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Wissenschaft will Bäume in Sanssouci retten

Mit einem innovativen Ansatz will ein Potsdamer Wissenschaftler*innen-Team
die durch den Klimawandel gefährdeten Bäume in den historischen Parks und
Gärten des Landes Brandenburg retten. Ihre Idee ist es, durch Injektionen
von stärkenden Huminstoffen in den Wurzelbereich angegriffener Bäume das
Wasserbindevermögen zu steigern, das aktive Boden-Mikrobiom zu
unterstützen und somit die Nährstoffaufnahme der Bäume zu verbessern. Für
die Forschung in diesem Bereich wird das Ministerium für Wissenschaft,
Forschung und Kultur des Landes Brandenburg 250.000 Euro als
Anschubfinanzierung zur Verfügung stellen.

Brandenburger*innen und Touristen*innen lieben die hiesigen wunderschönen
Gärten und Parks. Allerdings mussten sie in den vergangenen Jahren auch
miterleben, wie stark der zum Teil unersetzliche Baumbestand unter den
Folgen des Klimawandels leidet. Die Gründe dafür sind vielfältig: Lange
Trockenzeiten mit Hitzerekorden im Sommer, ein Absinken des
Grundwasserspiegels und der sandige Boden sorgen dafür, dass die Bäume
zunehmend geschwächt werden und schließlich absterben, zum Teil noch durch
Schädlingsbefall beschleunigt. Experten*innen erwarten, dass sich dieser
Trend fortsetzen wird, zumal Bewässerungswasser auch nicht unbegrenzt zur
Verfügung steht.

In einem Forschungsprojekt haben sich wissenschaftliche Einrichtungen des
Landes Brandenburg, die Stiftung Preußische Schlösser und Gärten Berlin-
Brandenburg und die Freie Universität zu Berlin zusammengeschlossen, um zu
einer nachhaltigen Lösung zur Rettung der Bäume beizutragen. Im Fokus
stehen dabei Huminstoffe.
In der Natur entstehen Huminstoffe in Folge des langsamen Abbaus von
Pflanzenresten durch Bodentiere, Pilze und Mikroorganismen. Das
Adsorptions- und Wasserhaltevermögen dieser natürlichen organischen
Verbindungen übersteigt dasjenige von Tonmineralen deutlich.

Huminstoffe spielen eine entscheidende Rolle bei der Verbesserung der
Bodenqualität in Bezug auf Wasserhaltevermögen, pH- und Redox-Pufferung
und sie liefern zugleich wertvolle Nährstoffe für die Pflanzen. Damit
wirken Huminstoffe als eine Art pflanzlicher Biostimulantien, die helfen,
die Resilienz der Pflanzen gegenüber abiotischen und biotischen Stressoren
zu verbessern.

Handelsübliche Huminstoffe werden bislang in einem technischen Verfahren
durch chemische Extraktion aus Torf oder Braunkohle gewonnen. Eine
deutlich nachhaltigere Lösung bietet ein Verfahren zur beschleunigten
Kompostierung bzw. Humifizierung, das am Max-Planck-Institut für Kolloid-
und Grenzflächenforschung (MPIKG) entwickelt wurde. Mit Hilfe eines
chemisch-thermischen Prozesses, der hydrothermalen Humifizierung, lassen
sich mit hohem Wirkungsgrad unter nahezu vollständigem Erhalt des im
Pflanzenmaterial gebundenen Kohlenstoffs aus Restbiomasse Huminstoffe
gewinnen. Diese sogenannten ‚künstlichen‘ Huminstoffe (KHS) aus
regenerativer Biomasse entsprechen in ihrer Wirkung den natürlichen
Huminsäuren, wie Studien aus China belegen.

