Wenn wir ein Stück Obst, eine Tafel Schokolade oder eine Packung in die Hand nehmen, denken wir nur selten an die riesigen Mengen landwirtschaftlicher Abfälle – Stiele, Blätter, Samenschoten und mehr – die nie den Ort der Ernte verlassen. Unsere Wohlstandsgesellschaft ist eine Wegwerfgesellschaft. Der Mensch ist eine Müllmaschine. Tag für Tag entsorgen wir tonnenweise Plastik und Lebensmittelreste und die Konzerne fördern dies, in dem sie darauf achten, dass Waren und Güter nur kurze Haltbarkeitszeiten haben. Die Verpackung aber, meist aus Plastik, bleibt für die Ewigkeit. Welche Ironie, sogar Müllbeutel sind aus Plastik. Warum Bio-Obst und –Gemüse anbauen und sie dann in nicht recycelbare Behälter verpacken? Immer mehr Verbraucher, die Wert auf Umweltschutz und Nachhaltigkeit legen, wollen Verpackungsmüll vermeiden. Durchschnittlich 226,5 Kilo Verpackungsmüll verursacht jeder Mensch pro Jahr in Deutschland. Während sich die Regierungen weltweit mit Ernteausfällen in den letzten Jahrzehnten beschäftigen, um rechtzeitig auf Nahrungsmittelkrisen zu reagieren, werden weltweit Milliarden Tonnen Nahrungsmittel einfach vernichtet. Allein in Europa werden zum Beispiel mehr als 50 Millionen Tonnen Obst und Gemüse jährlich weggeworfen, Nahrungsmittel, die es gar nicht erst in die Supermärkte schaffen. Jetzt nehmen sich Wissenschaftler dieses Problems an und wollen weltweit landwirtschaftlichen Abfall in Nahrung, Verpackung u. a. m. verwandeln.
Tolle Alternativen! Landwirtschaftlichen Abfall in Nahrung und Verpackung verwandeln
Haben Sie gewusst, dass für jedes Pfund Kakaobohnen – der Teil der Pflanze, der in Ihrer Schokoladentafel landet – die Bauern etwa 12 Mal so viel Biomasse produzieren? Schon längst werden wir mit Nahrungsmitteln aus Lateinamerika, Afrika und Asien versorgt. Dort werden zum Beispiel die Ernterückstände auf den Feldern verbrannt und verpesten so die Umwelt.
Die Sorgen um Abfälle wachsen: 3,5 Millionen Tonnen Müll produziert die Weltbevölkerung jeden Tag, darunter auch viele Ernteabfälle oder Nahrungsmittel, die es gar nicht erst in die Supermärkte schaffen.
Wer Lebensmittel wegwirft, vergeudet wertvolle Ressourcen wie Wasser, Energie und Boden und nicht zuletzt die Arbeit, die viele Menschen in die Erzeugung, Verarbeitung und den Transport investiert haben.
Es gibt bereits tolle Alternativen
Heutzutage ist es wirklich schwer, eine Banane zu sein. Bis zu 40 Prozent der Bananen werden von den Landwirten weggeworfen, weil sie nicht den Normen entsprechen. Supermärkte setzen Maßstäbe. Grundsätzlich sind die Bananen zu gebogen, zu gerade, zu lang, zu kurz, zu dick oder zu dünn. Zusätzlich werden die Bananen in Plastik verpackt und um die ganze Welt gekarrt. Nur ein Beispiel von vielen. Siehe Die schockierende Wahrheit über Bananen aus dem Supermarkt – Don’t eat bananas – because they are dangerous!
Was, wenn man auch aus Bananenblättern Verpackungen machen könnte, denn organische Lebensmittel verrotten zum Teil sehr schnell.
