Archiv der Kategorie: Landwirtschaft, Tier- Pflanzenwelt

Mit KI in der Landwirtschaft Wasser sparen

Landwirtschaft, Tier- Pflanzenwelt

(KIT) – Dürre und Wetterschwankungen bedrohen die Landwirtschaft in Deutschland oftmals schon im Frühjahr. Eine wachsende Zahl an Ackerlandwirten bewässert daher künstlich. Doch das Wasser ist begrenzt. Genaue Informationen über den Zustand von Pflanzen und Böden helfen Landwirten dabei, wirkungsvolle Maßnahmen gegen Trockenschäden einzuleiten und gezielter zu bewässern. Das Start-up heliopas.ai aus dem Karlsruher Institut für Technologie (KIT) analysiert Satellitenbilder mit Künstlicher Intelligenz (KI) und bringt präzise Daten über die Lage auf dem Feld auf das Smartphone der Landwirte. Dazu müssen sie lediglich die Smartphone-App „Waterfox“ installieren und ihre Flächen anlegen.

 Bereits zu Beginn dieser Vegetationszeit hat es in Deutschland wieder viel zu wenig geregnet: Mit knapp 17 Litern pro Quadratmeter erreichte der April 2020 kaum ein Drittel seines Solls von 58 Litern – so  meldet es der Deutsche Wetterdienst (DWD) – nur 1881 und 2007 hat es weniger geregnet. Der Dürremonitor des Helmholtz-Zentrums für Umweltforschung (UFZ) zeigt ausgedehnte Regionen mit extremer und teils sogar außergewöhnlicher Dürre. Aufgrund der Dürrejahre 2018 und 2019 ist der Boden zudem bereits bis in 1,80 Meter Tiefe ausgetrocknet.

„Leider ist das kein regionales Problem“, erklärt der Gründer Ingmar Wolff vom Start-up heliopas.ai. Aufgrund der globalen Klimaerwärmung müsse jetzt weltweit mit einer Zunahme von Extremwetterlagen gerechnet werden: „Trockenschäden in der Landwirtschaft, aber auch feuchtigkeitsbedingte Krankheiten sind jedes Jahr für Milliardenschäden verantwortlich und bedrohen die Nahrungsmittelsicherheit von Millionen Menschen.“ Gemeinsam mit seinem Gründerkollegen Benno Avino will er Landwirten dabei helfen, mit der neuen Situation umzugehen. „Wir nutzen Künstliche Intelligenz, um sehr genau zu verstehen, was eigentlich auf dem Feld passiert, wie es den Pflanzen geht und wo eventuelle Probleme entstehen. Diese Erkenntnisse verwenden wir, um Empfehlungen auf das Smartphone des Landwirts zu bringen, damit er optimal reagieren kann“, so Wolff.

Eine App hilft Landwirten beim Wassersparen
Um den Service von heliopas.ai zu nutzen, müssen Landwirte keinerlei Sensoren oder andere Geräte auf ihren Flächen installieren. Die neue Technologie basiert vielmehr auf der Analyse von tagesaktuellen Satellitenbildern, Niederschlagsmengen und weiteren Daten, in denen eine Künstliche Intelligenz dann relevante Parameter wie die Bodenfeuchte, aber auch einen Krankheitsbefall erkennen kann. Für einen benutzerfreundlichen Zugang zu den Daten sorgt die Smartphone-App „Waterfox“, die ab sofort verfügbar ist. „Dank der einfachen und klaren Empfehlungen bewässert der Landwirt dann nur noch, wo es tatsächlich notwendig ist“, sagt Wolff. „So spart er Wasser bei der Bewässerung und Aufwand bei Planung und Koordination seiner Saisonarbeiter.“

WaterFox ist leicht zu benutzen: Der Nutzer legt Felder auf einer Karte in der App an und ist sofort startklar. Kunden können das Produkt aktuell für einen Monat kostenlos testen, anschließend wird die Nutzung hektargenau abgerechnet – auch für kleine Betriebe ist der Service also attraktiv. Zukünftig wird es neben Empfehlungen zur Bewässerung auch Empfehlungen zur punktgenauen Düngung und einem wohldosierten Pflanzenschutz geben. Landwirte steigern so ihren Ertrag, produzieren gesündere Nahrung und schonen die Umwelt.

 

Cyber-Quallen als Hüter der Meere

Landwirtschaft, Tier- Pflanzenwelt

(pte) – Forscher des California Institute of Technology (Caltech) und der Stanford University haben eine bionische Prothese für Quallen entwickelt. Damit vercyberte Nesseltiere schwimmen bis zu drei Mal schneller, ohne dass das ihren Metabolismus belastet. Langfristiges Ziel ist es, die Cyber-Quallen auch zu steuern und mit Sensoren zu bestücken, damit sie Wissenschaftlern Informationen über die unerforschten Weiten des Meeres liefern.

