stellen Kläranlagen einen erheblichen Kostenfaktor dar. Der Ruhrverband erprobt daher im Sauerland ein neues Verfahren aus den Niederlanden, das durch eine clevere mikrobiologische Reinigung Flächenbedarf, Strombedarf und Betriebsaufwand deutlich verringert.

Alle biologischen Prozesse in einem Becken

Ursprünglich wurde die Kläranlage in Altena auf 52.000 Einwohner ausgelegt – heute leben dort noch knapp 20.000 Menschen. Die Anlage soll deshalb neu geplant werden. Bislang erfolgte diese nach dem Belebungsverfahren. Im Faulbehälter wird der Schlamm anaerob stabilisiert, dann maschinell entwässert und anschließend einer thermischen Verwertung zugeführt. Künftig will die Kommune für die biologische Reinigung auf das Nereda-Verfahren setzen. Während die reinigenden Mikroorganismen normalerweise Flocken bilden, ordnen sie sich bei diesem Verfahren zu kugelförmigen Granulen an. Der Clou: Im Inneren der Granulen laufen die sauerstoffempfindlichen anaeroben Reinigungsprozesse ab, in ihren äußeren Bereichen die aeroben Prozesse, die auf Sauerstoff angewiesen sind. Auf diese Weise kommt die Kläranlage ohne bewegliche Teile im Becken und ohne zusätzliches Nachklärbecken aus.

Energie, Fläche, Chemikalien und Arbeit einsparen

Neben der Flächeneinsparung hat die Methode weitere Vorteile: Es ist äußerst robust, und der Wartungsbedarf sehr gering. Gesteuert und überwacht wird die Anlage dank moderner Mess- und Regeltechnik aus der Ferne. Die nötige Energie ist um rund 30% geringer als bei herkömmlichen Alternativen, was in Altena zu einer jährlichen CO₂-Einsparung von 7,6 Kilogramm pro Einwohner fführen würde. Und durch eine weitgehend biologische Phosphatfällung, mit der der wertvolle Rohstoff zurückgewonnen wird, können drei Viertel des sonst nötigen chemischen Fällmittels eingespart werden.

Pilotprojekt testet Einhaltung der Grenzwerte

Insgesamt betreibt der Ruhrverband für seine Mitglieder über 60 Kläranlagen in Nordrhein-Westfalen und reinigt dort die Abwässer von mehr als zwei Millionen Menschen und zahlreichen Gewerbebetrieben. Das Pilotvorhaben soll beweisen, ob das Nereda-Verfahren auch den besonders strengen Grenzen der Überwachungswerte in Deutschland gerecht werden kann. Bislang ist die Methode nur in Ländern im Einsatz, die höhere Grenzwerte haben oder Mittelwerte der Kontrollen heranziehen. Das Bundesumweltministerium fördert das Pilotprojekt mit rund 1,4 Mio. Euro aus dem Umweltinnovationsprogramm.

When factories and municipalities use water, it is usually polluted. Before it can be returned to the environment, it usually passes through a sewage treatment plant. However, sewage treatment plants represent a considerable cost factor, especially for smaller municipalities. The Ruhrverband is therefore testing a new process from the Netherlands in the Sauerland region that uses smart microbiological cleaning to significantly reduce space requirements, electricity consumption and operating costs.

All biological processes in one basin

Originally, the wastewater treatment plant in Altena was designed for 52,000 inhabitants - today just under 20,000 people still live there. The plant is therefore scheduled to be redesigned. So far, this has been done using the activated sludge process. In the digester, the sludge is anaerobically stabilized, then mechanically dewatered and then sent for thermal recycling. In future, the municipality plans to use the Nereda process for biological purification. While the cleaning microorganisms normally form flakes, in this process, they arrange themselves into spherical granules. The oxygen-sensitive anaerobic purification processes take place inside the granules and the aerobic processes, which depend on oxygen, take place on the outside. In this way, the treatment plant does not need any moving parts in the tank and no additional secondary clarifier.

Saving energy, space, chemicals and labour

In addition to saving space, the method has other advantages: It is extremely robust and requires very little maintenance. Thanks to modern measuring and control technology, the system is controlled and monitored remotely. The required energy is around 30% lower than with conventional alternatives, which would lead to an annual CO2 saving of 7.6 kilograms per inhabitant in Altena. And in addition, three quarters of the chemical precipitant can be avoided.

