Pflanzen
Popcorn, Brennnesseljauche, Einweggeschirr und Biogas haben eines gemeinsam: Ihr Ursprung sind Pflanzen. Seit jeher spielen Pflanzen für den Menschen eine besondere Rolle. Sie ernähren uns, versorgen uns mit Sauerstoff, wir nutzen sie als Heilmittel, bauen Möbel aus ihnen und verbrennen sie, um Wärme zu erzeugen. Pflanzen liefern uns Textilfasern, Biokunststoffe, Kosmetikrohstoffe; sie sind für uns Stromquelle, Luftfilter und Schattenspender. Über Jahrtausende wurden diverse Pflanzen durch Zucht so verändert, dass wir sie vielfältig nutzen können. Der Klimawandel und unser hoher Ressourcenverbrauch stellen große Herausforderungen dar, robuste Pflanzen zu züchten, die unseren Anforderungen genügen. Welchen Beitrag können „Alte Bekannte“ leisten, dem zu begegnen?

Alte Bekannte – Pflanzen
Alltägliche oder in Vergessenheit geratene Dinge schaffen den Einstieg in die Vielfalt der Bioökonomie.

Brennnesseljauche

Eine selbst angesetzte Brennnesseljauche enthält Stickstoff und Kalium. Brennnesseln werden dazu mit Wasser vermischt und vergoren. Für viele Pflanzen ist Brennnesseljauche ein guter Dünger, denn sie liefert ihnen Nährstoffe, die sie zum Wachsen und Ausbilden von Früchten benötigen. Brennnesseljauche kann zudem als mildes Pflanzenschutzmittel gegen Schädlinge wirken.

Popcorn

Nur die Maissorte „Zea mays convar“ lässt sich durch Hitzeeinwirkung zu Popcorn puffen. Das Maiskorn besteht aus stärkehaltigem Speichergewebe, welches eine harte Schale und einen weichen Kern hat. Wird Popcornmais erhitzt, ändern die Wassermoleküle im Inneren ihren Zustand von flüssig zu gasförmig. Der entstandene Wasserdampf dehnt sich aus und bringt die Schale zum Platzen. Parallel verflüssigt sich die Stärke aus dem Kerninneren und dehnt sich während des Puffvorgangs aus. Anschließend kühlt es aus und erstarrt in einer willkürlich angenommen Form.

Verpackungschips

Verpackungschips aus Maisstärke sind aus nachwachsenden Rohstoffen. Maisanbau verursacht jedoch durch Düngung sehr viel CO2 und macht in Monokulturen Boden unfruchtbar und wasserundurchlässig. Mais-Verpackungschips können im Biomüll mit anderen Pflanzenresten zusammen entsorgt oder in Wasser aufgelöst werden. Das Wasser kann anschließend in den Abfluss geschüttet werden.

Hanf

Hanf ist eine uralte, robuste Nutzpflanze, die zur Gewinnung von Fasern und Baustoffen
sowie als Nahrungsmittelquelle verwendet werden kann. Hanffasern sind Fasern aus dem Bast der Hanfpflanze. Die Fasern der Nutzhanfsorten werden als Faserwerkstoff für unterschiedliche Anwendungen genutzt. Die ältesten Nachweise für eine Verwendung der Hanffasern reichen dabei bis ca. 2800 v. Chr. zurück.

Kleister

Kleister ist ein Klebstoff auf Basis von Stärke, Zelluloseethern und Wasser. Die chemische Struktur der Zellulose im Kleister kommt so in der Natur nicht vor. Pflanzliche Zellulose, zum Beispiel von Baumwolle, wird dafür mit Hilfe von Methylchlorid verändert.

Pfropfen

Eine klassische Methode der Pflanzenveredelung ist das Pfropfen. Junge, abgeschnittene Triebe einer bestimmten Sorte werden auf eine ausgewählte Unterlage gepfropft. Dadurch können Erträge erhöht werden oder bestimmte Eigenschaften erzielt werden. Dies findet Anwendung im Obst- und Gemüsebau sowie in der Pflanzenzucht. Ein moderner Ansatz der Pflanzenzüchtung kombiniert Gentechnik mit dieser alten Zuchtform.

