{"id":101667,"date":"2021-12-06T15:40:35","date_gmt":"2021-12-06T14:40:35","guid":{"rendered":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/?p=101667"},"modified":"2021-12-07T16:04:13","modified_gmt":"2021-12-07T15:04:13","slug":"mikrobielles-upcycling-eine-losung-fur-die-verwertung-von-mulchfolien","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/mikrobielles-upcycling-eine-losung-fur-die-verwertung-von-mulchfolien\/","title":{"rendered":"Mikrobielles Upcycling \u2013 Eine L\u00f6sung f\u00fcr die Verwertung von Mulchfolien?"},"content":{"rendered":"\n\n\n
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Die deutsche Landwirtschaft verbraucht j\u00e4hrlich rund 1,1 Millionen Tonnen Kunststoff und verantwortet somit einen Anteil von 4,7 % des deutschen Gesamtverbrauchs (23,6 Millionen Tonnen) (Fraunhofer Umsicht, 2021). Eine vom NABU in Auftrag gegebene Studie sch\u00e4tzt die durch landwirtschaftliche Aktivit\u00e4ten verursachten Kunststoffemissionen in B\u00f6den auf 3.635 Tonnen pro Jahr. Zwar liegen f\u00fcr den deutschen Raum derzeit keine Ver\u00f6ffentlichungen zum Thema einer detaillierten Aufschl\u00fcsselung der Agrarkunststoffe nach Anwendungsbereich vor, jedoch existieren auf europ\u00e4ischer Ebene Daten zur Herkunft von Kunststoffabf\u00e4llen im landwirtschaftlichen Sektor. Demnach verursacht die Pflanzenproduktion ein Volumen von 357.000 Tonnen, u. a. durch Mulchfolien, Pflanzenschutznetze oder Teile aus Bew\u00e4sserungssystemen.<\/strong><\/p>\n\n\n\n

Besonders Mulchfolien stellen eine gro\u00dfe Herausforderung dar. Diese finden gro\u00dffl\u00e4chigen Einsatz in unmittelbarer Bodenn\u00e4he, um Kulturpflanzen wie z. B. Zucchini, K\u00fcrbis, Erdbeeren oder Spargel vor Witterung, Unkraut- oder Sch\u00e4dlingsbefall zu sch\u00fctzen. Mulchfolien bieten der Landwirtschaft zahlreiche Vorteile. Sie verhindern u. a. das Austrocknen der B\u00f6den und bewahren auf diesem Wege eine lockere Bodenstruktur. Gleichzeitig steigern sie die Bodentemperatur. Auf diese Weise f\u00f6rdern sie aktiv das Wachstum der Jungpflanzen und verl\u00e4ngern die Ernteperiode. Dennoch bergen die Folien die Gefahr, dass Folienreste auf den \u00c4ckern verbleiben. Dies erfolgt beispielsweise durch Witterungseinfl\u00fcsse oder nicht fachgerechte R\u00e4umung. Die Praxis verf\u00fcgt derzeit \u00fcber keine etablierten Methoden zur Messung von Kunststoffemissionen in \u00d6kosystemen und B\u00f6den. Zuverl\u00e4ssige Aussagen \u00fcber die Umweltwirkungen verbleibender Folienreste in B\u00f6den gestalten sich somit schwierig.<\/p>\n\n\n\n


Das iMulch-Projekt \u2013 Ein Pr\u00fcfstand zur Messung von Mikro- und Makroplastik im \u00d6kosystem Boden<\/h3>\n\n\n\n


Um diesen Missstand zu beseitigen, entwickeln die Wissenschaftler und Wissenschaftlerinnen des iMulch-Projekts (www.imulch.eu) derzeit einen Pr\u00fcfstand mit neun Kriterien, der die Messung von Kunststoffemissionen (Mikro- und Makroplastik) in B\u00f6den und Drainagew\u00e4ssern erm\u00f6glicht. Das Forschungsprojekt untersucht hierbei sowohl erd\u00f6lbasierte Folien (PE) als auch biologisch abbaubare Folien (PBAT-PLA). Zu den untersuchten Kriterien z\u00e4hlen die Verfrachtung, Alterung, Ad- und Desorptionsprozesse sowie die \u00f6kotoxikologischen Umwelteinwirkungen. Eine Betrachtung der Vor- und Nachteile beider Folien (erd\u00f6lbasiert vs. bioabbaubar) aus \u00f6kobilanzieller Perspektive erg\u00e4nzt die Betrachtung. Die Tests finden sowohl im Labor als auch im Freiland statt. Auf Grundlage der ermittelten Ergebnisse wollen die Wissenschaftler und Wissenschaftlerinnen effektive Vermeidungs- und Substitutionsstrategien zur Reduzierung von Folienfragmenten aus Kunststoffen in der Umwelt ableiten.<\/p>\n\n\n\n


