Beckhaus / Gusovius / Rödel InBeNeFa

Verbundvorhaben: Entwicklung einer industriellen Bereitstellungskette von Brennnesseljungpflanzen bis zur Nesselfaser
1. Auflage 2019
ISBN: 978-3-7504-5541-2
Verlag: Books on Demand
Format: EPUB
Kopierschutz: Adobe DRM (»Systemvoraussetzungen)

E-Book, Deutsch, 116 Seiten

Die große Brennnessel (Urtica dioica) kann auf landwirtschaftlichen Standorten unter unterschiedlichsten Umweltbedingungen angebaut werden und ermöglicht die Bereitstellung hochwertiger Faserrohstoffe. Dabei betragen die Fasergehalte der bis ins letzte Jahrzehnt auf größeren Flächen angebauten Pflanzen ca. 10 - 12 %. Neuere, vor allem im Projektverlauf angepflanzte, Klone zeigen beim Fasergehalte Potentiale von bis zu 22 %. Da bisher keine Ergebnisse von großflächigen Feldversuchen > 0,5 ha vorlagen, waren deren Etablierung und Untersuchung hinsichtlich Ertrag und Qualität der Pflanzen bzw. daraus gewonnener Fasern ein wesentlicher Forschungsschwerpunkt. Zurück greifend auf Ergebnisse von vorherigen Forschungsvorhaben konnte durch den Projektpartner IFP ausreichend Pflanzenmaterial der Klone L2, L6 und L18 zur Verfügung gestellt werden und auf den zwei Projektstandorten der beteiligten Landwirtschaftsbetriebe erfolgreich etabliert werden. Umfangeiche Bonituren des Projektpartners 3N in enger Zusammenarbeit mit den Landwirten haben gezeigt, dass sowohl die Bestandsetablierung 2015 als auch die Jugendentwicklung 2016 bis zur den beiden Ernten 2017 und 2018 eine deutliche Verbesserung des Ertragspotentials erwarten lassen. Ein Einfluss der Pflanzendichte (2 bzw. 3 Pfl. m-2) scheint erkennbar, kann aber nicht abschließend validiert werden wie auch der direkte Klonvergleich. Die Ergebnisse der 3 bzw. 4 Versuchsjahre fallen aufgrund der teils extrem unterschiedlichen Wachstumsbedingungen sehr heterogen aus. Im Mittel ergibt sich jedoch die Schlussfolgerung, dass eine gesteigerte Stickstoffdüngung (180 auf 250 kg N ha-1) nicht notwendig scheint, eine Erhöhung der Kaliumdüngung von 200 auf 300 kg K2O ha-1 dagegen auf dem untersuchten Standort zu positiven Effekten führt. Neben der etablierten vegetativen Vermehrung ist die Entwicklung von wissenschaftlichen Grund-lagen für die Erzeugung und konventionelle Aussaat von in vitro erzeugten somatischen Embryoiden durch das IFP ein wesentlicher Beitrag für die perspektivische Verbesserung der Wertschöpfung in der Bereitstellungskette. Für den an die landwirtschaftliche Erzeugung anschließenden Primäraufschluss von Faserpflanzenstroh sind bereits im Vorlauf des Verbundvorhabens durch den Partner ATB in Zusammenarbeit mit dem Anlagenbetreiber NFC GmbH Nettle Fibre Company verschiedene technische Innovationen z.B. für die Entholzung, entwickelt und in einer Pilotanlage umgesetzt worden.

Dr. Holger Fischer, Jahrgang 1961, ist Chemiker und seit 1997 am Faserinstitut Bremen e.V. im Bereich Nachwachsende Rohstoffe, Naturfasern und Nachhaltigkeit tätig. Seine Arbeitsschwerpunkte sind enzymatische Fasermodifikation, Fasercharakterisierung, Naturfasern, Faseroberflächenmodifizierung, Naturfaser verstärkte Verbundwerkstoffe und Biocomposite.

Autoren/Hrsg.

Beckhaus, Heiko

Gusovius, Hans

Rödel, Philipp

Schneider, Carolin

Machmüll, Andrea

Leseproben

Abbildungsverzeichnis

Abbildung 1:

Projektplanung und Ablauf im Verbundvorhaben InBeNaFa.

Abbildung 2:

Verfahrenslinie zum Faseraufschluss im Industrie- bzw. Labormaßstab [Abb. teils aus Müssig et al. 2010].

