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Alles so schön grün hier

Text und Fotos von ANNA-THERESA BACHMANN

10. November 2020 · In Dänemark experimentieren Forscher auf neue Art mit dem alten Rohstoff Gras. Sie hoffen, zukünftig auf exportiertes Viehfutter verzichten zu können, und wollen damit auch Textilfasern nachhaltig gewinnen.

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u Beginn des 20. Jahrhunderts schrieb der von einer tiefen Liebe zur Natur geprägte deutsche Dichter Max Dauthendey: „Grünes Gras ist so wenig und ist so viel, wenn die Erde in Sack und Asche saß und beginnt von neuem ihr grünes Spiel.“ Damals standen Europas Städte in dichte Rauchschwaden gehüllt, die Industrialisierung hatte die Welt im Griff. Heute, da man sich von Erdöl und Kohle abwenden will, hallen Dauthendays Zeilen auf besondere Weise nach. Zumindest wenn man an einem Septembermorgen mit Uffe Jørgensen inmitten eines Testfeldes steht und auf den Flickenteppich blickt, der sich rings um das Zentrum für „Circular Bioeconomy“ im dänischen Foulum ausbreitet. Hier sprießt, was eine Antwort auf die Klimakrise liefern und Nachteile moderner Landwirtschaft umgehen könnte: Gras.

Geht es um die Effizienz einer Bioraffinerie, unterstützt Morten Ambye-Jensen (links) vom Fachbereich für Ingenieurwesen der Universität Aarhus seinen Kollegen Uffe Jørgensen (rechts), dessen Team auf den Feldern mit verschiedenen Grasarten und Anbaumethoden experimentiert.

„In den letzten hundert Jahren befanden wir uns im fossilen Zeitalter, dem wir entkommen wollen“, sagt Jørgensen, der das Forschungszentrum leitet und an der Universität in Aarhus Agrarökologie lehrt. „Nun versuchen wir das bioökonomische Zeitalter einzuläuten, indem wir bisher ölbasierte Produkte wie Plastik aus einer neuen Biomasse herstellen.“ In Jørgensens Verständnis von Bioökonomie, einer Wirtschaft mit nachwachsenden Rohstoffen, ist es vor allem die Landwirtschaft, die unsere Produktion von Nahrung, Treibstoff oder Kleidung radikal verändern müsse, wie er sagt, um die Umwelt zu schonen.

Der Weg dorthin soll nach wie vor über Raffinerien führen, in denen verschiedene Zwischen- und Endprodukte aus den Bestandteilen eines einzelnen Rohstoffes produziert werden – nur handelt es sich dabei eben nicht mehr um vor Jahrmillionen entstandenes Erdöl, sondern um frische Biomasse.

Dass sich Gras dafür besonders gut eignen könnte, ist eine Erkenntnis, die Jørgensen und sein Team Forschungen verdanken, die sie im Jahr 2012 begonnen haben. Dabei bepflanzen sie lehmigen und sandigen Boden in verschiedenen Szenarien: Neben in der Landwirtschaft gängigen Methoden, etwa Mais als Monokultur anzubauen, vergleichen die Wissenschaftler die gewonnene Biomasse aus in Fruchtfolge angebauter Pflanzen wie Rüben, Hafer und Roggen mit jener, die aus Grasflächen gewonnen werden kann. Angebaut wurden ausschließlich Süßgräser: heimischer Wiesenschweidel, Rohrglanzgras, Schwingel, Knäuelgras, das aus Asien stammende Chinaschilf und ein Mix aus Gras- und Hülsenfrüchtlern.

Wiesenschweidel, eine Kreuzung aus zwei bewährten Futterpflanzen, ist eines der Süßgräser, mit denen Uffe Jørgensen experimentiert.
Wiesenschweidel, eine Kreuzung aus zwei bewährten Futterpflanzen, ist eines der Süßgräser, mit denen Uffe Jørgensen experimentiert.
Wiesenschweidel, eine Kreuzung aus zwei bewährten Futterpflanzen, ist eines der Süßgräser, mit denen Uffe Jørgensen experimentiert.

