Aktuelle Veranstaltungen

Ob Weizen oder Mais: Nutzpflanzen werden in der Regel als sogenannte Reinkulturen auf einem Feld angebaut. Der Anbau einer einzelnen Kultur ist bis heute eine gängige Praxis in der Landwirtschaft. Doch Reinkulturen sind, wenn sie als Monokulturen ohne eine vielseitige Fruchtfolge angebaut werden, nicht immer umweltfreundlich. Sie nutzen die Nährstoffe sehr einseitig und sind anfälliger für Schädlinge, so dass Dünger oftmals nicht optimal genutzt werden und regelmäßig Pflanzenschutzmittel ausgebracht werden müssen. Das schadet sowohl Boden als auch Grundwasser. Außerdem sind die Böden weniger vor Wetterextremen und Erosion geschützt. Auch die Biodiversität leidet nachweislich unter den Folgen der einseitigen und meist intensiven Bewirtschaftung. Nicht nur Felder und Wiesen, auch Wälder haben mit den Folgen von Monokultur zu kämpfen. Neue Anbauformen sind nötig, um Erträge zu sichern und gleichzeitig die Umwelt zu schützen.

Genotypen für den Mischanbau getestet

Eine vielversprechende Alternative dazu ist der sogenannte Mischanbau. Der Anbau verschiedener Pflanzenarten auf einer Fläche stand daher im Fokus des Verbundprojekts IMPAC3. Forschende der Georg-August-Universität Göttingen haben darin von 2015 bis 2020 gemeinsam mit zwei Unternehmen der Pflanzenzüchtung, Norddeutsche Pflanzenzucht Hans-Georg Lembke KG (NPZ) und Deutsche Saatveredelung AG (DSV), neuartige Genotypen für den Mischanbau getestet. Das Vorhaben wurde im Rahmen der Förderrichtlinie „Integrierte Pflanzenzüchtung in Anbausystemen – IPAS“ vom Bundesministerium für Bildung und Forschung mit rund 3,5 Mio. Euro gefördert.

„Bekannt ist, dass eine größere Vielfalt Ressourcen besser nutzen und Erträge steigern kann. Welche Sorten und Genotypen für den Mischanbau am besten geeignet sind, war aber weitestgehend unbekannt“, erklärt Ulf Feuerstein, Forschungsleiter für Saatguttechnologie bei der DSV. Im Projekt IMPAC3 ging es darum, die ideale Kombination der Mischungspartner in puncto Produktivität und Stabilität zu finden und in moderne Landnutzungssysteme zu integrieren.

Leguminosen neben Weizen, Gräsern und Pappeln

Der Mischanbau wurde an zwei Standorten in der Nähe von Göttingen, in Reinshof und Deppoldshausen, für drei verschiedene Landnutzungssysteme untersucht: Ackerland, Grünland und Wald. Angebaut wurden jeweils zwei Kulturarten. „Darunter war immer eine Leguminose, weil sie mithilfe von Bakterien Stickstoff aus der Luft binden und an die benachbarten Pflanzen abgeben kann“, erklärt Feuerstein.

So wurde auf der Ackerfläche der gemeinsame Anbau von Winterweizen und Winterackerbohne, auf dem Grünland eine Kombination von Weißklee, Deutschem Weidelgras und Futterzichorie sowie auf der Forstfläche der Mischanbau von Pappel und Robinie untersucht. Parallel zu den beiden großen Feldversuchen der Göttinger wurde von der NPZ der Mischanbau auf dem Acker und von der DSV der Kombi-Anbau auf dem Grünland getestet, um die Ergebnisse des Großversuchs später abzugleichen. Faktoren wie Wurzelwachstum, Stickstoffanreicherung und Bodenfeuchte wurden mit Hilfe moderner Technologien gemessen. Auch Drohnen kamen dabei zum Einsatz.

The cultivation of a single crop is common practice in agriculture today, i.e., crops such as wheat or corn are usually grown as pure cultures. However, as monocultures without versatile crop rotation, they are not always environmentally friendly. They use nutrients in a very one-sided way and are more susceptible to pests, which means that fertilisers are not used optimally and pesticides have to be applied regularly. This damages both groundwater and soil, leaving the soil less protected from weather extremes and erosion. Biodiversity also demonstrably suffers from the consequences of one-sided and usually intensive cultivation. Not only fields and meadows, but also forests are struggling with the consequences of monoculture. New forms of cultivation are needed to secure yields and protect the environment at the same time.

Genotypes tested for mixed cultivation

A promising alternative to this is so-called mixed cultivation. The cultivation of different plant species on one area was therefore the focus of the joint project IMPAC3. From 2015 to 2020, researchers from the Georg-August University of Göttingen, together with two plant breeding companies, Norddeutsche Pflanzenzucht Hans-Georg Lembke KG (NPZ) and Deutsche Saatveredelung AG (DSV), tested novel genotypes for mixed cultivation. The project received funding of around 3.5 million euros from the German Federal Ministry of Education and Research as part of the "Integrated Plant Breeding in Cultivation Systems - IPAS" funding program.

"It is well known that greater diversity can make better use of resources and increase yields. But which varieties and genotypes are best suited for mixed cropping not yet," explains Ulf Feuerstein, research manager for seed technology at DSV. The IMPAC3 project was about finding the ideal combination of mixing partners in terms of productivity and stability and integrating them into modern land use systems.
 

Legumes alongside wheat, grasses and poplars

Mixed cropping was studied at two sites near Göttingen - Reinshof and Deppoldshausen - for three different land use systems: Arable land, grassland and forest. Two crop types were cultivated at each site. "One of them was always a legume, because it can bind nitrogen from the air with the help of bacteria and release it to the neighboring plants," explains Feuerstein.