Auch Länder in Asien haben dem Plastikmüll den Krieg erklärt und auch hier spielt die Banane eine besondere Rolle
Alles begann in Thailand. Ein thailändischer Supermarkt hatte einen genialen Weg gefunden, Kunststoffverpackungen zu reduzieren: Sie verwenden statt Plastik Bananenblätter. Als die Supermärkte in Vietnam von dieser genialen Idee erfuhren, machten auch sie mit. Obst und Gemüse werden einfach in ein Bananenblatt eingewickelt und mit einem flexiblen Bambus festgebunden. Wie schnell solche Ideen umgesetzt werden, zeigen jetzt auch Supermärkte auf den Philippinen. In Anlehnung an diesen umweltfreundlichen Trend aus Thailand und Vietnam beginnen weitere Supermärkte, Bananenblätter anstelle von Plastik als Verpackungen zu verwenden. Eine Idee, die sich überall dort umsetzen lässt, wo Bananen wachsen. Siehe Genial! Nach Thailand, Vietnam jetzt auch auf den Philippinen – Bananenblätter statt Plastikverpackung! – Supermarkets in Asia are Now Using Banana Leaves Instead of Plastic Packaging
„Essbare“ Wasserflaschen als Alternative zu Plastikflaschen beim Marathon!
Beim London-Marathon wurden 2019 anstelle von Kunststoffflaschen sogenannte essbare Wasserflaschen verwendet. Während des Marathons wurden die Kapseln an Läufer verteilt. Ooho-Kapseln werden aus Meeresalgen hergestellt und sind auf natürliche Weise biologisch abbaubar. Siehe: Toll! „Essbare“ Wasserflaschen als Alternative zu Plastikflaschen beim Marathon! London Marathon offers edible seaweed drinks capsules as alternative to plastic bottles
Das Ausmaß der landwirtschaftlichen Abfälle ist wirklich enorm.
Laut Studien sind es Milliarden von Tonnen. Mit dem Upcycling von Biomasse streben Forscher an, Treibhausgasemissionen zu reduzieren und das wirtschaftliche Überleben der Landwirtschaft zu verbessern. Bedeutet, aus Abfall entsteht ein neues, wieder zu verwertendes Produkt.
Haben Sie zum Beispiel gewusst, dass jährlich weltweit etwa vier Millionen Tonnen Kakao produziert werden? Übrigens nachhaltig erzeugter Kakao macht nur weniger als fünf Prozent aus. Die Elfenbeinküste und Ghana sind die Nummer eins und zwei der Kakao-produzierenden Nationen auf der Erde. Zusammen produzieren sie etwa zwei Drittel des Kakaos weltweit. Diese Produktion ist mit rasanter Abholzung sowie Kinderarbeit und anderen Menschenrechtsverletzungen verbunden. Doch haben Sie sich schon einmal gefragt, wie viel Abfall anfällt und was damit gemacht wird? Was wäre, wenn man aus dem Abfall neue Nahrungsmittel herstellen könnte? Es ändert zwar nichts an der Situation auf den Plantagen, aber es wäre eine Lösung zum Beispiel gegen den Hunger. Lesen Sie dazu auch: Bittere Schokolade: Entwaldung in der Elfenbeinküste – Bitter chocolate: Deforestation in the Ivory Coast
Für jedes Pfund Kakaobohnen produzieren die Bauern etwa 12 Mal so viel Biomasse.
Es gibt bereits Lösungen, was man mit dem „Abfall“ machen könnte, wie der folgende Beitrag von Andrew Wight, einem unabhängigen Wissenschaftsjournalisten, zeigt, den wir für Sie übersetzt haben.
Wenn wir ein Stück Obst, eine Tafel Schokolade oder eine Packung in die Hand nehmen, denken wir [nur selten] an die riesigen Mengen landwirtschaftlicher Abfälle – Stiele, Blätter, Samenschoten und mehr – die nie den [Ort der Ernte] verlassen.
Das Ausmaß der landwirtschaftlichen Abfälle ist wirklich enorm. Weltweit erreichten die Ernterückstände – nach der Ernte auf dem Feld zurückgelassene Pflanzenabfälle – 2013 laut einer brasilianischen Studie von 2018 5 Milliarden metrische Tonnen (5,5 Milliarden amerikanische Tonnen [short tons]). Eine Studie aus Südafrika berichtete, dass die auf dem Feld zurückgehaltenen Ernterückstände für 13% der Treibhausgasemissionen der Landwirtschaft verantwortlich sind.