Verglichen mit traditioneller Wechselwirtschaft und Getreide als Monokultur, hatten die Gräser in dem über drei Jahre laufenden Experiment doppelt so viel Biomasse produziert – auch weil Gras drei- bis viermal pro Jahr geerntet werden kann, bei milder Witterung sogar noch tief im Winter. Nur mit Mais erzielten die Wissenschaftler ähnlich hohe Erträge. Masse allein ist allerdings kein Indikator für nachhaltige Landwirtschaft, auch das Erdreich will bedacht werden.

Uffe Jørgensen öffnet den Metallkasten, der aus der Parzelle ragt und in dem mehrere Schläuche zusammenlaufen. Hier kommt auch Wasser an, das in eineinhalb Meter Tiefe unter dem Testfeld aufgesaugt wird. Anhand der Proben misst Jørgensen, wie viel Nitrat versickert. Dazu kommt es in der Landwirtschaft häufig, wenn durch Überdüngung mehr Stickstoff in den Boden gelangt, als Pflanzen aufnehmen können. Wird zu viel Stickstoff ins Grundwasser gespült, in Flüsse und Seen, oder entweicht es als Lachgas in die Luft, schadet das der Umwelt und heizt das Klima an.

Der Grassaft wurde auf über 60 Grad Celsius erhitzt, um diese eiweißreiche Paste zu erhalten.
Der Grassaft wurde auf über 60 Grad Celsius erhitzt, um diese eiweißreiche Paste zu erhalten.

Zur Nitratauswaschung kommt es insbesondere im Winter, da die Felder dann brach liegen und ungebundenes Nitrat mit Regen und Schnee in die tiefen Bodenschichten sickert. Weil Gräser als Stauden mehrjährig sind, deshalb auch in der kalten Jahreszeit auf dem Acker bleiben und Stickstoff effizienter umsetzen als etwa Mais, fällt der Nitratschwund auf einem Grasacker geringer aus. Laut Jørgensen sind es siebzig bis achtzig Prozent weniger im Vergleich zur konventionellen Landwirtschaft. Auch müssen Landwirte Felder mit mehrjährigen Gräsern seltener pflügen, wodurch weniger Kohlenstoffdioxid freigesetzt wird, das Pflanzen im Boden speichern und Traktoren ausstoßen. Dass Grün jedoch nicht gleich Grün und Gras nicht gleich Gras ist, erkennt, wer sich die Parzellen auf dem Testfeld in Foulum genauer ansieht. Eines der besten Ergebnisse erzielen Jørgensen und sein Team aktuell mit Wiesenschweidel, einer als Futterpflanze bewährten Kreuzung aus Schwingel und Weidelgras, dessen breite und lange Halme auf der Unterseite ein wenig stachlig sind. „In Zukunft wollen wir die Biodiversität strategisch steigern“, sagt Jørgensen. „Mit Gras-Klee-Mixen und Kräutern, von denen einige günstige Eigenschaften wie lange Wurzeln haben, um Wasser auch bei Trockenheit lange zu speichern.“ Auf künstliche Bewässerung, Dünger und ein Mindestmaß an Pestiziden können allerdings auch die Forscher auf ihren Grasfeldern in Foulum noch nicht ganz verzichten, ohne zu riskieren, dass die Biomasse schwindet.

Ein paar hundert Meter vom Feld entfernt rattern in einer Lagerhalle nun schon seit einem Jahr jene Maschinen, die im Kleinformat demonstrieren, was die Wissenschaftler im Großen bewirken wollen: Eine Bioraffinerie, in der unterschiedliche Grasbestandteile getrennt gewonnen und weiterverarbeitet werden. Momentan hat es das Team vor allem auf Proteine abgesehen, die im Gras stecken. Die Überlegung: Entzieht man den Halmen Eiweiß und stellt daraus hochkonzentriertes Pulver her, kann es als lokal produziertes Viehfutter genutzt werden – und Sojaimporte ersetzen, für deren Produktion anderswo mehr und mehr Regenwälder abgeholzt werden.