The joint cultivation of winter wheat and winter field bean was tested on the arable land, a combination of white clover, German ryegrass and forage chicory on the grassland, and the mixed cultivation of poplar and black locust on the forestry land. In parallel to the two large-scale field trials conducted by the Göttingen researchers, the NPZ tested mixed cropping on arable land and the DSV tested combined cropping on grassland in order to later compare the results of the large-scale trial. Factors such as root growth, nitrogen accumulation and soil moisture were measured using modern technologies, such as drones.
 

Die Bioökonomie bietet viele Optionen, um auch beruflich etwas für Nachhaltigkeit und Umweltschutz zu tun. Die Möglichkeit für Schüler, sich über die Vielfalt der Angebote zu informieren, war in den vergangenen Monaten auf Grund der Pandemie jedoch äußerst eingeschränkt. Das soll sich nun ändern. Mit Beginn des neuen Schuljahres lädt der Wissenschaftsladen (WILA) Bonn e.V. Schülerinnen und Schüler zu einer Reihe von Dialogveranstaltungen ein, um nachhaltige Berufe in der Bioökonomie kennenzulernen. Das Projekt „Jobs ohne Kohle? Kommunikation nachhaltiger Berufe in der Bioökonomie“ wird im Rahmen des Wissenschaftsjahres 2020/21 vom Bundesministerium für Bildung und Forschung gefördert.

Dialog mit jungen Fachkräften aus der Bioökonomie

Von August bis November können Jugendliche an den unterschiedlichsten Berufsbildungsformaten teilnehmen und dort mit jungen Fachkräften, die bereits auf dem breiten Feld der Bioökonomie arbeiten, ins Gespräch kommen. Die Veranstaltungen finden sowohl vor Ort in der Schule als auch digital statt. „Ziel ist es, junge Fachkräfte mit Schülern und Schülerinnen zusammenbringen“, sagt Projektmitarbeiterin Sabrina Jaehn im Gespräch mit bioökonomie.de. „Entweder wir gehen mit der jungen Fachkraft in die Schule oder Schüler und Schülerinnen lassen sich von der Fachkraft per Video durch das Unternehmen, wo sie arbeiten, navigieren und lernen so Aufgaben, Arbeitsplatz und Arbeitsalltag der jungen Fachkraft kennen.“ Das Angebot soll aber nicht nur Jugendliche inspirieren. Junge Fachkräfte und deren Arbeitgeber erhalten so die Chance, den Nachwuchs für einen Job in der Bioökonomie zu begeistern und das Unternehmen vorzustellen.  

Kostenlose Berufsbildungsformate für Schulen und Unternehmen

Mit „Ask a Worker“, „Help a Worker“ oder „Navigate a Worker“ stehen insgesamt drei kommunikative Formate zur Berufsorientierung zur Auswahl. Im Format „Ask the Worker“ stellen sich junge Fachkräfte den Fragen der Schüler und Schülerinnen. In „Navigate a Worker" kann sich der interessierte Nachwuchs hingegen selbstständig per Kamera durch ein Unternehmen aus dem Bereich Bioökonomie navigieren und bestimmen, welche Maschine beispielsweise vorgeführt werden soll. In „Help a Worker" sollen Schüler und Schülerinnen gemeinsam mit der jungen Fachkraft Lösungsansätze für Herausforderungen entwickeln. „Die Formate sind jeweils so konzipiert, dass sie sowohl vor Ort als auch digital stattfinden können“, so Jaehn.

Die Angebote zur Berufsorientierung sind kostenlos und richten sich an Schülerinnen und Schüler ab der 9. Klasse sowie Unternehmen aus der Bioökonomie. Alle Termine sind nach vorheriger Absprache frei wählbar. Interessiert? Schulklassen, Gruppen sowie Unternehmen können sich für eine Teilnahme bei Krischan Ostenrath per Mail unter krischan.ostenrath@wilabonn.de anmelden.

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Stress ist ungesund – für Mensch wie für Pflanze. Anders als Mensch oder Tier können Pflanzen Stress jedoch nicht ausweichen, können beispielsweise nicht vor Hitze in den Schatten oder in kühlere Gebiete fliehen. Deshalb besitzen pflanzliche Zellen eine Reihe von Anpassungsmechanismen. Jetzt konnten Forschende zeigen, dass diese Mechanismen gegen Hitzestress im Sprossmeristem besonders gut greifen, wenn die Pflanze schon einmal Hitze überlebt hat. Dieser für das Wachstum so wichtige Gewebetyp entwickelt demnach auf epigenetischer Ebene ein „Stressgedächtnis“, wie das Forschungsteam im Fachjournal „Molecular Plant“ berichtet.