Ein Teil dieses Materials wird für organischen Dünger, Bodenanreicherung oder Tierfutter verwendet. Aber viel davon steht für weitere Nutzungen zur Verfügung.
Währenddessen sind Landwirte mit einer wachsenden wirtschaftlichen Unsicherheit auf Grund des Klimawandels konfrontiert, was zu einer zunehmenden Landflucht führt, so ein Bericht der Ernährungs- und Landwirtschaftsorganisation der Vereinten Nationen aus dem Jahr 2018.
Sorgen um Abfälle wachsen, und so arbeiten Forscher und Handelspartner auf der ganzen Welt daran, das, was jetzt zurückgelassen oder zu neuen, nützlichen Produkten verbrannt wird, umzuwandeln. Auf diese Weise wollen sie nicht nur die negativen Umweltauswirkungen der Landwirtschaft reduzieren, sondern auch eine neue Einkommensquelle für die Landwirte schaffen.
Vergeudung guter Schokolade
Nehmen wir zum Beispiel den Kakao. Für jedes Pfund Kakaobohnen – der Teil der Pflanze, der in Ihrer Schokoladentafel landet – produzieren die Bauern etwa 12 Mal so viel Biomasse. Jetzt haben Forscher in Kolumbien aus diesem „Abfall“-Material neue Produkte entwickelt, darunter Bier, Saft, puddingähnliche Desserts und auch Functional Food.
Cristian Blanco-Tirado, Chemieprofessor an der Industrial University of Santander in Bucaramanga, Kolumbien, leitet das Nextcoa-Projekt, das diese Produkte entwickelt hat. Nextcoa verwendet auch Kakaobohnen und Abfälle, um 100 Prozent Kakaopralinen herzustellen, die weniger bitter sind als traditionelle Vollkakaoprodukte.
Chemieprofessor Cristian Blanco Tirado zeigt einige der von Nextcoa entwickelten Kakao-Produkte. Foto von Andrew J. Wight
Anstatt den Rohrzucker, die Milch und das Sojalecithin in einem typischen Schokoladenriegel zu verwenden, verwendet Blanco-Tirado Süßstoffe und Emulgatoren aus der Kakaofrucht, die früher nach der Extraktion und dem Export der Kakaobohnen weggeworfen wurden. Blanco-Tirado sagt, er erwarte, dass die Schokolade der Marke „Betul“ im August 2019 kommerziell erhältlich sein wird.
„Unsere Region Santander in Kolumbien erzeugt traditionell Kakaobohnen, aber nur 6% der Einnahmen gehen an die Produzenten“, sagt er. „Also untersuchten wir, ob die Kakaofrucht besser genutzt werden kann. So entwickelten wir Technologien für die Produktion, nicht nur von Bohnen, sondern auch von Produkten mit höherem Wert.“
Blanco-Tirado sagt, die größte Herausforderung bestehe darin, Kleinbauern verstehen zu helfen, dass es Vorteile bringt, wenn auch Abfälle rentabel werden, und dass sich hier Investitionen lohnen.
Ein Landarbeiter ist dabei, eine reife Kakaofrucht auf einer Kakaofarm in der Nähe von Tayrona, Kolumbien, zu pflücken. Foto von Andrew J Wight
Die Finanzanalyse des Teams besagt, dass der Preis der Schokolade im Vergleich zu luxuriösen 70-prozentigen Kakaoschokoladenmarken konkurrenzfähig ist. Blanco-Tirado fügte hinzu, dass auch andere Produkte aus Kakaoschoten hergestellt werden, darunter Cellulose, Saft und Sirup.
Verpackungen aus Pflanzen
In Europa arbeiten Forscher, die mit einem Zuschuss von 5,56 Mio. € aus dem Forschungs- und Innovationsprogramm Horizon 2020 der Europäischen Union ausgestattet sind, an neuen umweltfreundlichen Verpackungen, die sowohl den landwirtschaftlichen Abfall als auch die 9 Mio. Tonnen (9,9 Mio. Tonnen) Kunststoffverpackungsabfälle reduzieren, die jedes Jahr auf europäischen Deponien landen.