Flotter Pulsieren
Quallen pulsieren, um sich nach dem Rückstoßprinzip fortzubewegen. Typischerweise bringen sie es dabei auf etwa zwei Zentimeter pro Sekunde. Die neue, etwa zwei Zentimeter große Prothese wird mittels hölzernem Stachel am Tier angebracht. Sie dient dazu, mittels elektrischer Impulse das Pulsieren der Quallen zu steuern – ähnlich einem Herzschrittmacher. „Wir konnten zeigen, dass sie sich deutlich schneller bewegen können als üblich, ohne dass ihr Stoffwechsel übergebührlich belastet wird“, sagt Stanford-Doktorandin Nicole Xu.

Auf vier bis sechs Zentimeter pro Sekunde Schwimmgeschwindigkeit bringt es eine Cyber-Qualle. „Das zeigt, dass Quallen ungenutztes Potenzial für schnelleres, effizienteres Schwimmen haben. Sie haben normalerweise nur keinen Grund, das zu tun“, erläutert Xu. Schädlich scheint der Geschwindigkeits-Boost nicht zu sein. Quallen sind dafür bekannt, dass sie bei Stress einen Schleim absondern. Eben das blieb bei den Versuchen aus. Auch Spätfolgen gibt es offenbar nicht. Wurde die Prothese entfernt, sind die Tiere wieder mit normaler Geschwindigkeit geschwommen.

Neue Meeresforscher
Quallen sind für die Wissenschaft interessant, da sie praktisch überall im Meer vorkommen. Daher haben Forscher sie schon als Vorbild für Roboter genommen, die die Ozeane erforschen sollen. „Wir konnten bislang nicht die Eleganz des biologischen Systems einfangen“, meint John Dabiri, Caltech-Professor für Luftfahrt und Maschinentechnik. Das ist mit ein Grund, warum das Team es nun mit Cyber-Quallen versuchen will, um die Tiefen der Weltmeere zu ergründen. „Nur fünf bis zehnt Prozent der Ozeane sind erforscht, also wollen wir ausnutzen, dass Quallen ohnehin überall vorkommen“, erklärt Dabiri.

Mit Sensoren bestückte Tiere könnten also ein globales Netzwerk bilden, um günstig Temperatur, Salzgehalt und andere Eigenschaften der Meere zu überwachen. Das Team will nun also daran arbeiten, die Bewegung der Quallen auch aufgrund der Signale mitgeführter Sensoren zu steuern. Außerdem hofft Daibiri, dass es noch kompaktere Elektronik ermöglicht, diese komplett ins Gewebe der Tiere einzubetten und diese somit wirklich dauerhaft zu Quallen-Cyborgs zu machen.

Gefährdetes Kulturerbe auf dem Meeresboden

Landwirtschaft, Tier- Pflanzenwelt

(Leopoldina) – Der Meeresboden ist ein faszinierendes Archiv der Menschheitsgeschichte. Das gilt auch für die Nord- und Ostsee. Auf und in ihrem Grund sind nicht nur Schiffswracks zu finden, sondern auch Besiedlungsspuren aus urgeschichtlichen Zeiten, in denen Teile dieser Meere noch Festland waren. Das Kulturerbe unter Wasser ist jedoch bisher unzureichend geschützt. Archäologische Spuren könnten durch Kies- und Sandabbau, den Bau von Windkraftanlagen, die Verlegung von Kabeln und durch Fischerei für immer verloren gehen. Um für die Bedeutung des kulturellen Erbes in Nord- und Ostsee zu sensibilisieren, hat die Nationale Akademie der Wissenschaften Leopoldina heute das Diskussionspapier „Spuren unter Wasser – Das kulturelle Erbe in Nord- und Ostsee erforschen und schützen“ veröffentlicht. Darin beschreiben die Autorinnen und Autoren den Wert des Unterwassererbes und empfehlen Maßnahmen für einen effektiven Schutz der Kulturgüter.

