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Wirkungen von Luftverunreinigungen

Luftschadstoffe, die aus unterschiedlichen Quellen, wie z. B. der Industrie oder dem Verkehr, emittiert werden, gelangen über Transmission zu Menschen, Tieren und Pflanzen. Dort können sie Wirkungen entfalten. Sie können auch einen Einfluss auf Materialien haben und das Klima beeinflussen. Die Wirkungen von Luftverunreinigungen auf den Menschen über die Nahrung werden über verschiedene Bioindikationsverfahren mit Pflanzen ermittelt. Eintrag von Luftschadstoffen Ansicht auf Duisburg Schwelgern vom Rhein aus, Bild: LANUV In Nordrhein-Westfalen werden die Einträge verschiedener Luftschadstoffe in Pflanzen ermittelt. Dazu zählen beispielsweise Schwermetalle und organische Verbindungen wie Dioxine und Furane, PAK oder PCB. Seit einigen Jahren werden auch Einträge von Pflanzenschutzmitteln in verschiedene Medien untersucht. Schwermetalle Schwermetalle, wie z. B. Blei, Cadmium, Kupfer oder Nickel, sind natürliche Bestandteile der Erdkruste und werden durch Aktivitäten des Menschen in die Umwelt eingetragen. So werden Metalle insbesondere bei der Verbrennung fossiler Brennstoffe sowie bei ihrer Herstellung (Verhüttung) und Verarbeitung in großen Mengen freigesetzt. Weitere wichtige Emissionsquellen sind Müllverbrennungsanlagen, die Zementindustrie, die Glasindustrie und der Kraftfahrzeugverkehr. Metalle sind in der Umwelt langlebig und werden ständig weiter verbreitet. Sie wirken in bestimmten Konzentrationen toxisch (= giftig) und können die Bodenfunktionen und die Qualität der darauf wachsenden Pflanzen beeinträchtigen. So können sie sich auch in Nahrungs- und Futterpflanzen anreichern und gelangen damit in die Nahrung des Menschen. In NRW werden die Gehalte von Metallen in Nahrungs-und Futterpflanzen regelmäßig ermittelt. Die Abbildung zeigt die Abnahme der Blei-Gehalte in Graskulturen an Hintergrundstandorten und im Duisburger Hafen von 1987 bis heute. Organische Schadstoffe Aufgrund ihrer Langlebigkeit, Giftigkeit und ihrer weltweiten Verbreitung werden auch die Wirkungen von persistenten organischen Schadstoffen („Persistent Organic Pollutants“ = POPs) untersucht. POPs sind chemische Verbindungen, die in der Umwelt nur langsam abgebaut werden. Besondere Umweltrelevanz ergibt sich daraus, dass sie nach ihrer Freisetzung in der Umwelt verbleiben und sich in der Nahrungskette anreichern. Damit können sie ihre schädigende Wirkung auf Ökosysteme und Mensch langfristig entfalten. Einige POPs weisen eine hohe Toxizität (=Giftigkeit) auf. Da sie auch weiträumig transportiert werden, können sie selbst in entlegenen Gebieten zu einer Belastung führen. Zu den POPs gehören Chemikalien, die zum Zwecke einer bestimmten Anwendung hergestellt wurden (z. B. PCB) aber auch solche, die unbeabsichtigt bei Verbrennungs- oder anderen thermischen Prozessen entstehen (z. B. Dioxine und Furane). Mit Hilfe von Bioindikatoren können Immissionen von organischen Schadstoffen erfasst werden. In der Abbildung sieht man die PCB-Gehalte in Grünkohl- und Graskulturen in der Nähe des Dortmunder Hafens, die 2016 eine deutliche Belastung angezeigt haben und zu weiteren Maßnahmen führten. Seit 2010 waren deshalb die Gehalte wieder deutlich geringer. Pflanzenschutzmittel Bulk-Sammler zur Ermittlung von Pflanzenschutzmitteln in der trockenen und nassen Deposition am Standort in Essen, Bild: LANUV Pflanzenschutzmittel werden in der Landwirtschaft eingesetzt, um Nahrungs- und Futterpflanzen vor Schädlingen, wie z. B. Insekten oder Pilzen (Insektizide, Fungizide), zu schützen bzw. um unerwünschte