Valérie Guillard ist Lebensmittelingenieurin an der Universität Montpellier in Frankreich und Koordinatorin des Projekts GLOPACK. Das Projekt verwendet Rückstände aus der Lebensmittelindustrie und der Landwirtschaft wie verdorbene Fruchtsäfte, Rindergülle, Weizenstroh und Weinrebenschösslinge. Diese sind Teil der Rohstoffe für die beiden Hauptkomponenten der Verpackung.
Die erste Komponente, genannt Polyhydroxyalkanoat (PHA), wird von Mikroben synthetisiert und ist nach Guillard biologisch abbaubar. Die zweite Komponente besteht aus Weizenstrohfasern und Weinrebensprossen.
Diese beiden kompostierbaren Lebensmittelverpackungen werden aus landwirtschaftlichen und Lebensmittelresten hergestellt. Foto mit freundlicher Genehmigung von @LorieGuilbert/GLOPACK
Diese Komponenten werden zu Pellets verarbeitet, die dann wie erdölbasierte Polymere zu Verpackungen geformt werden.
Guillard sagt, sie erwarte, dass die Kosten für die aus dem Biopolymer entwickelten Verpackungen 3-4 € pro Kilogramm Rohstoff betragen werden, mehr als doppelt so viel wie die Kosten für die derzeitigen 1,5 € pro Kilogramm Polypropylen, einen gängigen Verpackungskunststoff.
„Zurzeit zahlen wir quasi nichts für petrochemische Kunststoffe und die Entsorgung dieses Materials wird nicht vom Hersteller bezahlt, was erklärt, warum der Preis so niedrig ist“, sagt Guillard. „Mit anderen Worten, wenn wir – die Gesellschaft – die wahren, realen Kosten von Kunststoffmaterialien unter Berücksichtigung aller plastischen Externalitäten bezahlten, würde der mikrobielle Polyester, den wir in GLOPACK produzieren, im Vergleich zu Kunststoff wettbewerbsfähig.“
Weiter sagte sie, die Verwendung landwirtschaftlicher Abfälle für die Verpackung werde es der Industrie ermöglichen, ihre Abhängigkeit von petrochemischen Produkten zu verringern und die Treibhausgasemissionen zu verringern.
Guillard plant, die aktuelle GLOPACK-Prototypenproduktion bis Juni 2021 auf Pilotstufe zu bringen.
Biomoleküle werden marktfähig
Auf der anderen Seite des Planeten arbeiten australische Forscher daran, aus landwirtschaftlichen Pflanzenabfällen nützliche Moleküle für den Einsatz in Medizin, Kosmetik, Lebensmittelzusatzstoffen und mehr zu gewinnen.
Australien importiert derzeit viele Moleküle, die aus landwirtschaftlichen Abfällen gewonnen werden könnten, so Vincent Bulone, Glykoscience-Forscher an der University of Adelaide und leitender Forscher einer Gruppe von akademischen und industriellen Partnern, die darauf abzielen, hochwertige Produkte aus landwirtschaftlichen Abfällen zu entwickeln.
Zu den vielversprechendsten Beispielen gehören laut Bulone Lebensmittelpigmente aus Früchten, Chitosan aus Pilzen für landwirtschaftliche oder medizinische Zwecke und Sulforaphan, eine Verbindung mit einer Vielzahl von potenziellen gesundheitlichen Vorteilen, aus Gemüse wie Blumenkohl und Grünkohl.
„All diese [angebotenen Ackerfrüchte] haben derzeit einen niedrigen Wert“, sagt Bulone. „Angesichts der teilweise hohen verfügbaren Mengen [Sulphoraphan] kann dies ein echtes Neugeschäft für die Landwirte mit neuen Einnahmen aus den laufenden Abfällen darstellen, vorausgesetzt, dass Kapitalinvestitionen für die kommerzielle Nutzung gewonnen werden können.“
Besonders attraktiv sind Anthocyane, das sind Pigmente und Antioxidantien, die Blaubeeren und Brombeeren ihre besondere Farbe verleihen. Sie werden in Schönheits- und Hautpflegeprodukten eingesetzt.