Die Autorinnen und Autoren legen in der Veröffentlichung dar, dass das kulturelle Erbe in Nord- und Ostsee für die archäologische Forschung in Deutschland und den anderen Anrainerstaaten dieser beiden Gewässer von großer Bedeutung ist. Die kulturgeschichtlichen Spuren unter Wasser seien in Deutschland jedoch viel weniger gut erschlossen, als die an Land. Gleichzeitig sei der wirtschaftliche Nutzungsdruck im Meeresraum sehr hoch und werde künftig weiter steigen. Zwei Ziele werden deswegen in dem Diskussionspapier formuliert: Erstens sollte Deutschland das kulturelle Erbe in Nord- und Ostsee umfassend und auf demselben hohen wissenschaftlichen Niveau erforschen wie dasjenige an Land. Zweitens sollten in den Teilen von Nord- und Ostsee unter deutscher Verantwortung genauso effektive Schutzmechanismen etabliert werden, wie sie auf dem deutschen Staatsgebiet bereits seit Langem vorhanden sind. Die Autorinnen und Autoren empfehlen unter anderem folgende Maßnahmen, um das Kulturerbe unter Wasser zu schützen und die Unterwasserarchäologie zu stärken:

  • Wissenschaft: Forschung und Ausbildung im vergleichsweise jungen Fach Unterwasserarchäologie sollten ausgebaut und die Forschung der Anrainerstaaten von Nord- und Ostsee vernetzt werden. Zudem empfehlen die Autorinnen und Autoren, eine enge Zusammenarbeit von meereswissenschaftlicher, geologischer und archäologischer Forschung zu etablieren.
  • Politik und Wirtschaft: Zusammenarbeit von Wissenschaft und Behörden sollten gestärkt sowie eine intensivere Zusammenarbeit von Wissenschaft und Unternehmen angestrebt werden. Durch Öffentlichkeitsarbeit sollte Wissen über das kulturelle Erbe in Nord- und Ostsee vermittelt werden. Eine wichtige Rolle nehmen hierbei Landesmuseen, Meeres- und Schifffahrtsmuseen, Stadtmuseen oder Geoparks ein.
  • Recht: Deutschland sollte das Übereinkommen der Vereinten Nationen über den Schutz des Unterwasser-Kulturerbes von 2001 ratifizieren und eine Fachbehörde mit den entsprechenden Kompetenzen einrichten. Die Konvention von La Valletta sollte in der ausschließlichen Wirtschaftszone und auf dem Festlandsockel konsequenter als bisher umgesetzt werden.
  • Verwaltung: In sämtliche Raum- und Fachplanungen sollte archäologische Expertise einbezogen werden. Zudem sollte das Umweltverträglichkeitsprüfungsgesetz geändert werden, um künftig auch Spuren des Menschen und seiner einstigen Umwelt (zum Beispiel Pflanzenreste) zu berücksichtigen. Für alle Genehmigungsverfahren für die wirtschaftliche Nutzung oder geplante Eingriffe in den marinen Lebensraum sollten archäologische Standards entwickelt und integriert werden.

Diese und weitere Handlungsoptionen zeigt das Diskussionspapier „Spuren unter Wasser ‒ Das kulturelle Erbe in Nord- und Ostsee erforschen und schützen“ auf. Die Veröffentlichung ist frei zugänglich.

Publikationen in der Reihe „Leopoldina-Diskussion“ sind Beiträge der genannten Autorinnen und Autoren. Mit den Diskussionspapieren bietet die Akademie Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern die Möglichkeit, flexibel und ohne einen formellen Arbeitsgruppen-Prozess Denkanstöße zu geben oder Diskurse anzuregen und hierfür auch Empfehlungen zu formulieren.

Demonstration der Bauern – Mit einer Bemerkung von Jean Pütz

Landwirtschaft, Tier- Pflanzenwelt

Das größte Problem der Landwirtschaft ist die Gülleproduktion. Vor allen Dingen die Gülle, die bei der Fütterung von importierten Sojabohnen anfällt. Sie ist zwar ein wertvolles Düngemittel, aber zuviel erzeugt Nitrat im Trinkwasser, das sehr aufwendig entfernt werden muss.
Im Prinzip ist die Gülle ein Wertstoff, der mit geringen Investitionen umgewandelt werden kann. Vor allem die Gewinnung von Phosphor, das sich immer mehr zu einem notwendigen aber raren Rohstoff entwickelt, könnte die Sache sogar ökologisch extrem nützlich machen. Wenn Subventionen in die Landwirtschaft fließen, dann ist die Investition in diese Gülleverarbeitung ein lohnendes Ziel. Dazu der Beitrag aus dem Umweltbundesamt.
Ich frage mich, warum die Politik bisher noch nicht darauf gekommen ist.

Ihr Jean Pütz

(UBA) – Durch die Vergärung von Gülle und Bioabfall in Biogasanlagen können Treibhausgasemissionen aus der Lagerung, Behandlung und Verwertung reduziert und gleichzeitig Energie bereitgestellt werden. Im Moment landet in Deutschland jedoch nur etwa je ein Drittel der anfallenden Menge in der Biogasanlage. Wie sich der Anteil steigern ließe, zeigen die Ergebnisse eines UBA-Forschungsprojekts.