Schafgarbe

Die Schafgarbe ist ein heimisches Heilkraut. Eingesetzt wird sie häufig bei Magenschmerzen und findet sich in etlichen Teemischungen. Aus den Blüten, den Blättern sowie den Trieben der Pflanze kann man ebenfalls Öle, Salben oder Tinkturen herstellen. Sie ist fester Bestandteil jedes Bauern- oder Klostergartens.

Ampfer

Der stumpfblättrige Ampfer ist eine Pflanzenart welche als Überdüngungs- und Störzeiger auf Weiden und Wiesen gilt. Die Pflanze ist weit verbreitet und wegen ihres hohen Oxalsäuregehalts nur in geringen Mengen verträglich. Gegart kann sie als Spinatersatz genutzt werden. Die getrockneten Samen können als Gewürz genutzt werden. Ampfer wird auch als Arznei eingesetzt.

Birke

Die Birke hat blutreinigende und harntreibende Eigenschaften, als Saft ist die Pflanze besonders wirksam. Die Knospen und Blätter der Pflanze haben einen hohen Vitamin-C-Gehalt und können als Zutaten für Mahlzeiten verwendet werden. Getrocknete und zerkleinerte Birkenblätter dienen als Salzersatz. Reiner Birkenzucker ist eine gesunde Alternative für Haushaltszucker. Er enthält weniger Kalorien, greift die Zähne nicht an und ist für Diabetiker geeignet. Jedoch kann er bei erhöhtem Konsum abführend wirken.

Giersch

Der Giersch ist in den meisten Gärten nicht willkommen, da er sich sehr schnell verbreitet und als Unkraut angesehen wird. Die frischen und jungen Gierschblätter sind sehr vitaminreich und können wie Spinat zubereitet werden. Die jungen Blätter lassen sich auch in Salaten oder als Gewürz für Kräutersalze oder Butter verarbeiten. Als Heilpflanze wird es gegen Gicht und Rheuma eingesetzt. Häufig findet der Giersch Anwendung in Frühjahreskuren, da er als blutreinigend und entgiftend gilt.

Brennnessel

Die Brennnessel ist eine weit verbreitete Pflanze. Sie erschließt Brachflächen und wächst oft flächendeckend. Sie gilt als Zeigerpflanze für stickstoffreiche Böden. Sie ist sehr vielseitig einsetzbar und hat eine lange Tradition. Beispielsweise wurden aus ihren Stängeln Fasern zur Textilherstellung gewonnen. Sie ist sehr Vitamin C reich und kann wie Spinat zubereitet werden. Ihre Samen können als Gewürz eingesetzt werden und mit der gesamten Pflanze kann man Textilien färben. Ihre harntreibende Wirkung wird bei Blasenleiden eingesetzt und oft in Frühjahreskuren zur Durchspülung genutzt.

Heidekraut

Das Heidekraut ist Anzeigerpflanze für sauren Boden. Heidelandschaften entstanden aus gerodeten und landwirtschaftlich genutzten, ausgelaugten, versauerten Flächen. Es wird von Heidschnucken, einer Schafrasse aus Norddeutschland, gefressen. Sie fressen die Sprösslinge und Kräuter der Pflanze und verhindern das Zuwachsen der Heide und somit auch das Ersticken der Pflanze. Heidschnucken wählen täglich neue Strecken durch die Heide, so wird diese mit ihrem Kot nicht überdüngt.

Lupine

Die Lupine kann als Gründünger eingesetzt werden, wird aber ebenfalls als Nahrungsmittel genutzt. Durch eine Symbiose mit Knöllchenbakterien reichert sie den Boden mit Stickstoff an. Durch ihre kräftigen Wurzeln werden verdichtete Böden durchlüftet und gelockert. Beispielsweise als Viehfutter eingesetzt, kann sie eine lokal angebaute Alternative zu Soja sein, da sie sehr eiweißhaltig ist.