„Nun versuchen wir das bioökonomische Zeitalter einzuläuten, indem wir bisher ölbasierte Produkte wie Plastik aus einer neuen Biomasse herstellen.“

Eiweißreiche Sojabohnen oder auch Sojaschrot landen in der Europäischen Union laut Schätzungen der Europäischen Kommission nur zu zwei Prozent direkt auf unseren Tellern. 98 Prozent der Importe, die sich zwischen Juli 2019 und Juni 2020 auf etwa 38 Millionen Tonnen beliefen, sind als Viehfutter vorgesehen. Was zum Beispiel für Brasilien, unserem Hauptlieferanten, bedeutet: Ein Fünftel des nach Europa gelieferten Sojas gedeiht auf illegal abgeholzten Regenwaldflächen im Amazonas-Gebiet und in der Cerrado-Savanne. Zu diesem Ergebnis kam eine im Juli 2020 in der Fachzeitschrift Science veröffentlichte Studie. Dadurch werden nicht nur die Habitate zahlreicher Tier- und Pflanzengemeinschaften sowie der Lebensraum der indigenen Bevölkerung zerstört, sondern auch Kohlendioxid freigesetzt.

Hinzu kommen die Schadstoffemissionen auf den Transportwegen nach Europa. „Nicht zu vergessen die Pestizide“, sagt Uffe Jørgensen. In Südamerika oder den Vereinigten Staaten, dem zweitgrößten Soja-Exporteur in die Europäische Union, kämen Pflanzenschutzmittel zum Einsatz, die in Europa längst verboten sind. Am dienlichsten wäre es der Umwelt wohl, den Fleischkonsum drastisch zu senken und so auf die riesigen Futtermengen verzichten zu können. Dessen sind sich die Forscher der Universität Aarhus bewusst. Aber das Ernährungsverhalten ändert sich nur langsam, und die Fleischindustrie ist einer der wichtigsten Zweige des Agrarsektors. Laut des dänischen Rates für Landwirtschaft und Ernährung, eines Interessenverbands, macht Schweinefleisch fast die Hälfte der landwirtschaftlichen Exportgüter Dänemarks aus und mehr als fünf Prozent des gesamten Exportvolumens. Hauptabnehmer ist der Nachbar im Süden: 2019 hat Deutschland rund 456 000 Tonnen Fleisch, Wurstwaren sowie lebende Schweine und Ferkel importiert. Das bringt Umsatz, doch könnte der vermehrte Anbau und Einsatz von Grasflächen die dänische Landwirtschaft zumindest etwas nachhaltiger und klimaverträglicher machen, argumentieren die Wissenschaftler.

Ingenieurwesen trifft auf Biologie an der Universität Aarhus: Laborbesuch bei Birgit Bonefeld, die auf nachhaltige Textilherstellung spezialisiert ist.
Ingenieurwesen trifft auf Biologie an der Universität Aarhus: Laborbesuch bei Birgit Bonefeld, die auf nachhaltige Textilherstellung spezialisiert ist.

Auf dem Universitätsgelände in Foulum umfasst die Bioraffinerie neben dem Innenleben der kleinen Lagerhalle mehreren Tanks und eine Laderampe im Außenbereich. Dort erklärt Morten Ambye-Jensen von Fachbereich für Ingenieurwesen, wie die Proteine aus dem Gras extrahiert werden. „Wichtig ist, dass die Biomasse frisch und ungeschnitten hier ankommt“, sagt Ambye-Jensen. Sonst verliere das Gras an Qualität. Grob gehäckselt werden die Büschel erst kurz bevor sie in eine Schraubenpresse gelangen, um Saft und Fasern zu trennen.

Es ist der tiefgrüne Grassaft, auf den es die Wissenschaftler abgesehen haben. Im Inneren der Anlage wird er zwischen 60 bis 80 Grad Celsius erhitzt, bis das enthaltene Eiweiß gerinnt. So bildet sich eine Paste, deren Konsistenz an Kichererbsenpürree erinnert. Wird sie in einer Zentrifuge geschleudert und anschließend getrocknet, erhält man ein Pulver, das ähnlich wie Sojaschrot ungefähr zur Hälfte aus Eiweiß besteht. Nebenbei gewinnen die Wissenschaftler eine braune Flüssigkeit, in der sich unter anderem Zucker und verschiedene Aminosäuren befinden. Selbst diese Bestandteile können noch verwendet werden, zum Beispiel für biologische Düngemittel.

