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Stroh – der nächste ökologisch-innovative Trendsetter

 

Von Markus Haastert, Anne-Kathrin Kuhlemann

Hintergrund: Biomasse und natürliche Ökosysteme

Die Anstrengungen für eine Verringerung der Auswirkungen Schaden verursachender Aktivitäten des Menschen müssen weiter forciert werden. Die EU hat betont, dass Innovation nicht immer nur neue Materialien betrifft, sondern auch das Finden neuer Ansätze bei „alten“ Rohstoffen. Kann man sich vorstellen, dass Stroh, einer der am wenigsten genutzten Abfälle aus der Landwirtschaft, eine führende Rolle in der Energiegewinnung und Bauwirtschaft der Zukunft spielt? Wenn, dannkönnte der globale Treibhausgasausstoß bis 2050 um 20% zurückgehen, wodurch das Risiko einer weiteren Degradierung der Umwelt vermindert würde. Der im Trend liegende innovative und nachhaltige Gebrauch von Stroh könnte daher Teil einer herbeigesehnten Entwicklung sein.

Unsere Ökosysteme liefern reichlich natürliche Abfallbiomasse aus der Veredelung von Wald, Holz und Agrarprodukten. Während der Kompostierung wird dieser organische Abfall in wertvolle Nährstoffe verwandelt. Durch die Akkumulation von organischem Material verbessert sich die Qualität der Böden insgesamt.So hat die Kompostierung äußerst positive Auswirkungen für zum Beispiel die Agrarwirtschaft, da sie die Nährstoffe für das Pflanzenwachstum bereitstellt. Darüber hinauswerden während der Kompostierung sowohl Unkrautsamen als auch pflanzliche und menschliche Pathogene zerstört. Um die Erde mit Nährstoffen anzureichern und einen stabilen Kompostierungsprozess zu erzeugen, werden Strohrückstände aus der Agrarwirtschaft oft der Kompostierung zugeführt. Stroh ist besteht überwiegend aus Zellulose, Hemizellulose und Lignin. Diese Bestandteile geben Pflanzen Stabilität und Haltbarkeit und sind weitestgehend zerfallsresistent. Wenn lokale Vorschriften Erosions- oder Konzessionen zur Bodenqualitätskontrolle erfordern, reichern Landwirte ihre Böden mit 1 bis 2% Strohhäcksel an und machen sich diese zerfallsresistenten Pflanzenkompoenten zu Hilfe um Erosion vorzubeugen (Brewer et al, 2013).

Weltweit gibt es einen enormen Überschuss an ungenutztem Strohabfall. China allein produzierte in 2005 mehr als 620 Milliarden Tonnen Stroh. Dabei führt das Land die Liste der größten Produzenten von Stroh- und Reisstrohabfall an, dicht gefolgt von Indien und denVereinigten Staaten (Mantanis et al, 2000). Aufgrund des Überschusses bietet sich die Verwendung von Stroh zur zum Beispiel der Energiegewinnung an, da es zum Umweltschutz beiträgt und die nachhaltige Entwicklung einer ständig wachsenden Wirtschaft fördert. (Zeng & Ma, 2005)

Es gibt Landwirte welche die Produktion von Stroh als Risiko betrachten, da die Halme bei Sturm oder starkem Wind brechen können. Daher wurden Arten mit kürzeren Halmen entwickelt, um eine maschinelle Ernte zu erleichtern und gleichzeitig die Gefahr von Ernteausfällen durch Windbruch zu verringern. Langhalmiges Stroh, das Hagel ausgesetzt war, brach bei starkem Wind schneller und ist außerdem anfälliger für Krankheiten. (Paulsen, 1997). Landwirte ziehen daher kurzhalmige Getreidesorten vor, was auch dazu führt, dass weniger Biomasse als Abfall anfällt. Dadurch nimmt die Menge an Strohabfall konstant ab, was sich indirekter Weise negativ auf die Umwelt auswirkt.

Uns allen ist Stroh als Beiprodukt aus der Agrarwirtschaft bekannt: die trockenen Halme, die nach dem Dreschen auf dem Feld oder Hof zurückbleiben. Sie machen circa die Hälfte der Gesamtmasse beim Getreideanbau, wie Hafer, Roggen, Gerste usw. aus. Nach der Ernte werden sie gesammelt und in Strohballen gepresst. Es mag überraschen, dass dieses Beiprodukt, obwohl ihm für gewöhnlich kein großer Wert beigemessen wird, für eine ganze Reihe von Produktionsketten eingesetzt werden kann. Darunter vor allem die Energiegewinnung und die Bauindustrie.

Innovation: Vom Nahrungsmittel zu kohlenstoffnegativen Gebäuden

Der historische und auch moderne Gebrauch von Stroh mag durchaus überraschen. Wir kennen Stroh als ballaststoffreichen Tierfutterzusatzfür Rinder und Pferde. Es kommt in der Korbmacherei zum Einsatz, als Rohstoff zur Herstellung von Bienenkörben, Wäschekörben und als Streu für die Viehhaltung. Auch Strohmatratzen, sogenannte Palliassen, werden nach wie vor in vielen Teilen der Welt gebraucht. Der positive Effekt, den Stroh auf die Gesundheit hat, ist auf das in ihm enthaltene Silikat zurückzuführen, welches besonders in Roggen und Reis vorkommt. Silikat in seiner Form als Silikonkarbid (SiC) findet Verwendung in den verschiedensten Industrien, von Elektrotechnik bis Schmuckproduktion. Stroh selbst wird eingesetzt in der Erosionskontrolle auf Baustellen, zur Hutherstellung, für Gurkenhäuser, beim Anbau von Pilzen, in Bodenlockerungsmischungen, für Seile, Schuhe, insbesondere für die koreanischen Jipsinsandalen, zur Herstellung von biologisch abbaubaren Verpackungen und in der Papierherstellung.

Darüber hinaus wird Stroh auf der ganzen Welt als sicherer, energieeffizienter und nachhaltiger Rohstoff für die Bauindustrieverwendet. Das Material ist lokal verfügbar und bietet eine kostengünstige und nachhaltige Alternative zu teuren und umweltschädlichen Baustoffen. In der Volksrepublik China liegt es im Trend, Häuser und öffentliche Gebäude aus Reisstrohabfall zu errichten. So gab es im Jahr 2005 bereits 600 dieser Häuser, welche insbesondere mit Blick auf die Umweltverträglichkeit erstaunliche Vorteile aufweisen. Sie reduzieren den Kohleverbrauch und den CO2 Ausstoß drastisch, verringern das Risiko von Atemwegsinfektionen, sind erdbebenresistent, uvm.

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In Litauen ist das Ecococon-Strohpaneel ein gutes Beispiel für den erfolgreichen Einsatz von Stroh in der Bauindustrie. Die Paneele sind aus gepresstem Stroh gefertigt und werden von einem Holzrahmen zusammengehalten. Nach dem Überzug mit einer wasserabweisenden Schicht werden sie wie gewöhnliches Mauerwerk verputzt. Die Häuser sind für einenjahrzehnte-, ja jahrhundertelangen Gebrauch geeignet. Die Bauweise erfordert keinen Beton oder den Einsatz von schweren Baumaschinen. Wird das Haus nicht mehr gebraucht, kann es einfach abgetragen und die Baumaterialien der Wiederverwertung zugeführt werden. Damit kommt es nicht zu der Umweltbelastung die mit dem Abbruch von Ziegelhäusern Hand in Hand geht, was zu einer gesünderen Umwelt beiträgt.

Ein weiteres Beispiel für die erfolgreiche Anwendung findet sich in der englischen Stadt Bradford, wo ein ganzer Business Park aus Stroh errichtet wurde. Der Inspire Bradford Business Park besteht aus zwei Gebäuden mit einer Gesamtfläche von 2.800 qm und bietet Räumlichkeiten für gemeinschaftliche Räume, Werkstätten, Büros und ein Café. Damit ist der Park momentan Europas größter Strohkomplex. Er wurde in Übereinstimmung mit nachhaltigen Prinzipien gebaut und entspricht den Energieeffizienzwerten der Building Research Establishment Environmental Assessment Method.

Die Bedeutsamkeit des Potenzials von Stroh als Baustoff der Zukunft ist enorm. So unterstützt beispielsweise die EU das EUROCELL-Projekt mit €1,6 Mio. aus ihrem Competitiveness and Innovation Programme(CIP). Das Projekt richtet sich an die Ausarbeitung eines Zertifikats für den Strohpaneelbau was als Basis für die Marktentwicklung und die öffentliche Akzeptanz dieser Baumethode dienen soll. Es ist wichtig hervorzuheben, dass Modcell als Partner an diesem Projekt beteiligt ist. Modcell ist einer der ersten Produzenten welcher kohlenstoffnegatives Bauen kommerziell und in nennenswertem Ausmaß betreibt. Bei der Herstellung des Strohball- und Hanfpaneels bedient sich das Unternehmen insbesondereden hervorragendenisolierenden Eigenschaften dieser Rohstoffe. Damit wird der Bau von super-isolierten, hochleistungsfähigen Niedrigenergiehäusern mit erneuerbaren, kohlenstoffbindenden und lokal verfügbaren, nachhaltigen Ressourcen möglich gemacht.

Potenzial: Energiequelle

Die meisten ökologisch orientierten Entwicklungsagenturen der Welt experimentieren derzeit mit Stroh als Treibstoff im Energiemix der Zukunft. In Deutschland sind die Forschungsergebnisse des TLL (Thüringer Landesanstalt für Landwirtschaft), des DBFZ (Deutsches Biomasseforschungszentrum) und des UFZ (Helmholtz Zentrum für Umweltforschung) vielversprechend.

Die Studie geht davon aus, dass von insgesamt 30 Millionen Tonnen jährlich anfallenden Getreidestrohs zwischen 8 und 13 Millionen Tonnen für die Herstellung nachhaltiger Energie oder Biotreibstoffegenutzt werden könnten. Das unterstreicht zweifellos die Rolle, die Stroh als Quelle für erneuerbarer Energie spielen könnte. Darüber hinaus kommt die Studie zu dem Ergebnis, dass man 1,7 bis 2,8 Millionen Haushalte mit Elektrizität versorgen könnte bzw. 2,8 bis 4,5 Millionen Haushalte beheizen könnte.

Insgesamt tut sich also eine potenzielle energie- und umweltschonende Alternative zur derzeitigen Energieproduktion auf. Stroh könnte die steigenden Nachfrage für Elektrizität, die bis 2025 auf ein Niveau 2,7 mal höher als 2015 anwachsen soll, zum Tel bedienen. In Zukunft müssen 90% der Energie aus nicht fossilen Quellen gewonnen werden. Durch ein simples Umrüsten von Kohlekraftwerken könnte man dort Stroh als Energiequelle nutzen.Klingt das wie ein Sisyphusprojekt?

Die Eigenschaften von Stroh sind so vielfältig, dass die Nachfrage an diesem Rohstoff in Zukunft zunehmen wird. Daher muss der Trend weg von der Kurzhalmigkeit und hin zu Langhalmigen Getreidesorten gehen. Wissenschaftler, die sich damit beschäftigen winter-, wind-, sturm- hagelresistente Arten zu entwickeln, gibt es viele (Limagrain Cereal Seeds, 2010). Es beibt zu hoffen, dass sie den Fokus dabei auf stärkere Halme richten. Es werden immer wieder Weizensorten entwickelt, die in den Vereinigten Staaten durch das NVT (National Variety Trials Project) und das DAFWA (Department of Agriculture and Food) getestet werden (Shackley et al, 2014). Dabei ist die Entwicklung von Sorten mit längeren Halmen und größerer Resistenz und Widerstandskraft wünschenswert. In Kombination mit traditionellen Anbaumethoden, wie dem Einsatz von Hecken an Feldrändern, wäre so eine Verfügbarkeit von Stroh auch bei steigender Nachfrage gewährleistet.

