Aktuelle Veranstaltungen

Many fish species such as salmon and trout are now bred in aquaculture facilities to meet the increasing demand. As a rule, these fish farms are located near the coast, where breeding is impaired by shipping, tourism or buildings. An international research team involving researchers from the Technical University of Braunschweig now wants to move aquaculture to the open sea.

Tapping into the agricultural potential of the open sea

The project, which was launched in 2021 and will run until 2026, focuses on the development of a new type of seaweed farm, which is to be installed as a prototype off the coast of New Zealand. ‘This could be used to tap into the agricultural potential of the open sea,’ says Nils Goseberg, Head of the Leichtweiß Institute of Hydraulic Engineering at TU Braunschweig.

However, the construction of algae farms on the high seas is associated with significantly greater challenges than comparable farms in coastal areas. Not only are they located in deeper waters, but they are also exposed to higher waves and stronger currents.

Offshore conditions in the wave pool

One of the tasks of the Braunschweig researchers was to precisely determine the forces acting on the offshore installation. In order to analyse the behaviour of seaweed and farm structure under real conditions, several series of tests were carried out at the Leichtweiß Institute.

For example, a two-metre-long wave channel was used to investigate how the forces and movements of the seaweed change under different wave conditions and how the plastic ropes on which the seaweed grows influence each other. For this purpose, substitute bodies were built, mimicking the shape of the seaweed so that the deformations of the algae are realistically modelled. Specialised sensor systems were then used to record the flow field around the algae structure, while so-called load cells were used to determine the forces acting specifically on the plants. These findings were in turn fed into computer models in order to check and further optimise the load determination for the entire offshore plant.

Seaweed farm recreated on a scale of 1:20

For the next series of tests, a 1:20 scale seaweed farm was recreated in the wave pool. The aim here was to determine whether the system would work under real offshore conditions. Different materials were tested for the head lines, which connect the cultivation lines to each other and thus serve as connection points between the anchor and the farm, as well as different types of anchoring systems to ensure optimal conditions for seaweed growth. ‘The tension and stability of the lines are particularly important to ensure consistent growth conditions in terms of light and nutrients,’ explains project team member Henrik Neufeldt from the Leichtweiß Institute.

Deformations and movements analysed

By combining force sensors, wave levels, speed sensors and motion tracking cameras, the team was able to record and analyse the deformations and movements of the system in detail.

The project, titled ‘Ngā Punga o te Moana’, is led by the Cawthron Institute in New Zealand and funded by the New Zealand government with around 11 million New Zealand dollars. The aim of the researchers is to make offshore aquaculture sustainable and efficient in order to meet the growing demand for marine resources - not just for food production. At the same time, the development of new technologies should help to protect the marine ecosystem.

bb

Moore sind nicht nur einzigartige Lebensräume für Tiere und Pflanzen. Sie binden große Mengen des klimaschädlichen CO₂ und leisten damit einen wichtigen Beitrag zum Klima- und Umweltschutz. Doch der Anteil intakter Moore in Deutschland ist mit knapp 5 % eher gering. Vielerorts gibt es daher Bestrebungen, einst trockenlegte Moore wiederzubeleben. Anhand des Küstenmoores „Polder Drammendorf“ auf der Insel Rügen in Mecklenburg-Vorpommern zeigen Forschende der Universität Rostock, wie sich die Umwelt durch die Wiedervernässung in diesem Gebiet verändert hat.

Im Rahmen der Studie hatte ein Team um Prof. Dr. Ulf Karsten die Mikroalgen-Gemeinschaften vor und nach der Wiedervernässung untersucht. Im Fokus standen dabei das sogenannte Mikrophytobenthos. Dabei handelt es sich um Mikroalgen, die auf dem Grund von Gewässern leben. Sie leisten bis zu 30 % der Photosynthese in Küstenökosystemen und tragen damit maßgeblich zur ökologischen Stabilität von Sedimenten bei.

Kieselalgen als Bioindikatoren

Zu dieser Mikrobengemeinschaft zählen auch Kieselalgen, die bei der Bewertung des Ökosystems „eine zentrale Rolle spielen“, wie die Studie der Rostocker Forschenden zeigt. Der Grund: Kieselalgen reagieren empfindlich auf Umweltveränderungen. Wie das Team in der Fachzeitschrift Science of the Total Environment schreibt, dienen die Mikroalgen mit ihrer glasartigen, mineralisierten Zellwand damit „als Bioindikatoren, die Veränderungen im Lebensraum dokumentieren und interpretierbar machen“.

„Durch ihre Anpassungsfähigkeit und ihre Rolle als Bioindikatoren leisten Kieselalgen einen wichtigen Beitrag zur Identifizierung der wichtigsten sich ändernden Umweltfaktoren, zum Küstenschutz und letztendlich zum Verständnis dieser empfindlichen und einzigartigen Ökosysteme“, betont Karsten.

Mikroalge reagiert auf Wiedervernässung der Moore

Auskunft über die neuen Umweltbedingungen im wiedervernässten Moor gaben demnach die sogenannten Glasschalen der Kieselalgen, die nach der Wiedervernässung des Küstenmoores Polder Drammendorf gesammelt und analysiert wurden. Die Studie zeigt, wie flexibel und anpassungsfähig diese Mikroorganismen „auf Überflutungen reagieren und wie gut sie Umweltveränderungen in dynamischen Küstensystemen abbilden können“.