Beikräuter am Wachstum zu hindern (Herbizide). Pflanzenschutzmittel können auch abseits der eigentlichen Anwendungen in verschiedenen Medien nachgewiesen werden. So findet man viele Wirkstoffe in Gewässern, weil sie beispielsweise mit dem Regen von den behandelten Flächen ausgewaschen werden. Einige Wirkstoffe können auch über die Luft verbreitet werden. Diese werden dann z. B.  mit dem Regen ausgewaschen und landen auf Pflanzen oder im Boden. Diese Einträge werden in NRW mithilfe von Bulk-Sammlern zum Auffangen der nassen und trockenen Deposition erfasst. Darüberhinaus werden auch Untersuchungen mit Pflanzen durchgeführt. Bioindikation Bioindikatoren sind Organismen oder Organismengemeinschaften, die auf Schadstoffbelastungen mit Veränderungen ihrer Lebensfunktion reagieren (=Reaktionsindikatoren) bzw. den Schadstoff akkumulieren (= Akkumulationsindikatoren). In der Vergangenheit wurden in NRW Flechten als Reaktionsindikatoren eingesetzt. Heute kommen in der Regel nur noch Akkumulationsindikatoren, wie z. B.  die Graskultur und Grünkohl, zum Einsatz. Diese werden meist aktiv an Belastungsstandorten exponiert. Bei Schadensfällen werden Nahrungspflanzen passiv beprobt, wie z. B. beim Löwenzahnscreening. Graskultur Anzucht der Graskulturen in Tontöpfen, Bild: LANUV Das Verfahren der standardisierten Graskultur wird im Rahmen des Wirkungsdauermessprogrammes zwischen Mai und September nach der Richtlinie VDI 3957 Blatt 2 durchgeführt. Als Akzeptorpflanze wird die Grasart Lolium multiflorum ( ssp. italicum ) verwendet, die gut luftverunreinigende Stoffe anreichern kann. Das Gras verbleibt jeweils vier Wochen an einem Standort und wird anschließend auf Schwermetalle und an acht Messstationen zusätzlich auf organische Schadstoffe untersucht. Grünkohlexposition Das Verfahren der Grünkohlexposition wird nach der Richtlinie VDI 3957 Blatt 4 zwischen Mitte August bis Mitte November im Rahmen des Wirkungsdauermessprogramms eingesetzt.  Dabei werden Grünkohlpflanzen in Pflanzcontainern exponiert. Grünkohl vermag aufgrund der Oberflächenstruktur der Blätter und der wachshaltigen Kutikula in besonderem Maße lipophile (=fettlösliche), organische Verbindungen zu binden. Nach der Ernte wird der Grünkohl gewaschen und küchenfertig aufbereitet. Die Proben werden auf Schwermetalle und organische Schadstoffe untersucht. Das Grünkohlexpositionsverfahren wird auch bei Untersuchungen an verschiedenen Belastungsschwerpunkten eingesetzt. Dabei ist es wichtig, dass es sich bei Grünkohl um eine Nahrungspflanze handelt. So kann über den Schadstoffgehalt im Grünkohl die Gefährdung für die Bürgerinnen und Bürger direkt berechnet und ggfls. eine Verzehrempfehlung ausgesprochen werden. Löwenzahnscreening Das Löwenzahnscreening ist eine standardisierte Methode (Richtlinie VDI 3957 Blatt 7), um z. B. bei Störfällen in Industriebetrieben oder Bränden zeitnah eine Aussage über die Reichweite der Belastung und eine gesundheitliche Einschätzung von Nahrungspflanzen vorzunehmen. Dabei werden vor Ort wachsende Löwenzahnpflanzen beprobt, die potentiell Schadstoffen ausgesetzt waren. Löwenzahn wächst nahezu überall und kann zu jeder Jahreszeit beprobt werden. Die ermittelten Gehalte können mit Hintergrundwerten für NRW verglichen werden. Wirkungsdauermessprogramm Graskulturen werden auf 1,50 m Höhe vier Wochen lang am Standort Essen exponiert, Bild: LANUV Das Wirkungsdauermessprogramm (WDMP) wurde 1995 im Auftrag des Ministeriums für Umwelt, Raumordnung und Landwirtschaft des Landes NRW zur Langzeitbeobachtung immissionsbedingter Wirkungen vom Landesumweltamt NRW konzipiert und