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Entwicklung von Biomasse-Sonnenblumen

Seit Inkrafttreten des 'Erneuerbaren Energie Gesetzes' im Jahr 2000 hat die Erzeugung und Nutzung von Biogas erheblich zugenommen. In zunehmendem Maße werden als Gärsubstrate Nachwachsende Rohstoffe eingesetzt. Verwendet werden hierbei Pflanzenarten bzw. Fruchtfolgen, die einen möglichst großen Trockenmasseertrag liefern. In einer Energiepflanzenfruchtfolge wäre die Stellung der Sonnenblume nach einer früh geernteten Winterung (z. B. Roggen-Ganzpflanzensilage) sinnvoll. Mit diesem Projekt soll geklärt werden, ob es möglich ist, Sonnenblumen zu konkurrenzfähigen Biomassepflanzen zu entwickeln.

Langzeittrends für Trifluoressigsäure in terrestrischen Umweltproben: Untersuchung von Pflanzenproben der Umweltprobenbank des Bundes (UPB) auf Trifluoressigsäure

Dieser Bericht beschreibt die Gehalte und zeitliche Entwicklungen der persistenten und mobilen Substanz Trifluoracetat (TFA), dem Anion der Trifluoressigsäure, in archivierten pflanzlichen Proben der Umweltprobenbank des Bundes. Die erhobenen Zeitreihen der TFA-Gehalte umfassen den Zeitraum von 1989 bis 2020. Der Bericht beschreibt zudem die analytische Methode zur Quantifizierung von TFA in den untersuchten pflanzlichen Matrices und gibt Angaben zur Methodenperformance. Die TFA-Gehalte untersuchter Blatt- und Nadelproben bewegten sich überwiegend im zwei- bis dreistelligen ÎÌg/kg-Bereich (bezogen auf das Trockengewicht). Proben unterschiedlicher Standorte derselben Baumart lagen jeweils in einem ähnlichen Konzentrationsbereich. Die höchsten TFA-Gehalte (bis zu ca. 1000 ÎÌg/kg Trockengewicht) wurde in Proben der Pyramidenpappel gefunden. Für beide Standorte der Pyramidenpappel und für drei der vier untersuchten Standorte der Rotbuche konnte ein statistisch signifikanter Anstieg der TFA-Gehalte innerhalb des Untersuchungszeitraums festgestellt werden. Die Ergebnisse der Nadelproben deuten ebenfalls auf einen Anstieg der TFA-Gehalte hin, wenngleich für diese, aufgrund der geringen Anzahl von Proben, keine statistische Trendbetrachtung möglich war.

IBÖ-08: BiofoYL - Biobasierte und biologisch abbaubare Folien aus Biomasse der Hefe Yarrowia Lipolytica

MOOSzucht: Züchtung und Massenvermehrung von Torfmoosen zur industriellen Produktion eines nachwachsenden Substratausgangsstoffes für den Gartenbau, Teilvorhaben 1: Selektion hochproduktiver Wild-Proveniencen, Saatgut-Produktion im Gewächshaus sowie Feldtests