Abbildung 3:

Schritte der Embryoausbildung aus embryogenem Kallus (A) und Herstellung synthetischer Samen aus somatischen Embryonen (B)

Abbildung 4:

Faktoren, die einen Einfluss auf den Erfolg bei der Induktion der somatischen Embryogenese bzw. der Regeneration von Pflanzen aus Kallus haben.

Abbildung 5:

Die nächste Verwandtschaft der Nessel innerhalb der Rosales (nach Sytsma et al. 2002). Biotechnologisch bearbeitete Gattungen sind mit roten Kästen hervorgehoben. Die Abkürzung SE zeigt an, wo somatische Embryogenese als Methode etabliert ist und wo nicht.

Abbildung 6:

Schematische Darstellung der Entholzung von Nesselstroh in der Aufschlussmaschine im axialen Fluss.

Abbildung 7:

Schematische Darstellung der wichtigsten Austragsstellen in der Faserreinigung (1. Tambour, 2. Stufenreiniger) sowie der anschließenden Faseröffnung (3. Horizontalöffner).

Abbildung 8:

Masseanteile der anfallenden Zwischenprodukte für einen Massestrom von 560 kg h-1 in der Faseraufschlussanlage (Hammermühle 50 Hz, Abweiser 1,9).

Abbildung 9:

Faserkennwerte der „Nesselfaser roh“ bei unterschiedlichen Drehzahlen von der Faseraufschlussmaschine, Nesselstroh Frieling B/Ernte 2013 (HM… Hammermühle, Abw… Stellung der Abweiser in der Hammermühle).

Abbildung 10:

Faserkennwerte [FIBRE] der „Nesselflocke roh“ bei unterschiedlichen Drehzahlen der Faseraufschlussmaschine, Nesselstroh Frieling B/Ernte 2013 (GA… Grobauflöser, HM… Hammermühle).

Abbildung 11:

zweimaliger Schneidvorgang für ein umgelegtes Ballenpaket im Prozessabschnitt Strohvorbereitung.

Abbildung 12:

Faserkennwerte „Nesselfaser roh“ für unterschiedliche Schnittlängen vom Stroh bei konstantem Massestrom (HM… Hammermühle, BA… Ballenauflöser).

Abbildung 13:

Schematische Darstellung des Auflöse- und Dosiervorgangs von Nesselstroh in der Verarbeitungsanlage.

Abbildung 14:

Faserkennwerte „Nesselfaser roh“ für unterschiedliche Masseströme bei konstanter Strohschnittlänge.

Abbildung 15:

Aus Nesselstrohballen genommene Faserstängelprobe (Frieling B, Ernte 2013).

Abbildung 16:

Mit Laborbrecher und Grobauflöser bestimmter Faseranteil von Nesselstroh.

Abbildung 17:

Faserlängenanalyse der im Labor mit Brecher und Grobauflöser aufbereiteten Fasern.

Abbildung 18:

Aufteilung der Faserabgänge bei der industriellen Fasergewinnung von Nesselstroh (Frieling B/Ernte 2013) im Vergleich zum mechanisch freilegbaren Faseranteil von Nesselstängel (Probenahme aus einem gepressten Strohballen).

Abbildung 19:

erzielbare Faserausbeuten von “Nesselfaser roh“ und “Nesselflocke roh“ bei unterschiedlichen Drehzahlen der Hammermühle (Nesselstroh Frieling B/Ernte 2013, Abweiser 1,9, Massestrom ca. 500 kg h-1, 2xSchneiden).

Abbildung 20:

Mittelwerte des aufgenommenen Temperatur- und Feuchteverlaufs in der Verarbeitungshalle vom 10.12.2015 bis zum 21.11.2016

Abbildung 21:

Einzelwerte des aufgenommenen Temperaturverlaufs in der Verarbeitungshalle vom 10.12.2015 bis zum 21.11.2016

Abbildung 22:

Einzelwerte des aufgenommenen Luftfeuchteverlaufs in der Verarbeitungshalle vom 10.12.2015 bis zum 21.11.2016

Abbildung 23:

Tagesspannbreiten des aufgenommenen Temperatur- und Feuchteverlaufs in der Verarbeitungshalle vom 10.12.2015 bis zum 21.11.2016

Abbildung 24:

Masseanteile und ausgewählte Eigenschaften von Fasern aus Nesselstroh verschiedener Erntejahre in Abhängigkeit der Lagerdauer, Verarbeitung Praxisanlage.

Abbildung 25:

Masseanteile von Fasern aus Nesselstroh verschiedener Erntejahre in Abhängigkeit von Anbaujahr, Klon, Strohfeuchte und Lagerdauer, Verarbeitung Praxisanlage.