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Stroh kann nicht nurals nachhaltiger Treibstoff im globalen Energiemix ein Beitrag zu Emissionsreduktionen leisten, sondern auch den mit der Bauindustrie einhergehenden Umweltschäden entgegenwirken. Diese Art der Verwendung von Stroh ist innovativ und umweltfreundlich und stellt eine neue Phase in der Öko-Erfindung dar. Neben des Beitrags zum Umweltschutz bietet sich die Verwendung von Stroh aus folgenden Gründen an: es ist verlässlich, nachhaltig, leicht transportabel, kostengünstig, kann lange gelagert und flexibel eingesetzt werden. Daher bietet Stroh eine Alternative mit großem Potential um den globalen Bedarf nach sauberer Energie zu decken und wird daher zu einer der wichtigsten Rohstoffe für die Öko-Innovationen der Zukunft.

Note:

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Quellenangaben

Brewer, L., Andrews, N., Sullivan, D., & Gehr, W. (June 2013). Agricultural composting and water quality (EM 9053). Oregon State University Extension Service. Verfügbar unter

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Paulsen, G. (May1997). Growth and development. Wheat production handbook. Kansas State University Agricultural Experimental Station and Cooperative Extension Service. Verfügbar unter

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Mantanis, G., Nakos, P., Berns, J., & Rigal, L. (2000). Turning agricultural straw residues into value-added composite products: a new environmentally friendly technology. Verfügbar unter:
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Shackley, B., Zaicou-Kunesch,C., Dhammu, H., Shankar, M., Amjad, M., Young, K. (2014). Wheat variety guide for WA. Grains Research & Development Corporation. Verfügbar unter:

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Limagrain Cereal Seeds (2010). What we do. Breeders & development of varieties of wheat. Verfügbar unter:
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Zeng, X. & Ma, Y. (2005). Utilization of straw in biomass energy in China. Thermal Energy Research Institute, Tianjin University, Tianjin 300072, People’s Republic of China doi: 10.1016/j.rser.2005.10.003

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http://www.alchimag.net/portale/2014/03/10/modcell-straw-technology-the-eco-innovate-european-research/

http://www.inspirebradford.com/content/news/europe%E2%80%99s-largest-straw-bale-buildings-take-shape-inspire-bradford-business-park

http://www.worldhabitatawards.org/winners-and-finalists/project-details.cfm?lang=00&theProjectID=292


Fotos (Quellen):

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https://www.flickr.com/photos/usdagov/8369765859

https://www.flickr.com/photos/svenikolov/6050882756/

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Neue Toiletten

Die Toilette neu erfinden

von Markus Haastert, Anne-Kathrin Kuhlemann

Hintergrund: Krankheiten und verschwendete Ressourcen

Eine der Hauptursachen für die immer noch viel zu Hohe Kindersterblichkeit in den Entwicklungsländern ist Durchfall. Durchfallerkrankungen kosten jedes Jahr schätzungsweise 760.000 Kindern unter fünf Jahren das Leben. Diese Erkrankungen sind gewöhnlich ein Symptom einer Infektion des Verdauungstraktes. Sie führen zu Mangelerscheinungen und behindern die gesunde Entwicklung von Kindern, da Nährstoffe ungenutzt den Körper verlassen. Jedes Kind unter drei Jahren leidet in den Entwicklungsländern durchschnittlich drei Mal jährlich an Durchfallerkrankungen. In 86% der Fälle ist verschmutztes Wasser der Grund für diese Krankheiten.

In vielen Regionen der Welt gibt es keine zentrale Trinkwasserversorgung und auch kein Abwassersystem. Fäkalien werden oft einfach in nahegelegene Gewässer geleitet, aus denen dann wiederum Wasser zum Trinken, Kochen und Waschen geholt wird. Krankheiten wie Typhus oder Cholera werden durch Bakterien übertragen, die durch Nahrung und Wasser aufgenommen werden. Diese sind der Grund für hunderttausende Todesfälle jedes Jahr, und das, obwohl sie zu 100% vermeidbar sind, wenn angemessene hygienische Standards eingehalten werden. Insgesamt haben allerdings immer noch ungefähr 2,6 Milliarden Menschen keinen Zugang zu sicheren und hygienischen Sanitäranlagen.

Dies ist absurd, denn eigentlich stellen Kot und Urin eine wertvolle Ressource da, solange sie getrennt voneinander behandelt werden. Mit Wasser vermengter Urin ist ein effektiver Pflanzendünger, der zahlreiche Nährstoffe wie Stickstoff und Phosphor enthält. Gerade Phosphor ist ein unverzichtbarer Nährstoff in der Landwirtschaft, der immer knapper wird, so dass schon diskutiert wird, Phosphor künftig in der Tiefsee abzubauen. Getrockneter Kot kann in humusartige Erde umgewandelt werden.

Während in Europa zentrale Kläranlagen das Abwasser reinigen, gibt es in den meisten Teilen der globalen Südens nicht einmal Abwasserkanäle. Politisch geht der Trend jedoch in Richtung Imitation der westlichen Standards. Zentrale Kläranlagen zu bauen, ohne über Abwasserkanäle zu verfügen, ist allerdings nicht zielführend, da diese Maßnahmen außerhalb von Städten kaum greifen. Dezentrale Lösungen der Problematik wären daher zu bevorzugen. Diese würden es auch erlauben, den Wert der Ausscheidungen für die Landwirtschaft zu nutzen.

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Die Innovation: dezentrale Wertschöpfung

In der westlichen Welt werden Toiletten mit Trinkwasser gespült – eine unglaubliche Verschwendung einer der wertvollsten Ressourcen die wir haben. Diese Methode auch in Gegenden einzuführen, in denen ein großer Teil der Bevölkerung keinen sicheren Zugang zu Trinkwasser hat kann keine nachhaltige Lösung sein.

Es gibt mittlerweile unzählige Ideen und Innovationen, die zu einem Umdenken geführt haben. Immer öfter werden dezentrale Lösungen wie Komposttoiletten gewählt, um auch in Gegenden ohne zentralen Abwasseranschluss eine gesundheitlich unbedenkliche Möglichkeit zu haben, Exkremente zu behandeln.

Aber auch Hightech Lösungen wurden entwickelt. Im Jahr 2011 begann die Reinvent the Toilet Challenge (RTTC) der Bill and Melinda Gates Foundation. Das Ziel war es eine Toilette zu entwickeln, die unabhängig von Strom- und Wasseranschluss arbeitet, gleichzeitig Keime abtötet und Ressourcen generiert und dabei für jeden bezahlbar ist. Seit dem Beginn des Projekts gab es mehrere Konferenzen, unter anderem in Indien und China, auf denen neue Innovationen vorgestellt wurden. Den ersten Preis des Wettbewerbs gewann das California Institute of Technology mit einer hochkomplexen, zweistöckigen Erfindung, die mit selbst produzierter Solarenergie einen biochemischen Reaktor antreibt, das Wasser reinigt und wertvolle Nebenprodukte wie Dünger und Wasserstoff generiert. Ein anderes prämiertes Projekt der TU Delft schlägt vor, zentrale Häuser mit Sanitäranlagen in ärmlichen Siedlungen zu bauen, die die Einwohner gegen ein kleines Entgelt von fünf Cent am Tag benutzen können. Diese Häuser sollen als Franchise-System die lokale Wirtschaft ankurbeln und Mindeststandards an Hygiene und auch Sicherheit erfüllen. Die Abfallprodukte werden von einem Lastwagen abgeholt und zu einer zentralen Kläranlage außerhalb der Siedlung gebracht.
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Neben diesen hochtechnisierten Lösungen, deren Potential hauptsächlich darin liegt, die Sanitärsituation in Ballungsgebieten zu verbessern, gibt es auch unzählige Konzepte, die ohne großen technischen Aufwand praktisch selbst zu bauen und zu warten sind. Großes Potential haben Systeme, die kein Wasser benötige um zu funktionieren. Trockentrenntoiletten sind besonders geeignet für Gegenden ohne zentralen Sanitäranschluss. Diese Toiletten kommen ohne Wasser, Strom und Chemikalien aus und basieren auf dem Prinzip der Kompostierung. Bei einer simplen Komposttoilette werden Urin und Fäkalien getrennt gesammelt, zu letzteren Bindemittel wie Holzspäne nach der Benutzung hinzugefügt um Gerüche zu vermeiden. Nach dem Trocknen der Exkremente an der Luft erhält man wertvollen Pflanzendünger. Es ist wichtig zu verstehen, dass es nicht einfach um Plumpsklos geht. Eine gesteuerte Luftzufuhr bei der Zersetzung der Exkremente ist von großer Wichtigkeit, da es ansonsten zu anaeroben Prozessen kommt, die schlechte Gerüche und Gesundheitsgefährdungen durch Gasproduktion verursachen. Daher haben industriell gefertigte Trockentoiletten eine installierte Ventilation, die einerseits den Kompostierungsprozess steuert und andererseits schlechte Gerüche vermeidet.

Der Urin eines gesunden Menschen ist normalerweise frei von Krankheitserregern. Wenn Urin allerdings mit Kot vermischt wird, entsteht eine gefährliche Brühe. Das Trennen der Ausscheidungen ist daher sinnvoll, um das Ausbrechen von Krankheiten zu vermeiden. Durch die Trennung der Exkremente erhält man zwei wertvolle, nicht verunreinigte Ressourcen. Von Hightech bis Marke Eigenbau, gibt es gibt schon zahlreiche Modelle sogenannter Trenntoiletten auf dem Markt. Im Hamburger Hauptbahnhof wurde ein Projekt initiiert, bei dem eine öffentliche Trockentoilette installiert worden ist. Durch Mikrofilter werden Fest- und Flüssigstoffe getrennt, um aus ihnen neuen Wert für die Landwirtschaft zu schaffen. Die Feststoffe werden mit Kohle vermischt und unter Zugabe von Mikroorganismen fermentiert. Es dauert circa sechs Monate die Feststoffe unter kontrollierter Luftzufuhr zu wertvoller Erde zu kompostieren. Am Ende dieses Prozessen entsteht äußerst fruchtbarer Humus, sogenannte Terra Preta. Diese verwendet wiederum der Botanische Garten in Berlin zur Pflanzenzucht. Auch das mit Wasser verdünnte Urin wird als Dünger verwendet.

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Mittlerweile gibt es auch ökologische mobile Toiletten, die im Gegensatz zu herkömmlichen Dixiklos komplett auf schädliche Chemie verzichten. Anstatt derer werden Holzspäne hinzugefügt, die die Exkremente abdecken und Geruchsbildung komplett vermeiden. Ökonomisch machen solche Installationen Sinn, da die hohen Kosten für die Entsorgung von Sondermüll entfallen. Stattdessen werden die Exkremente kompostiert, sodass neuer Wert geschöpft wird.

Aber auch gerade für Entwicklungsländer sind dezentrale Lösungen zu bevorzugen, die möglichst simpel gehalten werden, sodass eine ständige technische Überprüfung unnötig ist. Denn eine solche sicherzustellen ist nicht unbedingt einfach in Regionen mit wenig Planungssicherheit. Trenntoiletten sind hier eine sehr geeignete Möglichkeit, von denen bei richtiger Installation keine Gefahr für die Gesundheit ausgeht. Hier werden Feststoffe direkt vom Urin getrennt.