Aktuell werden nur rund 30 Prozent der in Deutschland anfallenden Wirtschaftsdünger Gülle und Mist sowie rund 35 Prozent des bereits getrennt erfassten Bioabfalls in Biogasanlagen zu Biogas vergoren. Und das obwohl diese Art der Bioenergie doppelten Vorteil hat: Treibhausgasemissionen der Güllelagerung bzw. Bioabfallbehandlung werden reduziert und es besteht keine Nutzungskonkurrenz um die Rohstoffe, da sie im Anschluss weiterhin als Dünger dienen: Bei Gülle und Mist können die Gärreste weiterhin als Dünger eingesetzt, die vergorenen Bioabfälle kompostiert werden. Im Gegensatz zur Biogasproduktion aus Mais besteht auch keine Flächenkonkurrenz zum Anbau von Lebensmitteln und es entsteht kein zusätzlicher Einsatz von Pestiziden und Treibstoffen für die Feldarbeit.

Trotzdem stagniert der Einsatz von Gülle in Biogasanlagen aktuell und es wird in ganz Deutschland nur etwa eine Bioabfallvergärungsanlage pro Jahr zugebaut. In dem vom beauftragten Forschungsprojekt wird davon ausgegangen, dass bei der Güllenutzung für Biogas eine Verdopplung auf ca. 60 Prozent der anfallenden Gülle möglich ist. Bei der Vergärung von Bioabfall wird eine Steigerung auf mehr als das Doppelte als realistisch angesehen, wenn auch die getrennte Erfassung von Bioabfall gesteigert wird.

Ergebnisse des Forschungsprojekts
Im Vorhaben wurde untersucht, warum die aus Klimaschutz- und Ressourcensicht günstigen Energiepotenziale bisher nur unvollständig genutzt werden und wie sie besser gehoben werden können. Dazu wurden die Entwicklung der Gülle- und Bioabfall-Vergärung dargestellt, eine Betreiberumfrage durchgeführt und in Praktiker-Workshops die wichtigsten Hemmnisse identifiziert. Auf dieser Basis wurden dann Handlungsempfehlungen diskutiert und die relevantesten Vorschläge konkretisiert.

Unter anderem wurde ein Vorschlag zur Anpassung der Förderung nach dem Erneuerbare-Energien-Gesetz (EEG) erarbeitet, um mehr Anreize für den Einsatz von Gülle in Biogasanlagen zu schaffen. Außerdem werden Änderungen in verschiedenen Verordnungen vorgeschlagen, zum Beispiel in der Düngeverordnung und der Verordnung über Anlagen zum Umgang mit wassergefährdenden Stoffen (AwSV). Dabei wird darauf hingewiesen, dass gemäß Verursacherprinzip Maßnahmen in der Landwirtschaft in Erwägung gezogen werden sollten, um die Treibhausgas -Emissionen aus der Lagerung und Ausbringung von Gülle zu verringern.

In Hinblick auf den verstärkten Einsatz von Bioabfall in Vergärungsanlagen wurden ebenfalls verschiedene Vorschläge erarbeitet. Diese beinhalten die verstärkte Getrenntsammlung von Bioabfall, die Förderung von Bioabfallvergärungsanlagen im Rahmen des EEG und Hilfestellungen für Kommunen durch Investitionsförderungen, innovative Pilotprojekte und Öffentlichkeitsarbeit.

Wenn diese Vorschläge Eingang in die Gesetzgebung und Förderpolitik finden, können jährlich rund 5 Terawattstunden Strom zusätzlich erzeugt werden – und das ohne in eine Nutzungskonkurrenz zu geraten und bei zusätzlicher Reduktion der Treibhausgasemissionen aus Güllelagerung und Bioabfallbehandlung.

 

Gift im Boden lässt sich einfach auswaschen

Erde, Klima, Umweltschutz, Landwirtschaft, Tier- Pflanzenwelt

(pte) – Mit Schwermetallen verseuchte Böden lassen sich mit einer Chemikalie namens Ethylendiamintetraessigsäure (EDTA) vollkommen reinigen. Das haben Forscher der Stanford University herausgefunden. Bisher werden solche Böden, die auch in Deutschland vor allem auf früheren Industriegeländen zu finden sind, meist in Deponien gelagert.

Schneller und viel billiger
Das Team um Materialwissenschaftler Yi Cui vermischt EDTA mit Wasser. Der dann folgende Prozess ähnelt dem Aufbrühen von Kaffee, witzelt der Forscher. Die Flüssigkeit rieselt wie Wasser durchs Kaffeemehl hindurch den verseuchten Boden. Das EDTA bindet Metallionen an sich und reißt sie mit. Sie sammeln sich, wie der Kaffee in der Kanne, in einem Gefäß unterhalb des Erdreichs.