„So konnten wir die Auswirkungen der Überflutung im Küstenmoor und im angrenzenden Kubitzer Bodden aufzeigen und eine hohe Artenvielfalt dokumentieren, darunter auch einige bisher unbekannte Arten“, so Konrad Schulz, Erstautor der Studie. „Die Ergebnisse zeigen auch, dass die Flutung zu dauerhaften Veränderungen in der Zusammensetzung des Mikrophytobenthos im Moor und sogar zu vorübergehenden Veränderungen im Bodden geführt hat.“

Hilfe für künftige Renaturierungsprojekte 

Die Studie der Rostocker Forschenden liefert nicht nur wichtige Einblicke in die ökologischen Veränderungen von Küstenmooren nach der Wiedervernässung. Mit ihrer Hilfe könnten auch zukünftige Renaturierungsprojekte gezielter geplant werden, heißt es. 

bb

Moors are not only unique habitats for animals and plants. They bind large amounts of climate-damaging CO₂ and therefore make an important contribution to climate and environmental protection. However, the proportion of intact moors in Germany is rather low at just under 5 %. Efforts are therefore being made in many places to revitalise moors that were once drained. Using the coastal moor ‘Polder Drammendorf’ on the island of Rügen in Mecklenburg-Western Pomerania as an example, researchers from the University of Rostock show how the environment has changed as a result of rewetting in this area.

As part of the study, a team led by Prof Dr Ulf Karsten investigated the microalgae communities before and after rewetting. The focus was on the so-called microphytobenthos. These are microalgae that live on the bottom of bodies of water. They perform up to 30 % of photosynthesis in coastal ecosystems and therefore make a significant contribution to the ecological stability of sediments.

Diatoms as bioindicators

This microbial community also includes diatoms, which ‘play a central role’ in the evaluation of the ecosystem, as the study by the Rostock researchers shows.The reason: diatoms react sensitively to environmental changes. As the team writes in the journal Science of the Total Environment, the microalgae with their glassy, mineralised cell wall thus serve ‘as bioindicators that document changes in the habitat and make them interpretable’.

‘Thanks to their adaptability and their role as bioindicators, diatoms make an important contribution to identifying the most important changing environmental factors, to coastal protection and ultimately to understanding these sensitive and unique ecosystems,’ emphasises Karsten.

Microalgae react to the rewetting of moors

Information about the new environmental conditions in the rewetted moor was provided by the so-called glass shells of the diatoms, which were collected and analysed after the rewetting of the coastal moor Polder Drammendorf. The study shows how flexibly and adaptably these microorganisms ‘react to flooding and how well they can map environmental changes in dynamic coastal systems’.

‘We were able to show the effects of flooding in the coastal marsh and the neighbouring Kubitzer Bodden and document a high diversity of species, including some previously unknown species,’ says Konrad Schulz, lead author of the study. ‘The results also show that the flooding has led to permanent changes in the composition of the microphytobenthos in the bog and even to temporary changes in the Bodden.’

Help for future renaturalisation projects

The study by the Rostock researchers not only provides important insights into the ecological changes in coastal bogs after rewetting. With their help, future renaturalisation projects could also be planned in a more targeted manner, they say.

bb

Obwohl sie nur etwa 3% der Erdoberfläche bedecken, spielen Moore eine entscheidende Rolle im Klimaschutz, da sie fast doppelt so viel Kohlenstoff binden wie alle Wälder der Erde zusammen. In Europa sind 70% der wertvollen Moorflächen bereits trockengelegt und werden vor allem landwirtschaftlich genutzt, wodurch große Mengen an CO₂-Emissionen freigesetzt werden.

Eine Studie des Leibniz-Zentrums für Agrarlandschaftsforschung (ZALF) in Münchenberg, veröffentlicht in der Fachzeitschrift Ecosystem Health and Sustainability, zeigt den Fortschritt bei der Wiedervernässung von Moorlandschaften in Europa. Hierfür wurden Fachleute in acht europäischen Ländern zu den aktuellen und potenziellen Nutzungsmöglichkeiten von wiedervernässten Moorböden sowie den aktuellen Trends befragt. Anschließend fanden in Deutschland, den Niederlanden und Finnland Workshops statt, in denen nach Lösungen für eine künftige klimaneutrale Nutzung entwässerter Moorböden gesucht wurde. 

Positiver Trend bei Wiedervernässung der Moore

Die gute Nachricht: entwässerte Ackerflächen werden europaweit zunehmend in Grünland und Feuchtgebiete umgewandelt. Dieser positive Trend ist den Forschenden zufolge vor allem darauf zurückzuführen, dass sich immer mehr wirtschaftliche Optionen für die Nutzung dieser wiedervernässten Flächen ergeben. Dazu zählt neben der Nutzung als Weideland vor allem der Anbau von nachwachsenden Rohstoffen wie Schilf oder Torfmoose, die als Rohstoff zur Herstellung nachhaltiger Bau- oder Dämmstoffe sowie zur Energiegewinnung eingesetzt werden können. Darüber hinaus fördern wiedervernässte Moore die biologische Vielfalt, bieten Erholungsräume für die Bevölkerung und regulieren den Wasserhaushalt einer Region.

Politik muss Anreize setzen

Die ZALF-Studie zeigt aber auch, dass diese vielfältigen Nutzungsoptionen wirtschaftlich bisher „wenig attraktiv“ sind. Damit sich das ändert und CO₂-Emissionen in Mooren drastisch reduziert werden können, bedarf es einer breiten öffentlichen Unterstützung und wirtschaftlicher Anreize, heißt es. „Es ist wichtig, wirtschaftliche Anreize für die nachhaltige Umwandlung entwässerter Moore zu schaffen. Ohne die Unterstützung der Landwirtschaft und der Öffentlichkeit wird eine solche Umwandlung nur schwer zu erreichen sein“, so Cheng Chen, Erstautor der Studie.