umgesetzt. Teilweise konnte auch auf ältere Daten früherer Messprogramme zurückgegriffen werden, so dass mittlerweile für einige Schwermetall-Immissionen Zeitreihen über einen Zeitraum von über 25 Jahren vorliegen. Die Langzeitbeobachtung immissionsbedingter Wirkungen dient zum einen der Ermittlung von Hintergrunddaten für die unterschiedlich belasteten Räume in NRW und deren Charakterisierung. Daraus können Zeitreihen erstellt, Trends ermittelt und Basisdaten für die Umweltberichterstattung sowie Referenzwerte für Gutachten abgeleitet werden. Zum anderen ist das Ziel aber auch die Überwachung von (potentiellen) Emittenten und die Erfolgskontrolle emissions- und immissionsmindernder Maßnahmen. Darüber hinaus dient das WDMP der Qualitätssicherung von Bioindikationsverfahren. Mess- und Monitoring-Programme https://umweltindikatoren.nrw.de/ Immissionsbedingte Hintergrundbelastung von Pflanzen in NRW - Schwermetalle und organische Verbindungen Neue Bioindikationsverfahren zum anlagenbezogenen Monitoring Aktuelle Messungen Messstelle mit verschiedenen pflanzlichen Bioindikatoren am Standort Essen, Bild: LANUV Momentan erfolgen an 14 Messstationen Eintrags- und Depositionsmessungen, Staubniederschlagsmessungen und die Exposition von standardisierter Graskultur und Grünkohl. Neben der Untersuchung der Pflanzen und des Staubniederschlags auf Schwermetalle, werden seit 1998 (Grünkohl) bzw. 2003 (Gras) auch verschiedene, humantoxikologisch relevante, organische Komponenten bestimmt. Diese persistenten organischen Schadstoffe (Persistent organic pollutants = POPs) sind polychlorierte Biphenyle (PCB), dioxinähnliche polychlorierte Biphenyle (dl-PCB),  polychlorierte Dibenzodioxine/ - Furane sowie polyzyklische aromatische Kohlenwasserstoffe und deren Leitkomponente Benzo-(a)-Pyren (BaP). Dabei dienen die Messstationen an den Waldstandorten im Eggegebirge (Velmerstot), im Rothaargebirge (Hilchenbach), im Bergischen Land (Osenberg) und in der Eifel (Simmerath), die Standorte im landwirtschaftlichen Bereich in Bocholt und in Gütersloh sowie die städtischen Standorte in Köln, Langenfeld, Essen, Dortmund und Duisburg-Walsum der Erfassung der Hintergrundbelastung in NRW. Die Messstation im Duisburger Hafen dient der Überwachung eines stark industriell geprägten Bereiches; die Messstation auf einer Verkehrsinsel in Düsseldorf -Mörsenbroich dient der Erfassung eines stark verkehrsbelasteten Standortes. Die Messstation in Bottrop ist ebenfalls durch eine Quelle beeinflusst, da sie sich in unmittelbarer Nähe zu einer Kokerei befindet. Sonderuntersuchungsprogramme Aus Industriebetrieben können z. B. bei Störfällen Schadstoffe in die Umwelt gelangen. Diese können sich auch in Nahrungspflanzen anreichern. Deshalb werden in diesen Fällen Nahrungspflanzen im betroffenen Gebiet untersucht. Hierbei sind insbesondere Pflanzen interessant, deren Blätter verzehrt werden, wie etwa Grünkohl, Mangold, Spinat und Salat. Die beaufschlagten Pflanzen werden dann im Umkreis des Industriebetriebes z. B. aus betroffenen Gärten geerntet, küchenfertig aufbereitet und auf Schadstoffe untersucht. Sonderuntersuchungsprogramme Klimawirkungen In NRW werden in zwei phänologischen Gärten die Wirkungen des Wetters, der Witterung und des Klimas auf die Entwicklungsphasen der Pflanzen untersucht. Es wird beispielsweise erfasst, wann der Blühbeginn erfolgt oder Früchte reif sind. Die Phänolgie ist ein besonders sensitiver Indikator für den Klimawandel, weil anders als bei rein chemisch-physikalischen Messungen alle Einwirkunsfaktoren integrativ erfasst werden. Phänologie zum Anfassen Klimaatlas NRW