China ist ein Vorreiter auf dem Gebiet der nachhaltigen Toiletten. Im von Dürre geplagt Norden des Landes wurde eine Modellstadt gebaut, in der alle Exkremente der Einwohner zusammen mit Küchenabfällen gesammelt und kompostiert worden sind. Obwohl der Versuch eingestellt wurde, zeigt dieses Beispiel zusammen mit zahlreichen anderen, dass es möglich ist ganze Städte mit solchen ökologischen Sanitäranlagen zu versehen.

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Das Potential: Trinkwasser sparen und Krankheiten vermeiden

Trinkwasser zur Spülung von Toiletten zu verwenden ist eine unglaublich Verschwendung. Jeder Einwohner Deutschlands verbraucht jeden Tag durchschnittlich 35 Liter an Trinkwasser nur für das Spülen der Toilette. Das sind über 12.000 Liter im Jahr. Zum Vergleich: die Verfassung Südafrikas spricht jedem Menschen das Recht auf gerade einmal 25 Liter Wasser am Tag zu. Dieser Vergleich macht klar, was für eine Verschwendung einer wertvollen Ressource die Verwendung von Trinkwasser ist. Wir spülen wortwörtlich eine überlebenswichtige Ressource das Klo runter, zu der fast 900 Millionen Menschen weltweit überhaupt keinen Zugang haben.

Eine Alternative dazu ist, schon für andere Zwecke verwendetes, sogenanntes Grauwasser zum Spülen zu benutzen, falls man nicht komplett auf wasserbasierte Toiletten verzichten möchte. Dieses Wasser, was zuvor zum Geschirrspülen, Wäschewaschen oder Kochen benutzt wurde und daher leicht verunreinigt ist, kann Trinkwasser ersetzen und so eine wertvolle Ressource schützen. Auch aufgefangenes Regenwasser kann zum Spülen der Toilette verwendet werden. Dadurch können auch Kosten im Haushalt gespart werden, da weniger Abwasserkosten anfallen. Beides muss jedoch bereits beim Hausbau berücksichtigt und integriert werden.

In Deutschland ist die rechtliche Lage in Bezug auf alternative Sanitärsystem wie Trockentoiletten sehr komplex. Eventuell macht man sich sogar strafbar, wenn man neben seinem Gartenhäuschen eine Trockentoilette installiert und daraus Humus herstellt. Hier ist die Politik gefragt, den Weg für diese innovative Technologie freizumachen und so weitere Forschung anzustoßen. Dabei bieten alternative Systeme zahlreiche Vorteile: Zentrale Kläranlagen sind auch mit modernster Technologie nicht in der Lage, bestimmte Verunreinigungen aus dem Wasser zu klären. So sind im Trinkwasser hormonelle Rückstände der Anti-Baby-Pille zu finden. Durch Kompostierungsprozesse ist es möglich, Hormone, Krankheitserreger und Medikamentenrückstände zu zersetzen. Weiterhin könnte bei einer großflächigen Installation eine hoher landwirtschaftlicher Mehrwert geschaffen werden.

Nachhaltige Toiletten bieten die große Chance, Krankheiten zu vermeiden, wichtige Ressourcen zu schonen und gleichzeitig Wertstoffe zu generieren.

Note:

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Quellen:

http://www.un.org/waterforlifedecade/pdf/human_right_to_water_and_sanitation_media_brief.pdf

http://greywateraction.org/content/about-composting-toilets

http://www.nonwatersanitation.de/sind-trockentoiletten-in-deutschland-zulassig/

http://www.futurzwei.org/#236-toiletten-hamburg

http://www.ecotoiletten.de/mobile-komposttoiletten/

http://www.wwf.de/fileadmin/fm-wwf/Publikationen-PDF/WWF-Hintergrundpapier-Tiefseebergbau.pdf

Video: https://www.youtube.com/watch?feature=player_embedded&v=1bRCmGztzUg

Bilder: StockXCHNG
https://www.flickr.com/photos/veisto/7389502820
https://www.flickr.com/photos/foam/2583161107

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Zitronen-Brandschutz

Lemon Flame Retardant

By Markus Haastert and Anne-Kathrin Kuhlemann

Background: Increasing Demand for a Toxic Product
The world market for fire and flame retardants is currently at USD 6-7 billion dollars per annum, already above the level that studies from the year 2011 estimated the market to reach in 2018. Demand for flame retardants had been heaviest in Asia Pacific region due to significant growth in infrastructure in the past few years. China alone accounts for approximately 24% of the global demand. However, North America and Western Europe continue to be the second and third highest demanding regions. The movement towards environmental protection awareness and increased safety regulations in these two regions has begun a trend away from the harmful halogenated products which previously dominated the market.

Halogenated flame retardants have been linked to cancer, immune and endocrine disruption, adverse reproductive and neurodevelopmental effects, and reproductive abnormalities. Over the years, increasing levels of concentration of several flame retardants have been found in blood and even breast milk; in the case of fire, many retardant actually develop highly toxic dioxins. With these health risks, it is interesting to note that most flame retardants are found in residential buildings. They are used in thermal insulation and energy efficiency materials, in pipe and cable plastic, and in the foam in mattresses and sofas. The transportation industry has also greatly increased demand for high-performance, flame retardant plastics. It is expected that the next big push for flame retardants will occur in the electronics sector, where smartphone and tablet producers are already demanding flame retardant materials with less environmental impact.

Environmental organizations have been campaigning for reduction of brominated flame retardants for several years, and governments have responded by setting new standards for flammability. The market for halogenated flame retardants is losing market shares to healthier, more environmentally friendly products. Phosphorous-based products are on the rise in China but halogenated flame retardants still currently dominate the market. Inorganic, mineral-based Aluminiumtrihydrate (ATH) compounds account for about half of total market volume in North America and Western Europe. As of November 2014, California revised it’s standard on flame retardants, opening the door for innovators to enter the market.

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Innovation: Sustainable, Non-Toxic Solution Involving Citrus Antioxidants
Swedish inventor, Mats Nilsson has already introduced a solution based on food grade chemicals. His patented “Molecular Heat Eaters” (MHE) are based on the theory that the amount of energy released during an acid-base reaction, determines the amount of energy needed to degrade an earlier reaction.

In the simplest terms, MHE binds oxygen to form water using salts. The ions produced are called cations. The carbon they provide builds char faster and generates CO2 which is non-flammable. Deprived of oxygen, the fire is trapped and doesn’t spread. The MHE can be manufactured from grape pomace and citrus fruits, and produce biodegradable liquids, gels or powders. The small size of these salts increases the surface area, increasing the speed of the reaction and decreasing the total amount of fire retardant required.

Seeing the profit potential in his newly created non-toxic, biodegradable, environmentally friendly product, Mats Nilsson created Trulstech AB, a Swedish company that evolved into Biomimetic Technology Ltd. in Australia. MHE has been touted as a low carbon, non-toxic, eco-friendly, sustainable flame retardant. The base of the retardant being fruits and food grade chemicals means any chemicals would be similar to what consumers would find in their daily foodstuff, which in turn should reduce the health risks associated with other major fire-retardant chemicals. Trulstech states on its website that the majority of MHE’s products can be sourced easily and locally almost anywhere in the world. This makes the option cost effective to manufacturers and a viable option for consideration when trying to be more eco-friendly but maintain a competitive business. This makes the innovation more than just a discovery; it is a viable solution for multiple marketplaces.

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The Potential: Revolutionize Multiple Industries with a Non-Toxic, Cost Competitive Option
Biomimetic has managed to win a major worldwide innovation award every year between 2003 and 2013, including an Energy globe award for MHE in 2010. Its Swedish partner, Deflamo AB, is listed in Stockholm to manufacture the ingredients strictly for the European market. The companies have jointly been working on how the flame retardant works with cellulose wool and PU foam. Other companies have popped up as well. UK based Yaaparra is selling MHE to manufacturers. Bulgarian company Lubrica offers an MHE based fire-retardant hydraulic fluid.

While currently the flame retardant seems to be utilized in fire-safety and lubrication equipment, there is no shortage of applications for the MHE. Trulstech itself notes that the following industries are prime areas of focus for MHE innovation:

  • Cellulose Wool, PVC film, PU Foam, and EPDM-rubber for construction
  • Kraft paper for furniture
  • Canvas for tent production
  • Viscose for textiles
  • Commercial Cotton for curtains and clothing
  • Polyester fibre for acoustic applications.
  • PVC-emulsion aimed for commercial product applications.

An American Department of Defense paper has recently recognized the need for biomimetic-based flame retardant materials for combat uniforms. The paper specifically notes that public awareness globally on recycling and the impact of chemicals on human health make it necessary for new flame-retardant materials to be derived from natural products such as plants. The focus is on keeping the properties required for military applications but providing a non-toxic flame-retardant solution. The non-military applications for such materials would prove lucrative in the clothing or baby products industries.
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In the UK, scientists at the National Institute of Agricultural Botany in Cambridge have been researching the potential of MHE using rosemary instead of citrus. The scientists have already noted there are far-reaching potential applications including, all types of food packaging, plastic manufacturing, and a change in oil-based manufacturing. There is excitement about the fully sustainable production of degradable and bio-based plastics. Their current belief is that rosemary antioxidants will work as well as, or in some cases better than, the citrus based antioxidants currently being used.

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MHE is already competitive in price and performance. A few savvy business people have begun moving the product into major manufacturing industries and national defense and science centers around the globe see the need and practicality of using this non-toxic option. With the increased restrictions on flame retardant materials, it seems to be only a matter of time before entrepreneurs bring this innovation to numerous other industries.

Note:

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Sources:

http://www.coatingsworld.com/issues/2011-08/view_market-research/flame-retardants-market-to-reach-nearly-6-billion-by-2018/#sthash.j3ixGLwB.dpuf

http://www.ceresana.com/en/market-studies/additives/flame-retardants/ceresana-market-study-flame-retardants.html#intro

http://greensciencepolicy.org/wp-content/uploads/2013/12/17-Halogenated-Flame-Retardants-in-Consumer-Products.pdf

http://blogs.kqed.org/science/2013/11/21/its-official-toxic-flame-retardants-no-longer-required-in-furniture/

http://lubrica.com/en/lubrica-mhe-40/

http://www.energyglobe.info/awards/details/awdid/7442/

http://yaaparra.com/

www.trulstech.com

http://www.dodtechmatch.com/DOD/Opportunities/PrintSBIR.aspx?id=A09-167

http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1464391X08702290

Pictures: StockXCHNG
https://www.flickr.com/photos/fontplaydotcom/8755429337

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Antibiotika

Natural antibiotics

by Markus Haastert and Anne-Kathrin Kuhlemann

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Background: antibiotics and the resistance problem
For the past few decades, the human life expectancy has increased significantly. That is the result of several achievements on the medical and pharmaceutical field, and a great example is the development of antibiotics and antifungals, which control such biological agents that cause diseases.
Besides medical care, such pharmaceuticals have been applied to several business sectors, among which are water treatment, agriculture, food preservation and oil and gas production. In fact, biocide compounds are currently found in everyday products such as mouth wash, deodorants, soaps, detergents, toys and chopsticks.
The antibiotic market has produced USD 42 billion in sales in 2009 globally, which represents 5% of the global pharmaceutical market. However, the market has seen better days. The average growth from 2005 to 2010 was 4%, which is considered a low growth rate. For 2016, demand is expected to be at USD 44.7 billion – not very high for a growth-spoilt industry.
One of the reasons for this economical change is that the frequent use of these substances has been causing a very dangerous problem, which is the antibiotic resistance, meaning that an ever increasing number of bacteria species are becoming resistant to the antibiotics that are available.
This phenomenon occurs because antibiotics kill most of the bacteria where they are applied, but each time, a few that are naturally resistant due to mutation survive. The ones that survived will, then, proliferate, generating a great number of antibiotic resistant bacteria. The speed in which such processes can occur is alarming. An experiment conducted by scientists of St. Jude Children’s Hospital, in Memphis, Tennesse (USA), was able to produce bugs resistant to triclosan, one of the main chemicals used to control bacteria, in only two days.
Besides, the use of antibiotics has side effects, given that it kills not only the harmful, but also the beneficial species of bacteria that live within the human organism, which are necessary for a number of body functions.
Another aspect regarding the presence of bacteria in the environment, is that they quickly proliferate into dense colonies, forming biofilms, slime-enclosed aggregates of cells that aggravate diseases and make bacteria resistant to antibiotics in an order of 10 to 1000 times more effectively. If bacterial biofilm is formed inside the human host, the infection will usually become untreatable, turning into a chronic state.