Ausblick auf die Zukunft der Moorlandschaften

Nach Ansicht der Forschenden könnte ein Mix aus ökonomischen Anreizen und angepassten Landnutzungsmodellen den Übergang zu nachhaltigeren Praktiken wie den Anbau von Paludikultur unterstützen und damit Treibhausgasemissionen reduzieren. „Produkte aus Paludikultur etwa machen bisher nur einen sehr kleinen Anteil am Markt aus. Die Wertschöpfungsketten müssen deutlich ausgebaut werden. Dies erfordert Industriepartnerschaften für die Verarbeitung der Rohmaterialien und die Erweiterung des Verbraucherumfelds, um die Einführung und Nutzung des neuen Materials zu unterstützen“, ergänzt Cheng Chen.

am/bb

Although they only cover around 3% of the earth's surface, peatlands play a crucial role in climate protection, as they bind almost twice as much carbon as all of the world's forests combined. In Europe, 70% of valuable peatlands have already been drained and are mainly used for agriculture, releasing large amounts of CO₂ emissions.

A study by the Leibniz Centre for Agricultural Landscape Research (ZALF) in Münchenberg, published in the journal Ecosystem Health and Sustainability, shows the progress made in rewetting peatland landscapes in Europe. To this end, experts in eight European countries were surveyed on the current and potential utilisation possibilities of rewetted peatlands and current trends. Workshops were then held in Germany, the Netherlands and Finland to find solutions for the future climate-neutral utilisation of drained peatlands.

Positive trend in peatland rewetting

The good news is that drained arable land is increasingly being converted into grassland and wetlands across Europe. According to the researchers, this positive trend is mainly due to the fact that more and more economic options are emerging for the utilisation of these rewetted areas. In addition to use as pastureland, this includes the cultivation of renewable raw materials such as reeds or peat moss, which can be used as a raw material for the production of sustainable building or insulation materials and for energy generation. In addition, rewetted peatlands promote biodiversity, offer recreational areas for the population and regulate the water supply of a region.

Politicians must set incentives

However, the ZALF study also shows that these diverse utilisation options have so far been ‘not very attractive’ from an economic point of view. In order to change this and drastically reduce CO₂ emissions in peatlands, broad public support and economic incentives are needed, it says. ‘It is important to create economic incentives for the sustainable conversion of drained peatlands. Without the support of agriculture and the public, such conversion will be difficult to achieve,’ says Cheng Chen, lead author of the study.

Outlook for the future of peatlands

According to the researchers, a mix of economic incentives and adapted land use models could support the transition to more sustainable practices such as paludiculture and thus reduce greenhouse gas emissions. ‘Products from paludiculture, for example, currently only account for a very small share of the market. The value chains need to be significantly expanded. This requires industry partnerships for the processing of raw materials and the expansion of the consumer environment to support the introduction and utilisation of the new material,’ adds Cheng Chen.

am/bb

Seit seinem Debüt im Jahr 2015 hat sich der Global Bioeconomy Summit (GBS) zum wichtigsten internationalen Forum zum Thema Bioökonomie entwickelt. Der mehrtägige Kongress entstand auf Initiative des von 2012 bis 2019 amtierenden deutschen Bioökonomierates und wurde von der Bundesregierung gefördert. Nach drei Ausgaben 2015, 2018 und 2020 in Deutschland fand der GBS nun erstmals auf einem anderen Kontinent statt: Afrika.

Vom 23. bis 24. Oktober versammelten sich Bioökonomie-, Innovations- und Nachhaltigkeitsexperten aus 45 Ländern in Nairobi, Kenia. Zur Konferenz waren 500 Akteure aus Politik, Wissenschaft, Wirtschaft und Zivilgesellschaft angereist, laut Konferenzwebsite hatten sich zudem 3000 Teilnehmende online zugeschaltet. Organisiert wurde die Veranstaltung vom International Advisory Council on Global Bioeconomy (IACGB), einem internationalen Thinktank von Bioökonomie-Fachleuten. Als Gastgeber fungierte das International Centre of Insect Physiology and Ecology (icipe), die East African Science and Technology Commission (EASTECO) und das Stockholm Environment Institute (SEI). 

Regionale Partner stark eingebunden

Der GBS 2024 war nicht nur eine Premiere hinsichtlich des Veranstaltungsortes, sondern punktete in diesem Jahr besonders durch die stärkere Einbindung regionaler Partner. Icipe-Generaldirektor Abdou Tenkouano sah den Schritt nach Afrika als „Zeichen, dass die Welt allmählich die Bioökonomie als einen Weg für nachhaltiges Wachstum“ wahrnimmt. Dabei erwähnte er, dass einige Länder wie Südafrika und Namibia bereits nationale Bioökonomiestrategien entwickelt haben und andere afrikanische Länder dabei sind, es ihnen gleichzutun.

Thema: Nachhaltige Lösungen für globale Herausforderungen

Unter dem Motto „Eine Welt – Nachhaltige Lösungen für die Bioökonomie für globale Herausforderungen“ lag der Schwerpunkt in diesem Jahr auf der internationalen und regionalen Zusammenarbeit. Über zwei Tage diskutierten die Teilnehmenden Wege zur Stärkung nachhaltiger Lebensmittelsysteme, zur Bekämpfung des Biodiversitätsverlusts und zur Schaffung von Arbeitsplätzen durch innovative biobasierte Technologien. Neben Podiumsdiskussionen boten interaktive Workshops und Ausstellungen Einblicke in erfolgreiche Bioökonomieprojekte weltweit​.