Herbarium

Ein Herbarium ist eine Sammlung konservierter Pflanzen. Nachdem die Pflanzenart bestimmt wurde, wird ein Exemplar vorsichtig gepresst und getrocknet. Alle Pflanzenteile müssen zu sehen sein. Die getrocknete Pflanze wird auf ein Blatt geheftet und mit dem Namen der Art, dem Fundort und weiteren Angaben versehen. Es kann zum Bestimmen oder Vergleichen von Pflanzen genutzt werden.

Grundlagen – Pflanzen
Basiswissen zum Themengebiet Pflanzen.

Zucht

Die Pflanzenzucht reicht von uralten Zuchtmethoden hin zu hochmodernen Verfahren wie Gentechnik. Sie wird genutzt, um bestimmte Eigenschaften einer Pflanze zu fördern und/oder zu unterdrücken. Es können beispielweise optische Eigenschaften, Resistenzen oder Ertragreichtum gefördert werden.

Hybridsaatgut

Hybridsaatgut ist heutzutage ein fester Bestandteil der Landwirtschaft. Es sorgt für hohe Erträge und Krankheitsresistenzen lassen sich in kurzer Zeit in Pflanzen einzukreuzen. Für Hybridsaatgut werden Inzuchtlinien miteinander gekreuzt. Die daraus entstehende F1 Generation ist leistungsfähiger und die Eigenschaften der Eltergeneration werden kombiniert. Ab der nächsten Generation ist der Effekt wieder verloren. Es kann also nicht weitergezüchtet werden, neues Saatgut muss gekauft werden.

Samenfestes Saatgut

Samenfestes Saatgut kann in immer weiteren Pflanzengenerationen gezüchtet werden. Je diverser die Umgebungen der Elterpflanzen sind, desto robuster wird das neue Saatgut. Samenfestes Saatgut wächst meist nicht gleichmäßig. Gemüse kann oder muss über einen längeren Zeitraum geerntet werden.

Pilliertes Saatgut

Beize wird genutzt, um Saatgut vor Krankheiten und Schädlingen zu schützen. Bereits 450 v.Chr. wurde dafür Lauchsaft verwendet. Durch den Einsatz bei Samen können die Wirkstoffe im Wachstumsprozess in neue Pflanzenteile transportiert werden. Gebeiztes Saatgut wird oft gefärbt, um eine Verwechslung mit Futter oder Lebensmittel zu vermeiden. Pilliertes Saatgut hat eine Hülle aus Beize und Dünger und erhält so ein einheitliches Gewicht und eine einheitliche Größe. Dies hilft z.B. bei der Einzelkornsaat von Zuckerrüben. Da die Pillierung Kunststoffe enthalten kann, gelangt dadurch Mikroplastik in die Umwelt.

Umwelteinflüsse

Verschiedene Umweltbedingungen wirken sich auf die Pflanzengesundheit und das Pflanzenwachstum aus. Die drei Buntnesseln wurden unterschiedlichen Bedingungen ausgesetzt: Die vordere rechte ist gut versorgt, die hintere rechte bekommt keine Nährstoffe und die linke leidet an Wassermangel und zu hoher Hitze. Der Klimawandel kann für Pflanzen in ihrer eigentlichen Wachstumszone eine zu hohe Hitze, Wasser- und Nährstoffmangel mit sich bringen. Viele Pflanzen können dem auf Dauer nicht stand halten.

Ausgangsorganismen – Pflanzen
(Verarbeitete) Lebewesen, die Stoffwechsel betreiben und in der Bioökonomie relevant sind.

Russischer Löwenzahn

Der Russische Löwenzahn ist eine krautige Pflanze, die ursprünglich aus Kasachstan und dem westlichen Xingjing stammt. Er wird in großen Plantagen angebaut, da seine Wurzeln als Kautschukquelle genutzt werden. Der in den Wurzeln enthaltene Naturkautschuk wurde sozusagen wiederentdeckt. Schon die Sowjetunion forschte an dem Material, was allerdings nach dem 2. Weltkrieg in Vergessenheit geriet. Heute wird wieder intensiv an dem Material geforscht.