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There may be, however, another solution to the bacteria control problem. Peter Steinberg and Staffan Kjelleberg, both professors at the University of New South Wales (UNSW), noted while diving off the coast in Southern Australia that, despite the enormous amount of microorganisms in the ocean, a red seaweed (Delicea pulchra) was not colonized by bacteria.  As the seaweed itself was intact, they intuited that the solution found by those live beings wasn’t simply killing colonizers, since in that case the seaweed would end up killing itself as well. The researchers realized that, in fact, the seaweed was only blocking the communications amongst the bacteria, a process that is scientifically referred to as Quorum Sensing Inhibitor (QSI) chemistry. Quorum Sensing is the term used to refer to the means by which most disease causing bacteria mediate their biofilms. Therefore, unable to communicate with each other, the bacteria can’t coordinate, take over the host, nor produce biofilms.

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Innovation: bacterial control without antibiotics!
Steinberg and Kjelleberg were able to produce synthetic analogues of the inhibitor used by the seaweed which demonstrated high efficacy against a wide range of bacteria species, as well as inhibiting the growth of fungi. Tests have proven the product to be safe, and risk free of inducing bacterial resistance. This discovery really has the potential to be a game-changer regarding the way antibiotics are used in many fields such as medical treatment and medical devices, agriculture and food processing, industry, water treatment, etc. This could really mean, some years ahead, the end to bacterial resistance.

Along with their university, Steinberg and Kjelleberg created in 1999 a biotechnology company named Biosignal, dedicated to researching the QSI and its many applications. The intention of the company was to produce and commercialize a synthetic analogue to the substance found in the seaweed. However, even with the interest of private investors, the company struggled to do so. In 2010, Biosignal Ltd. was acquired by an entertainment company, and the products were discontinued.

Despite the potential, it seems that so far, companies have failed to take the innovation to the next step and actually develop and commercialize such products for practical applications. Cayman Chemical sells a number of products, mostly synthetic substances, which allegedly are Quorum Sensing Inhibitors. However, these products are for laboratory research only, not being indicated for any kind of human or veterinary diagnostic or treatment.
It seems one of the major efforts so far has been made by Unilever, which tested the seaweed extract to produce hygiene products. The company ran tests and confirmed its effectiveness for controlling body odor. However, it appears that product development has not gone further to date.

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Potential: a world without bacterial resistances
A great advantage of products that use the QSI principle, besides avoiding bacterial resistance, is that they can be applied to many fields, asides from the medical one.
The synthetic furanones which are responsible for the QSI effect, according to researches of the former Biosignal Ltd. Company, are effective on inanimate surfaces such as pipes, membranes and medical devices, as well as animate surfaces like lungs, skin and teeth. Hence, such products could be applied to diverse ends reducing maintenance costs, such as in pipelines, heating, ventilating, air conditioning systems, cleaning products, and water treatment. Another advantage is that these products are biodegradable, hence not causing pollution or toxicity, quite the opposite of traditional antibiotics.

The therapeutical potential of other QSI substances has been proven in other scientific research. A study observed that a meta-bromo-thiolactone compound was able to inhibit bacteria, preventing biofilm formation and protecting lung epithelial cells, as well as preventing the bacteria virulence factor expression. Also more specialized and complex applications are possible. Another group of scientists produced a patent, in 2012, for the use of QSI, as well as biofilm dispersing agents, for controlling biofilm-associated implantable medical related infections.
Regarding the development of QSI products, it seems a great step is ahead. Scientists have been investigating the presence of substances with this property in plant extracts, and they are believed to be toxicity free, though further long-term studies are still needed. Some examples of plants or parts of plants in which QS antagonists substances were found are garlic bulbs, vanilla beans, oranges, tea tree, rosemary, and pea exudates.
This discovery could make the development and commercialization of QSI products much easier, since it would only require the extraction of the substance from these sources, instead of developing a new synthetic substance entirely. Besides, similar procedures are widely used by pharmaceutical companies, whose products’ active principles are majorly obtained from plant matter.
The technical knowledge to use this revolutionary discovery is being produced every day. The key to a new world of bactericides relies on a company taking it to the next level.

Note:

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REFERENCES

¹ http://www.nature.com/nrd/journal/v9/n9/full/nrd3267.html

² http://www.transparencymarketresearch.com/antibiotic-market.html

3http://articles.mercola.com/sites/articles/archive/2003/06/18/antibiotics-bacteria.aspx

4http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/23635385

5https://www.caymanchem.com/app/template/productQualifiers,ProductQualifier.vm/productqualifier/quorum-sensing

6http://www.asknature.org/product/0dd16a9c54b669b57fdfc08765c28a0d

7 http://www.pnas.org/content/110/44/17981.abstract

8 http://www.google.com/patents/US20140005605

9 http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3690052/

10http://scholarworks.gsu.edu/cgi/viewcontent.cgi?article=1090&context=biology_diss

11http://www.herbcyclopedia.com/item/quorum-sensing-inhibitors-or-how-plants-can-fight-bacterial-infections-2

12http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3690052/

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Elektroschrott

E-Waste: A New Commodity. Is the future of Mining in landfills rather than in mines?

By Markus Haastert and Anne-Kathrin Kuhlemann

 

Problem: electronic waste in landfills
A recent report by the StEP Initiative comprehensively presents the findings of an ambitious study containing a large volume of previously unavailable data about the global accumulation of e-waste. The shocking outcome of this report is that by 2017, all of that year’s end-of-life refrigerators, TVs, mobile phones, computers, monitors, e-toys and other products with a battery or electrical cord worldwide are predicted to fill a line of 40-ton trucks end-to-end three quarters around the equator.

The report containing this frightening forecast was commissioned and compiled by the “Solving the E-Waste Problem (StEP) Initiative”, an innovative partnership of UN organizations, industry, governments, and non-government and science organizations. StEP was set up in an attempt to try to quantitatively understand and ultimately find solutions for a problem, which has a negative impact on the lives of more and more people around the globe. To illustrate the extent of the global e-waste problem, it is graphically portrayed in a novel format: the StEP E-Waste World Map.

Unfortunately, most of these no longer useful e-products are destined for disposal. However, gradually improving recycling initiatives in some areas are diverting some of them to recycling and reuse. The interactive map resource, which contains comparable annual data from 184 countries, shows the estimated output of electrical and electronic equipment put on the market and how much of it eventually will result in e-waste.

As the map shows, almost 48.9 million metric tons of used electrical and electronic products were accumulated in 2013, amounting to an average of 7 kg for each of the world’s 7 billion people. And the flood of e-waste is still growing. The StEP prediction is that, by 2017, the total annual volume will be 33 per cent higher at 65.4 million tons, which represents the weight of almost 200 Empire State Buildings or 11 Great Pyramids of Giza. Through this impressive effort of data collection, the magnitude of the problem becomes blatantly obvious.

Looking at the US, the news is similarly frightening: consumers discard more than 110,000 computers per day. E-waste is the fastest growing solid municipal waste type ending up in landfills or incinerators, with a rate of less than 10% of it being recycled. Worldwide computer sales in 2012 reached the 426 million mark. But what is even more alarming is that the production of electronic equipment consumes more energy, metals and chemicals than any other product in a modern household. The majority of the energy of electronic devices is actually consumed in making them (81%), and not in using them (19%).

In terms of metal content, E-waste has a higher concentration of metals on average than any other raw material, from which the metals have been extracted. It is a fact, that 1 metric ton of electronic computer scrap contains more gold than can be extracted from 17 tons of ore. A ton of used cell phones, good for 6,000 handsets, contains 3.5 kg of silver, 340 grams of gold, 140 grams of palladium, and 130 kg of copper. Japanese consumers alone have already discarded over one billion handsets, and with it 3,500 tons of silver.

Rather than committing these valuable resources to the ever-growing volume of landfills, it is more important than ever to work on creative solutions for their isolation and re-entry into the production process. This is exactly what metals without mining is about. The reason for this should not just be that many of the heavy metals featuring prominently in e-waste, such as mercury, lead, cadmium and flame retardants pose a real danger to public health, but also our growing awareness, that mining is extremely harmful to the environment, as stated in the MIT Mission 2016 report.

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Innovation: bacterial extraction
One of the technologies used for the extraction of metals from manufactured products no longer in use is referred to as chelation, a chemical process, in which the affinity of certain bacteria for a specific metal is used for the extraction of the metal from an otherwise inaccessible environment.

Microorganisms have been active in the mobilization of metals from rocks, minerals and soil for millions of years. Living cells purify and process metals and make these available to produce enzymes, vitamins and genes. Living cells, then, have the ability to process metals. Better, living cells can recognize and bind specific metals and could therefore be used to extract pure metals out of discarded electronics, if they were previously ground down into small enough particles, without any expensive and technically challenging smelting process.

Prime Separations (USA), founded by Henry Kolesinski and Robert Cooley, former researchers with Polaroid and Waters Associates and experts in film technologies, developed and markets a simple machine that works through the continuous extraction of metals on a thin plastic sheet. They originally designed a small, low cost apparatus, with which they were able to show the viability of the process using crushed Japanese cell phones supplied by Dowa Mining. The energy cost is minimal, the separation technique operates at ambient temperature and pressure, the main energy input is the crushing of e-waste, with the mass manufacture of the film remaining a challenge. The aim, however, is the production of a system, which can process tons of e-waste per hour, instead of kilograms per day.

The first income of Prime Separations is the development of on-site metal recovery systems for administrative bodies keen to learn how to reduce the dramatic stockpile of e-waste and avoid toxic leaks. In order to put the common knowledge, that one ton of computers has a value of $15,000 in terms of the embedded metals, to work to our advantage, the installation of a network of on site processing units to convert this expensive and partly dangerous e-waste into a cash generating opportunity seems to be an exceedingly good idea.

These separation units should eventually be installed on each landfill site, or e-waste deposit. They will generate revenue and reduce the strain on site. Advantages are obvious: the lifetime of the landfill is extended, the risk of soil contamination and leaking toxins into the water table is reduced. Cost of land in and around landfills is negligible and the resources are delivered to the doorstep more or less for free. A solid income from the final processed metal is guaranteed. With the implementation of this innovation the mining of landfills will have become a reality. Not just will the stream of non abating e-waste restock the commodity necessary for the process, our waste, but landfills grown over years, even decades, contain so much value that it should be worth to excavate them.