Teilprojekt D

Das Projekt "Teilprojekt D" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Amandus Kahl GmbH & Co. KG durchgeführt. Um Biomasse effizient aufschließen, aufbereiten und bedarfsgerecht für nachgelagerte Produktionsprozesse bereitstellen zu können, sollen Voraussetzungen geschaffen werden, Neben- und Reststoffströme in werthaltige Produkte zu überführen (BMEL, 2020)'. Das Potential von Insektenlarven zur Nutzung von Nebenströmen und die Biokonvertierung in hochwertige Futtermittel im Sinn einer Kreislaufwirtschaft ist enorm, aber bisher noch unzureichend genutzt. Ziel des Projektes ist es daher in einem integrativen Ansatz, beginnend von der Larvenaufzucht, über die technologische Gewinnung und Veredelung des Larvenprodukts bis zum Einsatz derselben als Futtermittel für Monogastrier, den kompletten Prozess zu untersuchen und die Stoffstromberechnung entlang dieser kompletten Kette zu ermöglichen. Bisherige Berechnungen zur Frage der Nachhaltigkeit und die Vergleichbarkeit von Insekten mit konventionellen Futtermitteln, wie beispielsweise Soja, beleuchten häufig nicht die gesamte Produktion der Larve selbst, über diese als Futtermittel zum tierischen Lebensmittel (Protein von Geflügel, Schwein) im Hinblick auf Parameter wie z.B. CO2-Footprint, Produktionskosten, Futterwert für Nutztiere und Ausscheidung stickstoffhaltiger Substanzen in die Umwelt. Technologisch steht hier ein innovatives Verfahren zur Hydrolyse der protein- und chitinhaltigen Kutikula der Larven vor ihrer Auftrennung in Fett und Protein im Fokus, wodurch insbesondere die Bioverfügbarkeit von Aminosäuren und die umsetzbare Energie des Larvenproduktes erhöht werden sollen. Innovative Ansätze zur Larvenaufzucht auf Nebenströmen sollen experimentell untersucht werden, um das ungeheure Potential von Insekten nutzbar zu machen und die Nahrungskonkurrenz der Nutztierernährung zum Menschen so weit wie möglich zu minimieren. Die daraus resultierenden Futtermittel sollen in einem anschließenden Schritt auf ihren Futterwert und ihre Nutzbarkeit bei Broiler und Schwein in der bedarfsgerechten Tierernährung geprüft werden.