Bulone zufolge ist der Extraktionsprozess einfach und dauert nur wenige Stunden. Zuerst wird das Gemisch homogenisiert, dann werden die Chemikalien extrahiert und getrocknet. Der Prozess ist rein mechanisch oder lösungsmittelbasiert, sodass keine Mikroorganismen beteiligt sind.
Äpfel, Kirschen, die meisten Beerensorten, schwarze Oliven und die Schalen von Zwiebeln und Kartoffeln produzieren verschiedene Klassen dieses Biomoleküls, und alle können den gleichen Prozess durchlaufen. Die verschiedenen Arten von Biomolekülen können getrennt und am Ende des Prozesses extrahiert werden.
Bulone zufolge beträgt die Gesamtfinanzierung für das Projekt 11 Millionen AU$ über vier Jahre, von Regierungs- und Industriepartnern. Der nächste Schritt besteht darin, den Prozess im industriellen Maßstab zum Laufen zu bringen, gefolgt von einer lokalen Pilotanlage und der anschließenden vollständigen Vermarktung.
Und das ist erst der Anfang. Während Wissenschaftler auf der ganzen Welt neue Wege der Nutzung landwirtschaftlicher Abfälle erforschen, entwickeln sich andere, bisher nicht [als wertvoll] erkannte Materialien zu einer wertvollen Ressource, die den Landwirten hilft, über die Runden zu kommen und gleichzeitig eine nachhaltigere Welt zu schaffen.
SCIENTISTS AROUND THE WORLD ARE WORKING TO TURN AGRICULTURAL WASTE INTO FOOD, PACKAGING AND MORE
By upcycling biomass, innovators aim to reduce greenhouse gas emissions and improve the economic viability of farming
By Andrew Wight
When we pick up a piece of fruit, bar of chocolate or package of flour, we don’t often think of the massive amounts of agricultural waste — the stems, leaves, seed pods and more — that never make it off the farm.
Yet the scale of agricultural waste is huge. Globally, crop residues — the plant waste left in the field after harvest — totaled 5 billion metric tons (5.5 billion tons) in 2013, according to a 2018 Brazilian study. A study from South Africa reported that crop residues retained in the field are responsible for 13% of agricultural greenhouse gas emissions.
Some of that material is used for organic fertilizer, soil enrichment or animal feed. But plenty is still available for other uses.
Meanwhile, farmers are facing increased economic uncertainty due to climate change, leading to increased rural migration, according to a 2018 report from the United Nations Food and Agriculture Organization.
As concern about waste grows, researchers and commercial partners around the world are working to turn what’s now being left behind or burned into new, useful products. By doing so, they hope to not only reduce adverse environmental impacts of agriculture, but also provide a new source of income for farmers.
Waste of Good Chocolate
Take cacao, for example. For every pound of cacao beans — the part of the plant that ends up in your chocolate bar — farmers produce about 12 times as much biomass. Now, researchers in Colombia have created new products from this “waste” material, including beer, juice, desserts similar to pudding and also nutraceuticals.
Cristian Blanco-Tirado, a chemistry professor at the Industrial University of Santander in Bucaramanga, Colombia, leads the Nextcoa project, which has developed these products. Nextcoa also uses cacao beans and waste to produce 100 percent cacao chocolates that are less bitter than traditional all-cacao products.
Chemistry professor Cristian Blanco Tirado shows off some of the cacao products developed by Nextcoa. Photo by Andrew J. Wight
Instead of using the cane sugar, milk and soy lecithin found in a typical chocolate bar, Blanco-Tirado says that the product uses sweeteners and emulsifiers derived from the cacao fruit, which used to be thrown away after the cacao beans were extracted and exported. Blanco-Tirado says he expects “Betul” brand chocolate to be commercially available in August 2019.
“Our Santander region in Colombia has traditionally been a producer of cacao beans, but only 6% of the revenues go to producers,” he says. “So we asked if it was possible to take better advantage of the cacao fruit by developing technology for the production, not only of beans, but of products with greater value.”