This relatively inexpensive technology also provides developing countries with the opportunity to eliminate e-waste, stimulating the creation of metal processing facilities like the one proposed by Prime Separations. If we take into account the reduction of demand for steel and titanium due to the introduction of silk geometry, and combine this with a proposed recovery level of 99.98% pure metals, including the toxic ones, we can start to see how this reduces costs and increases revenues, while generating jobs that are healthy and building up social capital.

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Potential: from mining to recovery
There are many more innovative approaches in the field of e-waste mining. One of the possibilities is the bioleaching of polymetallic industrial waste using chemolithotrophic bacteria. Another promising contribution in materials research comes from the group of Manchester University lecturer A. Vijayaraghavan, looking into ways to make the required film material more accessible.Some reports also suggests to use stockpiling until the necessary technology has caught up with the demands of the e-waste management problem. Considering recent advances, it should not be too long from now.
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Most research for now focuses on strategic metals, but it is obvious that other products containing metals could equally be recycled more efficiently. There is no reason why the metal components used in cars, for example, could not come from recycling, too. The challenge will be to shift the focus of a whole industry from primary extraction to secondary extraction, making a number of very expensive technologies obsolete to be replaced by others.
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The fact that much of the metal we already extracted is thrown away, has to be altered to a more responsible attitude toward the usage of our common natural resources. The market for e-scrap recycling is expected to reach a value of almost $15 billion in 2015. With technological advances we have at our disposal and which are constantly becoming more sophisticated, there is no reason not to adopt more stringent recycling rules, aimed at the re-entry of previously used metals into the production process. In addition, political pressure, could contribute a lot to force the industry to mend their ways. If future-oriented regulations are put in place, the industry will have to follow.

Note:

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Sources:

http://www.step-initiative.org/index.php/Publications.html

www.stepinitiative.org/index.php/WorldMap.html

http://www.step-initiative.org/tl_files/step/_documents/MIT-NCER%20US%20Used%20Electronics%20Flows%20Report%20-%20December%202013.pdf

http://web.mit.edu/12.000/www/m2016/finalwebsite/problems/mining.html

http://www.americanlaboratory.com/914-Application-Notes/729-A-Novel-Continuous-Separation-Process

http://web.mit.edu/12.000/www/m2016/finalwebsite/solutions/landfill.html

http://aravind.weebly.com/publications.html

http://www.rk.com.au/insights/landfill-rehabilitation-and-aftercare/

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Seide

Seide – ein Stoff, der Geschichte schrieb

von Markus Haastert, Anne Kathrin Kuhlemann

 
Hintergrund: Seide als Naturpolymer

Die Geschichte der Seide ist faszinierend. Vor über 5000 Jahren wurde in China die Seidenproduktion erfunden, ursprünglich als Nebenprodukt von Wiederaufforstungsmaßnahmen mit Maulbeerbäumen – die Herstellungsmethode wurde über 3000 Jahre lang wie ein Staatsgeheimnis gehütet. Importierte Seide kostete auf europäischen Märkten mehr als Gold. Es war ein Material für Kaiser und Könige. Es wurde über die Seidenstraße in die westliche Welt exportiert, war lange Zeit das wichtigste Exportgut Chinas und trug zu dessen Aufstieg bei. Die Seidenproduktion schuf Arbeitsplätze auf dem Land, und der Handel trug zu den Anfängen der Globalisierung bei. Erst ab dem 12. Jahrhundert gelang es auch den Persern und Europäern, Seide herzustellen.
Seide ist ein komplett natürliches Produkt aus Proteinen und wird von den Raupen des Seidenspinners, aber auch von Spinnen, Muscheln und anderen Tieren hergestellt. Die Seidenraupe spinnt einen Kokon, in den sie sich für die Metamorphose zurückzieht. Für das Spinnen des Seidenkokons benötigt die Raupe zwei bis drei Tage. Vorher ernährt sie sich ausschließlich von den Blättern des Maulbeerbaumes. Die fertigen Kokons müssen zuerst in heißes Wasser getan werden, welches den Kleber löst, den die Raupen verwenden, um die Fäden zusammenzuhalten. Oft wird hierzu auch Wasserdampf verwendet. Dies tötet die Raupe im inneren des Kokons. Danach wird dieser zu einem langen Faden aufgerollt, der bis zu 3000 Meter lang sein kann. Bis zu acht Kokons werden auf einmal aufgerollt, um die Stabilität des gewonnenen Fadens zu erhöhen. 3.000 Kokons ergeben dabei circa 250g Seidenfaden.

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Wildseide wird aus Kokons gewonnen, aus denen die Raupe schon geschlüpft ist. Allerdings birgt dies das Problem, dass man beim Aufwickeln viele kurze Fadenstückchen erhält. Daher müssen die Fäden beim Weben verdickt werden, was eine unregelmäßige Oberfläche des Stoffes erzeugt.
Nachdem Chinas Reichtum und Wachstum Jahrtausende lang durch das Geheimnis der Seidenproduktion beflügelt worden war, gilt das Produkt heute immer noch als Luxusgut für die westliche Welt.1

Trotz ihrer wunderbaren Eigenschaften (isolierend, antibakteriell, knittert kaum, brillanter Glanz) macht Seide als natürliche Textilie jedoch nur 0,2% der weltweiten Textilmarktes au.2 Sie überlebt nur noch als Luxusartikel und teilweise in teurer Sportkleidung wegen der Konkurrenz von viel günstigeren und strapazierfähigen Alternativen wie Polyester. Es ist also illusorisch zu glauben, dass Seide das Potenzial hat, heute gängige Textilien zu ersetzen. Allerdings gibt es andere Anwendungsbereiche, in denen Seide tatsächlich großes Potential birgt.

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Im Jahr 2009 betrug die globale Plastikproduktion trotz Wirtschaftskrise rund 230 Millionen Tonnen.3 Die Kunststoffproduktion ist ein riesiger Geschäftszweig, und damit auch einer der größten Umweltverschmutzer. Dazu kommen zahlreiche Gesundheitsrisiken beim Umgang mit künstlichen Polymeren: Sie sind kaum kratzfest und temperaturbeständig, sodass sich unter bestimmten Bedingungen zahlreiche Additive lösen und in die Umwelt oder den menschlichen Körper gelangen. Die herkömmlich Produktion von Plastik verbraucht horrende Mengen an nicht nachwachsenden Rohstoffen viel Erdöl und Erdgas. Aus diesen Gründen wird seit einiger Zeit immer öfter auf Bioplastik gesetzt.4 Doch auch diese sind nicht unbedingt unproblematisch.

Kunststoffe aus Maisstärke stehen in Konkurrenz zum Lebensmittelanbau. Baumwolle hat einen extrem hohen Wasserverbrauch und kann ihr Anbau kann verheerende Umweltschäden hervorrufen (sehr gut zu sehen am Fall des Aralsees). Daher müssen Alternativen gefunden werden.

Innovation: Auf dem Weg zu neuen Märkten

Proteine sind Polyamide – und Seidenpolyamid hat das Potenzial, einige der oben genannten Probleme zu lösen. Seide ist fast um den Faktor 1.000 energieeffizienter in der Herstellung als Kunststoffe.5 Seidenraupen können nicht ohne Maulbeerbäume leben. Das bedeutet, dass für die Seidenproduktion Aufforstungsmaßnahmen vorgenommen werden. Da die Maulbeerbäume als CO2-Senke fungieren, hat die Seidenproduktion sogar Vorteile für das Klima. Weiterhin produzieren die Bäume natürlich sowohl Früchte als auch Biomasse, was ein weiterer, sehr wertvoller Rohstoff ist. In einer idealen Produktionsweise, würde die anfallende Biomasse zur Energie- und Wärmegewinnung verwendet werden. Diese Symbiose von Maulbeerbäumen und Seidenraupen für eine nachhaltige, natürliche Textilproduktion zu nutzen entspricht den Prinzipien der Blue Economy.

Weiterhin ist die Seidenproduktion sehr arbeitsintensiv, was einerseits den Preis erhöht, andererseits das Potential birgt, viele Arbeitsplätze zu schaffen, was gerade dort, wo sie traditionell hergestellt wird, auch notwendig ist (China alleine stellt heute über 80% der weltweit produzierten Rohseide her, Indien folgt mit weiteren 13%t6). Auch Brasilien spielt mittlerweile eine bedeutende Rolle in der Seidenproduktion.

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Vor allem in der regenerativen Medizin gibt es zahlreiche vielversprechende Ansätze Seide zu nutzen, denn: Seide hilft dem Körper, sich selbst zu heilen. Es gibt Hinweise, dass praktisch alle Kulturen Spinnennetze zur Behandlung von Wunden verwendet haben.7 Die Spinnenseide unterstützt die Blutgerinnung und besitzt oft antibakterielle Eigenschaften. Außerdem ist Seide biokompatibel, und daher ideal für medizinische Anwendungen geeignet.8 Zum Beispiel für großflächige Hauttransplantationen bei Unfall- oder Verbrennungsopfern ist Seide ideal geeignet. Als Faden für medizinische Nähte wird Seide ohnehin schon sehr lange verwendet.

Potenzial: Heilung für Blinde und Gelähmte

Mediziner forschen unter Hochdruck daran, durchtrennte Nervenfasern durch Seide zu reparieren. Dabei bildet die Seide ein Gerüst, entlang dessen die körpereigenen Fasern entlang wachsen. Bei Schafen ist dies bereits gelungen, und Ärzte hoffen, künftig bis zu 6cm Nervenzellen damit wiederherstellen zu können. Selbst blinde Menschen, deren Sehnerv durchtrennt wurde, könnten damit eines Tage geheilt werden.9 Auch Implantate sollen künftig aus Seide stammen oder auch komplizierte Brüche fixieren – während der Knochen verheilt, löst sich die Seidenschraube im Körper von selbst auf.10

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Die besonderen Eigenschaften von Seide haben auch das Interesse anderer Industrien geweckt, die sich den Wunderstoff zu Nutze machen möchten. So gibt es immer wieder Versuche, schusssichere Westen aus Seide herzustellen. Jedoch ist das Material der Seidenraupe nicht ideal für solche Zwecke geeignet. Vielversprechender ist hier Spinnenseide, also das Material, aus dem Spinnennetze bestehen. Dieses ist nämlich nochmal um einiges stabiler und elastischer als die Raupenseide.

Note:

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CCcopy This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial-ShareAlike 4.0 International License.

Quellen:

1 http://www.theguardian.com/artanddesign/2012/jan/24/spider-silk-cape-show

2 http://www.bookpump.com/bwp/pdf-b/1124937b.pdf

3 http://www.plasticseurope.org/documents/document/20101006091310-final_plasticsthefacts_28092010_lr.pdf

4 http://www.umweltlexikon-online.de/RUBwerkstoffmaterialsubstanz/Kunststoffe.php

5 http://www.theguardian.com/science/2013/jan/12/fritz-vollrath-spiders-tim-adams

6 http://www.bookpump.com/bwp/pdf-b/1124937b.pdf

7 http://www.theguardian.com/science/2013/jan/12/fritz-vollrath-spiders-tim-adams

8 http://www.deutschlandfunk.de/medizin-mit-spinnenseide-nervenzellen-heilen.676.de.html?dram:article_id=304215

9 http://www.augsburger-allgemeine.de/wissenschaft/Spinnenseide-Neue-Hoffnung-fuer-Blinde-id18145806.html

10 http://www.wissenschaft.de/technik-kommunikation/materialforschung/-/journal_content/56/12054/3077301/Seide-als-Knochenflicker/

Fotos:
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Glas

Schaumglas: Die grüne Art zu dämmen?

von Markus Haastert, Anne Kathrin Kuhlemann, Malte Plewa

Hintergrund: Was ist Schaumglas?