Die Verwendung von fossilem Torf für Substrate im Erwerbsgartenbau trägt substantiell zur Klimaerwärmung bei (CO2-Emission), führt zu Verlusten an Biodiversität und anderen Moor-Ökosystemdienstleistungen sowie an landwirtschaftlich nutzbarer Fläche. Torfmoos-Biomasse ist die meist versprechende Alternative. Sie kann mit vielfältigen Benefits nachhaltig auf wiedervernässtem, degradiertem Hochmoor kultiviert werden. Diese Paludikultur reduziert CO2-Emissionen, erhält landwirtschaftliche Flächen, erhöht Biodiversität, erhält Arbeitsplätze im ländlichen Raum und stärkt die regionale und nationale Wirtschaft. Die Ziele von 'MOOSzucht' sind Produktivitätssteigerung auf züchterischer Basis, um Torfmoos rentabel anzubauen und massenhafte Vermehrung von Torfmoos als Saatgut für die Umsetzung von Torfmooskultivierung im industriellen Maßstab. Das Teilvorhaben Uni Greifswald zielt auf Selektion hoch-produktiver Torfmoos-Wildformen; Methodenentwicklung für Saatgut-Vermehrung im Gewächshaus sowie Verifizierung der Produktivität selektierter Wild-Provenienzen und Zuchtlinien im Feldbau. Im TV-Greifswald werden 180 Torfmoos-Wildformen (12 Arten / jeweils 5 Provenienzen/ jeweils 3 Mikrostandorte) innerhalb Europas gesammelt, in ein Mutterpflanzenquartier eingepflegt, genetisch charakterisiert (Flowcytometrie, Microsatellite-Assay) und mittels Photosyntheseaktivität-Bestimmung auf Produktivität gescannt. Die 24 produktivsten Torfmoose werden für die Vermehrung im Gewächshaus selektiert und dienen als Ausgangsmaterial für die züchterische Bearbeitung (Smart Sphagnum Breeding = SSB im TV Uni Freiburg) sowie für die Massenvermehrung im Photo-Bioreaktor (in TV Uni Freiburg+KIT). Die Methode zur unsterilen, vegetativen Vermehrung von Torfmoos im Gewächshaus wird optimiert. Im Feldtest wird die Performanz der selektierten Wild-Provenienzen, der gezüchteten Linien und der im Photo-Bioreaktor massenvermehrten Torfmoose bewertet und ihre Produktivität unter zwei verschiedenen Wasserständen mittels Trockenmasse-Bestimmung verifiziert. Der Projektverbund wird von der Universität Greifswald koordiniert.

Biogas im Ökolandbau - Substratbereitstellung nach 2020

In dem beantragten Vorhaben werden Strategien zur Biomasseerzeugung für die Verwertung als Substrat in Biogasanlagen erforscht. Zielsetzung ist eine ertragreiche und ökologisch verträgliche (Bodenschutz, Nährstoffkonservierung und -fixierung, Artenvielfalt) Substratproduktion innerhalb der Fruchtfolgen des Ökolandbaus bei Vermeidung bzw. Reduzierung von Konkurrenzwirkungen zum Nahrungs- oder Futteranbau. Dies wird ab 2020 umso bedeutender, da ab diesem Zeitpunkt der Zukauf von konventionellen Substraten zur Biogaserzeugung verboten wird. Daher sind innovative Anbaukonzepte zur Energiepflanzenerzeugung notwendig, die eine Integration in die bestehenden Fruchtfolgen des Ökologischen Landbaus ermöglichen. Dies belegen zahlreiche Nachfragen aus der landwirtschaftlichen Praxis. In dem beantragten Forschungsprojekt werden dazu drei Verfahren mit mehreren Varianten in einem Feldversuch untersucht werden: I) Intensiver Sommerzwischenfruchtanbau, II) Ganzjähriger Feldfutterbau (Futter- und Biogasnutzung), III) Zwei- bzw. Mehrkulturnutzung (Futter- und Biogasnutzung). Neben dem Trockenmasseertrag sollen der TM-Gehalt, der Futterwert, die Methanausbeute und die N-Dynamik mit der N-Fixierungsleistung von Leguminosen bei allen Varianten untersucht werden.

Algenkat: Verfahrenstechnische Umsetzung des photokatalytischen Aufschlusses von Algenzellwänden, Teilvorhaben 1: Verfahrenstechnische Umsetzung der photokatalytischen Reaktionen

