Die fünf Work Packages (WP), die vom ILR im Rahmen des Verbundprojekts GlobE-Biomassweb durchgeführt werden, befassen sich mit den ökonomischen Aspekten von zunehmend komplexerer Biomasseproduktion. WP 1.1 (world market trends) identifiziert globale Rahmenbedingungen und Rückwirkungen einer expandierenden Biomasseproduktion in Afrika. Das WP wird einen quantitativen Ausblick für Sub-Sahara Afrika erstellen bis 2030 erstellen, welcher auf globalen Agrarmarktsimulationen des CAPRI-Modells beruhen wird. WP 3.1 (regional economic models) untersucht die Auswirkungen expandierender Biomasseproduktion auf die Gesamtwirtschaft in Ghana und Äthiopien. Das WP identifiziert Konkurrenz- und Synergieeffekte zwischen Food und Non-food-Biomasseproduktion bzgl. Armutsentwicklung, Ernährungssicherung und Wachstum. WP 3.2 (labor markets) analysiert die Effekte einer afrikanischen Biomasseexpansion auf ländliche Arbeitsmärkte in Ghana und Nigeria. Hierbei geht es um sektorale Beschäftigungseffekte, Lohn- und Einkommenseffekte sowie geänderten Zugang zu Nahrungsmitteln. WP 5.2 (economics of post-harvest technologies) wird sich Nachernteverlusten widmen und hierzu Nachernteverfahren bei Mais, Cassava und Kochbananen auf verschiedenen Stufen der Vermarktungskette mit ökonomischen Instrumenten untersuchen. WP 6.2 (land use effects) befasst sich mit Landnutzungseffekten von expandierender Biomasseproduktion (Ausdehnung der Landnutzung, Druck auf marginale Standorte, Wälder und Naturreservate).
Ein oft unterschätztes Hindernis für Nahrungsmittelsicherheit ist der sog. 'Versteckte Hunger' - Mikronährstoffmängel, die insbesondere bei Kindern und Schwangeren zu Unterernährung führen und die Entwicklung und Lebenserwartung oft dramatisch beeinträchtigen. Die am Lehrstuhl gemeinsam mit day med concept GmbH (Berlin) entwickelte Software CIMIP ('Calculator for identification of micronutrient inadequacy on population level') erlaubt, solche Defizite populationsspezifisch zu erkennen und ist damit ein wichtiges Planungswerkzeug für die Verbesserung der Nahrungsmittelsicherheit. Die Stärke von CIMIP ist die Berechnung der notwendigen Mikronährstoffversorgung unter Berücksichtigung typischer lokaler Ressourcen. In Hinblick auf 'Versteckten Hunger' verbesserte Ernährungspläne können helfen, den Bedarf an Grundnahrungsmitteln zu reduzieren. Dies trägt in BiomassWeb dazu bei, die Biomasseproduktion so anzupassen, dass nationale und internationale Märkte mit Biomasseprodukten für Nahrungs- und Nichtnahrungszwecke ausgewogen versorgt werden. Die für die Projekt-Fallstudien ausgewählten Anbaupflanzen (Cassava, Mais, Bananen) und ausgewählte lokale Nahrungsmittel werden auf Energie, Eiweiß, Vitamin A, Zink und Eisen analysiert, um ihre ernährungsphysiologische Qualität zu bestimmen. Zusammen mit Daten aus Umfragen zu lokal verfügbaren Nahrungsmitteln werden die Ergebnisse benutzt, um CIMIP an lokale Bedingungen anzupassen und lokale Nahrungsdefizite zu identifizieren.
Der weltweit steigende Bedarf an Biomasse (Nahrung, Futter, Energie, Fasern) erfordert Konzepte, die Nahrungsmittelsicherheit garantieren und gleichzeitig Nichtnahrungsprodukte in ausreichender Menge bereitstellen. BiomassWeb untersucht die 3 Säulen der Nahrungsmittelsicherheit (Verfügbarkeit; Zugang; Qualität) in Wertschöpfungsnetzen in Afrika, in denen Biomasse produziert, verarbeitet und gehandelt wird. Aus- und Weiterbildung in BiomassWeb sollen Afrikas Stellung in einer internationalen Bioökonomie verbessern BiomassWeb analysiert Nachfragen und Angebote heute und morgen, und identifiziert mögliche Innovationen in Produktionstechniken vor und nach der Ernte, in Institutionen und in 'Governance'. Hauptziel ist, die Nahrungsmittelsicherheit in Afrika durch Produktivitäts- und Effizienzsteigerungen aller Komponenten in den Biomasse-Wertschöpfungsnetzen zu erhöhen. Das 5-jährige Forschungsprojekt umfasst 24 Arbeitspakete in sieben Forschungsthemen (Clusters). Verbundpartner sind drei Institute an der Universität Bonn, fünf Institute der Universität Hohenheim, das Forschungszentrum Jülich und zwei internationale landwirtschaftliche Forschungsinstitute (icipe, IITA). Unterauftragnehmer FARA (Forum für Agrarforschung in Afrika) koordiniert alle Arbeiten in Afrika. BiomassWeb führt Systemanalysen und Fallstudien (Maniok, Mais, Banane/Kochbanane/Ensete, Agroforstsysteme) im produktiven Sudan-Savannengürtel (Ghana, Nigeria) und im ostafrikanischen Hochland (Äthiopien) durch.