Teilprojekt E

Das Projekt "Teilprojekt E" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von GEA Westfalia Separator Group GmbH durchgeführt. Um Biomasse effizient aufschließen, aufbereiten und bedarfsgerecht für nachgelagerte Produktionsprozesse bereitstellen zu können, sollen Voraussetzungen geschaffen werden, Neben- und Reststoffströme in werthaltige Produkte zu überführen (BMEL, 2020)'. Das Potential von Insektenlarven zur Nutzung von Nebenströmen und die Biokonvertierung in hochwertige Futtermittel im Sinn einer Kreislaufwirtschaft ist enorm, aber bisher noch unzureichend genutzt. Ziel des Projektes ist es daher in einem integrativen Ansatz, beginnend von der Larvenaufzucht, über die technologische Gewinnung und Veredelung des Larvenprodukts bis zum Einsatz derselben als Futtermittel für Monogastrier, den kompletten Prozess zu untersuchen und die Stoffstromberechnung entlang dieser kompletten Kette zu ermöglichen. Bisherige Berechnungen zur Frage der Nachhaltigkeit und die Vergleichbarkeit von Insekten mit konventionellen Futtermitteln, wie beispielsweise Soja, beleuchten häufig nicht die gesamte Produktion der Larve selbst, über diese als Futtermittel zum tierischen Lebensmittel (Protein von Geflügel, Schwein) im Hinblick auf Parameter wie z.B. CO2-Footprint, Produktionskosten, Futterwert für Nutztiere und Ausscheidung stickstoffhaltiger Substanzen in die Umwelt. Technologisch steht hier ein innovatives Verfahren zur Hydrolyse der protein- und chitinhaltigen Kutikula der Larven vor ihrer Auftrennung in Fett und Protein im Fokus, wodurch insbesondere die Bioverfügbarkeit von Aminosäuren und die umsetzbare Energie des Larvenproduktes erhöht werden sollen. Innovative Ansätze zur Larvenaufzucht auf Nebenströmen sollen experimentell untersucht werden, um das ungeheure Potential von Insekten nutzbar zu machen und die Nahrungskonkurrenz der Nutztierernährung zum Menschen so weit wie möglich zu minimieren. Die daraus resultierenden Futtermittel sollen in einem anschließenden Schritt auf ihren Futterwert und ihre Nutzbarkeit bei Broiler und Schwein in der bedarfsgerechten Tierernährung geprüft werden.

Teilprojekt C

Das Projekt "Teilprojekt C" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von DEVEX Verfahrenstechnik GmbH durchgeführt. Um Biomasse effizient aufschließen, aufbereiten und bedarfsgerecht für nachgelagerte Produktionsprozesse bereitstellen zu können, sollen Voraussetzungen geschaffen werden, Neben- und Reststoffströme in werthaltige Produkte zu überführen (BMEL, 2020)'. Das Potential von Insektenlarven zur Nutzung von Nebenströmen und die Biokonvertierung in hochwertige Futtermittel im Sinn einer Kreislaufwirtschaft ist enorm, aber bisher noch unzureichend genutzt. Ziel des Projektes ist es daher in einem integrativen Ansatz, beginnend von der Larvenaufzucht, über die technologische Gewinnung und Veredelung des Larvenprodukts bis zum Einsatz derselben als Futtermittel für Monogastrier, den kompletten Prozess zu untersuchen und die Stoffstromberechnung entlang dieser kompletten Kette zu ermöglichen. Bisherige Berechnungen zur Frage der Nachhaltigkeit und die Vergleichbarkeit von Insekten mit konventionellen Futtermitteln, wie beispielsweise Soja, beleuchten häufig nicht die gesamte Produktion der Larve selbst, über diese als Futtermittel zum tierischen Lebensmittel (Protein von Geflügel, Schwein) im Hinblick auf Parameter wie z.B. CO2-Footprint, Produktionskosten, Futterwert für Nutztiere und Ausscheidung stickstoffhaltiger Substanzen in die Umwelt. Technologisch steht hier ein innovatives Verfahren zur Hydrolyse der protein- und chitinhaltigen Kutikula der Larven vor ihrer Auftrennung in Fett und Protein im Fokus, wodurch insbesondere die Bioverfügbarkeit von Aminosäuren und die umsetzbare Energie des Larvenproduktes erhöht werden sollen. Innovative Ansätze zur Larvenaufzucht auf Nebenströmen sollen experimentell untersucht werden, um das ungeheure Potential von Insekten nutzbar zu machen und die Nahrungskonkurrenz der Nutztierernährung zum Menschen so weit wie möglich zu minimieren. Die daraus resultierenden Futtermittel sollen in einem anschließenden Schritt auf ihren Futterwert und ihre Nutzbarkeit bei Broiler und Schwein in der bedarfsgerechten Tierernährung geprüft werden.