Wichtigstes Produkt des GBS ist traditionell das am Ende des Gipfels veröffentlichte Kommuniqué. Es betont in seiner Ausgabe 2024 die Bedeutung internationaler Kooperation, den Austausch von Wissen und die Förderung der Bioökonomie, insbesondere durch Partnerschaften zwischen der südlichen und nördlichen Hemisphäre.

Junge Generation mit eigenem Kommuniqué

Seit dem GBS im Jahr 2020 gibt es die „Bioeconomy Youth Champions“, eine Gruppe, in der sich junge Bioökonomie-Akteure aus aller Welt ehrenamtlich zum biobasierten Wirtschaften austauschen und vernetzen. Erstmals in der Geschichte des GBS haben die Youth Champions ein eigenes Kommuniqué veröffentlicht. „Darauf sind wir sehr stolz und sind sehr gespannt auf die Rezeption unseres Papiers“, sagt Johann Liebeton, der als deutscher Youth Champion in Nairobi vor Ort war. 

„Ein wichtiges Anliegen ist, junge Leute und Young Professionals stärker in Strategieprozesse zur Bioökonomie miteinzubeziehen“, so Liebeton. Zudem brauche es Investitionen in Bildung und Infrastruktur und eine gezielte Finanzierung für junge Innovatoren. Auch sollten Strukturen gestärkt werden, die eine bessere globale Zusammenarbeit ermöglichten, etwa durch Mentorenprogramme und die Förderung internationaler Partnerschaften.

Meerestiere wie Shrimps gelten als Delikatesse. Doch auch die Schalen haben es in sich: Sie enthalten das neben Cellulose am weitesten verbreitete Polysaccharid Chitin. Wegen seiner strukturgebenden, biokompatiblen und antimikrobiellen Eigenschaften ist das Biopolymer seit langem ein interessanter Rohstoff für die Bioökonomie. Bisher werden die Schalen jedoch weitestgehend als Abfall entsorgt. Nur ein geringer Teil findet als Futtermittel Anwendung.

Neue Verwertungsoptionen für Shrimpsabfälle

Im Projekt ScampiLys hat ein Team der Technischen Universität (TU) Dresden gemeinsam mit Forschenden in Vietnam nach neuen Verwertungsmöglichkeiten für Shrimpsabfälle gesucht. Die Arbeit der Dresdner Forschenden wird seit Februar 2021 vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) im Rahmen der Fördermaßnahme Bioökonomie International mit rund 458.000 Euro gefördert.

Vietnam zählt neben China und Thailand mittlerweile zu den größten Shrimpsproduzenten der Welt. Entsprechend fallen jährlich riesige Mengen – etwa 350.000 Tonnen – an Krabbenschalen an, die nicht verwertet, sondern als Abfall entsorgt werden. Zwar gibt es Bestrebungen, das aus den Krabbenschalen gewonnene Chitin zu Chitosan zu verarbeiten. Doch dafür sei der Bedarf von weltweit 20.000 Tonnen viel zu gering. „Es gibt aktuell keinen Wertstoff, der in ausreichend großer Menge aus den Chitinabfällen produziert werden könnte“, erklärt Thomas Walther, Projektleiter an der TU Dresden.

Aminosäure Lysin aus Chitin gewinnen

Wie also kann man chininhaltige Schalen noch nutzen? Im Fokus des Projekts stand die Entwicklung eines hochwertigen Futtermittelzusatzstoffs. Aus dem Chitin der Krabbenschalen wollten die Forschenden die essenzielle Aminosäure Lysin gewinnen, um den Nährwert des Tierfutters – konkret für Schweine – zu steigern. „Unser Ziel war es, die Aminosäure Lysin aus dem Hydrolysat herzustellen“, erklärt der Bioverfahrenstechniker.

Bei Chitin handelt es sich um ein Biopolymer, das im Vergleich zu pflanzlichen Biopolymeren wie Lignin jedoch viel stabiler ist und nur unter hohen Reaktionsbedingungen wie Temperatur und Druck sowie in Gegenwart von Salzsäure in seine Einzelbestandteile – die sogenannten Monomere – zerlegt werden kann. „Das hat zur Folge, dass in dem entstehenden Hydrolysat neben den Chitinmonomeren auch sehr viel Salz vorhanden ist. Diese hohen Salzkonzentrationen machen jedoch eine mikrobielle Verwertung nahezu unmöglich. Das heißt: Ich kann das Hydrolysat nicht einfach Mikroorganismen zum Fressen geben“, so Walther.

Auf dem Weg zur bakteriellen Lysinproduktion

Und genau das haben die Forschenden angestrebt. Dafür wurden zwei Ansätze adressiert: Zum einen wollten die Forschenden in Vietnam die Hydrolysebedingungen zur Aufspaltung von Chitin so weit optimieren, dass die Salzkonzentration auf ein Minimum reduziert wird. Zum anderen musste das Dresdner Team einen Mikroorganismus finden, der salztolerant ist und das gewünschte Produkt – die Aminosäure Lysin – produziert.

Hier fiel die Wahl auf Vibrio natriegens, einen marinen Mikroorganismus, der von Natur aus mit hohen Salzkonzentrationen zurechtkommt und schnell wächst. Die Hürde: Vibrio wird zwar ein großes biotechnologisches Potenzial bescheinigt. Er ist aber im Vergleich zu etablierten Produktionsorganismen wie Escherichia coli oder der Bäckerhefe Saccharomyces cerevisiae noch wenig erforscht. Um den Bakterienstamm für die Lysinproduktion überhaupt nutzen zu können, musste Grundlagenforschung betrieben werden.