Bananen liefern als zweitgrößte Anbaufrucht der Erde lokal wichtige Grundnahrungsmittel und Rohstoffe. Ihr Pflanzmaterial kann aufgrund genomischer Besonderheiten nicht aus Samen gewonnen werden. Die Qualität des derzeit verwendeten Materials für die vegetative Vermehrung ist oft gering und die Gefahr der Krankheitsübertragung ist groß. Dieses Teilprojekt konzentriert sich auf die Low-Budget-Produktion hochwertigen Pflanzmaterials, um mit leicht zu verwendenden lokalen Techniken eine effiziente Produktion von verbessertem Pflanzmaterial und damit höhere Erträge und Einkommen zu ermöglichen. Lokale vegetativen Vermehrungsmethoden zur Erzeugung von Pflanzmaterial werden an ausgewählten Bananen- und Kochbananen-Sorten im tropischen Süden Ghanas untersucht und mit modernen Methoden wie Anwendung von Wachstumsregulatoren (z.B. 6-Benzylaminopurin), Verwendung natürlicher Pflanzenextrakte mit Phytohormoneffekten (z.B. Kokos) und mechanischer Behandlung zur Achselsprossproduktion (Meristem-Manipulation) kombiniert. Erschwingliche Verfahren werden entwickelt und getestet, um aseptische Arbeitsbedingungen zu schaffen und die Krankheitsübertragung zu reduzieren (Einsatz von Druck-Dampfgarern anstelle von High-Tech-Autoklaven, Bau von einfachen sterilen Werkbänken, etc.). Phytohormonanalysen (Radio-Immuno-Assay) und Genexpressionen (RT-PCR) erlauben, die Effekte der Behandlungen zu beurteilen und die Methoden zu verbessern.
Ziel des Verbundvorhabens ist die Übertragung einer bisher nur im Labormaßstab vorhandenen Verarbeitungsstrecke zur Gewinnung von hoch qualitativen Fasern aus dem Bananenscheinstamm und der Fasernessel in den Technikumsmaßstab. Die Qualität der mit der entwickelten Technologie hergestellten Fasern soll es das erste Mal im Industriemaßstab ermöglichen, Baumwolle zu ersetzen und auch textile Hightechmaterialien aus Naturfasern herzustellen. Das Teilvorhaben der C.S.P. GmbH hat das Ziel, alle einzelnen technologischen Schritte auf die Besonderheiten der beiden Pflanzenarten abzustimmen. Dabei soll die zu erreichende Zielqualität im Fokus stehen. Entsprechend den technologischen Anforderungen sind die jeweils vorgelagerten Arbeitsstufen so zu verändern, dass das Pflanzenmaterial optimal verarbeitet werden kann. Beispiel: Sollte sich zeigen, dass mit der entwickelten Technologie nur Materialien mit einer Länge von 10 cm verarbeitet werden können, ist die Erntetechnik entsprechend anzupassen. Innerhalb des Teilprojektes wird von der C.S.P. GmbH eine Konzeption für die praktische Umsetzung der Projektergebnisse, sowohl für den Einsatz der Fasern in der Industrie als auch für die Implementierung der Verarbeitungsstrecke in unterschiedlichen Regionen erstellt. Die C.S.P. GmbH übernimmt das Projektmanagement des Verbundprojektes. - AP A: Bestimmung der Ausgangsparameter für die einzelnen technologischen Schritte - AP B: Konstruktion und Fertigung des Aufschlussgerätes - AP C: Konstruktion und Fertigung der Geräte für den Voraufschluss - AP D: Materialvorbereitung - AP E: Konstruktion und Fertigung der Faserreinigung - AP F: Durchführung von Testläufen in Labor- und Technikumsanlage - AP H: Rohstoffbeschaffung - AP I: Umsetzungskonzeption, Projektkoordination.
