{"id":214252,"date":"2020-04-07T14:00:24","date_gmt":"2020-04-07T12:00:24","guid":{"rendered":"https:\/\/innovationorigins.com\/?p=214252"},"modified":"2020-04-07T14:00:24","modified_gmt":"2020-04-07T12:00:24","slug":"wie-baumwolle-intelligent-wird","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/ioplus.nl\/archive\/de\/wie-baumwolle-intelligent-wird\/","title":{"rendered":"Wie Baumwolle intelligent wird"},"content":{"rendered":"

Der Anbau von Baumwolle ist umweltsch\u00e4dlich und dennoch wollen Konsumenten nicht darauf verzichten, erkl\u00e4rt der Chemiker Filipe Natalio vom Weizmann Institut of Science<\/em><\/a> in Rehovot, Israel. Deshalb z\u00fcchtete er eine wirklich nachhaltige Baumwolle<\/strong>, wie er betont. Er gab ihr Eigenschaften, die normalerweise nur durch chemische Behandlung m\u00f6glich sind. Natalios Baumwollfasern sind wasserabsto\u00dfend, fluoreszierend und supermagnetisch<\/strong>. Der Forscher im Interview mit Innovation Origins<\/a>:<\/p>\n

Wie sind Sie auf die Idee gekommen, Baumwolle mit intelligenten Eigenschaften zu z\u00fcchten?<\/h3>\n

Als ich in Deutschland war, forschte ich im Schwerpunktprogramm Biomimetik. Das ist ein Forschungsfeld, in dem man die Mechanismen der Natur f\u00fcr die Entwicklung k\u00fcnstlicher Strukturen nutzen m\u00f6chte. Zum Beispiel erlaubt uns der nat\u00fcrliche Strukturaufbau eines Knochens einen neuen Blick auf die Konstruktion von H\u00e4usern geben.<\/p>\n

Die Natur kann bestimmte Materialtypen viel besser bauen als wir Menschen. Das zeigt sich zum Beispiel an der Photosynthese. Sie stellt einen sehr komplexen Prozess dar: Es braucht Licht, Wasser und Kohlendioxid um Zucker zu erzeugen. Dann wird dieser Zucker zu Zuckerrohr. In der chemischen Synthese von Saccharose sind dazu zw\u00f6lf Schritte notwendig. Die Natur macht es in zwei Schritten.<\/p>\n

Ich sah darin eine Herausforderung. Schlie\u00dflich fragte mich, warum wir diese biologischen Mechanismen nicht auch f\u00fcr Baumwolle nutzen k\u00f6nnen.<\/p>\n

\"Forscher
Filipe Natalio (c) Filipe Natalio<\/figcaption><\/figure>\n

Sie forschen am Weizmann Institut in Tel Aviv in der Abteilung Pflanzen- und Umweltforschung.<\/em> Daran angeschlossen ist das Kimmel Zentrum f\u00fcr Arch\u00e4ologische Studien. Was bedeutet das f\u00fcr Ihren Forschungsansatz?<\/h3>\n

Meine Vortr\u00e4ge tragen meistens den Titel The past in the future of materials (lacht)<\/em>. Materialien aus der Vergangenheit stellen Kulturen dar. Zudem enthalten sie Informationen \u00fcber das Verhalten von Menschen. Dieses Verhalten m\u00f6chten wir aus den Materialien heraus lesen und entwickeln dazu neue Methoden aus Machine Learning und Deep Learning.<\/p>\n

Wenn wir an Materialien der Zukunft forschen, dann m\u00f6chten wir eine bessere Welt schaffen. Das erreichen wir, indem wir eine nachhaltige Alternative zu bestehenden Produkten entwickeln. Wir lassen uns von den Mechanismen der Natur inspirieren. Dazu verwenden wir Methoden aus Materialanbau und biologischer Herstellung. Man kann Biologie nutzen, um vollkommen neue Materialien herzustellen \u2013 und das auf nachhaltige Art. In Zukunft geht es also auch um Materialien und die Interaktion von Menschen, die nach einem n\u00fctzlichen und simplen Ding streben.<\/p>\n

Neue Technologien sind oft teuer. Deswegen hat nicht jeder Zugang. Wenn es ein nachhaltiges und ein herk\u00f6mmliches Produkt gibt und beide kosten f\u00fcnf Euro, werden sich wohl viele f\u00fcr das nachhaltige Produkt entscheiden. Wenn das nachhaltige Produkt aber 500 Euro kostet, dann gibt es eine finanzielle H\u00fcrde. Nur wenige werden sie akzeptieren. Die Herausforderung ist es, neue Technologien zu implementieren, die nachhaltig und erschwinglich sind.<\/p>\n

Wie ist dieses Problem bei Baumwolle zu l\u00f6sen?<\/h3>\n

Der Baumwollanbau verbraucht viel Wasser und Pestizide. Wenn keine Fruchtwechselwirtschaft betrieben wird, zerst\u00f6rt er sogar den Boden. Deshalb haben wir auf Erde verzichtet und Baumwolle in Wasser angebaut. Mit dem hydroponischen System konnten wir den Wasserverbrauch gegen\u00fcber der herk\u00f6mmlichen Methos signifikant senken. Durch die Zucht im Gew\u00e4chshaus waren wir nicht saisongebunden. Wir konnten Baumwolle also auch im Winter anbauen. Statt Pestiziden setzten wir Marienk\u00e4fer ein, die die Pflanzensch\u00e4dlinge vertilgt haben.<\/p>\n