„Das ist ein neuer Ansatz, verseuchten Boden zu reinigen“, sagt Cui. Bisher funktioniert das Verfahren nur im Labor. Im nächsten Schritt wollen die Forscher eine Pilotanlage bauen, um die Technik unter realen Bedingungen zu erproben. „Dann finden wir auch heraus, wie teuer die Bodenreinigung ist“, so Cui. Wobei er jetzt schon überzeugt ist, dass es billiger ist als alle bisher getesteten Verfahren – und schneller geht.

Blei, Cadmium und Kupfer
Die Forscher haben bisher Böden gereinigt, die mit den hochgiftigen Schwermetallen Blei und Cadmium sowie mit Kupfer verseucht waren, das nur in hohen Konzentrationen gesundheitsgefährdend ist. Diesem ersten Schritt musste ein zweiter folgen, die Rückgewinnung von Wasser, EDTA und Schwermetallen. Dabei kam den Experten zugute, dass EDTA negativ geladen bleibt, auch wenn die positiv geladenen Ionen darauf fixiert waren.

In einem elektrischen Feld konnten die beiden Materialien voneinander getrennt werden. Übrig blieb EDTA in Wasser gelöst, das erneut zur Bodenreinigung verwendet werden kann. Cui will es jetzt mit anderen noch gefährlicheren Metallen versuchen, etwa mit Quecksilber, das so giftig ist, dass die experimentierenden Forscher Schutzkleidung tragen müssen.

Dem Grundwasserspiegel mit vereinfachten Methoden auf der Spur

Erde, Klima, Umweltschutz, Landwirtschaft, Tier- Pflanzenwelt

(KIT) – Wasser ist eine lebenswichtige Grundlage für Mensch und Umwelt. Eine der wichtigsten Quellen ist Grundwasser, das von Niederschlägen oder oberirdischen Gewässern erneuert wird. Bevölkerungswachstum sowie Landwirtschaft und Industrie beeinflussen stark die Menge und Qualität des Grundwassers. Um Grundwasserressourcen kostengünstiger, einfacher und flächendeckender als bisher untersuchen zu kann, haben Forscherinnen und Forscher des Karlsruhers Institut für Technologie (KIT) gemeinsam mit australischen Kollegen eine neue Methode entwickelt, die sie nun im Fachmagazin Reviews of Geophysics vorstellen.

Mehr als 70 Prozent des Trinkwassers stammen laut Umweltbundesamt allein in Deutschland aus Grundwasser. Weltweit nimmt die Gewinnung so rasant zu, dass die Grundwasserspiegel fallen, sich die Qualität verschlechtert und ganze Städte absinken. Dementsprechend wichtig ist es, die Untergrundeigenschaften zu erforschen um die Reserven nachhaltiger zu bewirtschaften.

„Derzeitige Testmethoden wie etwa der klassische Pumpversuch erfordern, dass Wasser aus speziell angelegten Brunnen aktiv abgepumpt und gleichzeitig der Wasserstand in nahegelegenen Brunnen beobachtet wird“ sagt Dr. Gabriel Rau vom Institut für Angewandte Geowissenschaften (AGW) des KIT. Hierfür müssten zwei bis drei Personen eine entsprechenden Pumpversuch einrichten und für einen längeren Zeitraum für Messungen betreuen. Dieses Verfahren ist äußerst kostspielig, kann je nach Untergrundeigenschaften von einigen Stunden bis zu mehreren Monaten dauern und das Ergebnis ist nur für den getesteten Standort gültig. „Unterirdische Grundwasserspeicher unterscheiden sich jedoch räumlich stark voneinander und es wäre viel zu teuer und umständlich, überall Förderbrunnen zu bauen.“