Pflanzengeographie und Pflanzenoekologie der Nebeloasen Namibias

Das Projekt "Pflanzengeographie und Pflanzenoekologie der Nebeloasen Namibias" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Hohenheim, Fakultät II Biologie, Institut für Botanik und Botanischer Garten, Fachgebiet Allgemeine Botanik durchgeführt. In tropischen und subtropischen Kuestenwuesten treten wiederholt Nebeloasen auf. Die Nebeloasen Namibias werden vor allem von verschiedenen Flechtenarten besiedelt, zu denen sich nur wenige Spezialisten unter den Hoeheren Pflanzen gesellen. Die Arbeiten zeigen, dass die namibischen Nebeloasen zum Teil durch die feuchte Luft des benachbarten Meeres und zum Teil durch Kaltluftstroeme aus dem Inland verursacht werden. Je nach Intensitaet und Dauer der Nebel-Wetterlagen ergeben sich unterschiedliche Flechten-Gesellschaften, deren mittlere Bio- Produktion ebenso bestimmt wird wie die CO2-Assimilation in Abhaengigkeit von Anfeuchtung und Salzeintrag. Ausserdem werden der Transport und die Erosion der Flechten durch den Wind untersucht. Hieraus ergeben sich Empfehlungen fuer Nutzung und Naturschutz. Die hier lebenden Hoeheren Pflanzen sind auch Gegenstand der Untersuchungen. Von Interesse ist ihre Anatomie, Cuticula-Struktur, Wasseraufnahme und -leitung sowie ihre Bioproduktion in Abhaengigkeit vom zeitlichen Verlauf der Wasseraufnahme.

Regelmechanismen im Waldoekosystem

Das Projekt "Regelmechanismen im Waldoekosystem" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Hohenheim, Fakultät II Biologie, Institut für Botanik und Botanischer Garten durchgeführt. Wichtige Oekosysteme Mitteleuropas haben sich - ohne Eingriff des Menschen - in nahezu konstanter Zusammensetzung ueber viele Jahrtausende erhalten, obwohl sich gleichzeitig mehrere Klimaschwankungen ereignet hatten. Es scheint demnach so, als verfuegten diese Oekosysteme ueber recht wirksame Regelmechanismen. Diese koennten einerseits im Naehrstoffkreislauf, andererseits aber auch in den Besonderheiten des Bestandesklimas liegen. Wir bearbeiten die aufgeworfenen Fragen mit Hilfe eingehender Untersuchungen ueber den Umsatz anorganischer und organischer Substanzen des Aerosols und des Tropfwassers der Pflanzen selbst in verschiedenen Wald-Oekosystemen des Nordschwarzwaldes. Hinzu kommen Analysen ueber den Chemismus der Cuticulae wichtiger Holzarten, in Abhaengigkeit vom Lebensalter und vom Klimagebiet, sowie bestandesklimatologische Untersuchungen ueber den Einfluss der Bestandesart auf das Lokalklima.