Gewebespezifischer Mechanismus

„In der Regel sind die einzelnen Zellen in der Lage, auf einen akuten Stress zu reagieren. Dies geschieht auf unterschiedlichen Ebenen“, erläutert Justyna Jadwiga Olas vom Max-Planck-Institut für Molekulare Pflanzenphysiologie. So könne zum Beispiel der Stoffwechsel verändert oder entsprechende Gene könnten an- oder abgeschaltet werden, um mehr oder weniger Kopien bestimmter Proteine in der Zelle zu erzeugen. Die Zellen des Sprossscheitelmeristems verfügen jedoch über einen weiteren Mechanismus. „Im Vergleich zu anderen Organen, wie den Blättern, konnten wir zeigen, dass im Meristem eine unabhängige, gewebespezifische Regulation vorliegt“, berichtet Olas. „Sowohl die Komponenten, als auch die Geschwindigkeiten der einzelnen Reaktionen unterscheiden sich stark von den Reaktionen in anderen Organen.“

Vier Gene beteiligt

Analysen, welche Gene speziell in diesem Gewebetyp bei Hitze vermehrt oder vermindert in Proteine übersetzt wurden, halfen den Fachleuten, das „Stressgedächtnis“ auf molekularer Ebene zu identifizieren. Dabei handelt es sich um vier Gene: Eines der Gene kodiert für eine Aldolase – ein Enzym des Kohlenhydratstoffwechsels, das für die Energiezufuhr verantwortlich ist –, eines für ein Hitzeschockprotein, das andere Proteine vor der Zerstörung unter Hitze schützt, und die anderen beiden für zwei Stammzellregulatoren.

Potenzial für die Pflanzenzüchtung

Allerdings besitzt die Ackerschmalwand Arabidopsis thaliana, an der die Studien durchgeführt wurden, diese Eigenschaft erst, nachdem sie eine milde Hitzephase überstanden hat. Eine zweite, größere Hitzewelle überlebt das Meristem danach und ermöglicht der Pflanze, nach der Hitze weiterzuwachsen und sogar verstorbene Organe zu ersetze. Pflanzen ohne diese Prägung leiden stark durch eine erste Hitze oder sterben ab. Dabei fiel auf, dass hitzegeprägte Pflanzen erst mit Abklingen der Hitze weiterwachsen. „Eine Wachstumshemmung während einer Hitzeperiode ist absolut sinnvoll und überlebensnotwendig, da dadurch auch die Blütenbildung während dieser Zeit verhindert und somit einem möglichen Ertragsverlust entgegengewirkt wird“, erklärt Bernd Müller-Röber vom Max-Planck-Institut für Molekulare Pflanzenphysiologie. Das bessere Verständnis des Hitzegedächtnisses soll nun mittelfristig der Pflanzenzüchtung helfen, neue Sorten resistenter gegen die Folgen der Klimakrise zu machen.

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Stress is unhealthy - for both humans and plants. Unlike humans or animals, however, plants cannot avoid stress, e.g., they cannot flee from heat into the shade or into cooler areas. That is why plant cells have a number of adaptation mechanisms. Researchers have now been able to show that the mechanisms in the shoot meristem are particularly effective if the plant has already survived heat. This type of tissue, which is so important for growth, develops a "stress memory" at the epigenetic level, as the research team reports in the journal Molecular Plant.

Tissue-specific mechanism

"In general, individual cells are able to respond to an acute stress. This happens at different levels," explains Justyna Jadwiga Olas of the Max Planck Institute for Molecular Plant Physiology. For example, metabolism could be altered or corresponding genes could be switched on or off to produce more or fewer copies of certain proteins in the cell. However, the cells of the shoot apical meristem have another mechanism. "Compared to other organs, such as leaves, we showed that there is independent, tissue-specific regulation in the meristem," Olas reports. "Both the components and the rates of the individual reactions are very different from reactions in other organs."

Four genes involved

Analyses of exactly which genes increased or decreased in translation into proteins during heat helped the experts to identify the "stress memory" at the molecular level. Four genes are involved: one of the genes codes for an aldolase - an enzyme of carbohydrate metabolism responsible for energy supply - one for a heat shock protein that protects other proteins from destruction under heat, and the other two for two stem cell regulators.

Potential for plant breeding

Arabidopsis thaliana, the plant on which the studies were carried out, only possesses this property after it has survived a mild heat phase. The meristem survives a second, more severe heat wave thereafter, allowing the plant to continue growing after the heat and even replace deceased organs. Plants without this imprinting suffer greatly from a first heat or die. It was noticeable that heat imprinted plants did not continue to grow until the heat subsided. "Growth inhibition during a heat period makes absolute sense and is necessary for survival, since this also prevents flower formation during this time and thus counteracts a possible loss of yield," explains Bernd Müller-Röber of the Max Planck Institute for Molecular Plant Physiology. The better understanding of heat memory should now help plant breeding in the medium term to make new varieties more resistant to the consequences of the climate crisis.

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Besser nutzen als einlagern: Um den Kohlendioxidausstoß in die Atmosphäre zu begrenzen, propagieren insbesondere Energiekonzerne die Abscheidung des Treibhausgases aus Kraftwerks- und Fabrikemissionen. Das Gas soll dann beispielsweise in unterirdischen Depots für die Ewigkeit gelagert werden.

Neben den damit verbundenen Risiken bedeutet das Zusatzkosten für die bestehenden Prozesse, aber keinen Mehrwert für die Unternehmen. Besser wäre es daher, das CO₂ nicht zu lagern, sondern als Rohstoff einzusetzen. Das ist bislang nur in geringem Umfang möglich, gewinnt aber langfristig an Bedeutung, wenn weltweit Klimaneutralität erreicht sein muss, obwohl auf bestimmte Prozesse, bei denen Kohlendioxid entsteht, nicht verzichtet werden kann oder soll.

Methanol und Ameisensäure aus CO₂

Das Fraunhofer-Institut für Grenzflächen- und Bioverfahrenstechnik IGB entwickelt dazu mit weiteren Beteiligten in zwei Projekten vielversprechende Verfahren, um CO₂ als Rohstoff für chemische Wertstoffe zu verwenden. Das sei, so Jonathan Fabarius vom IGB, „erstens die heterogene chemische Katalyse, bei der wir das Kohlendioxid mit einem Katalysator zu Methanol umsetzen; zweitens die Elektrochemie, mit der wir aus dem Kohlendioxid Ameisensäure produzieren“.