Gemeinsam mit den australischen Universitäten University of New South Wales (UNSW) in Sydney und der Deakin University in Melbourne hat das KIT nun eine neue Methode entwickelt. Diese wertet Informationen über die Gezeiteneinwirkung auf den Grundwasserspiegel aus. Ähnlich wie bei Ebbe und Flut im Ozean, verändern die Gezeiten auch den Grundwasserstand: So drückt die sich ändernde Gravitation beispielsweise poröse Gesteine im Untergrund zusammen und beeinflussen dadurch den Porendruck. Zusätzlich gibt es atmosphärische Gezeiten, die den Druck im Untergrund zyklisch verändern. „Diese Veränderung können wir mit geringem technischem, personellem und finanziellem Aufwand messen, um die Beschaffenheit des Untergrunds zu quantifizieren“, sagt Rau. Hierfür müssen die Ingenieure keine speziellen Gewinnungsbrunnen anlegen, sondern können einen automatischen Wasserdruck-Datenlogger in eine gewöhnliche Grundwassermessstelle platzieren. Der Drucksensor misst dann für mindestens einen Monat regelmäßig den Grundwasserspegel. Anhand der Messungen können die Forscher die physikalischen Eigenschaften des Untergrundes wie zum Beispiel Porösität, hydraulische Leitfähigkeit und Kompressibilität berechnen und die Erkenntnisse in eine nachhaltige Nutzung der Grundwasserressourcen umsetzen. „Da die Bohrungen der Beobachtungsstellen deutlich günstiger sind als das Anlegen von ganzen Brunnen, können wir an mehr Standorten messen und somit die Anzahl der bestimmten Untergrundeigenschaften deutlich und flächendeckend erhöhen“, so Rau.

Für ihre Methode haben die Forscher internationale Studien und Fachartikel aus verschiedenen Disziplinen untersucht und zusammengefasst: „Dabei haben wir gesehen, dass die jüngsten Fortschritte in der Grundwasserforschung das Potenzial für wesentlich kostengünstigere Langzeituntersuchungen des Grundwassers aufzeigen“, sagt Timothy McMillan vom Connected Waters Initiative Research Centre der UNSW Sydney. „Mit unserer Methode kombinieren wir Ingenieurwesen, Naturwissenschaften und Mathematik und können so durch die Auswirkungen der Gezeiten auf das Grundwasser die Untergrundeigenschaften berechnen.“ Diese Erkenntnisse können auch dazu beitragen, räumliche und zeitliche Schwankungen des Klimasystems und dessen Einfluss auf die Grundwasserreserven vorherzusagen. „Hier stehen wir in Zukunft vor gewaltigen Herausforderungen. Mit unserer Methode können wir die Ressourcen unter der Oberfläche einfacher untersuchen und damit auch nachhaltiger verwalten“, sagt Rau.

Stromspeicherung und -Produktion von Treibstoffen durch Bakterien?

Landwirtschaft, Tier- Pflanzenwelt, Physik, Chemie, Technik, Wissenschaft

(Cornell University) – Forscher der Cornell University wollen Strom auf höchst ungewöhnliche Art speichern. Sie arbeiten mit elektroaktiven Bakterien, die Elektronen einfangen, also elektrischen Strom, der von Wind-, Solar- oder Wasserkraftanlagen produziert wird. Diese Energie nutzen sie, um CO2 aus der Luft aufzuspalten. Den dabei entstehenden Kohlenstoff wandeln sie in Isobutanol oder Propanol um. Diese Flüssigkeiten können in Motoren genutzt werden, entweder in reiner Form oder als Beimischung zu Benzin oder Diesel.

Biologie kann Hauptrolle spielen
„Wir glauben, dass die Biologie eine signifikante Rolle beim Aufbau einer umweltverträglichen Energie-Infrastruktur spielen wird“, sagt Buz Barstow, Assistenzprofessor für Bio- und Umweltengineering an der Cornell University. „In einigen Prozessen hat die Biologie eine Hilfsfunktion, in anderen spielt sie die Hauptrolle.“ Er und sein Team seien auf der Suche nach allen Möglichkeiten, die Biologie im Energiesektor einzusetzen.

Die Photosynthese ist ein Beispiel für die Umwandlung von Sonnenenergie in Biomasse, also in einen Brennstoff. Pflanzen fangen sechsmal mehr Sonnenenergie ein als alle Menschen auf der Erde verbrauchen. Doch die Photosynthese ist nicht sehr effizient. Sie nutzt nur ein Prozent der einfallenden Energie. Solarzellen sind weitaus effektiver. Sie haben einen Wirkungsgrad von oft über 20 Prozent. Demnach kann Strom gemeinsam mit Bakterien mehr Solarenergie verarbeiten als Pflanzen.

CO2 aus Atmosphäre entfernen
Mikroorganismen und Strom können nicht nur Treibstoffe produzieren, ohne die Umwelt zu belasten. Sie können auch CO2 in einen Biokunststoff verwandeln, der sich gefahrlos untertage lagern lässt, sodass er dauerhaft aus der Atmosphäre entfernt wird. Die Herstellung von Treibstoffen und Bioplastik mit bakterieller Hilfe findet bei normalem Luftdruck und Raumtemperatur statt, sodass keine zusätzliche Energie nötig ist – außer dem Strom als „Bakterienfutter“ natürlich.