Pilot project tests compliance with limit values

The Ruhrverband operates more than 60 sewage treatment plants in North Rhine-Westphalia and treats the wastewater of more than two million people and numerous commercial enterprises there. The pilot project is intended to prove whether the Nereda process can also meet the particularly strict limit values in Germany. So far, the method has only been used in countries that have higher limit values or use mean values of the controls. The Federal Environment Ministry is funding the pilot project with around 1.4 million euros from the Environmental Innovation Programme.

bl/um

Wie entwickeln sich Automatisierung und Autonomisierung in der Landwirtschaft? Dieser Frage sind Forscher des Fraunhofer-Instituts für Experimentelles Software Engineering (IESE) gemeinsam mit der Kleffmann-Gruppe nachgegangen. Das Ergebnis: Die Feldarbeit wird immer autonomer. Damit steigt auch die Flächeneffizienz, und die Umweltbelastungen sinken.

Zuerst in Europa und Nordamerika

Die Wissenschaftler haben für ihre Analyse zahlreiche Experten befragt und aus deren Einschätzungen Szenarien für die Zeit bis 2045 entwickelt. Für rein menschengesteuerte Maschinen sagt die Untersuchung praktisch keine Weiterentwicklung mehr voraus. Systeme, in denen heute schon Software die menschlichen Nutzer unterstützt, werden hingegen zunehmend autonomer bis hin zu vollautonomen Feldmaschinen, die schließlich selbst ihre Arbeitspläne erstellen. Getrieben wird diese Entwicklung vor allem durch den europäischen und den nordamerikanischen Markt.

Bodenverdichtung vermeiden

Die Studie sieht jedoch deutliche Unterschiede in der Autonomisierung zwischen den einzelnen Aufgaben im Verlauf eines Anbaujahres. Schritte, die eine hohe Zugleistung der Maschinen erfordern und bislang eine hohe Bodenverdichtung zur Folge haben – Bodenbearbeitung und Gülle-Ausbringung –, dürften künftig autonom erfolgen, um durch optimierte Routen den Einfluss auf den Boden zu minimieren. Ähnliches prognostiziert die Studie für den Transport der Ernten.

Individuelle Behandlung der Pflanzen

Wichtig wird die Autonomie außerdem für alle Schritte, die sich dadurch optimieren lassen, dass sie einzelne Pflanzen oder Teilflächen individuell behandeln: Saatgut, mechanische Unkrautbekämpfung, mineralische Düngung und Pflanzenschutz. Das führt nicht nur zu einer optimierten Flächenleistung. Auch der Bedarf an Dünge- und Pflanzenschutzmitteln ist geringer. Durchgeführt werden diese Aufgaben der Studie zufolge teils durch autonome Maschinen, teils durch vernetzte Roboterschwärme. Für Reihenkulturen wie Mais und Zuckerrüben existieren erste derartige Lösungen bereits.

Langsamer Verlauf der Autonomisierung

Nicht zuletzt wegen der Kosten und Abschreibungsdauer der Feldmaschinen erwarten die Experten, dass sich die Autonomisierung eher langsam ausbreitet. Unterschiede dürften dabei auch durch die Rahmenbedingungen der jeweiligen Regionen und die Feldgrößen der jeweiligen Landwirte bedingt sein.

Das Bundesforschungsministerium unterstützt unter anderem mit der Fördermaßnahme „Nutzpflanzen der Zukunft" die Erforschung neuer Methoden und Werkzeuge für die Pflanzenzüchtung. Im Projekt „CROpto" nimmt ein Team um Dag Heinemann vom Laser Zentrum Hannover die Kartoffel ins Visier. Mithilfe kurzer Laserimpulse wollen die Forscher die Moleküle der Genschere CRISPR-Cas schonend in Pflanzenzellen bugsieren und so die Züchtung neuer Sorten beschleunigen und transgenfrei machen.

Wenn Phytoplankton – einzellige Algen – stirbt, bleibt in dessen Zellen unter anderem Glycolsäure zurück, die marine Mikroorganismen als Nahrung verwenden. Global betrachtet summiert sich diese Glycolsäure zu einem Gewicht von rund einer Milliarde Tonnen pro Jahr. Wie es mit dem Kohlenstoff aus der Glycolsäure im Stoffwechsel der Mikroorganismen weitergeht, war bislang unbekannt, spielt aber eine wichtige Rolle, um Modelle des Kohlenstoffkreislaufs weiter zu präzisieren. Mikrobiologen der Max-Planck-Institute für terrestrische Mikrobiologie in Marburg und für marine Mikrobiologie in Bremen haben dieses Puzzleteil nun eingefügt.