„Wir waren selber überrascht von den ersten, sehr positiven Ergebnissen.
Das neue Verfahren sollte die natürliche Kompostierung zuerst nur
technisch beschleunigen und den Umgang mit manchen biologischen
Reststoffen hygienischer machen, aber die Wirkung unserer nachhaltigen
Produkte ist offensichtlich nicht von den bekannten Kohle- oder
Torfextrakten unterscheidbar“, so Prof. Dr. Markus Antonietti, Direktor
des MPIKG. „Dabei nutzen und fixieren wir fast den gesamten Kohlenstoff-
Pool der biologischen Restmassen und machen so einen großen Schritt in
Richtung eines CO2-neutraleren Brandenburgs.“

In der aus Mitteln des Landes Brandenburg finanzierten Anschubphase (Nov
2021 bis Dez 2022) sollen erste Versuche durchgeführt werden und ein
Forschungsantrag zur Förderung auf überregionaler Ebene erstellt werden.
Die experimentellen Arbeiten in dieser ersten Phase umfassen Studien zur
hydrothermalen Humifizierung von Biomasseabfällen wie Grasschnitt oder
Gärreste aus Biogasanlagen bis hin zu einer ersten Anwendung der KHS in
einem der Gärten der Stiftung Preußische Schlösser und Gärten Berlin-
Brandenburg.

„Wir freuen uns sehr über die fundierte Expertise und Zusammenarbeit mit
dem Potsdamer Leibniz-Institut für Agrartechnik und Bioökonomie und dessen
Partner*innen!“, so Prof. Dr. Michael Rohde, Leiter der Abteilung Gärten
der Stiftung Preußische Schlösser und Gärten Berlin-Brandenburg (SPSG). Er
sieht Vorteile: „Die Nutzung des Biomassekreislaufs trägt zum Klimaschutz
bei und innovative Bodenverbesserungen dienen der Bewahrung wertvoller
Bäume. Mit der wissenschaftlichen Begleitung werden unsere Parks zu
Laboren modellhafter Klimaanpassungsstrategien.“

Die Forschungspartner bringen ihre vielfältige Expertise in die
Zusammenarbeit ein: das Max-Planck-Institut für Kolloid- und
Grenzflächenforschung (MPIKG) im Bereich der Synthese und
Charakterisierung künstlicher Huminsäuren und Fulvinsäuren aus Biomasse-
Seitenströmen, die Freie Universität Berlin (FUB) im Bereich der
Stressphysiologie von Bäumen, das ATB an der Schnittstelle von Biologie
und Technik u.a. im Bereich der hydrothermalen Carbonisierung und des
Bodenmikrobioms.

„Unser eigentliches Terrain ist die Landwirtschaft, wo wir mit unserer
Forschung zum einen durch angepasste Managementstrategien das Klima
schützen wollen, aber auch mit Hilfe technischer Innovation die
landwirtschaftliche Produktion auf die Folgen des Klimawandels
vorbereiten“, erläutert Prof. Dr. Barbara Sturm, die wissenschaftliche
Direktorin des ATB. „Umso mehr freut es uns, wenn wir mit unserer
verfahrenstechnischen Expertise aus dem Agrarbereich als Potsdamer
Forschungsinstitut zum Erhalt der Potsdamer Parks und Gärten - weltweit
geschätzten Kulturgütern - beitragen können“, hebt Prof. Sturm hervor.

Dem Projekt „Entwicklung von Methoden zur Tiefeninjektion von künstlicher
Huminstoffe gegen die Folgen des Klimawandels - Rette einen Baum in
Sanssouci“ wird eine Anschubfinanzierung in Höhe von 250.000 Euro zur
Verfügung stehen. Die Förderung erfolgt durch das Ministerium für
Wissenschaft, Forschung und Kultur (MWFK) des Landes Brandenburg. Die
Koordination hat das Leibniz-Institut für Agrartechnik und Bioökonomie
e.V. (ATB). Partner im Projekt sind das Max-Planck-Institut für Kolloid-
und Grenzflächenforschung (MPIKG), die Stiftung Preußische Schlösser und
Gärten Berlin-Brandenburg (SPSG) und die Freie Universität Berlin (FUB).
Weitere Partner sollen dazukommen.