Um diese Technik tatsächlich zur indirekten Speicherung von grünem Strom nutzen zu können, muss jedoch noch eine Menge an Forschungsarbeit geleistet werden, sind die Wissenschaftler überzeugt. „Nach unseren Berechnungen ist diese Technik definitiv zu realisieren“, sagt Farshid Salimijazi, Barstows wissenschaftlicher Mitarbeiter, abschließend.

Klimawandel treibt Malariamücken nach Europa

Erde, Klima, Umweltschutz, Landwirtschaft, Tier- Pflanzenwelt

(pte016/27.05.2019/10:30) – Malaria-übertragende Mücken-Arten profitieren vom Klimawandel und werden sich infolgedessen in Europa und dem Mittelmeerraum weiter ausbreiten. In welchem Ausmaß diese Ausbreitung voranschreitet, lässt sich nach einer aktuellen Studie von Forschern der Universität Augsburg ziemlich genau vorhersagen.

Verbreitungsfreundliches Wetter
Ein Aspekt des Klimawandels, der in der öffentlichen Debatte bislang wenig Beachtung fand, ist die Ausbreitung sogenannter vektorübertragener Krankheiten. Als solche werden Krankheiten bezeichnet, die von einem erregertragenden Organismus übertragen werden. Dazu zählt zum Beispiel die Malaria, die von Anopheles, einer Stechmücken-Gattung, übertragen wird.

Das verstärkte Auftauchen Anopheles-freundlicher Wetterlagen könnte zur Ausbreitung dieser Stechmücken und damit zum Erstarken von Malaria in Europa und dem Mittelmeerraum führen. Wie genau diese Ausbreitung aussehen und in welchem Tempo sie vor sich gehen könnte, war bislang nicht genau prognostizierbar.

BRT ermöglicht genaue Prognosen
Die Geografin Elke Hertig von der Universität Augsburg hat ein Modell vorgelegt, das genauere Aussagen ermöglicht. Mit dem geostatistischen Ansatz BRT lässt sich das Vorkommen der Mücken in Europa bis zum Ende dieses Jahrhunderts modellieren. Hertig kommt zu dem Ergebnis, dass Veränderungen in Temperatur und Niederschlag zum deutlichen Ausbreiten von Malariamücken in Richtung Norden führen werden.

Günstig für die Insekten sind vor allem die zu erwartenden wärmeren Frühlingstemperaturen und die kräftigeren Niederschläge in Sommer und Herbst. Die deutlichsten Zuwächse der Mückenpopulationen sind gegen Ende dieses Jahrhunderts in Süd- und Südosteuropa zu erwarten. Nur in einzelnen Gebieten des Mittelmeerraums, für die sinkende Niederschlagsmengen vorausgesagt werden, wird das Mückenvorkommen sinken.

Künstliche Intelligenz in Zukunft auch für Bauern nützlich

Computer, TV, Medien, Landwirtschaft, Tier- Pflanzenwelt

(pte) – IT-Gigant IBM wird seine Plattform „Watson Decision Platform for Agriculture“ global ausweiten, um durch Künstliche Intelligenz (KI) Entscheidungsprozesse von Bauern weltweit zu erleichtern. Dafür verwendet IBM Daten aus dem Internet der Dinge, um präzise Ratschläge zu Planung, Ernte oder Schädlingsbekämpfung zu geben.

Mehr Daten „ernten“
„Die Digitalisierung der Landwirtschaft fängt bei der Produktion an und geht über Verwaltung und Betriebsführung bis hin zur Vermarktung. Zum Beispiel werden Agrarroboter mit ihrer Kamera Unkrautpflanzen erkennen und entsprechende Maßnahmen zum Pflanzenschutz durchführen“, sagt Martin Hirt, Referent für Digitalisierung in der Landwirtschaft bei der Landwirtschaftskammer Österreich, gegenüber pressetext. Damit eine Maschine solche Dinge erkennen kann, müsse man zuerst Testdaten generieren – zum Beispiel, indem man möglichst viele Blätter fotografiert. So könne man Bauern auf Basis von kürzlichen Ereignissen vor Gefahren in Bezug auf die Ernte warnen.

Für Wetterdaten zieht IBM sein Tochterunternehmen The Weather Company heran. Die Modelle von IBM beziehen sich auf verschiedene Agrarproduke wie Mais, Weizen, Baumwolle oder Soja. Sie sollen in Afrika, den USA, Kanada, Südamerika, Europa und Australien Verwendung finden. Laut Kristen Lauria, General Manager von Weather Solutions bei IBM, „ernten“ moderne Landwirte durch den Einsatz von Drohnen und Sensoren nicht nur Nahrungsmittel, sondern auch Daten. Diese seien bisher zu wenig verwendet worden. Das sei durch die Watson Decision Platform for Agriculture möglich. Die Plattform sammelt die Daten und analysiert so Muster in der Landwirtschaft. So können präzise und in der Praxis bewährte Maßnahmen gesetzt werden, um eine möglichst ertragreiche Ernte einzufahren.