Das Baugewerbe ist in Industriezweig, in dem der Nachhaltigkeitsgedanke erst relativ spät Fuß fassen konnte. Heutzutage allerdings boomt das Geschäft mit dem umweltfreundlichen Bauen. In den USA wird in 2016 mit einem Gewinn von 245 Milliarden Dollar aus dem green construction business gerechnet. Dementsprechend kommen auch regelmäßig neue Produkte auf den Markt, die versprechen das Baugewerbe noch nachhaltiger und grüner zu machen. Heute schauen wir uns eines dieser Produkte etwas genauer an, nämlich das Schaumglas (Foamglass).

Zur Produktion von Schaumglas wird Glas zu Staub zermahlen, mit Kohlenstoff angereichert und dann auf circa 900 Grad erhitzt, so dass es anfängt zu Schäumen. Der Kohlenstoff reagiert mit Sauerstoff zu Kohlendioxid, welches für die Bläschen verantwortlich ist. Nachdem man es langsam abkühlen lassen hat, erhält man harte Schaumstoffplatten. Anstatt Platten, kann auch Granulat aus Altglas hergestellt werden. Dazu wird das aufgeschäumte Glas sehr schnell heruntergekühlt, so dass es zerbricht.

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 Die Produzenten von Schaumglas beziehen sich darauf, dass es zu einem Großteil aus Altglas hergestellt werden kann. Dadurch wird Müll zu etwas wertvollem verwandelt. Glas ist generell ein Stoff, der immer wieder eingeschmolzen und neu geformt werden kann; allerdings mit einem erheblichen Energieaufwand.

Schaumglas hat einige Eigenschaften, die es zu einem beeindruckenden Dämmmaterial machen. Es nimmt kein Wasser auf, so dass es nicht zu Schimmel- oder Pilzbefall kommen kann und es sehr schnell trocknet. Außerdem gibt Schaumglas keine Stoffe an die Umwelt ab oder nimmt welche auf und reagiert nicht mit Chemikalien; es ist somit komplett inert. Durch seine Beständigkeit verliert dieses Material auch nicht an seiner Isolierfähigkeit, im Gegensatz zu anderen Dämmmaterialien. Die in den Zellen eingeschlossenen Luftpartikel sorgen für relativ gute Dämmeigenschaften. Die Hitzebeständigkeit ist beeindruckend, so liegt der Schmelzpunkt bei 650 Grad Celsius. Dadurch müssen auch keine chemischen Brandschutzadditive hinzugefügt werden. In Granulatform ist das Material auch frostbeständig. Auch kontaminiertes Glas, wie z.B. aus Fernsehröhren oder quecksilberhaltigen Lampen, kann zur Schaumglasherstellung verwendet werden. Während des Mahlvorgangs werden Schwermetalle vom Glas abgespalten und an Metallschmelzöfen geliefert1.

Trotz dieser beeindruckenden Eigenschaften muss man den Lebenszyklus des Produktes näher betrachten um eine Aussage über sein Potential als neuer grüner Baustoff treffen zu können.

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Innovation: Dämmen und Bauen mit Schaumglas

Glas wird aus Sand, Kalkstein, Dolomit und Feldspat hergestellt; der Herstellungsprozess ist sehr energieintensiv. Die Ausgangsstoffe werden auf bis zu 1600 Grad Celsius erhitzt und so zusammengeschmolzen. Da der Energieverbrauch derart hoch ist, ist es einer Studie des Umweltbundesamtes zufolge unmöglich, Glas jemals nachhaltig zu produzieren2.

Für die Herstellung von einem Kilo Glas werden 14 Mega-Joule Energie benötigt. Pro Prozent Altglasanteil werden circa 0,25 Prozent Energie gespart. Bei einem Altglasanteil von 75 Prozent, wie es bei der Herstellung von Schaumglas angepeilt wird, werden also knapp 19% Energie eingespart. Bei der Dämmung mit Schaumglasplatten werden allerdings auch Aluminiumplatten verwendet. Zur Herstellung von einem Kilo Aluminium werden über 120 Mega-Joule Energie benötigt.3 Der Primärenergieverbrauch von einem Kubikmeter Schaumglas liegt zwischen 750 und 1600 Kwh. Vergleicht man also die Energie, die zur Herstellung der Materialien für die Schaumglasdämmung benötigt wird, mit der Energie, die zur Herstellung anderer Dämmmaterialien, wie zum Beispiel Hanf, verbraucht wird, ist die Bilanz nicht unbedingt rosig.

Auch bei den Dämmeigenschaften bleibt Schaumglas hinter einigen seiner Konkurrenten zurück. Hanf, der zum Dämmen verwendet wird, hat eine mehr als doppelt so hohe Wärmespeicherkapazität (2300 J/KgK) wie Schaumglas (bis zu 1100 J/KgK).

Der Vorteil von Schaumglas ist aber, dass etwas, das früher als Müll betrachtet worden ist, einen Wert bekommt. In Deutschland werden Schätzungen zufolge jährlich ca. zwei Millionen Tonnen Altglas gesammelt.4 Davon werden momentan 85% recycelt.5 In den USA sieht das schon etwas anders aus; dort werden von den 11,6 Millionen Tonnen anfallenden Glasmülls lediglich 28% wiederverwertet.6 Dort ist der Bedarf also enorm. Leider wird gerade in den beiden amerikanischen Schaumglasfabriken kein Recycling-Glas, sondern jungfräuliches Material verwendet.7

Viele Flughäfen weltweit werden übrigens mit Schaumglas gedämmt. So zum Beispiel die Flughäfen von Doha, Dubai, Paris und Düsseldorf. Allerdings ist Schaumglas als reiner Dämmstoff eine sehr teure Anschaffung.

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 Potenzial: Nachhaltigkeit und neue Anwendungsbereiche

Das Material wird mittlerweile nicht mehr nur zur Dämmung verwendet, sondern auch als Trägerstoff in der Bauindustrie. Besonders der Schaumglasschotter hat wird immer öfter in Fundamenten verwendet, oder auch im Straßenbau. Eine Studie norwegischer Wissenschaftler hat gezeigt, dass sich Schaumglasschotter sehr gut als Straßenbaumaterial eignet, da es große Lasten abfedern kann und weder von großer Hitze, Feuchtigkeit noch Frost deformiert wird8. Die Studie kommt außerdem zu dem Ergebnis, dass Schaumglasschotter auch als Material zur Flugpistenkonstruktion geeignet ist. Auch Parkdecks werden aus diesem Material hergestellt.

Es ist mittlerweile also möglich, Beton durch Schaumglas zu ersetzen. Und da liegt das eigentliche grüne Potential dieses Materials. Anstatt Beton, dessen Produktion sehr energieintensiv ist, und der im Gebäudebau meist mit relativ viel Stahl kombiniert werden muss, kann recyceltes Altglas verwendet werden. Setzt man Schaumglas als Wandmaterial ein, spart man sich zudem die Dämmung, die beim Bauen mit Beton noch zusätzlich anfällt. Hierfür wird Schaumglas in Aluminiumblechrahmen vorgefertigt – die Bauzeit vor Ort kann deutlich reduziert werden. Wird also nicht nur der Beton und Stahl, sondern auch die Dämmung durch Schaumglas ersetzt, und zudem eine Verkürzung der Bauzeit erreicht, wird Schaumglas als Baumaterial auch wirtschaftlich hoch interessant – und das muss es auch sein, wenn es Beton & Co. ernsthaft Konkurrenz machen will.

Beton benötigt 3-4 MJ Energie pro kg bei der Herstellung, Stahl ca. 80 MJ – ein 80:20 Mix vorausgesetzt, ist der Energieaufwand etwa gleich hoch wie der von Schaumglas in Aluminiumblechrahmen (beides aus Recycling). Die fertigen Bauteile aus Schaumglas können jedoch besser wiederverwendet werden als Beton, der lediglich als Granulat (Bauschutt) noch Verwendung finden kann. Für die Bauindustrie ist dieses Produkt also voller Einsatzmöglichkeiten. Die Umweltfreundlichkeit ist aber von einigen Bedingungen abhängig. Zuerst einmal ist es essentiell, dass es zum größten Teil aus Altglas besteht. Die Produktion von neuem Glas ist sehr energieintensiv und absolut unnötig, solange nicht 100% des aktuell produzierten Glases wiederverwertet werden.

Weiterhin sollte die Energie, die zur Herstellung verwendet wird, möglichst aus Abwärme von industriellen Prozessen oder durch Deponiegasverwertung gewonnen werden. Wenn es möglich ist, die Wärme, die durch Verrottungsprozesse auf Mülldeponien entsteht in einer benachbarten Schaumglasfabrik zu verwenden, könnten Transportwege gespart und die Energieproduktion gedrosselt werden. Zumindest sollte zur Produktion aber erneuerbare Energie verwendet werden, wie es der größte Hersteller in Europa, Pittsburgh Corning Europe NV, auch tut9.

Auch das CO2, dass auf Mülldeponien entsteht, kann im Produktionsprozess von Schaumglas verwendet werden. So entsteht eine Möglichkeit, den Ausstoß von Klimaschädlichen Gasen zu reduzieren. Außerdem muss sichergestellt werden, dass das Material selbst auch in den Wiederverwertungskreislauf eintritt.

Schaumglas hat den ökologischen Vorteil, dass es keine Stoffe an seine Umwelt abgibt; es ist chemisch komplett inaktiv. Dadurch kann es, sobald es auf einer Müllhalde landet, die Umwelt nicht vergiften. Dies ist gerade bei Dämmmaterialien oft ein großes Problem. Kunststoffe wie XPS (Styropor) werden oft mit Flammschutzmitteln behandelt, sodass sie einen großen Anteil an Giftstoffen beinhalten wenn sie entsorgt werden. Da Schaumglas durch seine Eigenschaften keine weiteren Additive benötigt, entstehen solche Probleme nicht.

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Doch auch abseits der Bauindustrie findet Schaumglas mittlerweile Verwendung. Feinkörniger Schotter wird als Substrat für Pflanzen im Gartenbau und bei Dachbegrünung verkauft. Außerdem sind die Eigenschaften des Materials ideal zur Reinigung harter Oberflächen und zum Schleifen. „Schwämme“ aus Schaumglas zum Reinigen von Grills, Pools, Sanitäranlagen oder Küchengeräten sind bereits auf dem Markt. Auch als eine Alternative zu Sandpapier wird es verkauft10. Wirtschaftlich sind diese Produkte leichter zu vermarkten, da nur verhältnismäßig wenig Material benötigt wird – und verschiedene Schaumglasqualitäten, also auch Ausschuss, zum Einsatz kommen. Zahlreiche weitere Anwendungsbereiche werden in nächster Zeit höchstwahrscheinlich folgen, schaut man sich einmal das Tempo an, mit dem das Produkt sich auf dem Markt etabliert hat.