Es ist das Ziel des geplanten Vorhabens, eine innovative technologische Verarbeitungskette für den Faseraufschluss von Nessel- und Bananenfasern zu entwickelt, die durch die ermittelten Verfahrensparameter in der Lage ist, bei unterschiedlichen Fasern und Ernteumständen gleichbleibende Fasereigenschaften zu generieren. Die aus dem Prozess gewonnenen Fasern sollen für textile Hightechmaterialien eingesetzt werden. Die Vorstufen des Verfahrens beginnen bei der Ernte bei der die Pflanzen direkt im Ribolyser voraufgeschlossen werden. Anschließend werden die Pflanzenteile in einer Hydrolyse gemaischt, bei der die Maischdauer von der Pflanzenart, den Vegetationsbedingungen und dem Erntezeitpunkt abhängig ist. Die zu entwickelnden Verfahren beziehen sich auf den nun folgenden Faseraufschluss. Die technologische Verfahrensentwicklung betrifft die Prozessführung in dem Ribolyser im Technikumsmaßstab, dessen Gestehung auch Gegenstand des Vorhabens ist. Während der einzelnen Verfahrensschritte sind immer wieder Rückkopplungen zur Faseranalyse notwendig. Die Fasereigenschaften müssen gemessen werden und ggf. werden Ausspinnversuche unternommen, um die Eignung der Fasern für die weiterführenden textilen Prozesse zu ermitteln. G - a Beprobung von Fasermaterialien (Bananenfasern) 1 Tauglichkeitsprüfung des Fasermaterials aus verschiedenen Stufen des Aufschluss- und Waschprozesses 2 Rückkopplung zur Hochschule Zittau 3 Optimierung des Fasermaterials 4 Optimierung des Spinnprozesses G - b Beprobung von Fasermaterialien (Nesselfasern) 1 Tauglichkeitsprüfung des Fasermaterials aus verschiedenen Stufen des Aufschluss- und Waschprozesses 2 Rückkopplung zur Hochschule Zittau 3 Optimierung des Fasermaterials 4 Optimierung des Spinnprozesses.
Verfahrenstechnik Faseraufschluss Bisher industriell nicht genutzte Naturfasern aus Bananenstämmen und Nesseln sollen in hoher Reinheit gewonnen werden. Dafür ist eine Verfahrenstechnik zu entwickeln, die aus Umwelt- und Qualitätsgesichtspunkten auf eine Röste verzichtet. Im Vorhaben sind theoretische und konstruktive Unterlagen zum Bau einer Technikum-Anlage mit Annahmebereich, Schneidstrecke, Maischebehältern, Ribolyser, Waschanlage und Übergabe an Trockner inkl. der entsprechenden Transport- und Speicheranlagen zu entwickeln, die geeignet sind, nach Anpassung für die Dimensionierung von Industrieanlagen zu dienen. Die Technikum-Anlage wird aufgebaut und nach Aufbau unter definierten Bedingungen getestet und bewertet und erforderliche Korrekturen werden durchgeführt. Die Firma Kluge arbeitet an den Arbeitspaketen: A: Bestimmung der Ausgangsparameter für Ribolyser und Wäsche B: Konstruktion und Bau Ribolyser C: Konstruktion und Bau Ribolyser-Vorsätze D: Maische (Konstruktion und Fertigung) E: Wäsche (Konstruktion und Fertigung) F: Faseraufschluss (Probeläufe) und realisiert die Entwicklung sowie die Installation der Messpunkte und der Steuerung.