Zwar sind Grasproteine prinzipiell für die menschliche Ernährung geeignet, zu empfehlen ist der Verzehr der bitteren Paste oder des grünen Pulvers trotzdem nicht. Erst wenn man den Saft bei mindestens 80 Grad Celsius erhitzt, ist ein weißes Pulver zu gewinnen, das nicht mehr nach Wiese schmeckt. Daraus könnten zukünftig vegetarische Schnitzel geformt werden, die ohne Soja auskommen. Aber Nahrungsmittel sind bisher nicht das Ziel dieser Bioraffinerie, noch konzentrieren sich die Forscher hier aufs Viehfutter.

Bei einem Anteil von rund 30 Prozent lohnt es, Zellulose aus Grasfasern zu gewinnen. In der Schale liegt das Biomaterial als gereinigtes weißes Pulver.
Bei einem Anteil von rund 30 Prozent lohnt es, Zellulose aus Grasfasern zu gewinnen. In der Schale liegt das Biomaterial als gereinigtes weißes Pulver.
Bei einem Anteil von rund 30 Prozent lohnt es, Zellulose aus Grasfasern zu gewinnen. In der Schale liegt das Biomaterial als gereinigtes weißes Pulver.

Im Jahr 2018 hat Dänemark direkt und indirekt 1,7 Millionen Tonnen Sojaschrot und 16 000 Tonnen Sojabohnen importiert. Um den Bedarf an Viehfutter mit lokal herangewachsenen und verarbeiteten Grasproteinen zu decken, benötigte die dänische Landwirtschaft laut den Berechnungen der Wissenschaftler etwa 500 000 Hektar Grasfläche und zweihundert Bioraffinerien, die regional die Produktion übernehmen. Vorausgesetzt, sowohl Technologie als auch Effizienz lassen sich verbessern – und die dänischen Bauern von der Idee überzeugen, ihre Felder entsprechend anzupassen.

In Dänemark werden heutzutage 2,6 Millionen Hektar Land landwirtschaftlich genutzt, davon dienen 300 000 Hektar als Weidefläche für die Rinder- und Milchindustrie. Und die könnte man gleich doppelt nutzen: „Unser Plan ist, von den Rinder- und Milchbauern das Gras zu borgen, diesem das Eiweiß zu entziehen, um es zum Füttern von Schweinen und Geflügel zu nutzen, und die übrigen Fasern an die Kühe zurückzugeben“, sagt Jørgensen. Auch für die Kühe hat dieser Kreislauf durchaus Vorteile, wie Jørgensens Kollegen an der Universität Aarhus im Bereich der Tierzucht herausgefunden haben: Die Entsaftung in der Schraubenpresse wirkt gewissermaßen wie ein erster Kauvorgang. Den Rest an Eiweißen, die in den Grasfasern zurückbleiben, können Kühe anschließend besser verdauen als herkömmliches Gras.

Die Laborgefäße enthalten Gras – in den verschiedenen Stadien der Weiterverarbeitung.
Die Laborgefäße enthalten Gras – in den verschiedenen Stadien der Weiterverarbeitung.

Die Fasern können als Nebenprodukt noch eine andere Verwendung finden, nämlich in der Bekleidungsindustrie. Wie, das lässt sich auf dem Hauptcampus der Universität Aarhus besichtigen: mit einem Besuch bei Birgit Bonefeld. Die Biologin ist auf nachhaltige Textilherstellung spezialisiert, und vor ihr auf dem Labortisch liegen nun ein paar jener Büschel, die nach der Entsaftung in der Bioraffinerie übrigbleiben. Der Weg zur Bekleidung ähnelt im ersten Arbeitsschritt der Papierherstellung, denn es gilt in beiden Fällen Zellulose zu gewinnen. Deren Anteil liegt im Holz bei etwa 45 Prozent, im Gras macht sie immerhin 30 Prozent aus. Durch das Kochen der Grasfasern in einer Lauge legt Bonefeld die Zellulose frei; als Nebenprodukt entsteht sogenannte Schwarzlauge, aus der sich Biogas gewinnen ließe. Dann reinigt Birgit Bonefeld die Zellulosemasse solange von Rückständen, bis diese weiß wird und an ein Papiertaschentuch erinnert, das versehentlich in die Wäsche geriet. Verflüssigt Bonefeld diese Masse mit Hilfe bestimmter Chemikalien, gelingt es, diese durch die kleinen Öffnungen einer Spinndüse zu drücken, und die Wissenschaftlerin kann auf diese Weise feine Fäden ziehen.