Doch an dieser Stelle endet der Prozess noch nicht. Sowohl Methanol als auch Ameisensäure dienen im Anschluss als Futter für Mikroorganismen, die diese durch ihren Stoffwechsel zu höherwertigen Verbindungen umbauen. Das sind in diesem Fall meist organische Säuren, die sich zu Polymeren verbinden lassen. Daraus könnte CO₂-basierter Kunststoff hergestellt werden, aber auch Aminosäuren, die als Nahrungsergänzungsmittel oder als Futtermittelzusatz Verwendung finden.

Flexibler Ansatz für Zellfabriken

Als Mikroorganismen kommen in den Forschungsprojekten sowohl Bakterien zum Einsatz, die von Natur aus die gewünschten organischen Säuren erzeugen, als auch Hefen, die gentechnisch für den gewünschten Zweck optimiert wurden. Erst dadurch verfügen die Zellen über die erforderlichen Enzyme, um die Zielprodukte herzustellen. Gleichzeitig werden mittels Gentechnik die Gene, die diese Produktion negativ beeinflussen könnten, deaktiviert. „Indem wir die eingeschleusten Gene variieren, können wir eine breite Palette an Produkten herstellen“, erläutert Fabarius die flexiblen Möglichkeiten.

Unabhängig vom Vorteil, auf diesem Weg CO₂ einer Nutzung zuzuführen, sieht der Forscher noch weitere Vorteile: „Wir können gänzlich neue Produkte realisieren, aber auch den Kohlendioxid-Fußabdruck klassischer Produkte verbessern.“ Und wo konventionelle chemische Prozesse viel Energie und oftmals toxische Lösungsmittel benötigten, ließen sich die Produkte mit Mikroorganismen bei milderen und energieeffizienteren Bedingungen produzieren. Bis die hier entwickelten Verfahren aber in industriellem Maßstab funktionieren und genutzt werden, dürfte es noch ein gutes Jahrzehnt dauern, da machen sich die Fachleute keine Illusionen.

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Zu überleben ist wichtiger als zu wachsen: Diese naheliegende Erkenntnis hat die Evolution auch in Bäumen verankert, wie ein internationales Forschungsteam unter Beteiligung des Max-Planck-Instituts (MPI) für Biogeochemie nun im Fachjournal „PNAS“ berichtet. Demnach bevorzugen es die untersuchten Fichten bei Ressourcenknappheit, ihre Speicher gefüllt zu halten, und stoppen dafür sogar das Wachstum.

Energiespeicher für Hitze oder Dürre

Anders als Tiere oder Menschen können Pflanzen bei widrigen Umweltbedingungen nicht einfach an einen besseren Ort wechseln. Sie haben daher Mechanismen entwickelt, um auch unter schwierigen Bedingungen eine Weile zu überleben. Bäume legen beispielsweise Energiespeicher an, wenn sie stärker Photosynthese betreiben können, als für den aktuellen Kohlenstoff- und Energiebedarf erforderlich ist. Ist die Photosynthese durch Hitze oder Dürre nur eingeschränkt möglich, zehren sie von diesen Vorräten.

Bislang ging die Wissenschaft davon aus, dass die normalen Stoffwechselprozesse einschließlich des Wachstums Vorrang haben und erst, wenn diese alle versorgt sind, Überschüsse zu Vorräten umgewandelt werden. „Das macht aus Sicht der Evolution aber keinen Sinn“, erläutert MPI-Forscher Henrik Hartmann. Bäume müssten Jahrzehnte überleben, bevor sie sich fortpflanzen können, und schnell verfügbare Reserven spielten dabei eine enorm wichtige Rolle. „Warum sollte also ein Baum in Wachstum investieren, anstatt das Überleben zu sichern und vielleicht sogar noch weitere Reserven anzulegen?“

Weniger wichtige Moleküle werden zu Vorräten

Das Forschungsteam ließ junge Fichten deshalb mehrere Wochen „hungern“, indem es durch eine geringe CO₂-Konzentration die Photosynthese ausbremste. Zunächst leerten sich die schnell verfügbaren Speicher zusehends, um Stoffwechsel und Wachstum aufrecht zu erhalten. Doch der andauernde Hunger führte nicht dazu, dass sich die Speicher vollständig leerten. Vielmehr stabilisierten sich die Vorräte auf einem bestimmten Niveau – und die Bäume hörten auf zu wachsen. „Wenn die Photosyntheseleistung zu gering ist, um alle Funktionen ausreichend mit Kohlenstoff zu versorgen, reduzieren Bäume ihre Wachstumsvorgänge, um Ressourcen für die Speicherung freizusetzen“, resümiert MPI-Forscher Jianbei Huang. Die Bestätigung dafür fand das Team auch auf genetischer Ebene, wo die veränderte Aktivität der Gene zu dieser Beobachtung passte.

Bemerkenswert ist jedoch die Konsequenz, mit der die Fichten aufs Überleben setzen: „Die Pflanzen scheinen lieber nicht benötigte Moleküle zu opfern und sich sozusagen selbst zu verdauen, als auf schnell verfügbare Speicherstoffe zu verzichten“, berichtet Hartmann. Unklar ist, wie lange die Bäume auf diese Weise überleben und sich von Klimaextremen erholen können. Dazu sei weitere Forschung nötig, betont das Team. Das hat nicht zuletzt Auswirkungen auf die Präzision von Klimamodellen, die dadurch ihre Vegetationsmodelle noch realistischer gestalten können.