Vergessener Stoffwechselweg wiederentdeckt

Im Fachjournal „Nature“ berichten die Forscher von einem vor rund 50 Jahren entdeckten, seitdem aber nicht weiter untersuchten Stoffwechselweg, dem β-Hydroxyaspartat-Zyklus. „Beim Betrachten des Weges fiel mir auf, dass er effizienter sein müsste als der bisher für den Abbau der Glycolsäure angenommene Prozess, und ich fragte mich, ob dieser Stoffwechselweg nicht vielleicht mehr Bedeutung besitzen könnte, als ursprünglich angenommen“, berichtet Erstautor Lennart Schada von Borzyskowski.

Enzymuntersuchungen bestätigen Glycolsäureabbau

Zunächst entschlüsselte der Forscher, welche Gene und damit welche Enzyme an dem vergessenen Stoffwechselweg beteiligt sind. Die von den vier Enzymen katalysierten Reaktionen ergaben einen eleganten Kreislauf, durch den der Kohlenstoff der Glycolsäure ohne Verlust von CO₂ zirkuliert werden kann. „Nun ging es darum, das Vorkommen und die Aktivität dieser Gene im marinen Lebensraum und ihre ökologische Bedeutung nachzuweisen,“ erläutert Tobias Erb vom Max-Planck-Institut für terrestrische Mikrobiologie. Gemeinsam mit seinen Kollegen aus der marinen Mikrobiologie machte das Team sich auf die Suche nach marinen Mikroorganismen, die über die Gene für diesen Stoffwechselweg verfügen.

Dominanter Abbauweg in den Meeren

In weiten Teilen der Weltmeere wiesen die Forscher nach, dass Mikroorganismen diesen Stoffwechselweg verwenden, um Glycolsäure aus Plankton abzubauen. Tatsächlich war dieser Abbauweg sogar im Durchschnitt 20-mal häufiger als andere bisher angenommene Abbauwege. „Obwohl sie selbst nur Mikrometer klein sind, bestimmen sie durch ihre schiere Anzahl und ihre hohe Stoffwechselrate maßgeblich den Energiefluss und den Umsatz von Biomasse in den Weltmeeren“, beschreibt Erb die Bedeutung der marinen Mikroorganismen.

Kohlenstoffkreislauf neu bewerten

„Die Entdeckung der Marburger Kolleginnen und Kollegen stellt unser bisheriges Verständnis zum Schicksal der Glycolsäure auf den Kopf“, resümiert Meeresforscher Rudolf Amann, Direktor am Max-Planck-Institut für marine Mikrobiologie. „Unsere Daten zeigen, dass wir den Kreislauf von Milliarden Tonnen Kohlenstoff in den Weltmeeren neu bewerten müssen.“

Erst im Frühjahr vergangenen Jahres hatte die Europäische Investitionsbank (EIB) ein Darlehenspaket über 400 Mio. Euro geschnürt, um private Investoren zu motivieren, Innovationen in Bioökonomie und Landwirtschaft europaweit stärker zu unterstützen. Nun zeigt eine der weltgrößten Förderbanken erneut Flagge für mehr Nachhaltigkeit: Bis Ende 2021 will die EIB die Vergabe von Darlehen für Projekte stoppen, die sich rund um Kohle, Erdöl und Erdgas drehen. Die betroffenen Industriezweige stehen damit vor großen Herausforderungen. Nach Angaben der EIB wurden seit 2013 insgesamt 13,4 Mrd. Euro an Krediten für solche Projekte vergeben.

Bekenntnis zu Klimainvestitionen

„Wir werden die ehrgeizigste Strategie für Klimainvestitionen aller öffentlichen Finanzinstitute auf den Weg bringen”, erklärt der Präsident der EIB, Werner Hoyer. Der Investitionsfokus im Bereich Energie werde nun auf Energieeffizienz, kohlenstoffarmen Technologien und Netzverbesserungen liegen. Der Strategieschwenk wurde von der EIB initiiert, musste aber von den EU-Ländern bewilligt werden. Im Vorfeld der Abstimmung Mitte November war offen, ob es unter den Mitgliedstaaten der EU dafür eine Mehrheit gibt. Auch die Haltung Deutschlands dazu war unklar. Letztendlich stimmten Deutschland und weitere 17 Länder dafür.