Regulation des Stoffwechsels im Visier

„Man muss verstehen, wie die Regulation des Stoffwechsels in diesem Organismus funktioniert und welche Gene in Gegenwart von Lysin herunterreguliert werden“, erläutert Walther. Mithilfe der Transkriptionsanalyse wurden daher alle relevanten Stoffwechselwege auf ihre Regulation durch Lysin und verwandte Aminosäuren untersucht. Darüber hinaus wurden die wichtigsten Gene exprimiert, entsprechende Enzyme aufgereinigt und deren Eigenschaften bestimmt. Es wurden auch einzelne strukturelle Gene ausgeschaltet, um zu sehen, wie sich der Bakterienstamm verhält. Zugleich behielten die Forschenden auch die anderen Aminosäuren im Blick, um deren Überproduktion zu verhindern.

Biobasiertes und nachhaltiges Wirtschaften ist ein echtes Zukunftsthema. Welche Bildungs- und Karrierechancen bietet die Bioökonomie und welche Möglichkeiten haben Jugendliche und Studierende, die Transformation hin zu einer nachhaltigen Gesellschaft mitzugestalten? Die Veranstaltung „Zukunftsperspektive Bioökonomie“ gab darauf Antworten. 130 vorwiegend junge Leute waren am 7. November ins Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) nach Berlin-Mitte gekommen, um sich über die zahlreichen Möglichkeiten zu informieren. Ein Team von bioökonomie.de um Kristin Kambach und Martin Reich hatte die Veranstaltung im Auftrag des BMBF organisiert.

Moderiert von Tobias Brügmann wartete das Event mit spannenden Impulsvorträgen, vier Diskussionsrunden und einer kleinen Ausstellung auf. Das Ziel: Die vielen Facetten der Bioökonomie als Forschungs- und Berufsfeld anschaulich machen. „In Zeiten des Wandels ist es um so wichtiger, junge Leute in die Gestaltung der Zukunft mit einzubeziehen“, sagte BMBF-Staatssekretärin Judith Pirscher in ihrem Grußwort. „Wenn es darum geht, etwas Sinnstiftendes zu tun, sind Sie in der Bioökonomie richtig.“ Denn Bioökonomie sei eine interessante Schnittstelle zwischen Wissenschaft, Innovation und Nachhaltigkeit, schaffe Zukunft und zugleich Karrierechancen.

Der Zustand der Wälder ist besorgniserregend. Viele Bäume leiden unter Dürre, Schädlingen und Stürmen. Die Folgen des Klimawandels haben bei Fichte, Kiefer, Buche und Eiche bereits deutliche Spuren hinterlassen – das geht aus dem aktuellen Waldzustandsbericht hervor. Demnach sind vier von fünf Bäumen krank. Eine neue Analysemethode, entwickelt an der Hochschule München, könnte helfen, das Ökosystem Wald zu schützen und vor weiteren Schäden zu bewahren.  

KI-basierte Waldvermessung aus der Vogelperspektive

Mithilfe von Fernerkundungsdaten der Sentinel-1- und Sentinel-2-Satelliten der Europäischen Weltraumorganisation ESA sowie Künstlicher Intelligenz (KI) wurde dafür im Rahmen des Projektes Wald5DPlus ein umfangreicher Datensatz angelegt zur Waldvermessung. Ein neu entwickelter Algorithmus sorgt dafür, dass Datenlücken, die durch Wolken entstehen, ausgeglichen werden. Auch Daten von Drohnen und Flugzeugen wurden den Forschenden zufolge verwendet, „um typische Waldmerkmale wie Baumarten, Höhen und Dichte zu berechnen“.

Im Ergebnis entstand eine Methode, die es Forschenden ermöglicht, Waldgebiete einfacher zu kartieren und zu analysieren – ohne, dass sie die Wälder betreten müssen. „Die Vermessung von Wäldern war bisher vor allem in schwer zugänglichen Gebieten sehr zeitaufwendig“, erklärt Andreas Schmitt, einer der Projektleiter. „Mit unserer Methode können wir den Zustand von Wäldern mit hoher Genauigkeit aus der Vogelperspektive erfassen.“

Großes Potenzial für Forstwirtschaft und Umweltschutz

Mithilfe der KI-gestützten Methode kann aber nicht nur der Baumbestand detailliert erfasst werden. Auch Vorhersagen, wie sich Wälder künftig verändern werden, sind möglich. „Wir setzen ein Puzzle aus verschiedenen Datenquellen zusammen. Erst durch das Zusammenspiel dieser Informationen erhalten wir ein vollständiges Bild des Waldes“, erläutert Sarah Hauser, wissenschaftliche Mitarbeiterin im Projekt.

Die Forschenden sind überzeugt, dass die neue KI-basierte Analysemethode großes Potenzial für Forstwirtschaft und Umweltschutz bietet. Eine Vorhersage könnte sich vor allem im Kampf gegen Waldschäden bewähren und für eine effiziente Bewirtschaftung sorgen. So könnten etwa „Waldschäden durch Schädlinge oder extreme Wetterereignisse frühzeitig erkannt und Maßnahmen zur Aufforstung besser geplant werden“, schreiben die Forschenden. „Unsere Methode hat sich als sehr effektiv erwiesen. An einer Versuchsfläche konnten wir beobachten, wie die KI korrekt das Wachstum von jungen Fichten unter alten Buchen vorhergesagt hat“, berichtet Schmitt.

Datensatz frei zugänglich

Das Vorhaben „Wald5Dplus“ wurde vom Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz gefördert. Der gesammelte Datensatz zur Waldvermessung – einschließlich Skripte und Modelle – steht der Öffentlichkeit über zenodo.org zur Verfügung. „So möchten wir Forschenden und Interessierten weltweit die Möglichkeit geben, eigene Analysen durchzuführen und zur Erhaltung der Wälder beizutragen“, erklärt Hauser.