Die Zellwände von Algen lassen sich durch Photokatalyse aufspalten, um Lipide zur weiteren Verarbeitung zu gewinnen. Eine signifikante Effizienzsteigerung liegt in der kostengünstigeren Aufspaltung der Zellen, die eine wirtschaftliche stoffliche Verwertung in vielen Bereichen ermöglichen. Dazu werden photokatalytische Systeme bzw. Reaktoren aufgebaut, in denen Algenzellen unter LED- oder Sonnenlicht und geeigneten Katalysatoren photokatalytisch oxidiert werden. Das Projekt hat das Ziel, die Extraktion von Lipiden über eine Photokatalyse zu validieren. Die Photokatalyse mittels eisenhaltiger Nanopartikel ermöglicht dabei eine Aufkonzentration der Algen ohne Einsatz von Separatoren, einen Aufschluss der Zellen ohne den Einsatz von Lösungsmittel und ein umweltfreundliches Recyceln der Nanopartikel durch den Einsatz eines Magnetfeldes. Das Vorhaben gliedert sich in 4 Arbeitspakete (AP): AP 1: Nanopartikel Geeignete Katalysatoren werden für 3D- und 2D-Photokatalyse formuliert. AP 2: Analytik Es erfolgen eine Verifizierung des Zellaufschlusses und der photokatalytischen Eigenschaften, sowie Nachweise von Nanopartikeln. Weiterhin werden die Photokatalysatoren charakterisiert. AP 3: Photokatalyse Die photokatalytischen Reaktionen werden in 3D- und 2D-Systemen durchgeführt: Bei der Umsetzung in 3D-Systemen werden die katalysatorhaltigen Algendispersionen in einem Photoreaktor mit Licht bestrahlt, um oxidationsfähige Radikale zu erzeugen. In 2D-Systemen werden Photokatalysator-Dünnschichten verwendet. AP 4: Verwertungsplan Eine Erhöhung der Algenkonzentration auf mindestens 15 g/l Trockengewicht ermöglicht eine wirtschaftliche Umsetzung und Verwertung.

Aufbau einer nachhaltigen Wertschöpfungskette für den natürlichen Geschmacksmodulierer Phyllodulcin auf Basis der Kultivierung, Prozessierung und Weiterentwicklung von Teehortensien (Hydrangea macrophylla)

Im Rahmen des Vorhabens soll eine nachhaltige Rohstoffquelle für Phyllodulcin auf der Basis von Anbau und Prozessierung verbesserter Teehortensien-Genotypen etabliert werden. Daraus ergeben sich die folgenden Ziele für das Vorhaben: 1. Ermittlung und Etablierung von nachhaltigen Vermehrungs-, Anbau-, Ernte- und Prozessierungsbedingungen und -verfahren im Freiland und im Gewächshaus für phyllodulcinreiche Hydrangea-Kultivare in Deutschland zur Gewinnung von Phyllodulcin; 2. Schaffung der Grundlage für eine zielgerichtete Züchtung neuer Genotypen mit gesteigertem Phyllodulcin-Gehalt (möglichst stabil über 3, besser 5% der Trockenmasse) und verbessertem Pflanzenwuchs von für den Feldanbau geeigneten neuen Teehortensien-Kultivaren durch gezielte Kreuzung und Identifizierung von genetischen Traits und Markern sowie Identifizierung von Allelen in neuen Genotypen, die zu einer Steigerung des Phyllodulcin-Ertrages führen.

Auswirkung einer Weidedüngung bzw.- behandlung auf den Parasitenbefall von geweideten Schafen (WT Weidedüngung)