WWF lobt Initiative

Von der Nichtregierungsorganisation WWF gab es ein Lob für diese Initiative und die Aufforderung, dass nun auch andere öffentliche und private Banken sich zu solch einer Politik bekennen sollten. Kritisch sieht der WWF allerdings, dass Gas-Infrastrukturen, die für sogenanntes grünes Gas genutzt werden können, vom Kreditstopp ausgenommen sind. Unter dem Namen Power-to-Gas (P2G) gibt es eine Reihe von Ansätzen – darunter auch einige aus der Biotechnologie –, die mit nachhaltig gewonnenem Strom grünes Gas erzeugen. Laut WWF steckten diese aber noch in den Kinderschuhen. Die Organisation befürchtet, dass die Erdgasindustrie grünes Gas als Vorwand nimmt, um sich Geld von der EIB für das Standardgeschäft zu sichern.

Die EIB ist eine der größten Förderbanken weltweit. 2018 gab sie Darlehen im Wert von 55,6 Mrd. Euro aus. Zu den Empfängern gehörten in den vergangenen Jahren auch viele Biotech-Firmen wie Apeiron, Biofrontera, F2G, Indivumed und Jennewein.

ml/bb

Just last spring, the European Investment Bank (EIB) put together a 400 million euro loan package to motivate private investors to give greater support to innovation in the bioeconomy and agriculture across Europe. Now, one of the world's largest development banks is once again demonstrating its commitment to sustainability: from the end of 2021, the EIB intends to stop lending to projects centred around coal, petrol and natural gas. The industries affected are thus facing major challenges. According to the EIB, a total of EUR 13.4 billion in loans has been granted for such projects since 2013.

Commitment to climate-friendly investments

"We will launch the most ambitious climate investment strategy of any public financial institution anywhere," says EIB President Werner Hoyer. The energy investment focus will now be on energy efficiency, low carbon technologies and network improvements. The strategic shift was initiated by the EIB but had to be approved by EU countries. In the run-up to the vote in mid-November, it was unclear whether there was a majority in favor among the EU member states. Germany's position was also unclear. In the end, Germany and 17 other countries voted in favor.

WWF praises initiative

The NGO WWF praised this initiative and called on other public and private banks to commit themselves to such a policy. However, the WWF is critical of the fact that gas infrastructures that can be used for so-called green gas are exempt from the credit freeze. Under the name Power-to-Gas (P2G), there are a number of approaches - including some from the field of biotechnology - that use sustainably produced electricity to generate green gas. According to the WWF, however, these are still in their infancy. The organisation fears that the natural gas industry will use green gas as a pretext to secure money from the EIB for its standard business.

The EIB is one of the largest production banks in the world. In 2018, it issued loans worth 55.6 billion euros. Recipients in recent years have included many biotech companies such as Apeiron, Biofrontera, F2G, Indivumed and Jennewein.

ml/bb/um

Sie gleichen einem wirren Geflecht aus Ästen und scheinen nicht besonders stabil zu sein: die lebenden Brücken in Indien. Doch die hängenden Gebilde aus Luftwurzeln des Gummibaumes Ficus elastica haben so manchen Monsun in den vergangenen Jahrhunderten überstanden, wo selbst Konstruktionen aus Stahlbeton versagten. Ferdinand Ludwig von der Technischen Universität München ist daher überzeugt, dass die moderne Architektur, vor allem mit Blick auf klimafreundliche Städte, von dieser alten Bautechnik lernen kann. „Solche stabilen Brücken aus ineinander verschlungenen Wurzeln können mehr als 50 Meter lang und mehrere Hundert Jahre alt werden“, berichtet Ludwig.

Gemeinsam mit Botaniker Thomas Speck von der Albert-Ludwigs-Universität Freiburg analysierte Ludwig 74 solcher lebenden Brücken in Indien. Um den Bauprozess besser zu verstehen, sprachen sie mit Brückenbauern vor Ort, machten Fotos von den Konstruktionen und erstellten daraus 3D-Modelle, um einen Überblick über die komplexe Wurzelstruktur zu gewinnen. Darüber hinaus kartierte das Team die Brücken erstmals.  