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The state of the forests is worrying. Many trees are suffering from drought, pests and storms. The consequences of climate change have already clearly left their mark on spruce, pine, beech and oak trees – according to the latest forest condition report. According to the report, four out of five trees are diseased. A new analysis method developed at Munich University of Applied Sciences could help to protect the forest ecosystem and prevent further damage.

AI-based forest survey from a bird's eye view

With the help of remote sensing data from the European Space Agency's Sentinel-1 and Sentinel-2 satellites and artificial intelligence (AI), a comprehensive data set was created for forest surveying as part of the Wald5DPlus project. A newly developed algorithm ensures that data gaps caused by clouds are compensated for. According to the researchers, data from drones and aeroplanes was also used ‘to calculate typical forest characteristics such as tree species, heights and density’.

The result was a method that enables researchers to map and analyse forest areas more easily - without having to enter the forests. ‘Until now, surveying forests has been very time-consuming, especially in areas that are difficult to access,’ explains Andreas Schmitt, one of the project leaders. ‘With our method, we can record the condition of forests with high accuracy from a bird's eye view.’

Great potential for forestry and environmental protection

However, the AI-supported method can be used to record more than just the tree population in detail. It is also possible to predict how forests will change in the future. ‘We are putting together a puzzle from various data sources. Only by combining this information can we obtain a complete picture of the forest,’ explains Sarah Hauser, research associate in the project.

The researchers are convinced that the new AI-based analysis method offers great potential for forestry and environmental protection. A prediction could prove particularly useful in the fight against forest damage and ensure efficient management. For example, ‘forest damage caused by pests or extreme weather events could be recognised at an early stage and reforestation measures could be better planned’, the researchers write. ‘Our method has proven to be very effective. At a test site, we were able to observe how AI correctly predicted the growth of young spruce trees under old beech trees,’ reports Schmitt.

Data set freely accessible

The ‘Wald5Dplus’ project was funded by the Federal Ministry for Economic Affairs and Climate Protection. The collected data set for forest measurement - including scripts and models - is available to the public via zenodo.org. ‘We want to give researchers and interested parties around the world the opportunity to carry out their own analyses and contribute to the conservation of forests,’ explains Hauser.

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Insekten sind reich an Proteinen. Mit einem durchschnittlichen Proteingehalt zwischen 35 % und 77 % sind Fliegen, Grillen oder Mehlwürmer eine nachhaltige Alternative zu Proteinen aus Fleisch oder Fisch. Lange Zeit durften Insekten in der EU nur als Tiernahrung genutzt werden. Mittlerweile sind vier Insektenarten auch für Lebensmittel zugelassen, darunter Mehlwürmer. Die Aufzucht der proteinhaltigen Tierchen in Insektenfarmen ist im Vergleich zur Rinderhaltung um ein Vielfaches nachhaltiger, da weniger Wasser und Fläche benötigt werden. Doch auch Insekten sind vor Krankheitserregern nicht gefeit.

Erreger in Mehlwurm-Zucht detektiert 

Forschende von den Fraunhofer-Instituten für Grenzflächen- und Bioverfahrenstechnik IGB sowie für Molekularbiologie und Angewandte Ökologie IME haben einen Weg gefunden, Erreger in Insektenfarmen frühzeitig aufzuspüren und damit die industrielle Produktion sicherer zu machen. Im Rahmen des Leitprojektes „FutureProteins“ wurde ein System entwickelt, das eine Vielzahl von Krankheitserregern parallel, schnell und zuverlässig erkennt. Die Methode wurde an Mehlwürmern getestet.

Wenn Insekten befallen sind, ist es bisher nicht möglich, schnell und kosteneffizient zu handeln. Hier setzt die Arbeit der Forschenden an. „Von der Probenentnahme bis zur Analyse im Labor vergehen mehrere Stunden – die Befundung benötigt bis zu zwei Tage. Eine Zeitspanne, die den Ausfall einer gesamten Anlage zur Folge haben kann“, erläutert Projektleiter Jens Wetschky, Experte für Virus-basierte Technologien am Fraunhofer IGB.

Sogenannte Antigen-Tests sind spätestens seit der Corona-Pandemie allgemein bekannt. In der medizinischen Diagnostik sind sie schon lange etabliert, um bestimmte Viren in Speichel, Blut oder Urin nachzuweisen. Die dafür benötigten Antikörper stammen jedoch zum Großteil aus tierischen Zellen oder lebenden Tieren. Nun will das hannoversche Start-up Phaeosynt Antikörper aus Algen herstellen. Die Deutsche Bundesstiftung Umwelt (DBU) fördert das Vorhaben mit 125.000 Euro.

„Die medizinische Biotechnologie ist ein hochinnovativer Bereich mit hohem, gesellschaftlichem Mehrwert, aber auch erheblichen Ressourcenaufwendungen“, erläutert DBU-Generalsekretär Alexander Bonde. „Das Umweltentlastungspotential des Konzepts von Phaeosynt ist erheblich, auch aus ethischer Sicht ist das Verfahren unbedingt förderwürdig.“

Schwangerschaftstest mit algenbasierten Antikörpern

Phaeosynt, eine Ausgründung der Universität Hannover, hat sich auf die Herstellung artfremder Proteine in Kieselalgen – meist Antikörper – spezialisiert. Mit finanzieller Unterstützung durch die DBU will das Gründerteam Stephanie Pfeil-Coenen, Alina Eilers und Stas Hans nun den ersten Schwangerschaftstest entwickeln, der auf veganen Antikörpern beruht. „Noch immer werden einige diagnostische Antikörper in lebenden Tieren gezüchtet“, erklärt Mitgründerin Alina Eilers. Diese Tierversuche können vor allem „bei mehrfacher Gewinnung der Antikörper“ den Tod der Tiere verursachen. Darüber hinaus werden für die Tierversuche erhebliche Ressourcen, Energie und Platz benötigt.