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EXIST Forschungstransfer-Förderung erstmals für Start-up der Uni Bayreuth

DerSensor misst den Füllstand der Blase und meldet diesen an das Smartphone.  inContAlert
DerSensor misst den Füllstand der Blase und meldet diesen an das Smartphone. inContAlert

Nach etlichen Pitch-Gewinnen, unter anderem beim IoT Innovation Worldcup
2020, haben vier junge Gründer von „inContAlert“ sich jetzt beim
renommierten „EXIST“-Förderprogramm des Bundeswirtschaftsministeriums
durchgesetzt. Das Start-up von Studenten und Absolventen der Universität
Bayreuth (UBT) wird in den kommenden 18 Monaten eine Förderung von
712.000€ erhalten und plant damit die nächsten Entwicklungsschritte. Mehr
hat ein Start-up an der UBT noch nie eingeworben.

Das Team von inContAlert holt die prestigeträchtige EXIST-
Forschungstransfer-Förderung zum ersten Mal an die Universität Bayreuth.
„Ich gratuliere den jungen Gründern und auch dem Team der GründerUni
Bayreuth, das diesen Erfolg mitermöglicht hat!“, sagt
Universitätspräsident Prof. Dr. Stefan Leible. Dieses junge Start-up
möchte Menschen mit Inkontinenzproblemen und Blasenfunktionsstörung ein
selbstbestimmteres Leben ermöglichen. Es hat einen Sensor entwickelt, der
den Patienten den aktuellen Füllstand der Harnblase bequem auf dem
Smartphone anzeigt. Unkontrollierter Urinverlust und Schädigungen der
Niere sollen so verhindert werden. Dabei funktioniert der Sensor mit einer
ausgefeilten Kombination aus Infrarotspektroskopie und Machine-Learning-
Algorithmen.

Diesen neuartigen Ansatz entwickeln die vier Gründer nun gezielt zu einem
Produkt weiter, das in etwa zwei Jahren marktreif sein soll. Die
finanzielle Grundlage konnte inContAlert nun mit dem  EXIST-
Forschungstransfer legen.

„Das alles wäre nicht möglich gewesen, ohne die super Unterstützung der
Universität Bayreuth und insbesondere des Lehrstuhls für
Wirtschaftsinformatik und Prozessmanagement“, sagt der Mitgründer und CEO
von inContAlert, Dr. Jannik Lockl. Lockl hatte schon im Jahr 2017 –
während seines Studiums des Wirtschaftsingenieurwesens in Bayreuth -
zusammen mit seinem damaligen Kommilitonen Tristan Zürl das Start-up
initiiert. Im Mai 2019 erhielten die beiden mit dem Medical Valley Award
eine erste Förderung über 250.000 € und betrieben das Projekt von da an in
Vollzeit. Mittlerweile haben sich zwei weitere Bayreuther
Ingenieursstudenten, Nicolas Ruhland und Pascal Fechner, dem Team
angeschlossen.

Prof. Dr. Röglinger, universitärer Mentor des Teams, untermauert die
Relevanz des Themas: „Das Produkt von inContAlert könnte das Leben vieler
Millionen Menschen maßgeblich verändern. Das Start-up ist ein
Paradebeispiel für das Zusammenspiel der Universität und entsprechender
Gründungsinitiativen. Von inContAlert können wir noch einiges erwarten –
wir freuen uns sehr über ihre Erfolge und es macht großen Spaß, sie
tatkräftig auf ihrem Weg zu unterstützen.“

Bei den vom Bundeswirtschaftsministerium vergebenen EXIST
Gründungsstipendien und beim Wettbewerb „EXIST Potenziale“ war die
Universität Bayreuth in den vergangenen Jahren bereits erfolgreich. Doch
im Wettbewerb um die EXIST Forschungstransfer-Förderung erfüllte noch nie
ein Team der UBT alle Auflagen für eine Bewerbung. Die inContAlert-Gründer
sind also auch in dieser Hinsicht echte Pioniere.