Abbildung 26:

Masseanteile von Fasern aus Nesselstängeln verschiedener Erntejahre in Abhängigkeit von Klon und Lagerdauer nach Laborentholzung.

Abbildung 27:

Stroh- und Faserertrag (schäbenfreie „Nesselfasern roh“) aus dem Erntejahr 2017 vom Standort Frielingen in Abhängigkeit von Klon und Pflanzdichte, Verarbeitung Praxisanlage.

Abbildung 28:

Masseanteile („Nesselfasern roh“) aus den Erntejahren 2017/18 vom Standort Frielingen in Abhängigkeit von Klon und Pflanzdichte, Verarbeitung Praxisanlage.

Abbildung 29:

Masseanteile („Nesselfasern roh“) aus dem Erntejahr2018 vom Standort Nordstemmen in Abhängigkeit von Klon und Pflanzdichte, Verarbeitung Praxisanlage.

Abbildung 30:

Stroh- und Faserertrag (schäbenfreie „Nesselfasern roh“) aus dem Erntejahr 2018 vom Standort Frielingen in Abhängigkeit von Klon und Pflanzdichte, Verarbeitung Praxisanlage.

Abbildung 31:

Vergleich der Fasererträge (schäbenfreie „Nesselfasern roh“) aus den Erntejahren 2017/18 vom Standort Frielingen in Abhängigkeit von Klon und Pflanzdichte, Verarbeitung Praxisanlage.

Abbildung 32:

Stroh- und Faserertrag (schäbenfreie „Nesselfasern roh“) aus dem Erntejahr 2018 vom Standort Nordstemmen in Abhängigkeit von Klon und Pflanzdichte, Verarbeitung Praxisanlage.

Abbildung 33:

Vergleich der Masseanteile („Nesselfasern roh“) aus dem Erntejahr 2017 vom Standort Frielingen in Abhängigkeit von Klon und Pflanzdichte bei Aufbereitung ohne Lagerung bzw. nach 1 Jahr Lagerung, Verarbeitung Praxisanlage.

Abbildung 34:

Faserbrennnessel-Kallusentwicklung auf unterschiedlichen Medien. Dargestellt sind (A) Klon L2, nach 3 Wochen auf MS-Medium mit 0,2 ppm NAA und 0,1 ppm 2iP, (B) Klon L2, 7 Wochen, MS-Medium, 0,2 ppm NAA, 0,1 ppm Kinetin, (C) Klon Z5, 8 Wochen, 0,2 ppm NAA, 0,1 ppm Kinetin, MS-Medium mit 11,25 mM Phosphat und (D) Klon B13, 8 Wochen, 1 ppm 2,4-D, 0,1 ppm TDZ, DKW-Medium.

Abbildung 35:

Entwicklungsstadien bei der Ausbildung von Sprossen an Explantaten. Unklar ob die Sprosse aus Embryonen entstehen oder es Adventivsprosse sind, da Embryonen nicht eindeutig nachgewiesen werden konnten.

Abbildung 36:

Methoden zur vegetativen und generativen Vermehrung von Fasernessel-Klonsorten.

Abbildung 37:

Gegenüberstellung der Kosten die zur Fasernessel-Bestandsetablierung bei den verschiedenen Methoden anfallen, und des vermuteten Entwicklungsaufwands und -risikos dieser Methoden.

Abbildung 38:

Faser-Flächenertrag im Verhältnis zu den Kosten bei der Bestandsetablierung mit den verschiedenen Methoden zur Fasernessel-Bestandsetablierung.

Abbildung 39:

Exemplarische Darstellung von genutztem Rhizommaterial. (A) Brennesselrhizome an einem Wildstandort und (B) gereinigt. (C) Fasernesselklone aus Topfkultur und (D) mit gereinigtem Wurzelballen.

Abbildung 40:

Rhizom-Legen Herbst Verlauf (A, B) Aussaat (19.10.17), (C) 4 Wochen (13.11.17), (D) Austreiben nach 6 Monaten (12.4.18), (E) 6 ½ Monaten (3.5.18) und (F) 7 Monaten (24.5.18).

Abbildung 41:

Rhizom-Legen 2017 und ihr Erfolg in % Überlebenden (A), und (B) ein Flächenplan der Herbstaussaat mit Überlebenden im Mai 2018 von jeweils Pflanzen pro Parzelle.

Abbildung 42:

Lageplan der Neuanlage bzw. Anordnung der Klone (L2, L6, L18 und Z10) und der zwei Pflanzdichten (B1 und B2) auf der Versuchsfläche Frielingen.

Abbildung...