Hochkomplexe Strukturen mit hoher Stabilität

„Üblicherweise beginnt der Bauprozess mit einer Pflanzung: Wer eine Brücke plant, pflanzt einen Setzling des Ficus elastica an einem Flussufer oder am Rand einer Schlucht ein. Zu einem bestimmten Zeitpunkt ihres Wachstums entwickelt die Pflanze Luftwurzeln“, erläutert Speck. Diese Luftwurzeln werden dann um Bambusstangen oder Palmenstämme geschlungen, horizontal über den Fluss geleitet und am anderen Ufer wieder eingepflanzt. Selbiges geschieht mit kleineren Tochterwurzeln. Auch sie werden in die bestehende Struktur eingearbeitet. Durch das stetige Pflanzenwachstum und verschiedene Schlingtechniken würden die Wurzeln des Gummibaumes hochkomplexe Strukturen bilden, die den Brücken eine große mechanische Stabilität verleihen, berichten die Forscher.

Mechanische Belastung treibt Wurzelwachstum an

Der Gummibaum mit seinen speziellen Eigenschaften spielt dabei eine wichtige Rolle. „Die Wurzeln reagieren auf mechanische Belastungen mit einem sekundären Wurzelwachstum“, erklärt Speck. „Bei Verletzungen kommt es zur sogenannten Überwallung und Kallusbildung, ein Prozess, den man auch vom Wundverschluss bei Bäumen kennt. So können sich zum Beispiel zwei Wurzeln, die zusammengepresst werden, miteinander verbinden und verwachsen.“

Beispiel für vorausschauendes Bauen

Diese spezielle Art des Brückenbaus kann mitunter Jahrhunderte dauern und Generationen beschäftigen. Denn diese Brücken werden von Einzelpersonen, Familien oder auch mehreren Dorfgemeinschaften gebaut und instandgehalten. „Die Brücken sind ein einmaliges Beispiel für vorausschauendes Bauen. Davon können wir viel lernen: Wir stehen heute vor Umweltproblemen, die nicht nur uns betreffen, sondern vor allem nachfolgende Generationen. Dieses Thema sollten wir angehen wie die Khasi“, sagt Ludwig. Als Architekt setzt Ludwig seit langem auf lebende Pflanzen als Baumaterial. Er hat den Begriff der Baubotanik geprägt.

Sie sehen aus wie zwei große Kühlschränke und stehen eingerahmt von frischen Kräutern im Supermarkt. Doch – noch – lassen sich die Türen der Schränke nicht von den Kunden öffnen. Denn was dort in Berlin und inzwischen auch in weiteren deutschen und europäischen Städten in den Supermärkten steht, sind hydroponische Farmen des Start-ups Infarm. Was daraus erntereif ist und außerhalb der Schränke in den Verkauf kommt, entscheiden die Mitarbeiter. Willkommen in der Landwirtschaft der Zukunft.

Landwirtschaft in die Stadt holen

„Vertikales Indoor-Farming“ nennt Infarm das Prinzip, das die Landwirtschaft in die Stadt holt. Vor rund fünf Jahren hatten die Gründer die Idee dazu. Von November 2016 bis April 2018 förderte die EU das junge Unternehmen im Rahmen des Horizon-2020-Programms als SME-Projekt mit rund 2 Mio. Euro, verhalf der Technologie zur Marktreife und dem Start-up zum Durchstarten.

„Zu Beginn der Förderung hatten wir einen Prototypen und unser erstes erfolgreiches Projekt mit der Metro“, erinnert sich CFO Martin Weber. „Mit den heutigen Farmen waren die Prototypen aber kaum zu vergleichen.“ Das Prinzip ist dennoch geblieben: In standardisierten Glasschränken wachsen auf mehreren Ebenen Pflanzen jeder Wachstumsphase, deren Wurzeln von Wasser umspült und so mit Nährstoffen versorgt werden. Individuelle Beleuchtung und optimierte klimatische Bedingungen sorgen für ein bestmögliches Wachstum.