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Surviving is more important than growing: This obvious insight has also been anchored in trees by evolution, as an international research team with the participation of the Max Planck Institute (MPI) for Biogeochemistry now reports in the scientific journal "PNAS". According to the findings, the spruce trees studied prefer to keep their stores filled when resources are scarce, and even stop growing to do so.

Energy storage for heat or drought

Unlike animals or humans, plants cannot simply move to a different place when faced with adverse environmental conditions. They have therefore developed mechanisms to survive for a while even under difficult conditions. Trees, for example, create energy stores when they can photosynthesize more than is required for their current carbon and energy needs. If photosynthesis is limited by heat or drought, they draw on these stores.

Until now, science has assumed that normal metabolic processes, including growth, take priority and that only when these are all supplied are surpluses converted into stocks. "But that makes no sense from an evolutionary point of view," explains MPI researcher Henrik Hartmann. "Why should a tree invest in growth instead of ensuring survival and perhaps even building up further reserves?"

Less important molecules become stocks

The research team therefore allowed young spruce trees to "starve" for several weeks by slowing down photosynthesis through a low CO2 concentration. Initially, the rapidly available stores were visibly emptied in order to maintain metabolism and growth. However, continued starvation did not cause the stores to completely empty. Rather, the stores stabilized at a certain level - and the trees stopped growing. "When photosynthetic output is too low to adequately supply all functions with carbon, trees reduce their growth processes to release resources for storage," summarizes MPI researcher Jianbei Huang. The team also found support for this at the genetic level, where the altered activity of the genes matched this observation.

What is remarkable, however, is the consistency with which the spruces focus on survival: "The plants seem to prefer to sacrifice unneeded molecules and digest themselves, so to speak, rather than forego quickly available storage substances," reports Hartmann. It is unclear how long the trees can survive in this way and recover from climate extremes. More research is needed on this, the team emphasizes. This has implications not least for the precision of climate models, which can then make their vegetation models even more realistic.

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Aus einer funktionalisierten Faser aus natürlich vorkommender Stärke von Grünabfällen und anderen Pflanzen stellt das Darmstädter Textil-Start-up „nakt“ nachhaltige Mehrweg-Abschminktücher her. Nachdem diese monatelang und ohne zusätzliche Reinigungsprodukte zum Abschminken wiederverwendet sowie zwischendurch maschinengewaschen werden können, sind sie sowohl kompostier- als auch recyclebar.

 „Alles andere kannst du dir abschminken“

Zu Polyactid polymerisiert kann der aus der Pflanzenstärke gewonnene Rohstoff zu einer Faser gesponnen werden. Das entstehende Textil benötigt keine Additive und bleibt damit sowohl nachhaltig als auch biologisch abbaubar. In seiner Weiterverarbeitung mit einem Zero Waste Schnittmuster wird außerdem das Anfallen von Stoffresten verhindert. Das fertige Produkt verspricht durch seine schnelltrocknenden – und damit Bakterienwachstum eindämmenden – Eigenschaften eine hygienische und ohne die Notwendigkeit der Zuhilfenahme anderer Produkte eine hautverträgliche Gesichtsreinigung.

Auch die Lieferung aus den lokalen Produktionsstätten in Deutschland und Österreich erfolgt nachhaltig, denn die Produktverpackung dient zugleich als Briefumschlag für den Versand. Hergestellt aus Cellulose und Natur-Latex ist diese Verpackung zudem robust und waschbar – und kann bis zur Rücksendung für das Recycling-Programm wiederverwendet werden.

Marktreife

Das nachhaltige Abschminktuch ist im Onlineshop erhältlich.

From a functionalized fiber made from naturally occurring starch from green waste and other plants, the Darmstadt-based textile start-up "nakt" produces sustainable reusable makeup removal wipes. These can be reused for months without additional cleaning products to remove makeup, as well as machine washed in between, and are ultimately compostable as well as recyclable.

One for all

Polymerized into polyactide, the raw material derived from plant starch can be spun into a fiber. The resulting textile requires no additives and thus remains both sustainable and biodegradable. In its further processing with a zero waste cutting pattern, it also prevents the creation of fabric waste. The finished product's quick-drying - and thus bacterial growth-restraining - properties promise hygienic facial cleansing that is gentle on the skin by eliminating the need for other products.

Delivery from local production facilities in Germany and Austria is also sustainable, as the product packaging also serves as an envelope for shipping. Made from cellulose and natural latex, this packaging is robust as well as washable - and can be reused until returned for the recycling program.

Market readiness

The sustainable makeup removal wipe is available in the online shop.

Konkurrierende Wildpflanzen beseitigen, aber das Ökosystem nur gering belasten: Das verspricht ein neu entwickelter Sensor für den Einsatz im Pflanzenschutz. Ackerpflanzen befinden sich immer mit Wildpflanzen im Wettbewerb um Sonnenlicht, Wasser und Nährstoffe. Um den Ertrag zu maximieren, bekämpfen in der Landwirtschaft Tätige deshalb Wildpflanzen, zumeist durch Herbizide. Doch Pflanzenschutzmittel beeinträchtigen die Bodenfruchtbarkeit, reichern sich in Gewässern an und tragen zum Artensterben bei.