„Unser Plan ist, von den Rinder- und Milchbauern das Gras zu borgen, diesem das Eiweiß zu entziehen, um es zum Füttern von Schweinen und Geflügel zu nutzen, und die übrigen Fasern an die Kühe zurückzugeben.“

Zellulosefasern wie Viskose, Modal oder Lyocell, die meist auf Holz basieren, werden auf ähnliche Weise gewonnen. Was die Verfahren vom Nebenprodukt der Grasfasertextilen unterscheidet, ist die Art und die Konzentration der Chemikalien, die zum Einsatz kommen. „Meine Forschung besteht darin herauszufinden, welche Methode sich am besten für Gras eignet und dabei am schonendsten für die Umwelt ist“, erklärt Bonefeld.

Laut einer Studie der Fachzeitschrift Nature vom April 2020 werden mittlerweile 51 Prozent der Kleidungsstücke weltweit aus Polyester hergestellt, Tendenz steigend. Dass diese synthetische Faser noch immer aus Erdöl gewonnen wird, ist vielen Konsumenten nicht bewusst. Baumwolle als Naturfaser, die mit 25 Prozent auf dem zweiten Platz stagniert und zu 95 Prozent aus Zellulose besteht, bietet im Punkto Umwelt kaum Abhilfe; allein der Wasserverbrauch ist immens: Um ein einzelnes T-Shirt herzustellen, werden 2500 Liter benötigt. Der Anteil industriell hergestellter Zellulosefasern ist hingegen noch gering, doch das Interesse daran wächst in Wissenschaft und Industrie.

„Mit steigender Produktion muss sichergestellt werden, dass die Gewinnung von Zellulose sowie die Herstellung von Textilen verantwortungsvoll abläuft,“ meint Birgit Bonefeld. Gefährdete Wälder als Rohstoffquelle, die Umweltverschmutzung durch chemische Abwässer in Entwicklungsländern – industriell hergestellte Zellulose könne erst dann eine echte Alternative für die Textilindustrie darstellen, wenn bei der Produktion nicht in alte Fallen getappt wird. Wie beim Viehfutter, appelliert Bonefeld deshalb auch hier für ein Umdenken: Weg von Fast Fashion, hin zu lokaler Produktion und Nachhaltigkeit. Noch ist ihre Forschung nicht soweit gediehen, dass bereits Textilien aus dem Rohstoff Gras die Kleiderschränke füllen. Unwahrscheinlich scheint es nicht, und skandinavisches Design könnte das neue Material richtig populär machen.

Nachhaltige Textilien aus Gras? Mit Hilfe bestimmter Chemikalien lässt sich die Zellulose so verflüssigen, dass man sie zu Fäden spinnen kann.
Nachhaltige Textilien aus Gras? Mit Hilfe bestimmter Chemikalien lässt sich die Zellulose so verflüssigen, dass man sie zu Fäden spinnen kann.

Die dänische Politik hat das Potential von Bioraffinerien offenbar erkannt – und deren Entwicklung bisher mit 15 Millionen Euro unterstützt. Auch die Industrie zeigt Interesse. Die erste mit Gras betriebene Bioraffinerie des Landes hat im September ihren Betrieb aufgenommen, auf einem Biobauernhof im Osten Jütlands. Zwei weitere Unternehmen haben bereits angekündigt, bis 2021 nachzuziehen. Vielleicht ist das der Beginn einer Graswurzelbewegung der anderen Art.


Fahrräder aus Holz Wenn das gute Gewissen mitfährt
Biodynamische Farm Ein Haus aus Termitenhügeln

Quelle: F.A.S.

Veröffentlicht: 10.11.2020 12:08 Uhr