Die Nachfrage nach Naturfasern mit sehr hohen Qualitätsmerkmalen ist sowohl in der Bekleidungsindustrie wie auch bei Herstellern von technischen Textilien in den letzten Jahren ständig steigend. Projektziel ist die Entwicklung eines neuen Verfahrens, bzw. einer neuen technologischen Kette, zur Separierung von Fasern aus Faserpflanzen, im Besonderen aus Stängeln, Blättern oder Stämmen (Scheinstämmen) im Technikumsmaßstab. Zusätzlich soll das neue Verfahren eine Fasergewinnung unabhängig von wetterabhängigen Vorstufen ermöglichen. Das Projekt soll die Technologie aus dem Labor- in den Technikumsmaßstab übertragen und damit den Bau von verkaufsfertigen Anlagen vorbereiten. Dazu sollen die ermittelten Ergebnisse der Grundlagenforschung in eine Technikumsanlage zur gezielten Gewinnung der Fasern aus dem Scheinstamm der Bananenstaude und aus der Brennnessel einfließen. Die Hochschule Zittau/Görlitz überprüft die Funktionalität und Technologietauglichkeit der im Projekt gefertigten Maschinen und Anlagen. Des Weiteren übernimmt die Hochschule Zittau/Görlitz im Projekt die wissenschaftliche Begleitung der Versuchsvorbereitung und Versuchsdurchführungen. Die Hochschule Zittau/Görlitz bearbeitet im Projekt folgende Arbeitspakete: AP A Bestimmung der Ausgangsparameter für Ribolyser und Wäsche: Vorgabe der technologischen Kette mit Parametern, Konstruktionsvorgaben für Labortechnik; AP B Konstruktion und Fertigung des Ribolysers: Entwicklung und Anpassung des Aufschlussgerätes Ribolyser mit Teilerprobung; AP C Konstruktion, Konstruktionsanpassung, Fertigung und Funktionsüberprüfung der Ribolyser-Vorsätze: Entwicklung und Anpassung des Voraufschlussgerätes mit Teilerprobung; AP D Hydrolyse: Entwicklung von Hydrolyse-Behälter mit Teilerprobung, Ableitung der Steuerung; AP E Konstruktion und Fertigung einer Waschstrecke: Entwicklung Waschtechnologie, Konstruktionsvorgaben, Teilerprobung; AP F Durchführung von Testläufen in der Labor- und Technikumsanlage: Anlagenerprobung im Technikum, Prüfung der MSR-Technik, verspinnbare Faser.
Im Rahmen der Untersuchungen zu pestizidbelasteten Eintragspfaden in den Biomüll wurde neben der weitergeführten Analyse von Obst-, Gemüse- und Blumenabfällen ein Schwerpunkt auf die Pestizidbelastung des Biomülls durch Südfruchtschalen gelegt. Zu diesem Zweck wurden 105 verschiedene Südfruchtschalen auf 18 Pestizide hin untersucht. In allen Proben wurden Pestizidrückstände detektiert. Bei den am häufigsten und in den höchsten Konzentrationen gefundenen Pestiziden handelt es sich um Thiabendazol und ortho-Phenyl-Phenol. Insgesamt waren die Schalen von Zitrusfrüchten stärker belastet als die Schalen von Kiwis und Bananen. Auf diesen Ergebnissen aufbauend, wurde die Belastung des Biomülls durch eingetragene Südfruchtschalen abgeschätzt. Auf der Grundlage der mikrobiellen Gasproduktion während der Biomüllvergärung wurde die Toxizität der gefundenen Pestizide untersucht. Dabei führte ausschließlich ortho-Phenyl-Phenol zu einer Hemmung der mikrobiellen Gasproduktion. Zur Untersuchung von Mobilität und Stabilität ausgewählter Pestizide während der kombinierten anaerob-aeroben Biomüllbehandlung wurden Bioreaktoren eingesetzt. Mit Hilfe kontinuierlicher bzw. täglicher Messungen der Größen Gaszusammensetzung, Fettsäuren, Chemischer Sauerstoffbedarf, gelöster organischer Kohlenstoff, Gasproduktion, pH-Wert, Redoxpotential und Temperatur konnte der Vergärungsprozeß eindeutig in harakteristische Prozeßphasen eingeteilt werden. In Reaktor- und Batchexperimenten wurde das Verhalten ausgewählter Pestizide mit unterschiedlichen physiko-chemischen Eigenschaften im Detail untersucht. Dabei wurde gezeigt, daß das unpolare und hochtoxische Insektizid Endosulfan auch während des Vergärungsprozesses fast vollständig an der Festmatrix adsorbiert bleibt und nur marginal ins Prozeßwasser übertritt. Ein Abbau dieses Chlororganopestizids konnte nicht festgestellt werden. Das polare Fungizid Benomyl hydrolysierte spontan in die toxischen Produkte Butylisocyanat und Methyl-1H-benzimidazol-2-ylcarbamat (MBC). Das Fungizid MBC konnte zu ca. 50 Prozent der Ausgangsmenge im Prozeßwasser der Biomüllvergärung nachgewiesen werden. Die aerobe Nachstabilisierung führte zu einer weiteren Freisetzung von MBC in die Wasserphase.
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