Rizinus

Rizinusöl lässt sich unter anderem als Rohstoff für Bindemittel in der Technik einsetzten, außerdem wird es in der Kosmetik und der Pharmazie genutzt. In der Naturheilkunde wird es als Abführmittel eingenommen. Die Pflanze ist im Mittelmeerraum heimisch und stammt ursprünglich aus tropischen Gebieten. Der Rizinus ist eine krautige Pflanze und wird auch Wunderbaum genannt.

Mais

Schon vor etwa 6000 Jahren begann die Zucht von Urmais. Dies stellte die Grundlage für das heutige Gemüse. Aus einem kleinen Gras wurde über Jahrhunderte eine ertragreiche Nutzpflanze. Mais gilt als eine der wichtigsten Nutzpflanzen weltweit. Die in der Pflanze enthaltene Stärke wird vielfältig in der Lebensmittelindustrie eingesetzt aber auch für technische Verfahren genutzt. In Deutschland wird Mais auch häufig für die Biogasgewinnung angebaut. Mais-Monokulturen wirken sich negativ auf die Artenvielfalt aus.

Lupinenkerne

Die Lupine gehört zu den Hülsenfrüchten. Ursprünglich kommt sie aus Nordamerika, doch heute ist sie ebenfalls in Europa heimisch. Sie ist eine eiweißreiche Pflanze mit bodenverbessernden Eigenschaften. Lupine wird eingesetzt als Gründünger, Nahrungsmittel oder Viehfutter.

Kartoffeln

Kartoffeln haben ihren Ursprung in den Anden Südamerikas. Heute gibt es weltweit rund 5000 Kartoffelsorten. Die deutschen Hauptanbaugebiete sind Niedersachen, NRW und Bayern. Die Kartoffel ist eines der wichtigsten Nahrungsmittel der Welt, daneben aber auch Futtermittel und Industrierohstoff.

Olivenölproduktion

Der Olivenbaum wird seit dem 4. Jahrtausend v. Chr. als Nutzpflanze kultiviert. Nach dem Pressen von Öl aus Oliven bleibt Oliventrester zurück. Dieses wird unter anderem zum Düngen von Pflanzen, als Pilzzuchtsubstrat, als Futtermittel oder als Ausgangsstoff für Grillkohle eingesetzt.

Stroh

Stroh sind ausgedroschene und trockene Halme und Blätter, meist von den Getreidearten wie Weizen, Gerste, Roggen oder Hafer. Es wird beispielsweise als Tiereinstreu, Dämmstoff und zum Flechten von Körben verwendet.

Elefantengras

Das Napiergras, auch Elefantengras, wächst im tropischen Grasland Afrikas, der Ursprung liegt in Simbabwe. Es wird beispielsweise zur Gewinnung von Biotreibstoffen oder als Dämmmaterial verwendet.

Anwendungen – Pflanzen
Produkte, Materialien und Forschungsgebiete der Bioökonomie.

Modifizierte Stärke

Modifizierte Stärke ist ein Kohlenhydrat und ein Lebensmittelzusatzstoff. Sie wird aus Weizen, Mais und Kartoffeln gewonnen. Durch chemische Umwandlungsprozesse ändern sich Eigenschaften der natürlichen Stärke, so dass sie technische Anforderungen erfüllt. Sie ist in sehr viele Lebensmitteln enthalten und dient unter anderem als Bindemittel. Als Zusatzstoff muss sie in den Inhaltsangaben aufgeführt sein.

Tiefkühltorte

Durch die Nutzung von modifizierter Stärke aus Weizen, Mais oder Kartoffeln erhält eine Tiefkühltorte ein besseres Gefrier- und Auftauverhalten. Modifizierte Stärken sind durch physikalische, enzymatische oder chemische Verfahren gewonnene Stärke-Erzeugnisse, die erhöhten technischen Anforderungen gerecht werden. Die Kornstruktur und andere wesentliche Eigenschaften bleiben nach der Modifikation erhalten.