Über „EXIST“:
EXIST ist ein Förderprogramm des Bundesministeriums für Wirtschaft und
Energie (BMWi). Zu den Zielen von EXIST gehört, das Gründungsklima an
Hochschulen und außeruniversitären Forschungseinrichtungen zu verbessern.
Darüber hinaus sollen die Anzahl und der Erfolg technologieorientierter
und wissensbasierter Unternehmensgründungen erhöht werden. Hierzu
unterstützt das BMWi Hochschulabsolvent*innen, Wissenschaftler*innen und
Studierende bei der Vorbereitung von technologieorientierten und
wissensbasierten Existenzgründungen. Der EXIST-Forschungstransfer
unterstützt herausragende forschungsbasierte Gründungsvorhaben, die mit
aufwändigen und risikoreichen Entwicklungsarbeiten verbunden sind. In der
ersten Förderphase sollen Forschungsergebnisse mit Gründungspotenzial
weiterentwickelt werden. Ziel ist es, Fragen in Zusammenhang mit der
Umsetzung wissenschaftlicher Ergebnisse in technische Produkte und
Verfahren zu klären, die darauf basierende Geschäftsidee zu einem
Businessplan auszuarbeiten und die geplante Unternehmensgründung
vorzubereiten.

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Fraunhofer IEE auf der EXPO in Dubai: Offshore-Pumpspeicherkraftwerke für die weltweite Energiewende

3D-Miniaturen der StEnSea-Anlagen als Ausstellungsstück auf der Expo 2020 in Dubai.  German Pavilion Expo 2020 Dubai Bjoern Lauen
3D-Miniaturen der StEnSea-Anlagen als Ausstellungsstück auf der Expo 2020 in Dubai. German Pavilion Expo 2020 Dubai Bjoern Lauen

Die Expo hat die Zukunft im Blick. Der Deutsche Pavillon CAMPUS GERMANY
bietet rund um das Thema Nachhaltigkeit beeindruckende Innovationen und
interessante Einblicke in Forschung und Wissenschaft. Als einer von rund
40 Partnern ist das Fraunhofer IEE im deutschen Pavillon mit der
Forschungsvision StEnSea – Stored Energy in the Sea vertreten.

Pandemiebedingt wurde die Expo 2020 in Dubai verschoben. Mit einer Feier
am 30. September 2021 wird die Expo eröffnet. Sie findet bis zum 30. März
2022 statt. Als Sprecher der Arbeitsgemeinschaft des Deutschen Pavillons
betonte Andreas Horbelt auf der Eröffnungspressekonferenz: „Mit dem
Deutschen Pavillon auf der Expo 2020 Dubai möchten wir einen Ort schaffen,
der nicht nur nachhaltige Innovationen „Made in Germany“ zeigt, sondern
auch dazu einlädt, sich als Teil einer Gemeinschaft zu erleben. Unser
Konzept für den Deutschen Pavillon möchte die Dringlichkeit eines
gemeinsamen Kampfes gegen den Klimawandel bewusst machen – spielerisch und
mit vielen Möglichkeiten, das komplexe Thema interaktiv zu erkunden."

Das vom BMWi geförderte Projekt StEnSea - Stored Energy in the Sea des
Fraunhofer-Instituts für Energiewirtschaft und Energiesystemtechnik IEE in
Kassel zählte schon 2018 zu den 100 innovativen Preisträgern des
Wettbewerbs „Ausgezeichnete Orte im Land der Ideen“ in Deutschland. Nun
hat es den Sprung auf die internationale Bühne geschafft und zeigt wie
durch Experimentierfreude, Neugier und Mut zum Umdenken zukunftsweisende
Innovationen im Bereich Energiespeicherung entstehen können.

»Im Projekt StEnSea haben wir nach Machbarbarkeits- und Potentialstudien
ein Funktionsmodell im Modellmaßstab 1:10 entwickelt und 2016 erfolgreich
im Bodensee getestet. Die wirtschaftliche Anwendung für solche
Speichersysteme liegt in Meerestiefen von 600 bis 800 Metern. Mögliche
Standorte liegen insbesondere vor den Küsten Europas, Japans und den USA.
Das von uns ermittelte Potential liegt bei rund dem 1.000-fachen der heute
weltweit installierten Pumpspeicherleistung - das ist ein wichtiger
Beitrag zur internationalen Energiewende«, erläutert Dr. Matthias Puchta,
Projektleiter am Fraunhofer IEE in Kassel.