Über die Wirkungen einer Kalkdüngung auf die parasitäre Belastung von Weiden wird in der Praxis unterschiedlich diskutiert. Ziel dieser Studie war es, die Auswirkungen einer einmaligen Kalkdüngung bzw. die Auswirkungen eines regelmäßigen Aufbringens von Effektiven Mikroorganismen (EM) auf der Weide auf parasitäre Parameter (Larven pro kg Gras-Trockenmasse, EPG, Anzahl der Parasiten im Labmagen und Dünndarm) und auf die Produktions- (Körpergewicht) und Blutparameter (rote Blutkörperchen, Hämoglobin, Hämatokrit) zu untersuchen. 44 Lämmer wurden in den Jahren 2013 und 2014 vier Gruppen zugeordnet. Jede Gruppe beweidete die zwei Weidekoppeln abwechselnd für jeweils zwei Wochen über eine Dauer von 15 Wochen. Die Weidekoppeln wurden mit Kalk einmalig vor Weidebeginn oder mit EM (zwei Konzentrationen) alle 4 Wochen behandelt. Zwei Weidekoppeln dienten als Kontrolle. Die Erhebung des Körpergewichtes und die Zählung der EPG wurden wöchentlich durchgeführt. Die Anzahl der Larven auf dem Gras wurden am Anfang und am Ende der Weideperiode eines jeden Jahres gezählt. 4 Wochen nach Beginn der Weideperiode wurde ein Aliquot von Lämmern zum Zählen von Parasiten in Labmagen und Dünndarm geschlachtet. Im zweiten Jahr wurden signifikant mehr Larven in der Kalkgruppe gezählt. Es wurden keine Unterschiede im Körpergewicht zwischen den Gruppen festgestellt. Die EPG am Ende des ersten Jahres war viel höher als am Ende im zweiten Jahr. Im zweiten Jahr war die EPG in der Kalkgruppe signifikant höher als in den anderen Gruppen. Die EPG in den EM Gruppen war numerisch immer niedriger als in der Kontrollgruppe. Die Anzahl der Parasiten des Labmagens war in den behandelten Gruppen numerisch niedriger als in der Kontrollgruppe. Der Hämoglobingehalt und der Hämatokrit waren in den EM Gruppen am höchsten, gefolgt von der Kalkgruppe und der Kontrollgruppe. Diese Ergebnisse zeigten, dass Kalk eine Kurzzeitwirkung entfalten konnte, aber unter intensiver Beweidung keine Langzeitwirkungen hatte. Die Behandlungen konnten keinen Einfluss auf die Gewichtsentwicklung erzielen. Die Unterschiede zwischen den beiden EM Gruppen und der Kontrollgruppe in der EPG, Anzahl der Parasiten im Labmagen und der Blutuntersuchungsergebnisse waren teilweise signifikant, sonst numerisch. Unter weniger intensiver Beweidung und gutem Weidemanagement wären noch deutlichere Unterschiede denkbar. Dafür bedarf es aber weiterer Untersuchungen zur Integration, Dauer und Häufigkeit einer EM Anwendung im Rahmen eines Weidemanagements.

Teilprojekt 3, Teilprojekt 2

RePhoR - Projekt p2b (Konzeptphase): Regionales Phosphor-Recycling in der Region Zweibrücken

Phosphor (P) ist ein essentieller und nicht substituierbarer Baustein in allen Lebewesen und wird vor allem als Dünger für eine ertragreiche Landwirtschaft gebraucht. Daher hat die Bundesregierung die Rückgewinnung von Phosphor im Deutschen Ressourceneffizienzprogramm (ProgRessII) als wichtigen Baustein zur Etablierung einer ressourceneffizienten Kreislaufwirtschaft verankert und mit der im Oktober 2017 in Kraft getretenen Novellierung der Klärschlammverordnung die gesetzlichen Rahmenbedingungen geschaffen. Für kommunale Kläranlagen mit einer Ausbaugröße über 50.000 Einwohnerwerten ist demnach ab dem Jahr 2032 die Rückgewinnung von Phosphor grundsätzlich vorgeschrieben. In diesem Zusammenhang wurde ein ganzheitliches Konzept zum regionalen P-Recycling in einer als Beispielregion ausgewählten Region erstellt. Ausgangspunkt des Recyclingkonzeptes ist eine kommunale Kläranlage mit einer Ausbaugröße von 72.000 Einwohnerwerten (GK 4). Das Konzept sieht die großtechnische Umsetzung eines Phosphor-Rückgewinnungsverfahrens auf der Kläranlage vor. Dabei soll das Phosphor-Recycling durch eine thermische Desintegration des Klärschlamms in Verbindung mit einer MAP-Kristallisation (MAP: Magnesium-Ammonium-Phosphat) realisiert werden. Für den an Phosphor abgereicherten Klärschlamm mit einem Phosphorgehalt von weniger als 20 Gramm je Kilogramm Trockenmasse ist eine Zuführung in eine anderweitige Verwertung, insbesondere in der Zementindustrie, vorgesehen. Hinsichtlich der auf der Kläranlage gewonnenen Phosphor-Rezyklate sieht das Konzept eine konsequente regionale Verwertung in der Landwirtschaft, vorzugsweise im Ökolandbau vor. Die Einhaltung der durch die Novelle der Klärschlammverordnung gegebenen gesetzlichen Rahmenbedingungen bezüglich des Phosphor-Recyclings stand bei der Konzepterstellung im Vordergrund.

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