Biokunststoffe

Biobasierte Kunststoffe sind Kunststoffe, die vollständig oder anteilig aus nachwachsenden Rohstoffen bestehen. Meist werden aus pflanzlicher Biomasse gewonnene Stoffe wie Stärke, Zellulose oder Zucker zur Herstellung genutzt. Manche Biokunststoffe sind biologisch abbaubar. Sie sind aber nicht per se darauf angelegt, sind manchmal sogar chemisch identisch zu fossilen Kunststoffen und sind dann auch entsprechend recyclingfähig, weil sie den Stoffstrom nicht verunreinigen.

Lupinenlebensmittel

Lupinensamen enthalten wertvolles pflanzliches Eiweiß. Sie können als Nahrungsmittel für Mensch und Tier eingesetzt werden, da man die enthaltenen Bitter- und Giftstoffe heraus züchten konnte. Lupinen können lokal Angebaut werden und sind eine gute pflanzliche Proteinquelle, z.B. für Vegetarier. Der Anbau von Lupinen wirkt sich auch positiv auf den Boden aus, da sie in Symbiose mit Knöllchenbakterien Stickstoff in den Boden einträgt und ihn durch ihr starkes Wurzelwerk auflockern.

Windeln

Bei herkömmlichen Windeln verwandelt ein erdölbasiertes Granulat Flüssigkeiten in Gel. Das Sauggranulat der Fairwindel besteht aus einem Gemisch aus Zellulose und Stärke, die aus nachhaltiger Waldwirtschaft und Mais gewonnen werden. Bisher ist die Fairwindel zu 83% biologisch abbaubar. Ziel der Entwickler*innen ist, 100 % zu erreichen, um die Windeln auf dem heimischen Kompost oder durch die Biomüllabfuhr verwerten zu können. Das Unternehmen hinter Fairwindel achtet darauf, Rohmaterialien möglichst lokal zu beziehen und dabei nicht in Konkurrenz zur Nahrungsmittelproduktion zu treten. Für die Windelproduktion werden ausschließlich erneuerbare Energien von Sonne, Wind und Wasser eingesetzt.

Biogas
Biogas entsteht durch die Vergärung von Biomasse wie Energiepflanzen z.B. Mais, Gülle oder Bioabfall. Es wird zur Energieerzeugung genutzt. Ursprünglich gedacht war das Verfahren dafür, große Mengen an organischen Abfällen in der Landwirtschaft in Energie umzuwandeln. Heutzutage werden aber auch Agrarflächen ausschließlich für die Biogasproduktion beispielsweise mit Mais bewirtschaftet, was zu Boden- und Artenverlust beiträgt.
Verbundwerkstoff

In Autos, Flugzeugen und Raumfahrt werden glasfaserverstärkte Kunststoffe (GfK) eingesetzt. Glasfasern werden dafür mit Kunstharzen verbunden. GfKs sind nicht recyclebar. Jährlich fallen ca. 250.000 t an GfK-Müll an. Diesem Problem stellt sich PURCELL, das von den Deutschen Instituten für Textil- und Faserforschung (ITCF) Denkendorf entwickelt wird. PURCELL besteht zu 100% aus nachwachsender Zellulose, ist sortenrein und kann daher recycelt werden. Genau wie GfKs soll PURCELL ein geringes Gewicht, hohe Festigkeit, Korrosions- und Chemikalienbeständigkeit aufweisen, sowie elektrisch isolierend und leicht zu verarbeiten sein.