Tierversuche entfallen

Mit der Gewinnung der Antikörper aus Algen könnten Eilers zufolge daher gleich mehrere Probleme gelöst werden. „Diese gedeihen schon bei niedrigeren Temperaturen, nämlich 20 statt üblicherweise 37 Grad Celsius, und haben somit weniger Energiebedarf.“ Zudem sei die Algenkultivierung wesentlich simpler und robuster, erläutert Eilers. Bei der Antikörperproduktion aus Algen würden Tierversuche entfallen und auch Transportkosten, da ein Großteil der Antikörper derzeit in Asien produziert wird.

Zwei Patente hat das junge Unternehmen bereits eingereicht. Mit dem ersten veganen und tierversuchsfreien Schwangerschaftstest auf Basis von Kieselalgen erhofft sich das Start-up mehr „Sichtbarkeit“. Die Weimarer Firma Senova wird die Tests aus Biokunststoff herstellen.

Nutzen für Krankenhäuser und Labore

„Mit der guten Mischung aus Praxis- und Forschungsnähe ist Phaeosynt ein Musterbeispiel für umweltfreundliche Biotechnologie“, sagt DBU-Referent Hans-Christian Schaefer. Die Entwicklung des Schwangerschaftstests ist Schäfer zufolge nur der erste Schritt. „Die medizinische Diagnostik ist besonders abseits solcher verbrauchernahen Produkte ein riesiges Feld. Die DBU-Förderung kann zur Etablierung von Phaeosynt am Markt beitragen – zum Nutzen von Krankenhäusern, Laboren und zuliefernden Unternehmen.“

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So-called antigen tests have been common knowledge since the coronavirus pandemic at the latest. They have long been used in medical diagnostics to detect certain viruses in saliva, blood or urine. However, the antibodies required for this are largely derived from animal cells or living animals. Now the Hanover-based start-up Phaeosynt wants to produce antibodies from algae. The German Federal Environmental Foundation (DBU) is funding the project with 125,000 euros.

‘Medical biotechnology is a highly innovative field with high added value for society, but it also requires considerable resources,’ explains DBU Secretary-General Alexander Bonde. ‘The environmental relief potential of Phaeosynt's concept is considerable, and the process is also absolutely worthy of funding from an ethical point of view.’

Pregnancy test with algae-based antibodies

Phaeosynt, a spin-off from the University of Hanover, has specialised in the production of foreign proteins in diatoms - mostly antibodies. With financial support from the DBU, the founding team Stephanie Pfeil-Coenen, Alina Eilers and Stas Hans now want to develop the first pregnancy test based on vegan antibodies. ‘Some diagnostic antibodies are still bred in living animals,’ explains co-founder Alina Eilers. These animal experiments can cause the death of the animals, especially ‘if the antibodies are obtained several times’. In addition, animal testing requires considerable resources, energy and space.

No need for animal testing

According to Eilers, obtaining antibodies from algae could therefore solve several problems at once. ‘They already thrive at lower temperatures, namely 20 instead of the usual 37 degrees Celsius, and therefore require less energy.’ Algae cultivation is also much simpler and more robust, explains Eilers. Antibody production from algae would eliminate the need for animal testing and transport costs, as the majority of antibodies are currently produced in Asia.

The young company has already filed two patents. The start-up is hoping for more ‘visibility’ with the first vegan and animal-free pregnancy test based on diatoms. The Weimar-based company Senova will manufacture the tests from bioplastics.

Benefits for hospitals and laboratories

‘Phaeosynt is a prime example of environmentally friendly biotechnology with its good mix of practical and research-orientation,’ says DBU consultant Hans-Christian Schaefer. According to Schaefer, the development of the pregnancy test is only the first step. ‘Medical diagnostics is a huge field, especially away from such consumer-oriented products. DBU funding can help to establish Phaeosynt on the market - to the benefit of hospitals, laboratories and supplier companies.’

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Klimawandel, Wasser- und Ressourcenknappheit, Bodendegradation, Verlust der Biodiversität, aber auch Bevölkerungswachstum und Lebensmittelverschwendung setzen das aktuelle Ernährungssystem europaweit stark unter Druck. Die dauerhafte Ernährungs- und Lebensmittelsicherheit gehört daher zu den großen Herausforderungen der Zukunft. 

Um das Ernährungssystem in Europa bis 2050 nachhaltiger zu machen, wurde im Juni dieses Jahres die „European partnership for a sustainable Future of Food Systems – FutureFoodS“ ins Leben gerufen. Die EU-weite Partnerschaft zielt darauf ab, ein umweltfreundliches, soziales und faires, aber auch wirtschaftlich tragfähiges sowie gesundes und sicheres Ernährungssystem zu etablieren. In der Initiative haben sich 86 nationale und regionale Entscheidungsträger, Fördermittelgeber und Forschungseinrichtungen aus 29 Ländern zusammengeschlossen. Die FutureFoodS-Partnerschaft ist eine von mehreren ko-finanzierten Partnerschaften im Forschungsrahmenprogramm „Horizont Europa“ der EU-Kommission.

