Pflanzenforschung 4.0 - Die Rolle der Pflanzen in der Bioökonomie

Die Bioökonomie hat in den letzten Jahren weltweit immer mehr an Bedeutung gewonnen. Aber was genau verbirgt sich eigentlich hinter diesem großen Begriff? Kurz gesagt beschreibt die Bioökonomie die Abkehr des auf fossilen, endlichen Rohstoffen basierenden heute dominierenden Wirtschaftens hin zu einer nachhaltigen, biobasierten, umwelt- und ressourcenschonenden sowie CO2-armen Wirtschaft. Der Klimawandel, schwindende Ressourcen und Anbauflächen und eine gleichzeitig wachsende Weltbevölkerung machen einen Umbruch dringend erforderlich. Die Zukunft sollte daher in einer nachhaltigen, biobasierten, kreislauforientierten Wirtschaftsform wie der Bioökonomie liegen.

Anfang 2020 wurde die nationale Bioökonomiestrategie beschlossen. In dieser Strategie legt die Bundesregierung die Leitlinien und Ziele ihrer Bioökonomie-Politik fest und benennt Maßnahmen für deren Umsetzung. Zwei übergeordnete Leitlinien flankieren die Ziele und Maßnahmen der Nationalen Bioökonomiestrategie.

• Mit biologischem Wissen und verantwortungsvollen Innovationen zu einer nachhaltigen, klimaneutralen Entwicklung
• Mit biogenen Rohstoffen zu einer nachhaltigen, kreislauforientierten Wirtschaft.

Umgesetzt werden sollen die den Leitlinien untergeordneten Ziele durch explizite Forschungsförderungsprogramme, durch Schaffung der politischen Rahmenbedingungen und durch übergreifende Instrumente wie z. B. Kommunikationsmaßnahmen. Die Umsetzung der in der in dem Strategiepapier genannten Maßnahmen im Bereich Bioökonomie soll auch dazu beitragen, die 2015 formulierten Nachhaltigkeitsziele der Vereinten Nationen (Sustainable Development Goals) zu erreichen und so einen Beitrag zu einer globalen nachhaltigen Entwicklung zu leisten.

Nachwachsende Rohstoffe sind laut Definition land- und forstwirtschaftlich erzeugte Produkte, die nicht als Nahrungs- oder Futtermittel Verwendung finden, sondern stofflich oder zur Erzeugung von Wärme, Strom oder Kraftstoffen zum Einsatz kommen. Nachwachsende Rohstoffe spielen in der Bioökonomie eine entscheidende Rolle, da ein wesentliches Ziel der Bioökonomie der Wechsel von fossilen, also endlichen, Ressourcen hin zu erneuerbaren, biobasierten Ressourcen ist.

Der Anbau von Energiepflanzen, vor allem von Mais und Raps für die Biogasproduktion wird häufig kontrovers diskutiert, da er meist mit dem großflächigen Anbau von Monokulturen einher geht – dies kann wiederum mit negativen Folgen für die Biodiversität und die Bodengesundheit verbunden sein. Die Silphie ist jedoch ein gutes Beispiel dafür, dass sich durch die Auswahl der richtigen Pflanze auch beides erreichen lässt: eine effiziente Energiepflanze zur Produktion von nachwachsenden Rohstoffen, und eine Futterquelle für Insekten. Durch die lange und späte Blühzeit ist die Silphie beispielsweise eine wertvolle Trachtpflanze für Bienen. Darüber hinaus wird häufig über den sogenannten Teller-Tank Konflikt diskutiert, der die Flächenkonkurrenz zwischen Anbauflächen für die Nahrungs- und Futtermittelproduktion oder Naturlandschaften mit hoher Biodiversität einerseits und andererseits den Anbauflächen für Energiepflanzen beschreibt. Auch hier kann die Auswahl geeigneter Pflanzen dazu beitragen den Konflikt zu entschärfen. Viele der neuen Energiepflanzen sind besonders anspruchslos und effizient. Sie können so auch auf Böden angebaut werden, auf denen der Anbau von herkömmlichen Kulturpflanzen für die Nahrungs- und Futtermittelproduktion gar nicht möglich wäre und haben darüber hinaus eine hohe Energieeffizienz.

Zahlreiche Forschungsgruppen arbeiten weltweit an verschiedenen Ansätzen, um die Transformation in Richtung Bioökonomie zu ermöglichen. Entsprechend der ersten Leitlinie der Bioökonomiestrategie arbeiten zahlreiche Forschungsgruppen an den unterschiedlichsten Ansätzen, um basierend auf Erkenntnissen der Grundlagenforschung zur Umsetzung einer nachhaltigen Bioökonomie beizutragen. Diese Ansätze umfassen Fragestellungen der Evolution, Domestizierung und Anpassung von Nutzpflanzen an sich verändernde Umweltbedingungen sowie von alternativen Nutzpflanzen, der Anpassung der Eigenschaften von Nutzpflanzen wie z. B. Trockenresistenz oder der Entwicklung von Ökosystemen. Darüber hinaus sind auch Pflanze-Mikrobiom-Interaktionen als Grundlage zur Entwicklung neuer umwelt- und ressourcenschonender Konzepte im Pflanzenschutz und in der Pflanzenernährung oder unterschiedliche Formen der Photosynthese wichtige Forschungsansätze. Entsprechend der ersten Leitlinie der Bioökonomiestrategie spielen die aus diesen Ansätzen gewonnenen Erkenntnisse der Grundlagenforschung eine entscheidende Rolle für die Umsetzung einer nachhaltigen Bioökonomie.

Pflanzenforschung 4.0 wurde initiiert vom Exzellenzcluster für Pflanzenwissenschaftsen CEPLAS

Sida gehört zur Familie der Malvengewächse. Die mehrjährige Staude hat sehr geringe Ansprüche an den Boden und kann deswegen an den unterschiedlichsten Standorten bis zu einer Höhe von 3-4 m hoch wachsen. Darüber hinaus ist die Pflanze extrem frostbeständig und hält sogar Temperaturen bis -30°C aus. Sida bildet bis lange in den Herbst hinein kleine weiße Blüten, die als Nahrungsquelle für zahlreiche Insekten dienen. Ähnlich wie Miscanthus liefert auch Sida einen sehr hohen Biomasseertrag und wird hauptsächlich als Energielieferant verwendet. Einige Forschungsprojekte untersuchen aber auch, inwieweit Sida auch in der Papier- und Zellstoffindustrie verwendet werden kann.

Wie Miscanthus und Mais verfügt auch Sudangras über eine besonders effiziente Art der Photosynthese, die sogenannte C4 Photosynthese, wodurch die Pflanze sehr viel Biomasse produzieren kann und gleichzeitig sehr trockentolerant ist. Bei extremer Trockenheit kann sie das Wachstum sogar pausieren und später wieder aufnehmen. Zusätzlich bildet die zu den sogenannten Sorghumhirsen gehörende Pflanze ein sehr fein verzweigtes Wurzelsystem aus, wodurch Nährstoffe sehr effizient genutzt werden können. Allerdings ist Sudangras sehr wärmeliebend und verträgt kältere Temperaturen nur schlecht. Verwendet wird das Sudangras meist für die Biogasproduktion, aber auch als Futterpflanze und für die Herstellung von Fasern. Für eine bessere Bestäubung und eine Erhöhung der Biodiversität untersuchen verschiedene Forschungsprojekte, inwieweit Sudangras als Mischkultur mit Blühpflanzen angebaut werden kann.