Ernährung für die Zukunft
Laut Hirt können Landwirte durch die Digitalisierung präziser vorgehen, beispielsweise können sie prophylaktisch Maßnahmen gegen Schädlingsauftreten anwenden oder an genau der richtigen Stelle die richtige Menge an Dünger aussetzen. Letzteres wird teilflächenspezifische Bewirtschaftung genannt. „Bauern sehen so, was die Anforderungen für eine bestimmte Fläche sind. Diese Daten können aus unterschiedlichen Quellen stammen, dem Wetter, dem Boden oder aus historischen Aufzeichnungen“, meint der Digitalisierungsexperte.

IBM zufolge muss die Landwirtschaft präziser und ertragreicher werden, um in Zukunft die Welt ernähren zu können. Im Jahr 2050 werde es zwei Mrd. Menschen mehr geben, jedoch nicht mehr fruchtbaren Boden. Die Kombination aus präzisen Wetterdaten und KI sei dafür die Lösung. Hirt warnt allerdings vor zu viel Optimismus. Es müsse bei der Digitalisierung der Landwirtschaft noch viel geforscht werden, um gerade beim Thema KI gute Ergebnisse zu bekommen. „Abgesehen davon, wird es eine Herausforderung, die vielen, neuen Technologien für kleinstrukturierte, familienbetriebene Landwirtschaften nutzbar zu machen“, resümiert Hirt.

Zarte Powerpflänzchen von der Fensterbank

Landwirtschaft, Tier- Pflanzenwelt

(BZfE) – Wer Freude an frischem Grün in den eigenen vier Wänden hat,
wird von „Microgreens“ begeistert sein. Dabei handelt es sich um
Gemüse- und Kräuterkeimlinge, die bereits als wenige Tage alte
Pflänzchen geerntet und direkt gegessen werden. Die „Mini-Grünlinge“
punkten mit einem hohen Nährstoffanteil und einem intensiven Aroma, das
Salaten, Suppen und Sandwiches das gewisse Etwas verleiht. Auch
Quarkaufstriche, Pestos und grüne Smoothies können mit den
Powerpflänzchen verfeinert werden.

„Microgreens“ dürfen nicht mit Sprossen verwechselt werden. Auch
Sprossen sind Keimlinge, die aber ohne Tageslicht gezogen werden und
dadurch eine helle, leicht gelbliche Farbe haben. Meist erntet man sie mit
Wurzeln nach zwei bis vier Tagen. „Microgreens“ dagegen durchlaufen
eine weitere Wachstumsphase und haben neben den beiden Keimblättern noch
mindestens zwei Blättchen gebildet. Nach der Keimung nehmen sie durch das
Chlorophyll eine saftig grüne Farbe an.

Die zarten Pflänzchen können ohne viel Aufwand auf der Fensterbank
gezogen werden. Spezielle Samen braucht es dafür nicht. Geeignet sind
unter anderem Rucola, Rettich, Radieschen, Rotkohl, Spinat, Rote Bete,
Senf, Brokkoli, Blumenkohl und Kresse, aber auch Kräuter wie Basilikum,
Minze, Dill, Koriander oder Kerbel. Selbst Pseudogetreide wie Amaranth
werden gerne als „Microgreens“ verwendet. Große und harte Kerne und
Samen, etwa von Erbsen, Bohnen, Buchweizen und Sonnenblumen, sollten vor
der Aussaat über Nacht in Wasser eingeweicht werden. Das beschleunigt die
Keimung.

Zur Anzucht ist ein großer Pflanzentopfuntersetzer oder ein tiefer Teller
aus der Küche ausreichend. Die Schale zwei Zentimeter hoch mit Komposterde
füllen, das Saatgut dicht aussäen und die Erde leicht andrücken.
Anschließend mit einer Sprühflasche anfeuchten und mit einer
Klarsichtfolie bespannen, um das Wachstum zu beschleunigen.
„Microgreens“ fühlen sich auf einer warmen, hellen Fensterbank ohne
direkte Sonne am wohlsten. Zu nass darf es nicht sein, damit sich kein
Schimmel bildet. Geerntet wird nach 10 bis 14 Tagen, wenn sich nach den
Keimblättern die ersten echten Blattpaare ausgebildet haben und die
Pflänzchen etwa 15 Zentimeter hoch sind. Dann werden die Keimlinge etwa
fingerbreit über der Erde abgeschnitten und frisch gegessen.