Pflanzenarten präzise bestimmen

Um diese negativen Nebeneffekte zu minimieren, hat die Firma Premosys aus Kalenborn-Scheuern einen Sensor entwickelt, der Pflanzenarten anhand ihrer Farb- und Reflexeigenschaften sehr präzise bestimmen und so Nutzpflanzen von Wildpflanzen unterscheiden kann. „Wenn man Unkraut gezielter als bisher bekämpfen will, muss man es zunächst auf dem Acker erkennen“, erläutert Projektleiter Matthias Kuhl den Ansatz. Gekoppelt mit der Feldspritze eines Ackerfahrzeugs können Herbizide gezielt nur dort ausgebracht werden, wo sie wirklich benötigt werden.

Bis zu 90% Herbizideinsparungen

Bei der Bekämpfung von Ampfer im Zuckerrübenanbau beispielsweise könnten so laut Hersteller bis zu 90% des Herbizids eingespart werden. Denkbar wäre auch, den Sensor mit automatisierten mechanischen Systemen zur Wildpflanzenentfernung einzusetzen und Herbizide komplett zu vermeiden. Wirtschaftlich sei das präzise Spritzen mittels Sensor derzeit jedoch unschlagbar, wirbt der Hersteller: „Andere Verfahren zur Unkrautvernichtung sind bislang zu ungenau oder zu teuer“, sagt Kuhl.

Weitere Anwendungsbereiche denkbar

Entwickelt hat Premosys den Sensor mit der fachlichen und finanziellen Unterstützung der Deutschen Bundesstiftung Umwelt, die in das Projekt rund 400.000 Euro investiert hat. Verwendung finden könnte der Sensor zudem nicht nur auf dem Acker. Auch für Brachland, abgeerntete oder befestigte Flächen, an Bahndämmen sowie bei Getreideflächen, Grünland oder Untersaaten im Ökolandbau sei die Methode geeignet, um Spritzmittel gezielt nur gegen bestimmte Pflanzenarten auszubringen.

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Eliminating competing wild plants while minimizing the impact on the ecosystem: that is the promise of a newly developed sensor for use in crop protection. Arable plants are always in competition with wild plants for sunlight, water and nutrients. To maximize yields, farmers therefore control wild plants, mostly with herbicides. But pesticides impair soil fertility, accumulate in bodies of water and contribute to species extinction.

Precisely determining plant species

To minimize negative side effects, Premosys, a company based in Kalenborn-Scheuern, Germany, has developed a sensor that can determine plant species very precisely on the basis of their color and reflective properties and thus distinguish crops from wild plants. "If you want to combat weeds in a targeted manner, you first have to detect them in the field," says project manager Matthias Kuhl, explaining the approach. Coupled with the field sprayer of a farm vehicle, herbicides can be selectively applied only where they are really needed.

Up to 90% herbicide savings

According to the manufacturer, this could save up to 90% of herbicide when controlling dock in sugar beet cultivation, for example. The sensor might also be used with automated mechanical systems for wild plant removal, avoiding herbicides altogether. However, precise spraying by means of a sensor is currently the most economical, the manufacturer advertises: "Other methods of weed destruction have so far been too inaccurate or too expensive," says Kuhl.

Further applications possible

Premosys developed the sensor with the technical and financial support of the Deutsche Bundesstiftung Umwelt, which invested around 400,000 euros in the project. Besides application on arable land, the method is also suitable for fallow land, harvested or paved areas, along railroad embankments as well as for cereal areas, grassland or undersown crops in organic farming, in order to apply sprays specifically against certain plant species only.

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Der jüngst veröffentlichte sechste Sachstandsbericht des Weltklimarates macht deutlich: Soll aus der Klimakrise keine -Katastrophe werden, müssen in allen Sektoren die Treibhausgasemissionen in kürzester Zeit massiv sinken. Das gilt auch für die Landwirtschaft, die vor der Herausforderung steht, dennoch genug Nahrung für eine wachsende Weltbevölkerung zu produzieren. Für das wichtige Grundnahrungsmittel Reis untersucht ein Forschungsteam des Leibniz-Zentrums für Agrarlandschaftsforschung (ZALF) gemeinsam mit Partnern aus Österreich und Japan dazu den Trockenanbau.

Methanemissionen vermeiden

Meistens wird Reis auf überfluteten Feldern angebaut. Dabei gelangt jedoch recht viel Methan in die Atmosphäre, ein wesentlich stärkeres Treibhausgas als Kohlendioxid. In wasserarmen Regionen wird hingegen schon heute der Trockenreisanbau praktiziert. Dessen Nachteil ist jedoch – neben der oft knappen Wasserversorgung – eine schlechte Verwertung des Nährstoffs Phosphor. Das wiederum führt zu schlechteren Erträgen. Das Forschungsprojekt „Kleiner Maßstab – große Wirkung: Rhizosphärenprozesse als Schlüssel für P-Effizienz im Trockenreisanbau“ möchte deshalb die Prozesse der Phosphoraufnahme besser verstehen und anschließend optimieren.

Die entscheidenden Parameter dazu liegen in der sogenannten Rhizosphäre, dem Bodenbereich rund um die Wurzeln der Pflanzen. Denn selbst wenn Phosphor in gleicher Menge vorhanden ist, können unterschiedliche Reissorten den Nährstoff unterschiedlich gut aufnehmen. Das liegt beispielsweise an den jeweiligen Wuchsformen der Wurzeln oder den genetisch veranlagten Stoffwechselprozessen, ganz besonders aber am Effekt bestimmter Wurzelausscheidungen und der Symbiose mit bestimmten Mikroorganismen.

Hilfe durch symbiontische Mikroben

So können die Wurzelausscheidungen dazu führen, dass das Phosphat chemisch reagiert und anschließend in einer Form vorliegt, die die Pflanze besser aufnehmen oder verwerten kann. Gleiches gilt für die Mikroben, meist Bakterien oder Pilze: Sie sind besser als die Pflanze darin Phosphat zu verwerten und scheiden danach phosphathaltige Verbunde wieder aus, die die Pflanze besser nutzen kann als das ursprüngliche Phosphat.