Die Schaumglastechnik kann dazu beitragen, Millionen Tonnen von Müll in ein wertvolles und zudem wirtschaftlich attraktives Produkt zu verwandeln. Allerdings muss darauf geachtet werden, dass dieser Prozess nachhaltig stattfindet. Als Ersatz für traditionelle Baumaterialien birgt Glasschaum ein großes nachhaltiges Potential, da es Ressourcen spart und stabiler ist, als herkömmliche Materialien – Gesundheitsbedachten bietet es den enormen Vorteil, nahezu vollständig auf chemische Zusätze zu verzichten.

Note:

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1http://www.vegvesen.no/_attachment/110552/binary
/192735?fast_title=Paper%3A+Granulated+Foamed+Glass+for+Civil+Engineering+Applications
2http://www.umweltbundesamt.de/themen/wirtschaft-konsum/industriebranchen/mineralindustrie/glas-mineralfaserindustrie
3http://www.hunold-knoop.de/wissen/wissenwertes/energieverbrauch.html
4http://was-passt-ins-altglas.de/
5http://www.glasaktuell.de/zahlen-fakten/
6http://www.epa.gov/osw/conserve/materials/glass.htm
7http://www.greenbuildingadvisor.com/blogs/dept/energy-solutions/foamglas-my-new-favorite-insulation-material
8http://www.vegvesen.no/_attachment/110553/binary/192736?fast_title=Presentation%3A+Granulated+Foamed+Glass+for+Civil+Engineering+Applications+
9http://bau-umwelt.de/download/C327a7c56X13363a688a0X7207/EPD_PCE_2008111_D.pdf
10https://www.earthstoneinternational.com/

Fotos: SXC, Koljern, Wikipedia
https://www.flickr.com/photos/26137056@N05/3437017958

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Keine Batterien

Keine Batterien

von Markus Haastert, Anne Kathrin Kuhlemann

Hintergrund: Milliarden Batterien vergiften die Müllhalden

Die Erfindung der Batterie war eine Revolution. Sie hat es möglich gemacht, Energie dorthin zu transportieren, wo und wann man sie brauchte. Mittlerweile haben die meisten elektrischen Geräte irgendeine Art von Batterie oder Akku verbaut, sodass sie auch laufen, ohne ans Netz angeschlossen zu sein.

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Doch kurze Akkulaufzeiten und sich schnell entleerende Batterien sind ein Ärgernis, das jeder kennt. Auch umwelttechnisch sind Akkus und Batterien problematisch: für ihre Produktion werden nichterneuerbare Rohstoffe wie seltene Erden benötigt, die nicht unbegrenzt auf der Erde vorkommen. Während ihrer Produktion wird CO2 ausgestoßen, welches zur weltweiten Klimaerwärmung beiträgt. Allein in den USA werden jedes Jahr 3 Milliarden Batterien weggeworfen, in Deutschland sind es 1,5 Milliarden Batterien jährlich. Weltweit werden jährlich 15 Milliarden Batterien hergestellt und verkauf, um den ‚Abfall‘ zu ersetzen. In Batterien sind oft Schwermetalle wie Cadmium, Quecksilber und Blei enthalten, diese sind hochgradig umwelt- und gesundheitsschädlich.

Batterien sind daher im momentan eines der größten Forschungsgebiete. Zum Beispiel werden für Elektroautos sehr teure Batterien benötigt, die trotzdem nur für maximal 500 Kilometer Energie speichern können. Es wird an immer kleineren Batterien mit immer größerer Speicherkapazität geforscht.

Doch die Wissenschaft geht auch noch in eine ganz andere Richtung. Wenn es möglich wäre, Energie nicht mehr zentral zu produzieren und dann zu einem bestimmten Ort transportieren zu müssen, sondern die Energie direkt dort zu produzieren, wo man sie benötigt, würden sehr viele Probleme einfach wegfallen. Leere Akkus und Batteriemüll könnten so der Vergangenheit angehören.

Innovation: Abwärme in Elektrizität verwandeln 

Um uns herum wird unfassbar viel Energie als Abwärme abgegeben und nicht genutzt. Die Frage ist nun, wie man diese Wärme einfangen und dann in nutzbare Elektrizität umwandeln kann, um Uhren, Handys oder Laptops zu betreiben – ganz ohne Batterie. Allein der Körper eines Mannes produziert jeden Tag zwischen 100 und 120 Watt. Das wäre genug, um die portablen elektronischen Geräte, die man im Alltag verwendet, mit Energie zu versorgen.

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Die Forschung in diesem Bereich schreitet sehr schnell voran. Thermoelektrische Generatoren sind im Moment die Technologie, die am vielversprechendsten aussieht. Dabei handelt es sich um kleine flexible Scheibchen, die die Wärmeunterschiede zwischen der menschlichen Haut und der Außentemperatur in Elektrizität umwandeln. In die andere Richtung funktioniert diese Technologie schon sehr gut und wird zum Beispiel zur PC-Kühlung verwendet. Elektrizität wird zugefügt, und dadurch werden die Wärmeunterschiede auf den beiden Seiten des Scheibchens größer. Nun muss dieses Prinzip nur umgedreht werden, so dass aus den Wärmeunterschieden Strom erzeugt werden kann. Vor kurzem haben koreanische Wissenschaftler vom Korean Advanced Institute of Science and Technology ein Armband entwickelt, das zehn mal mehr Elektrizität produziert als ähnliche Geräte, da es auf ultraleichtem und sehr flexiblem Glasfasermaterial gedruckt wurde. Es wird solange Energie produziert, wie die Lufttemperatur niedriger ist, als die Körpertemperatur des Trägers. Dieses Gerät wurde für medizinische Zwecke kreiert, wie zum Beispiel als Energiequelle für Herzsensoren. Aber theoretisch kann es auch Handys oder sogar Laptops betreiben. Der Markt für so eine portable Ladestation wäre gigantisch.

Schon im Jahr 1998 brachte die japanisch Firma Seiko die erste Uhr heraus, die durch die Transformation von menschlicher Wärme zu Elektrizität funktioniert. Allerdings wurden davon nur 500 Stück produziert. Der hohe Verkaufspreis von über 2000 Euro führte zu einer sehr zurückhaltenden Nachfrage. Es gibt natürlich auch Uhren, die die kinetische Energie ernten, die entsteht, wenn sich der Arm des Trägers bewegt. So benötigen sie keine Batterie und müssen nicht aufgezogen werden.

Potenzial: Batterielose Herzschrittmacher?

Eine ganz ähnliche Technologie könnte abseits von der Energieversorgung für Telefone und Computer auch in der Medizin Verwendung finden. Vor kurzem hat ein Wissenschaftler aus der Schweiz einen Herzschrittmacher gebaut, der ähnlich funktioniert  wie ein Uhrwerk – aber ohne eine Batterie. Die nötige Energie, die zum Betreiben des Herzschrittmachers benötigt wird kommt direkt aus dem Herzen – durch seine regelmäßigen Schläge. Diese kinetische Energie kann aufgefangen und geerntet werden und genügt, um das Gerät zu betreiben. Erste erfolgreiche Versuche an Schweinen haben bewiesen, dass die Technologie durchaus realistisch in der Umsetzung ist.

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Ein batterieloser Schrittmacher würde den Patienten zahlreiche Operationen ersparen, die nötig sind, um die Batterie des Schrittmachers zu wechseln.  Da solche Operationen immer ein Risiko sind, könnten dadurch Leben gerettet werden und natürlich auch Kosten gespart werden. Über 75.000 Herzschrittmacher werden allein in Deutschland jedes Jahr implantiert. Nach einigen Jahren muss bei jedem dieser Geräte die Batterie gewechselt werden. Durch Herzschrittmacher ohne Batterie könnten also zahlreiche Operationen vermieden werden. Gerade für ältere Menschen stellt jede Operation ein großes Risiko dar. Und jungen Menschen mit Schrittmacher könnten zahlreiche Operationen im Verlauf ihres Lebens erspart bleiben.

Wenn es heute schon möglich ist aus Körperwärme genug Energie zu produzieren um ein Smartphone aufzuladen, dann tun sich ganz neue Potentiale für diese Technik auf. Um uns herum wird sehr viel Energie einfach als Abwärme in die Umwelt gepumpt. In Fabriken, Elektrizitätswerken, Müllhalden oder Transportmitteln wie Auto oder Flugzeugen werden jeden Tag riesige Mengen an Wärme verschwendet, die man zu Elektrizität konvertieren könnte, die dann direkt vor Ort verwendet, oder ins Stromnetz eingespeist werden könnte. Für neue Innovationen ist also noch viel Raum.

 

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Note:

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Quellen:

http://everyday-green.com/html/battery_statistics.html

Schaeffer, John (2015): The Real Goods Solar Living Sourcebook, 14. Aufl., New Society Publishers, Gabriola Island

http://www.k2battery.com/technology-clean.html

http://www.forbes.com/2010/06/07/nanotech-body-heat-technology-breakthroughs-devices.html

http://www.umweltbundesamt.de/themen/abfall-ressourcen/produktverantwortung-in-der-abfallwirtschaft/batterien

 

Bilder:
https://www.flickr.com/photos/moria/393087509

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Proteine aus organischen Abfällen

Proteine aus organischen Abfällen

By Markus Haastert and Anne-Kathrin Kuhlemann

Background: Feeding 10 billion people 

IThe current research into human population has come up with some disturbing results. As it stands, by the year 2050 the world’s current population of 6.9 billion people could very well rise to staggering 9.6 billion. Taking into consideration that livestock farming currently takes up about 30% of land that is not completely covered in ice and that it is responsible for 18% of today’s global warming effect, it is not at all reassuring to know that if we follow the data, the livestock production will undoubtedly double by the year 2050 if we do not make some drastic changes in our eating habits.
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The most notable reason for the increase in cattle farming is the nutritional value it has to human lifestyle, mainly the amount of protein it provides to us. The amount of protein we currently consume daily per person is 75.3 grams on average worldwide, 24.3 grams of which is pure animal protein. If we look at this situation from the biological point of view, it is not necessary for a human being to have the plant protein circulated trough animals before it is ingested. Plants like soybeans include all the necessary amino-acids for a human to function healthily. And to top it all off, the amount of water that is required to get 1kg of grain-fed beef is 100,000 liters; compared to that, soybeans ‚only‘ require 2,000 liters per 1kg.
With the arrival of modern technologies, many alternatives to meat were found for our protein fueled diets. One of the most notable substitutes is Mycoprotein, which is the protein contained in mushrooms. Mushrooms have been known to contain much larger amounts of protein compared to plants, up to 23 grams of protein per 100 grams of mushrooms. And these are all ‘complete proteins’ meaning they contain all the amino-acids that the human body needs to operate normally.
Lately a new way of cultivating mushrooms has appeared. As it stands, the dried up shells and pulp from coffee has proven to be an exceptional base for growing mushrooms as it increases their growth speed almost threefold. The other important benefit is that the artificial logs made this way are caffeine rich.  The latest research has shown the caffeine from coffee beans to be a natural insecticide, reducing the growth of mushroom related pests by approximately 50%, and that dried tea leaves which contain up to three times more caffeine provide two to three times better effect.

Innovation(s): from food to packaging to soil remediation

This form of mushroom cultivation was practiced in developing countries for many years, but pioneered in the Western world by two Berkley University students in 2009. Nikhil Arora and Alejandro Velez were the first to create a brand out of coffee-grown mushrooms and with it they have started a small revolution in both the mushroom growing industry as well as waste disposal management. Following their lead, roughly a dozen companies have entered the market in Europe since 2010. Chido’s mushrooms in Germany and GRO-Holland in the Netherlands have established themselves with two different business models: GRO processes the coffee grounds from a single chain of coffee shops and then returns most of the fresh mushrooms produced on these to be sold in that same chain – thus reducing two of the major cost drivers in decentral mushroom production: logistics and sales. Chido’s mushrooms on the other hand focuses on producing a home growing kit from coffee waste, allowing customers to grow their product fresh right inside their own home.