»Nach dem erfolgreichen Test im Bodensee streben wir nun in der nächsten
Stufe eine dreimal so große Betonkugel an, die dann zirka das 50 bis
100-fache an Energie speichern kann. Dafür haben wir weltweit mögliche
Standorte recherchiert und genauer untersucht. Im Ergebnis wäre eine
Umsetzung in Norwegen sehr vielversprechend. Darüber hinaus haben wir die
Ergebnisse des Projektes mit möglichen industriellen Partnern diskutiert
und weiteren Forschungsbedarf identifiziert. Die Finanzierung der weiteren
Entwicklung soll in Abstimmung mit industriellen Partnern und den
öffentlichen Förderern aufgebracht werden«, erläutert Fraunhofer-
Bereichsleiter Jochen Bard, der sich derzeit für die Bildung eines neuen
internationalen Projektkonsortiums engagiert.

»Perspektivisch sehen wir mit heutiger standardisierter und verfügbarer
Technik bei der Speicherkapazität von 20 MWh pro Kugel ein weltweites
Potenzial mit einer elektrischen Gesamtspeicherkapazität von 893.000 MWh.
In zukünftigen Parks mit einer großen Anzahl solcher Anlagen können sich
damit vergleichsweise niedrige Speicher-Zykluskosten von voraussichtlich
2,0 € Cent pro kWh ergeben. Damit ließen sich kostengünstig wichtige
Ausgleichsbeiträge für die schwankende Erzeugung aus Wind und Sonne für
die weltweite Energiewende leisten«, ist Bard überzeugt.

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Eine Jacke aus einer Jacke aus einer Jacke …

Die grüne Farbe der Jacke zeigt, dass Material aus dem Recyclingprozess verarbeitet ist.  Schoeller Textil AG
Die grüne Farbe der Jacke zeigt, dass Material aus dem Recyclingprozess verarbeitet ist. Schoeller Textil AG

Herstellen, tragen, waschen, verbrennen: Dieser typische Lebenslauf von
Kleidungsstücken, der die Umwelt belastet, soll in Zukunft verändert
werden – hin zu kreislauf-wirtschaftlichen Prinzipien mit Recycling. An
einer Outdoor-Jacke aus PET-Flaschen und Recyclingmaterial haben Empa-
Forschende untersucht, ob das Produkt tatsächlich hält, was die Idee
verspricht.

Auf den ersten Blick eine normale Regenjacke. Drei Schichten Polyester,
innen ein Futter, darüber eine wasserdampf-durchlässige Membran und aussen
wasserabweisendes Gewebe, mit einer Kapuze. Doch der Reissverschluss lässt
stutzen. Statt in Kragenhöhe zu enden, zieht er sich hoch bis über die
Stirn … – wer würde ihn soweit zuziehen?

Die Erklärung liefert Annette Mark vom Textilhersteller BTK Europe, die an
diesem Produkt mitgewirkt hat. Der Reissverschluss soll optisch auffallen
– und dient vor allem dem Recycling: Festgenäht mit einem Garn, das sich
in kochendem Wasser auflöst, lässt er sich leichter entfernen als zwei
Verschlüsse. «Einmal ziehen, fertig», sagt die Expertin für Textilien und
Recycling. Auch die hellgrüne Farbe entsteht durch Recycling: das
Rohmaterial, ein Granulat aus einem Gemisch unterschiedlicher, aber
sortenreiner Textilien, ist dunkelgrün – und das Aufschmelzen und
Ausspinnen des Materials für neue Garne hellt es auf.