Das von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) mitfinanzierte Projekt will die Erkenntnisse über die Abläufe in der Rhizosphäre nicht nur für die Grundlagenforschung gewinnen, sondern der Pflanzenzüchtung ermöglichen, Sorten zu erzeugen, die im Trockenanbau besser Phosphat verwerten können. Profitieren würden davon zunächst Regionen mit phosphatarmen Böden und geringer Verfügbarkeit von Phosphatdünger. Aber wenn es gelänge, den Trockenanbau hinsichtlich des Ertrags mit dem Anbau auf überschwemmten Feldern gleichzustellen, könnte diese klimafreundliche Anbauform sich auch in anderen Regionen durchsetzen.

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Ob in Büroräumen oder Klassenzimmern: Luftfilter haben seit dem Ausbruch der Pandemie Hochkonjunktur. Mit ihrer Hilfe können virenbelastete Aerosole aus den Räumen entfernt und so das Ansteckungsrisiko reduziert werden. Doch Filtermaterialien sollten auch umweltfreundlich sein. Aus diesem Grund haben Forschende der Zuse-Gemeinschaft Vliesstoffe aus Biokunststoff als Filtermaterial unter die Lupe genommen und diese auf Filterleistung und Haltbarkeit untersucht.

Eignung von PLA-Vliesstoffen für Bio-Filter getestet

Im Fokus des Projektes „BioFilter“ stand die Eignung von Polylactid – kurz PLA. Der Biokunstoff, auch bekannt als Polymilchsäure, wird bereits vielfältig eingesetzt, vor allem in der Verpackungsindustrie. Der Nachteil: PLA wird leicht spröde, hat mit 60 Grad Celsius eine niedrige Temperaturbeständigkeit und ist daher beispielsweise für Heißgetränke wenig geeignet. Forschende vom Deutschen Textilforschungszentrum Nord-West (DTNW) und vom Sächsischen Textilforschungsinstitut (STFI) testeten jetzt im Projekt die Eigenschaften verschiedener PLA-Granulate im Hinblick auf deren Eignung für Vliesstoffe für Bio-Filter.

Gute Filterleistung und Stabilität bei geringen Temperaturen

Untersucht wurden jedoch nicht die Vliesstoffe selbst, sondern sogenannte Monofilamente. Die mit Fäden vergleichbaren PLA-Fasern wurden im Klimaschrank auf Alterung und Haltbarkeit geprüft. Dabei zeigte sich: Bei Temperaturen ab 70 Grad Celsius wurden die Monofilamente nach zwei Wochen brüchig. Unter normalen Bedingungen jedoch waren die PLA-Fäden auch nach simulierten drei Jahren noch stabil. Auch die Filterleistung der PLA-Vliesstoffe konnte mit den Luftfiltern aus herkömmlichen Kunststoffen mithalten. „Der Fokus für die Nutzung von PLA als Filtermaterial wird meiner Ansicht nach auf Anwendungen liegen, bei denen geringe Temperaturen vorliegen, mit denen PLA sehr gut zurechtkommt“, resümiert DTNW-Wissenschaftlerin Christina Schippers.

Auch zur Wasser-Öl-Filtration geeignet

Neben der Eignung für Luftfilter wurde der Biokunstoff PLA auch auf andere Einflussfaktoren wie mechanische Belastungen durch Luftströme geprüft. Die Ergebnisse des Projektes sind für die Projektpartner die Grundlage, künftig die Einsatzgebiete von PLA-Vliesstoff-Filtern klar abgrenzen zu können. Darüber hinaus steht fest: Derartige Bio-Filter könnten nicht nur Corona-Viren aus der Luft filtern, sondern auch in Großküchen zur Wasser-Öl-Filtration oder in der Industrie bei Motorenölen eingesetzt werden.

Das Projekt „BioFilter“ wurde im Rahmen des Clusters Bioökonomie der Zuse-Gemeinschaft realisiert und vom Bundesministerium für Wirtschaft unterstützt. „Für uns ist die Bioökonomie ein branchenübergreifendes Top-Thema, das zahlreiche Institute der Zuse-Gemeinschaft verbindet und durch Kooperationen wie beim ‚Bio-Filter‘ gelebt wird“, erklärt die künftige STFI-Geschäftsführerin Heike Illing-Günther.

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From offices to classrooms: Air filters have been booming since the outbreak of the pandemic. They can be used to remove virus-laden aerosols from rooms and thus reduce the risk of infection. Ideally, filter materials should also be environmentally friendly. For this reason, researchers from the Zuse community have taken a close look at nonwovens made of bioplastics as filter materials and examined them for filter performance and durability.

Suitability of PLA nonwovens tested for biofilters

The "BioFilter" project focused on the suitability of polylactide - PLA for short. The biocomposite, also known as polylactic acid, is already used in a variety of ways, especially in the packaging industry. The disadvantage: PLA becomes brittle easily, has a low temperature resistance of 60 degrees Celsius and is therefore not very suitable for hot drinks, for example. Researchers from the German Textile Research Center North-West (DTNW) and the Saxon Textile Research Institute (STFI) have now tested the properties of various PLA granules in the project with regard to their suitability for nonwovens for biofilters.