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Since then, many more companies have emerged: Fungi Futures, a company based in Devon, created the GroCycle Urban Mushroom Farm in an abandoned building right in the heart of the city. This helps provide the city’s restaurants with fresh product as well as spread the word about this new, environmentally friendly technique. Fungi Futures also offers a Kit for home production of mushrooms. British Espresso Mushroom Company also produce kits for home production, similar to RecoFunghi and Funghi Espresso from Italy, EK-Miro in Poland, RotterZwam from the Netherlands, Prêt à pousser and Boîte à Champignons from France, Perma Fungi in Belgium, Gumelo in Portugal or resetea and Seta’s pocket gourmet based in Spain – and others yet to come. In the past four years, almost every country in Europe has received a representative in the coffee-grown mushroom market, many of them receiving awards for their ecological business endeavours.
The best part is that the nutritional value of mushrooms is only a tiny part of what they can be used for. In 2007 a company named Ecovative presented an alternative to plastic made (grown) entirely from the mycelium of fungi. If production can become cheaper, this material might very well replace plastic and Styrofoam in the future, since it offers all of their benefits without the catastrophic impact on the environment.
Furthermore, fungi are one of nature’s most efficient ways to cleanse the soil. For this reason scientists like Mohamed Hijri of the University of Montreal’s Institut de Recherche en Biologie Végétale (IRBV) have been using fungi to purify the soil contaminated by heavy-metals, which would take thousands of years to become habitable again if left on its own.

Potential: fuel, cancer cure – and food security for all

In the future humanity should look to prevent the pollution caused by oil industry rather than trying to fix the damage after it was caused. For this reason people like Adrian Tsang, Professor of Biology at Concordia University, are looking for alternative ways to create biofuel. Since corn is mainly used for producing biofuel, many people find it controversial considering the food crisis plaguing some parts of the world. Prof. Tsang’s research is looking to replicate the chemicals used by fungi for decomposing plant material, allowing him to create biofuel from potentially wasted biological material, and reducing the disruption of the natural CO2 cycle.

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The pharmaceutical industry has started taking interest in the benefits that mushrooms offer. It was discovered that fungi hold a strong antiviral potential. Since viruses can not be treated like bacteria wit antibiotics, many strains of mushrooms have shown a very useful ability to slow down viral enzymes and absorption of viruses into the cells of mammals. And with researchers like Paul Stamets, one of the most notable names in Mycology circles, constantly discovering new species and new information on the fungus genome, like for example the use of mushrooms for HIV and cancer treatment, the possibilities just keep piling up.

Many different industries have started taking interest in the possible uses of mushrooms. Everyone from pharmaceutical companies to waste disposal experts is finding the use of mushrooms in their fields. Construction companies can look forward to the development of the new fungal-based materials that may very well replace everything from plastic to materials used for house insulation. And environmentalists can hope to see the methods for reducing oil-company damage to the environment and maybe even completely preventing it, in the near future.

With all this being said, the most basic needs should come first. If mushroom cultivation is brought to peasants and smallholders around the world, a steady supply of mushrooms would become possible. This would first and foremost increase food security, since even crop failures can be used as substrate to grow healthy, protein rich food. A vision several NGOs have begun turning into reality.

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Note:

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Sources:

  1. http://www.news.cornell.edu/stories/1997/08/us-could-feed-800-million-people-grain-livestock-eat

  2. http://www.new-harvest.org/wp-content/uploads/2013/04/AAB-food-security-conf_Tuomisto-2010.doc-Compatibility-Mode.pdf

  3. http://www.powerofmushrooms.com.au/health-nutrition/health-nutrition/protein-carbohydrates/

  4. http://wholefoodcatalog.info/nutrient/protein/mushrooms/

  5. http://web.as.uky.edu/Biology/faculty/cooper/NSTA-2012-workshops/HeartRate%20NSTA%20Workshop/caffiene%20in%20Manduca.pdf

  6. http://grocycle.com/about-us/

  7. https://www.backtotheroots.com/about-us

  8. http://www.telegraph.co.uk/foodanddrink/10333559/Word-of-mouth-The-Espresso-Mushroom-Company.html

  9. http://www.fastcoexist.com/1679569/petroleum-eating-mushrooms-to-decontaminate-our-most-polluted-sites

  10. http://www.genomequebec.com/18-en/environment-capsule-fossil-fuel-shortage-do-mushrooms-hold-the-key-.html

  11. http://cleantechnica.com/2008/10/09/mushroom-enzyme-could-make-clean-fuel-cells/

  12. http://gizmodo.com/the-futuristic-material-that-will-replace-plastic-is-511544462

  13. http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC1193547/

  14. http://www.fungi.com/about-paul-stamets.html

  15. http://www.recofunghi.com/

  16. http://www.gro-holland.com/

  17. http://www.rotterzwam.nl/

  18. http://www.chidos.org

  19. http://www.boczniaki.intarnow.pl/?page_id=228

  20. http://www.setaspocket.com/

  21. http://resetea.es/

  22. http://www.greenandgourmet.com/

  23. http://www.gumelo.com/

  24. http://www.permafungi.be/index.php?lang=en

  25. https://pretapousser.fr/

  26. http://www.laboiteachampignons.com/

  27. http://www.funghiespresso.com/

  28. http://espressomushroom.co.uk/

  29. http://grocycle.com/urban-mushroom-farm/

  30. http://www.pilzeaufkaffee.de

Bilder:
https://www.flickr.com/photos/usdagov/11180541284
https://www.flickr.com/photos/unitedsoybean/10058871053
https://www.flickr.com/photos/robadob/523390303
https://www.flickr.com/photos/sidelong/1119505806

maggots

Maden Wundheilung

Maggots for Wound Healing


By Markus Haastert and Anne-Kathrin Kuhlemann

Background: The history of maggots

We begin our story in Porto Novo, the capital of Benin. There, Pater Godfrey Nzamujo founded the Songhai center in 1986. The Nigeria born priest opened the center as a food production site, in which he attempted to put all generated waste back into the system to generate new value from it. Plant biomass became substrate for mushrooms, sewage became biogas, remains from food processing became food for animals and slaughterhouse waste was used to breed maggots.

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The priest even constructed a “fly-hotel” in order to produce millions of maggots. These can then be used as a protein-rich food for fish and chickens. In that way, waste is used to generate value.1 It would also be possible to produce maggots on the incredible amount of slaughterhouse waste which is generated annually. Estimations of the European Commission indicate that each year more than 16 million tons of non-edible animal side-products are produced in the European Union alone.

But maggots offer the potential for much more and have historically been used extensively in wound healing. Indeed, there have been relatively early observations that wounds which were colonized by maggots heal surprisingly well. In the 1930s, maggot-therapy was the state of the art in wound healing medicine. With the development of antibiotics, this method was however forgotten. In the 1990s however, when the first problems with bacterial resistances against antibiotics emerged, maggot-therapy found defenders once more. Also the Aborigines and other indigenous peoples are known to have used maggots to treat infected wounds.

Innovation: Maggots for modern wound healing

There are many people in Europe who suffer from diseases which could be treated with maggots, the larvae of Lucilia Sericata – the common bluebottle or meat fly. According to doctors, more than three million people in Germany alone suffer from chronic wounds, with associated treatment costs of over five billion Euros.1 These people could be helped with a targeted maggot-therapy. Maggots have characteristics which help in the wound healing process. First, they clean the wound from infected tissue. And secondly, their excretions support the development of new tissue after the dead parts have been removed. Roughly 1,000 clinics in Europe and 300 in the US now regularly use maggots in their treatment of chronic wounds.2

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The formerly widely spread believe that maggots only feed on dead tissue has been refuted.3 Thus, a continuous supervision by medicinal personnel is necessary when applying a maggot-therapy.
Side-effects of the therapy are practically non-existent when applied correctly. Mostly, patients have an itching feeling, if they feel anything at all. In case of an overdose, which means the use of too many maggots, healthy tissue can be affected which can lead to additional pain.4 In this case, the treatment has to be canceled straight away.

To avoid having to put maggots directly into open wounds, British Professor Stephen Britland and his team developed a way to extract enzymes from the maggots to create a cream which can be applied on wounds.1 However, creams made from maggot-enzymes are still prohibited in Europe, as the technology is not yet advanced enough. In 2008, the first antibiotic on maggot-basis was developed. As about 20 maggots were needed to produce one drop of the antibiotic, the efficiency was still low.2

At the moment, maggots are mostly put in teabag-like sachets, which are then put on the wound to stay there for a few days. After removal, the animals are often more than two hundred times as big as before.3 According to studies, the sachets however reduce the efficiency of the therapy significantly.4 Pills on maggot-basis are not an option, as the proteins will be digested before they can successfully begin the treatment – and since blood does not always circulate in the wounded area, which is part of the healing problem.5

Maggots also have the potential to fight the threateningly fast increase in resistances against antibiotics. In worst-case scenarios, which US scientists have calculated, annual costs of up to 55 billion US$ could develop as a result of such resistances, 20 billion for medicinal costs and 35 billion for lost productivity.6 Through the reduced application of antibiotics, maggot-therapy has the potential to slow down this process. Reliable numbers to what extent antibiotics can be replaced by the use of maggots are however not yet available.

The momentarily most popular opinion among doctors is that maggot-therapy is an excellent way to clean wounds. It is however not proven that wounds indeed heal more quickly than with conventional medicine. Usually, this therapy is used as the ultima ratio, when conventional methods have failed and surgeries are unsuccessful. Especially patients with chronically infected wounds have often benefited from maggot-therapy. Also patients with rheumatism and diabetes can benefit from it.

Potential: Saving lives and boosting the economy

Research on the medicinal use of maggots has just begun. As the focus for many years lay on fighting maggots as a vector of diseases, this field of medicine still has to catch up. At the moment, the potential of maggots to cure diseases such as a malaria or cancer is being evaluated. More research is essential to discover the full potential of maggots.1

Of special interest in this context is the possibility to implement this therapy in developing countries with insufficient medical services. Maggots could be bred decentrally in villages and would be available quickly in case of accidents. This could save numerous human lives. Infected wounds which lead to a sepsis are still a common cause of death, both in developed and developing countries.2

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Even better, if a simple technology could be found to extract the healing enzymes of the maggots, it would be possible to produce dearly needed medicine. A concentrated, locally produced cream from maggots, which were bred on waste and themselves serve as food for animals, could not only save human lives but also boost local economies.

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Sources

Quellen:

1http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/btpr.587/abstract

2http://www.news-medical.net/news/2008/08/05/10/German.aspx

3https://www.youtube.com/watch?v=WTAkZmriZy8

4http://archderm.jamanetwork.com/article.aspx?articleid=1150957

5http://bazonline.ch/wissen/medizin-und-psychologie/Maden-und-Kaefer-koennen-Wunden-besser-heilen-als-Antibiotika/story/11158589

6http://www.heise.de/tp/news/Die-Kosten-der-Antibiotika-Resistenz-2027519.html

1http://bazonline.ch/wissen/medizin-und-psychologie/Maden-und-Kaefer-koennen-Wunden-besser-heilen-als-Antibiotika/story/11158589

2http://www.nejm.org/doi/full/10.1056/NEJMoa022139

Bilder: StockXCHNG
https://www.flickr.com/photos/romanboed/14159869063