Blanco-Tirado says the biggest challenge is helping smallholder farmers understand the benefits of commercializing the waste, while also making the process financially viable and attracting investment.
A farm worker prepares to pick a ripe cacao fruit at a cacao farm near Tayrona, Colombia. Photo by Andrew J Wight
For now, the team’s financial analysis says the price of the chocolate is competitive with luxury 70 percent cacao chocolate brands. Blanco-Tirado added that other products are being produced from cacao pods as well, including cellulose, juice and syrup.
Packaging From Plants
In Europe, researchers armed with a €5.56 million grant from the European Union’s Horizon 2020 Research and Innovation Programme are working on new environmentally friendly packaging, reducing both agricultural waste and the 9 million metric tons (9.9 million tons) of plastic packaging waste ending up in European landfills each year.
Valérie Guillard is a food engineering scientist at the University of Montpellier in France and the coordinator of the project, called GLOPACK. The project uses residues from food industry and agriculture such as spoiled fruit juices, cattle manure, wheat straw and grapevine shoots as some of the feedstocks for the two key components of the packaging.
The first component, called polyhydroxyalkanoate (PHA) is synthesized by microbes and biodegradable, according to Guillard. The second component is made from wheat straw fibers and grapevine shoots.
These two home-compostable food packaging trays are made from agricultural and food residues. Photo courtesy of @LorieGuilbert/GLOPACK
These components are made into pellets, which are then formed into packaging in the same way petroleum-based polymers are.
Guillard says she expects the cost of packaging developed from the biopolymer to be €3–4 per kilogram (2.2 pounds) of raw material, more than double the cost of the current €1.5 per kilogram of polypropylene, a common packaging plastic.
“At this moment we pay almost nothing for petrochemical plastics and the end-of-life issues of such material is not paid for by the producer, explaining why the price is so low,” Guillard says. “In other words, if we — the society — pay the true, real cost of plastic materials considering all plastic externalities, the microbial polyester we are producing in GLOPACK would become competitive compared to plastic.”
She added that using agricultural waste for packaging would permit industry to reduce its dependence on petrochemical products and decrease greenhouse gas emissions.
Guillard is looking to scale up the current GLOPACK prototype production to pilot-stage levels by June 2021.
Bring on the Biomolecules
On the other side of the planet, Australian researchers are working on extracting useful molecules from agricultural plant waste for use in medicine, cosmetics, food additives and more.
Australia currently imports many molecules that could be derived from agricultural waste, according to Vincent Bulone, a glycoscience researcher at the University of Adelaide and lead investigator of a group of academic and industrial partners aiming to develop high-value products from agricultural waste.
According to Bulone, the most promising examples include food pigments from fruit; chitosan from mushrooms for agricultural or medicinal uses; and sulforaphane, a compound with a variety of potential health benefits, from vegetables such as cauliflower and kale.
“All of these currently have a low value,” Bulone says. “Given the high volumes available in some instances, this can represent a real new business for the growers with new revenue generated from current waste, provided that capital investment for commercial exploitation can be attracted.”
Particularly attractive are anthocyanins, the pigments and antioxidants that give blueberries and blackberries their distinctive color. They are used in beauty and skin care products.
Bulone says the extraction process is simple and takes only a few hours. First the mixture is homogenized, then the chemicals are extracted and dried. The process is all mechanical or solvent-based, so no microorganisms are involved.
Apples, cherries, most types of berries, black olives, and the skins of onions and potatoes all produce different classes of this biomolecule, and all can undergo the same process. The different kinds of biomolecule can be separated and extracted at the end of the process.
Bulone says the total funding for the project is AU$11 million over four years, from government and industry partners. The next step is to get the process working at an industrial scale, followed by a local pilot plant and then full-scale commercialization.
And this is just the beginning. As scientists around the world explore new ways of using agricultural waste, other previously unappreciated materials are emerging as a valuable resource for helping farmers make ends meet while making a more sustainable world.
Netzfrauen Ursula Rissmann-Telle und Doro Schreier
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