Kreislaufwirtschaft in der Textilindustrie

Magnetknöpfe, Nähte, Säume: Jedes Detail der Jacke folgt dem
«Design2Recycle»-Ansatz, wie es auf der Webseite von «Wear2wear» heisst.
Zu diesem Konsortium haben sich sechs Firmen aus Europas Textilbranche
vereint, um die Kreislaufwirtschaft zu fördern. Schliesslich enden mehr
als 70 Prozent aller weltweit produzierten Textilien auf einer Deponie
oder in der Müllverbrennung, ohne rezykliert zu werden.

Was kann Kreislaufwirtschaft in dieser Branche ausrichten? Ein Team der
Empa-Abteilung «Technologie und Gesellschaft» hat die Jacke und ihre
Umweltwirkungen genauer angeschaut – mit Hilfe einer Lebenszyklus-Analyse
über eine Gebrauchsdauer von vier Jahren; dreimaliges Waschen
eingerechnet. Die Kandidaten: eine ohne kreislaufwirtschaftliche Methoden
produzierte Variante, die «Startversion» der seit 2019 erhältlichen Jacke
in blauer Farbe – mit einer Aussenschicht aus Polyester, das aus dem
Material gebrauchter PET-Flaschen stammt – und die grüne Version aus dem
nachfolgenden Recycling-Prozess, in der unvermeidliche Materialverluste
durch neues Polyester ersetzt sind.

Die Analysen der Empa-Forschenden zeigen, dass die Recyclingprodukte
besser abschneiden – in elf untersuchten Umweltrisiko-Kategorien, darunter
Erderwärmung, Toxizität für Ökosysteme und Wasserknappheit. Auffällig
grosse Vorteile zeigen sich etwa bei der Luftverschmutzung, weil ohne
Verbrennung weniger Schadstoffe freigesetzt werden. Und bei der
Wasserknappheit, vor allem bei der grünen Jacke nach der ersten
Recycling-«Schleife», für die keine PET-Flaschen mehr verwendet werden.

Weitere Einsichten aus den Analysen: Beim Treibhauseffekt liegt der
maximale Umweltnutzen bei gut 30 Prozent. Und die Verwendung von PET-
Flaschen bringt für die Bilanz keine grossen Vorteile. Entscheidend ist
dagegen die Zahl der Rezyklierdurchgänge zu immer neuen Jacken: Die Bilanz
verbessert sich von Jacke zu Jacke – vorausgesetzt, die Qualität des
Polyesters bleibt hoch genug.

In der Praxis ist das anspruchsvoll, wie Mark erklärt: Je nach Herkunft
unterscheidet sich das Rohmaterial teils deutlich. Wurden die Fasern mit
bestimmten Hilfsstoffen beschichtet, können die Düsen der Spinnmaschinen
verstopfen. Und allgemein sinkt die Qualität mit der Anzahl der
Rezyklierungen: unregelmässigere Strukturen des Garns und geringere
Festigkeit.

Annette Marks Fazit zu den Empa-Analysen: «sehr realistisch» und nützlich
für Verbesserungen. «Die Zusammenarbeit war sehr angenehm», sagt sie,
«volle Transparenz und keine Kompromisse.» Auch die Forschenden fanden die
Kooperation fruchtbar. «Eine offene Zusammenarbeit zwischen Wirtschaft und
Wissenschaft ist enorm wichtig», sagt das ehemalige Teammitglied Gregor
Braun, der die Empa mittlerweile verlassen hat und nun als Berater für
Nachhaltigkeit arbeitet. «Nachhaltigkeit und Kreislaufwirtschaft können
gut miteinander harmonieren.»

Ob die Jacke ein Markterfolg wird? «Die Textilbranche ist im Umbruch. Es
findet ein Umdenken statt, das wir nicht verpassen sollten», sagt Annette
Mark. Doch Grosskonzerne, die bereits ähnliche Produkte entwickeln, «haben
ganz andere Möglichkeiten». Immerhin sind Gespräche mit einem Hersteller
von Sportbekleidung im Gange – für eine Fleece-Jacke, bei der auch die
Erkenntnisse der Empa helfen könnten.

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