Teilprojekt A

Das Projekt "Teilprojekt A" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Friedrich-Löffler-Institut, Bundesforschungsinstitut für Tiergesundheit, Institut für Tierernährung durchgeführt. Um Biomasse effizient aufschließen, aufbereiten und bedarfsgerecht für nachgelagerte Produktionsprozesse bereitstellen zu können, sollen Voraussetzungen geschaffen werden, Neben- und Reststoffströme in werthaltige Produkte zu überführen (BMEL, 2020)'. Das Potential von Insektenlarven zur Nutzung von Nebenströmen und die Biokonvertierung in hochwertige Futtermittel im Sinn einer Kreislaufwirtschaft ist enorm, aber bisher noch unzureichend genutzt. Ziel des Projektes ist es daher in einem integrativen Ansatz, beginnend von der Larvenaufzucht, über die technologische Gewinnung und Veredelung des Larvenprodukts bis zum Einsatz derselben als Futtermittel für Monogastrier, den kompletten Prozess zu untersuchen und die Stoffstromberechnung entlang dieser kompletten Kette zu ermöglichen. Bisherige Berechnungen zur Frage der Nachhaltigkeit und die Vergleichbarkeit von Insekten mit konventionellen Futtermitteln, wie beispielsweise Soja, beleuchten häufig nicht die gesamte Produktion der Larve selbst, über diese als Futtermittel zum tierischen Lebensmittel (Protein von Geflügel, Schwein) im Hinblick auf Parameter wie z.B. CO2-Footprint, Produktionskosten, Futterwert für Nutztiere und Ausscheidung stickstoffhaltiger Substanzen in die Umwelt. Technologisch steht hier ein innovatives Verfahren zur Hydrolyse der protein- und chitinhaltigen Kutikula der Larven vor ihrer Auftrennung in Fett und Protein im Fokus, wodurch insbesondere die Bioverfügbarkeit von Aminosäuren und die umsetzbare Energie des Larvenproduktes erhöht werden sollen. Innovative Ansätze zur Larvenaufzucht auf Nebenströmen sollen experimentell untersucht werden, um das ungeheure Potential von Insekten nutzbar zu machen und die Nahrungskonkurrenz der Nutztierernährung zum Menschen so weit wie möglich zu minimieren. Die daraus resultierenden Futtermittel sollen in einem anschließenden Schritt auf ihren Futterwert und ihre Nutzbarkeit bei Broiler und Schwein in der bedarfsgerechten Tierernährung geprüft werden.

Teilprojekt B

Das Projekt "Teilprojekt B" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Internationale Forschungsgemeinschaft Futtermitteltechnik e.V., Forschungsinstitut Futtermitteltechnik durchgeführt. Um Biomasse effizient aufschließen, aufbereiten und bedarfsgerecht für nachgelagerte Produktionsprozesse bereitstellen zu können, sollen Voraussetzungen geschaffen werden, Neben- und Reststoffströme in werthaltige Produkte zu überführen (BMEL, 2020)'. Das Potential von Insektenlarven zur Nutzung von Nebenströmen und die Biokonvertierung in hochwertige Futtermittel im Sinn einer Kreislaufwirtschaft ist enorm, aber bisher noch unzureichend genutzt. Ziel des Projektes ist es daher in einem integrativen Ansatz, beginnend von der Larvenaufzucht, über die technologische Gewinnung und Veredelung des Larvenprodukts bis zum Einsatz derselben als Futtermittel für Monogastrier, den kompletten Prozess zu untersuchen und die Stoffstromberechnung entlang dieser kompletten Kette zu ermöglichen. Bisherige Berechnungen zur Frage der Nachhaltigkeit und die Vergleichbarkeit von Insekten mit konventionellen Futtermitteln, wie beispielsweise Soja, beleuchten häufig nicht die gesamte Produktion von der Larve über diese als Futtermittel zum tierischen Lebensmittel (Protein von Geflügel, Schwein) im Hinblick auf Parameter wie z.B. CO2-Footprint, Produktionskosten, Futterwert für Nutztiere und Ausscheidung stickstoffhaltiger Substanzen in die Umwelt. Technologisch steht hier ein innovatives Verfahren zur Hydrolyse der protein- und chitinhaltigen Kutikula der Larven vor ihrer Auftrennung in Fett und Protein im Fokus, wodurch insbesondere die Bioverfügbarkeit von Aminosäuren und die umsetzbare Energie des Larvenproduktes erhöht werden sollen. Innovative Ansätze zur Larvenaufzucht auf Nebenströmen sollen experimentell untersucht werden, um das ungeheure Potential von Insekten nutzbar zu machen und die Nahrungskonkurrenz der Nutztierernährung zum Menschen so weit wie möglich zu minimieren. Die daraus resultierenden Futtermittel sollen in einem anschließenden Schritt auf ihren Futterwert und ihre Nutzbarkeit bei Broiler und Schwein in der bedarfsgerechten Tierernährung geprüft werden.