95% weniger Wasser, 75% weniger Dünger

Die Idee des vertikalen Indoor-Farmings ist – neben der Frische – vor allem eine ökologische: Der Flächenverbrauch wird verringert und die Böden sowie das Grundwasser werden nicht belastet. Weil das Wasser zirkuliert wird, sinkt der Wasserverbrauch um 95%, und gegenüber einem Anbau im Boden benötigen die Pflanzen 75% weniger Dünger, erläutert Weber. Ein riesiger Vorteil ist zudem der ersparte Transportweg: „Die Pflanzen wachsen dort, wo sie verkauft werden“, betont der CFO. Wichtig ist ihm außerdem: Die Verbraucher zahlen am Ende nicht mehr als für Pflanzen, die konventionell in Gewächshäusern erzeugt wurden – häufig in Übersee. „Wir wollen nicht für das oberste Prozent produzieren, sondern die wachsende Weltbevölkerung ernähren“, gibt Weber das Ziel vor.

Die Suche nach neuen Wirkstoffen zu Herstellung von Antibiotika läuft auf Hochtouren. Eine vielversprechende Quelle ist das Meer. Hier siedeln viele Mikroorganismen, die das Potenzial haben, Antibiotika zu produzieren. Mit der marinen Bakterienabteilung Planctomycetes hat ein internationales Forscherteam nun eine neue Wirkstoffquelle ausgemacht. Erste Analysen deuten darauf hin, dass diese bisher wenig beachteten Mikroorganismen tatsächlich Antibiotika produzieren können. Die Studie, an der ein Team um Christian Jogler von der Friedrich-Schiller-Universität Jena beteiligt war, ist im Fachjournal Nature Microbiology erschienen.

Komplexe Lebensweisen fördern bakterielle Antibiotikaproduktion

Viele Antibiotika sind Naturstoffe, die von Mikroben hergestellt werden. Doch diese Fähigkeit ist unter den Bakterien verschieden ausgeprägt. „Sie ist vor allem in Mikroorganismen mit komplexen Lebensweisen zu finden, einer ungewöhnlichen Zellbiologie und großen Genomen“, erklärt Mikrobiologe Christian Jogler. „Solche Organismen produzieren antibiotische Verbindungen und setzen sie im Kampf um Nährstoffe und Lebensräume gegen andere Bakterien ein.“

79 neue Planctomyceten in Reinkultur

Von Planctomycetes war bekannt, dass sie mit anderen Gemeinschaften um Lebensraum und Nährstoffe konkurrieren. Das Team um Jogler hat daher mit Tauchrobotern und Tauchern an zehn Orten im Meer gezielt nach den potenziellen Antibiotikaproduzenten gesucht – und wurde fündig. Aus den Proben konnten die Wissenschaftler 79 neue Planctomyceten in Reinkultur bringen. „Zusammen bilden diese Reinkulturen 31 neue Gattungen und 65 neue Arten“, ergänzt Sandra Wiegand, die Erstautorin der Studie. Im Labor wurden die neuen Reinkulturen mit bioinformatischen und mikroskopischen Methoden erstmals funktionell charakterisiert und einem Wirkstoff-Screening unterzogen.

Zellteilung bei Planctomyceten verläuft anders

„Die Ergebnisse dieser Analysen belegen, dass die neu gewonnenen Planctomyceten außergewöhnlich komplexe Lebensweisen besitzen und über das Potenzial verfügen, neue Antibiotika produzieren zu können“, so Wiegand. Ein Teil ihrer bioinformatischen Analysen konnte bereits in der aktuellen Studie auch experimentell bestätigt werden. Die Zellbiologie der isolierten Planctomyceten ergab, dass sie sich anders „als alle kritischen pathogenen Bakterien“ teilen, und dass auch der Mechanismus der Zellteilung anders verläuft. Mit der Studie zeigen die Forscher insbesondere, dass selbst vermeintlich „unkultivierbare“ Bakterien in Reinkultur gewonnen und charakterisiert werden können.

Die Forscher sind überzeugt, dass sich viele Aspekte ihrer Arbeit auf andere potenzielle Antibiotikaproduzenten übertragen lassen. „Die Hypothesen-getriebene Kultivierung und ganzheitliche Charakterisierung ist zwingend erforderlich, um wirklich Neues zu entdecken und neue therapeutische Wege zu ermöglichen“, betont Jogler. An der Studie waren neben deutschen Forschern Wissenschaftler aus Norwegen, den Niederlanden, Portugal, Spanien und den USA beteiligt.