Mikrobielles Upcycling \u2013 Ein Weg den recyclingf\u00e4higen Anteil von Mulchfolien zu erh\u00f6hen<\/h3>\n\n\n\n


Das iMulch-Projekt besch\u00e4ftigt sich zudem mit dem sogenannten \u201eUpcycling\u201c von Mulchfolien durch Bakterien. Zu diesem Thema forscht derzeit das Institut f\u00fcr angewandte Mikrobiologie der RWTH Aachen. Hierbei suchen die Forschenden nach Mikroorganismen, welche in der Lage sind, Kunststoff-Molek\u00fcle aufzunehmen und im Rahmen von Stoffwechselprozessen umzuwandeln. Zu diesem Zweck isolierten sie aus Bodenproben unterschiedlich bewirtschafteter landwirtschaftlicher Fl\u00e4chen Mikroorganismen. Diese sind potenziell in der Lage, Kunststoff-Molek\u00fcle zu verstoffwechseln. Die praktische Umsetzung erfolgt durch eine Kultivierung der Organismen in festen und fl\u00fcssigen N\u00e4hrmedien, welche Kunststoff-Molek\u00fcle als einzige Kohlenstoffquelle enthalten. Zur Quantifizierung der Wachstums- und Abbauleistung der isolierten Mikroben dienen Abbau- und Wachstumsversuche. Das Ziel besteht darin, geeignete Mikroben oder Stoffwechselwege f\u00fcr m\u00f6gliche biotechnologische Anwendungen, u.a. zum Plastikrecycling, zu entdecken. Mithilfe der aus Kunststoff-Molek\u00fclen gewonnenen Energie k\u00f6nnen die Mikroorganismen Molek\u00fcle von industriellem Interesse produzieren, beispielsweise das Biopolymer PHA. Die Molek\u00fcle sollen der Wertsch\u00f6pfungskette anschlie\u00dfend wieder zugef\u00fchrt werden und somit den recyclingf\u00e4higen Folienanteil steigern.<\/p>\n\n\n\n


Da die Mikroorganismen die gew\u00fcnschte Stoffwechselleistung auf nat\u00fcrliche Weise nicht ausreichend umsetzen, ist oft eine Optimierung notwendig. Ein im Rahmen von iMulch aus Bodenproben isolierter Mikroorganismus \u2013 Cupriavidus necator \u2013 zeigte unterschiedlich gutes Wachstum auf den verschiedenen PBAT-Monomeren. Eine m\u00f6gliche Strategie zur Optimierung der vorhandene Wachstumsleistung auf den Kunststoff-Monomeren, bildet die sogenannte Adaptive Laborevolution. Diese gerichtete Evolution wird durch die kurzen Generationszeiten der Mikroben erm\u00f6glicht: So vermehren sich die Mikroorganismen durch Zellteilung innerhalb nur weniger Stunden. Durch eine Selektion derjenigen Organismen, die eine Anpassung ihres Stoffwechsels auf das neue Substrat Kunststoff-Monomer erfolgreich umgesetzt haben, findet eine nat\u00fcrliche Optimierung der Stoffwechselwege statt. Die Verstoffwechselung der PBAT-Monomere durch Cupriavidus necator konnte durch diese Methode signifikant gesteigert und eine anschlie\u00dfende Umwandlung zum Biopolymer PHA erfolgreich demonstriert werden. Dieses mikrobielle Upcycling, also die stoffliche Nutzung der Mulchfolien, kann zu einer verbesserten \u00d6kobilanz der Folien beitragen.<\/p>\n\n\n\n

Das Projekt iMulch wird mit Mitteln aus dem Europ\u00e4ischen Fond f\u00fcr regionale Entwicklung (EFRE) \u201eInvestitionen in Wachstum und Besch\u00e4ftigung gef\u00f6rdert\u201c. http:\/\/imulch.eu\/<\/a><\/p>\n\n\n\n

Referenz: J. Bertling, T. Zimmermann, l. R\u00f6dig (2021): Kunststoffe in der Umwelt: Emissionen in landwirtschaftlich genutzten B\u00f6den. Eine Studie des Fraunhofer-Institut f\u00fcr Umwelt-; Sicherheit- und Energietechnik UMSICHT und \u00d6kopol \u2013 Institut F\u00fcr \u00d6kologie und Politik GmbH. Verf\u00fcgbar unter: www.umsicht.fraunhofer.de\/content\/dam\/umsicht\/de\/dokumente\/publikationen\/2021\/umsicht-studie-plastikemissionen-landwirtschaft.pdf<\/a>
R. Wei, T. Tiso, J. Bertling, K. O\u2019Connor, L. M. Blank, U. T. Bornscheuer (2020): Possibilities and limitations of biotechnological plastic degradation and recycling. Nature Catalysis 3, 867-871.
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