Oekologie und Physiologie pflanzlicher Grenzflaechen

Das Projekt "Oekologie und Physiologie pflanzlicher Grenzflaechen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Würzburg, Julius-von-Sachs-Institut für Biowissenschaften mit Botanischem Garten, Lehrstuhl für Botanik II Ökophysiologie und Vegetationsökologie durchgeführt.

Oberflächen und Grenzflächen in Pflanzen: Lignin, Suberin und Cutin

Das Projekt "Oberflächen und Grenzflächen in Pflanzen: Lignin, Suberin und Cutin" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität für Bodenkultur Wien, Institut für Holztechnologie und Nachwachsende Rohstoffe durchgeführt. Beim Übergang der Pflanzen vom Wasser- zum Landleben haben komplexe phenolische Verbindungen (Lignin) und natürliche Polyester (Cutin, Suberin) eine wichtige Rolle gespielt indem sie neue Grenzflächen und Oberflächen mit hydrobisierenden Eigenschaften ermöglichten. Die Einlagerung von Lignin zwischen den Cellulose Mikrofibrillen und Hemicellulosen war wesentlich für die Entwicklung funktionsfähiger Leitbahnen (Xylem) und die mechanische Festigkeit. An den Grenzflächen zur Luft musste der Wasserverlust minimiert werden, was durch die Einlagerung von Cutin (Blätter) und Suberin (Stamm, Wurzel) erreicht wurde. Auch wenn Basiswissen über die drei Polymere vorhanden ist, macht sie ihre große Variabilität sowohl im Vorkommen als auch in ihrer Zusammensetzung und offene Fragen bezüglich der Polymerisation zu den am wenigsten verstandenen pflanzlichen Polymeren. Durch die Adaptionen um in den sehr vielfältigen Lebensräumen zu überleben entwickelten sich verschiedenartigste Erscheinungsformen, die hoch spezialisierte Gewebe erfordern um damit unterschiedliche Eigenschaften und Funktionen zu erfüllen. Das wird erreicht durch eine sich ändernde Zusammensetzung und Struktur auf den verschieden hierarchischen Ebenen (mm-ìm-nm) und es gibt immer noch eine große Wissenslücke bezüglich Verteilung der Polymere und Struktur auf Mikro- und Nanoebene. Wir werden diese Lücke durch die Anwendung von Raman Imaging und Rasterkraftmikroskopie (AFM) füllen. Raman Imaging ermöglicht die chemische Zusammensetzung auf Mikroebene zu verfolgen und AFM ergänzt durch die Aufklärung von Nanostruktur und -mechanik. Jedes Raman-Image basiert auf Tausenden von Spektren, wovon jedes ein molekularer Fingerabdruck der Zellwand auf Mikroebene ist. Derzeit gelingt es nur einen Teil der chemischen und strukturellen Informationen die in der Raman-Signatur stecken, zu extrahieren. Durch mehr Wissen über die Raman-Spektren der Pflanzen und ihrer Komponenten und neue Ansätze der multivariater Datenanalyse wollen wir mehr Informationen zugänglich machen. Um auf Nano-Ebene die chemische Zusammensetzung von kleinsten Oberflächen und Grenzflächen zu entschlüsseln, werden wir Tip-enhanced Raman-Spektroskopie (TERS) anwenden. Mit diesen anspruchsvollen in-situ Ansätze werden wir 1) die Lignifizierung innerhalb der nativen Zellwand verfolgen und ungelöste Fragen rund um die Lignin Polymerisation angehen 2) die Chemie und Struktur der Tracheiden und Gefäßwände auf Mikro-und Nano-Ebene und etwaige Auswirkungen auf die hydraulischen und mechanischen Eigenschaften aufklären 3) die Mikrochemie und Nanostruktur von Cuticula und Periderm und ihren Einfluss auf die Barriereeigenschaften entschlüsseln und 4) beantworten ob Trockenstress sich auch auf der Mikroebene und Nanoebene widerspiegelt. Neue Einblicke in die Variabilität, Verteilung und Zusammensetzung der Pflanzenpolymere und den Einfluss von Trockenstress werden gewonnen und wichtige Struktur-Funktions-Beziehungen aufgeklärt. usw.

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