An der Partnerschaft beteiligen sich auch das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) und das Bundesministerium für Landwirtschaft und Ernährung (BMEL). Um die Transformation im Ernährungs- und Lebensmittelsystem voranzutreiben, hat das BMBF nun die Förderrichtlinie „FutureFoodS Call 2024: Transformation der Ernährungssysteme – Interaktionen neu gestalten, Innovationen vorantreiben und nachhaltige Ernährungsweisen stärken“ gestartet. Mit der Förderung von Verbundvorhaben zu Forschung und Entwicklung unter Beteiligung ausländischer Verbundpartner will das BMBF die Umsetzung der Nationalen Bioökonomiestrategie im internationalen Kontext stärken.

Transformation der Ernährungssysteme beschleunigen

Im Fokus der Förderung stehen Verbundprojekte mit europäischen Partnern, die den Wandel hin zu einer nachhaltigeren Lebensmittelproduktion und Ernährungsweise beschleunigen und somit widerstandsfähige europäische und globale Ernährungssysteme schaffen. Zudem müssen die Projekte eine europäische Perspektive bieten und Themen fokussieren, die für mindestens drei Projektpartner relevant sind. Im Fokus stehen Fragestellungen, die sich auf Aspekte nach der Ernte beziehen („post-harvest“).

Neuartige Geschäftsmodelle und Lebensmittel

Folgende Themenschwerpunkte werden gefördert:

• Der Weg zu nachhaltigen und widerstandsfähigen Ernährungssystemen: Dies beinhaltet zum Beispiel die Neugestaltung von marktbasierten Prozessen, Geschäftsmodellen, politische Maßnahmen sowie experimentelle Lösungsansätze. Projekte, die im Rahmen dieses Themas gefördert werden, sollen sich insbesondere mit der Zusammenarbeit und Vernetzung zwischen Akteuren des Ernährungssystems befassen.
• Neue Lebensmittel – Förderung von Innovationen in Lebensmittel- design, -verarbeitung und -versorgung durch veränderte nachhaltige Angebots- und Nachfragemuster: Hier sollen systemische Ansätze für das Design, die Verarbeitung und Bereitstellung neuartiger Lebensmittel entwickelt werden, deren Basis diverse Rohstoffquellen sind – wie Hülsenfrüchte, Getreide, Nüsse und Saaten aber auch Algen und Speisepilze sowie Lebensmittel, die auf Zellkulturbasis oder unter Einsatz von Mikroorganismen erzeugt werden.

Transnationale Verbundprojekte gefördert

Gefördert werden transnationale Verbundprojekte mit mindestens drei der in der Ausschreibung beteiligten Partnerländer. Die Projektziele müssen innerhalb von 24 bis maximal 36 Monaten realisierbar sein. Antragsberechtigt sind Hochschulen, außeruniversitäre Forschungseinrichtungen, Landes- und Bundeseinrichtungen mit Forschungsaufgaben sowie Unternehmen der gewerblichen Wirtschaft, insbesondere kleine und mittlere Unternehmen (KMU).
Die Laufzeit der zu fördernden Vorhaben beträgt in der Regel bis zu drei Jahre. Die Fördersumme beträgt pro Verbundvorhaben maximal 350.000 Euro.

Climate change, water and resource scarcity, soil degradation, loss of biodiversity, but also population growth and food waste are putting the current food system under severe pressure across Europe. Sustainable food and nutrition security is therefore one of the major challenges of the future.

In order to make the food system in Europe more sustainable by 2050, the ‘European partnership for a sustainable Future of Food Systems – FutureFoodS’ was launched in June of this year. The EU-wide partnership aims to establish an environmentally friendly, socially responsible and fair, but also economically viable, healthy and safe food system. The initiative brings together 86 national and regional decision-makers, funding organisations and research institutions from 29 countries. The FutureFoodS partnership is one of several co-financed partnerships in the EU Commission's ‘Horizon Europe’ research programme.

The Federal Ministry of Education and Research (BMBF) and the Federal Ministry of Agriculture and Food (BMEL) are also involved in the partnership. In order to drive forward the transformation of the food and nutrition system, the BMBF has now launched the funding guideline ‘FutureFoodS Call 2024: Transformation of food systems - reshaping interactions, driving innovation and strengthening sustainable diets’. By funding collaborative research and development projects involving foreign partners, the BMBF aims to strengthen the implementation of the National Bioeconomy Strategy in an international context.

Accelerating the transformation of food systems

The funding programme focuses on collaborative projects with European partners that accelerate the transformation towards more sustainable food production and nutrition and thus create resilient European and global food systems. In addition, the projects must offer a European perspective and focus on topics that are relevant for at least three project partners. The focus is on issues relating to post-harvest aspects.

Innovative business models and food

The following key topics will be funded:

• The path to sustainable and resilient food systems: This includes, for example, the reorganisation of market-based processes, business models, political measures and experimental approaches to solutions. Projects that are funded within the framework of this topic should focus in particular on cooperation and networking between players in the food system.
• New foods – promoting innovations in food design, processing and supply by changing sustainable supply and demand patterns: The aim here is to develop systemic approaches for the design, processing and provision of new types of food based on various raw material sources - such as pulses, cereals, nuts and seeds, but also algae and edible mushrooms as well as foods produced on a cell culture basis or using microorganisms.

Transnational collaborative projects funded

Funding is available for transnational collaborative projects with at least three of the partner countries involved in the call. The project objectives must be realisable within 24 to a maximum of 36 months. Universities, non-university research institutions, state and federal institutions with research tasks and commercial enterprises, in particular small and medium-sized enterprises (SMEs), are eligible to apply.
The duration of the projects to be funded is generally up to three years. The maximum funding amount per joint project is 350,000 euros.