Good filter performance and stability at low temperatures

It was not the nonwovens themselves that were tested, however, but so-called monofilaments. The PLA fibers were tested for aging and durability in a climate chamber. The results showed that at temperatures above 70 degrees Celsius, the monofilaments became brittle after two weeks. Under normal conditions, however, the PLA filaments were still stable after a simulated three years. The filtering performance of the PLA nonwovens was also able to keep up with air filters made of conventional plastics. "In my opinion, the focus for the use of PLA as a filter material will be on applications with low temperatures, with which PLA copes very well," summarizes DTNW scientist Christina Schippers.

Also suitable for water-oil filtration

In addition to its suitability for air filters, the PLA biocomposite was also tested for other influencing factors such as mechanical stresses caused by air currents. Based on the results, the project partners will be able to clearly define the areas of application for PLA nonwoven filters in the future. Furthermore, it has been established that such bio-filters could not only filter corona viruses from the air, but could also be used in industrial kitchens for water-oil filtration or in industry for engine oils.

The project "BioFilter" was realized within the framework of the Bioeconomy Cluster of the Zuse-Gemeinschaft and supported by the Federal Ministry of Economics. "For us, the bioeconomy is a top cross-industry topic that connects numerous institutes of the Zuse-Gemeinschaft and is brought to life through collaborations such as the 'Bio-Filter'," explains the future STFI Managing Director Heike Illing-Günther.
 

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Die Bioökonomie setzt bei der Herstellung von Chemikalien und Treibstoffen auf nachwachsende Rohstoffe, die zugleich mittels regenerativer elektrischer Energiequellen erzeugt werden sollen. Beides zu verbinden, setzt jedoch entsprechende Technologien und Verfahren voraus. Das noch junge Forschungsfeld der Bioelektrosynthese bietet die Möglichkeit dazu und könnte Fachleuten zufolge, einen wesentlichen Beitrag für die zukünftige Bioökonomie leisten.

Die Bioelektrosynthese kombiniert enzymatische und mikrobielle Synthesen mit elektrochemischen Verfahrensschritten und hat das Potenzial, die Vorteile dieser Technologien optimal zu nutzen. Forschende der Universität Bayreuth wollen nun neue Verfahren der Elektrochemie mit der Herstellung hochwertiger Substanzen durch Enzyme und Mikroorganismen verknüpfen. Das Vorhaben wird von der Volkswagen-Stiftung im Rahmen der Initiative „Momentum“ in den kommenden sieben Jahren mit rund einer Million Euro gefördert.

Ersatz für fossilen Rohstoffe

Im Fokus stehen bioaktive Polyketide. Dabei handelt es sich um Naturstoffe, die durch spezielle Enzyme, sogenannte Polyketidsynthasen, hergestellt werden und als Antibiotika oder Krebsmedikamente genutzt werden. Das Forschungsteam sucht nun nach Wegen, Polyketidsynthasen auch bei der Herstellung von Chemikalien wie Feinchemikalien zu nutzen und so fossile Rohstoffe wie Erdöl oder Erdgas in der chemischen Industrie künftig ersetzen zu können.

Mit Bakterien Elektrosynthese betreiben

Das Bayreuther Team um Frank Hahn setzt dabei auf Bakterien, die zur Elektrosynthese fähig sind. Den Forschenden zufolge sollen diese Bakterien befähigt werden, nachhaltig erzeugten Strom und CO₂ aus ihrer Umgebung aufzunehmen und so bestimmte kleine Moleküle zu bilden, die dann von Polyketidsynthasen genutzt werden, um Arzneimittel und Chemikalien herzustellen. „Tatsächlich vereint unser neues, von der Volkswagen-Stiftung gefördertes Forschungsprogramm eine Vielzahl bioökonomischer Aspekte: die effiziente Nutzung von regenerativ erzeugtem Strom, die Fixierung von CO₂ und eine nachhaltige Produktion wichtiger chemischer Verbindungen“, so Hahn.

Chemische und pharmazeutische Inhaltsstoffe mithilfe von Polyketidsynthasen in Bakterien herzustellen, ist ein neuer biotechnologischer Ansatz der Bioelektrosynthese. Die Forschenden sind überzeugt, dass die Ergebnisse des Projektes für Chemie, Pharmazie oder Biotechnologie gleichermaßen von Interesse sein werden.

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Um eine Alternative zu oft aggressiven und allergieauslösenden Reinigungsmitteln zu finden, experimentierte die Betreiberin einer Gebäudereinigungsfirma mit diversen Pflanzen. Letztendlich stieß sie auf die Reinigungskraft der oxalsäurehaltigen Rote Bete und entwickelte ihr eigenes Reinigungsmittel.

Ökologisch, hautverträglich und reinigungsstark

Rote Bete enthält einen hohen Anteil an natürlicher Oxalsäure, deren Salze, die sogenannten Oxalate, auch hartnäckige Verschmutzungen wie Kalk oder Rost entfernen. Auf Basis dessen und in Kombination mit weiteren, nachwachsenden Rohstoffen entstand der ökologische Reiniger, der auf Tierversuche, Stoffe auf Erdölbasis und gentechnische Enzyme verzichtet. Das entstandene Reinigungsmittel färbt übrigens trotz seiner ursprünglich sehr farbintensiven Basis nicht: Organische Säuren neutralisieren den Rote Bete Saft.

Marktreife

Das Familienunternehmen produziert das patentierte Reinigungsmittel in und mit Rohstoffen aus Deutschland. Beetas ökologische Produktreihe umfasst neben dem Universalreiniger mittlerweile diverse weitere Reinigungs-, Wasch- und Spülmittel, die alle in beetas Onlineshop sowie in der Rostocker Filiale erhältlich sind.