Faserplatte

Bioflexi besteht aus bis zu 90% Weizen-, Mais-, Reis-, Hafer-, Gersten- oder Roggenstroh, das bei der Getreideernte abfällt. Ein umweltfreundlicher elastischer Kunststoff wird als Bindemittel benutzt. Am Ende der Lebensdauer kann die hochverdichtete Faserplatte entweder recycelt oder kompostiert werden. Bioflexi ist hochflexibel und kann freigeformt und mit Furnierschichten fixiert werden. Die Faserplatte ist auch für flache Anwendungen geeignet, beispielsweise findet sie als Fußboden für Sporthallen Verwendung. Bioflexi wurde von der Abteilung für Biobasierte Materialien und Stoffkreisläufe in der Architektur (BioMat) an der Uni Stuttgart entwickelt.

Zahnpflegeprodukte

Die TIO Zahnbürste besteht aus nachwachsenden Biokunststoffen die unter anderem aus Zuckerrohr gewonnen werden. Die austauschbaren Steckköpfe reduzieren Abfall, genauso wie die Verpackung: nach dem Auspacken wird sie zu einer Reisehülle. Die Zahnseide ist aus veganem Bio-Nylon aus Rizinusöl.

Grillkohle

Grillkohle kann aus Tropenholz gefertigt werden. Die Herkunft ist meist nicht transparent. Zur Herstellung von OlioBric Grillbriketts werden deshalb Reste der Olivenölproduktion genutzt: Oliventrester.

Löwenzahnkautschuk

Aus dem Saft des russischen Löwenzahns kann eine Alternative für Naturkautschuk gewonnen werden, der sonst in großen Kautschukplantagen in den Tropen angebaut wird. Löwenzahn wächst auch in Deutschland. Der Löwenzahnkautschuk Taraxagum wurde von der WWU Münster und Continental entwickelt. Auf dem Markt sind daraus Auto- und Fahrradreifen erhältlich.

Apfelsorten

In den USA wurden durch genetische Veränderung von Äpfeln Sorten entwickelt, welche nach dem Aufschneiden nicht braun werden. Es soll so eine längere Frische und Haltbarkeit generiert werden. Es werden immer neue Sorten entwickelt, ob mit genetischen Verfahren oder klassischen Zuchtmethoden. In den letzten Jahren finden alte Apfelsorten auch neue Beachtung.

Putzträgermatte

ISOCALM ist ein öko-soziales Entwicklungshilfe-Projekt in Gambia, Westafrika. Es erzeugt mit bislang ungenutztem nachwachsendem Napiergrass einen hochwertigen Baustoff mit Mehrfachnutzen: 1. eine biologische Isolierplatte, die ein gesundes Wohnklima schafft. 2. nachhaltige Arbeitsplätze, die der Migration entgegenwirken. 3. Einem der ärmsten Länder der Welt Exportmöglichkeiten und 4. Förderung sozialer Projekte.

CRISPR/Cas

Mit CRISPR/Cas (auch Genschere) wird an einem vorgegebenen DNA-Abschnitt eine Mutation herbeigeführt. Diese könnte theoretisch so auch in der Natur vorkommen. Da es im Vergleich zu anderen Technologien einfach und günstig ist, gilt CRISPR/Cas als Chance für Demokratisierung von Gentechnologie. Die Entdeckerinnen Emmanuelle Charpentier und Jennifer Doudna erhielten 2020 den Nobelpreis für Chemie.

Rootsystem

Das Wurzelsystem mit seinen verborgenen, unterirdischen Prozessen hat die bildende Künstlerin Diana Scherer in seinen Bann gezogen. Ihr Langzeitprojekt Exercises in Rootsystem Domestication (Übungen zur Wurzeldomestikation) entstand als Kunstprojekt mit einem intuitiven Ansatz und hat sich auch zu einer innovativen Materialforschung entwickelt.

Drohnen

Fast jeder zehnte Landwirt in Deutschland verwendet heute Drohnen. Sie werden in der Landwirtschaft eingesetzt, um den Zustand von Pflanzen und Böden zu analysieren, gezielt Pflanzenschutzmittel zu verteilen und Rehkitze zu lokalisieren, bevor sie einem Mähdrescher zum Opfer fallen.

Weiterführende Quellen und Hersteller*innen