Dieses Experiment datiert in meine Zeit als Junior Professor an der Universit\u00e4t Halle zur\u00fcck. Es war die erste lokal biologisch angebaute Baumwolle in Deutschland. Wir lie\u00dfen sie vom Faserinstitut Bremen testen und bekamen eine sehr gute Bewertung. Allerdings ist das Gew\u00e4chshaus-Verfahren noch teuer \u2013 vor allem wegen der Beheizung und Beleuchtung. Aber wir haben gezeigt, dass es m\u00f6glich ist, Baumwolle lokal zu produzieren \u2013 ohne CO2-Fu\u00dfabdruck. Derzeit arbeiten wir daran, die Methode zu verbessern. Unser Ziel ist, die Richtlinien der Vereinten Nationen<\/em> f\u00fcr eine nachhaltige Zukunft<\/a> zu erf\u00fcllen. Wir m\u00f6chten den Wasserverbrauch noch weiter reduzieren. Im \u00a0Vergleich zum herk\u00f6mmlichen Anbau k\u00f6nnten wir 90 Prozent erreichen.<\/p>\n

Ihre Methode erm\u00f6glicht\u00a0 intelligente Eigenschaften, die zuvor nur durch chemische Behandlung m\u00f6glich waren. Wie k\u00f6nnen wir uns das vorstellen?<\/h3>\n

Bevor wir zu chemischen Anwendungen kamen, mussten wir erst Pflanzenbiologie auf Mehrskalenebene verstehen: Die Wurzeln, den Stamm, die Bl\u00e4tter, die Fasern – und wie die Fasern entstehen. Das erfordert Grundlagenforschung. Es gibt viele Forscher die im kleinen Ma\u00dfstab daran forschen. Aber im skalen\u00fcbergreifenden Bereich sind es weltweit nur etwa f\u00fcnf. Das ist der Grund, warum in der synthetischen Biologie fast nur mit Bakterien gearbeitet wird: \u00dcber andere Systeme wissen wir noch nicht genug.<\/p>\n

Baumwolle ist sehr komplex. W\u00e4hrend wir Menschen ein Genom haben, hat Baumwolle vier \u2013 vier superlange DNA-Str\u00e4nge. Das ist auf die Domestizierung zur\u00fcckzuf\u00fchren und macht die Genetik sehr kompliziert. In der herk\u00f6mmlichen Baumwollzucht werden einfach nur zwei verschiedene Sorten kombiniert. Anstatt die Genome zu nutzen, werden sie blo\u00df gekreuzt. Will man die Genome auch nutzen, muss man erst die einzelnen Schritte aus der Grundlagenforschung verstehen \u2013 und diese dann mit der Chemie kombinieren.<\/p>\n

movie20fps_corrected_c_UV<\/a><\/p>\n

Video: Wie die farbige Baumwolle in der Petrischale w\u00e4chst: “Man gibt den Zucker in die Fl\u00fcssigkeit, dieser wird von der Wurzel aufgenommen und dann macht die Biologie die Arbeit von selbst.” Filipe Natalio. (c) Science Mag
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Wie funktioniert das?<\/h3>\n

Das ist wie bei einer Uhr. Wenn man will, dass sich die R\u00e4der schneller oder langsamer drehen, dann muss man die Funktion jedes einzelnen R\u00e4dchens verstehen. In Analogie zu unserem biologischen System sind dies Enzyme, Faserstrukturen und Pflanzenphysiologie \u2013 vom Molek\u00fcl bis zur gesamten Pflanze. Wir haben uns die DNA der Wurzeln genau untersucht. \u00a0Wir wollten herausfinden, wie der Zuckertransport in Pflanzen funktioniert. Erst als wir die Pflanzenbiologie verstanden haben, konnten wir zur synthetischen Chemie \u00fcbergehen. Wir \u00fcberlegten dann, welches Molek\u00fcl und welche Art Chemie wir einsetzen k\u00f6nnen.<\/p>\n

Die Herausforderung war, Molek\u00fcle zu synthetisieren \u00a0und dem hydroponischen System zuzuf\u00fchren. Wir gaben die synthetisierten Molek\u00fcle ins Wasser, wo sie von der Pflanze aufgenommen wurden und Baumwolle erzeugten. Sie ist entweder fluoreszierend, wasserabweisend oder supermagnetisch. Das war der proof-of-concept. Jetzt arbeiten wir an der Skalierung und wollen zur industriellen Umsetzung kommen.<\/p>\n

Nun zu den Anwendungen: Aus wasserabweisender Baumwolle k\u00f6nnen wir zum Beispiel Regenjacken n\u00e4hen. Wozu brauchen wir fluoreszierende Baumwolle?<\/h3>\n

Wir arbeiten gerade an den Patenten. Deshalb kann ich nicht auf Details eingehen. Eine M\u00f6glichkeit ist, Baumwolle direkt an Konsumenten zu verkaufen. Die andere ist, sie an Unternehmen zu verkaufen, die an einer Kommerzialisierung interessiert sind. Das hat den Vorteil, dass sich die mit Molek\u00fclen in die Pflanze eingebrachte Farbe nicht so schnell ausw\u00e4scht. Das hei\u00dft, die Kleidung kann lange getragen werden, ohne gleich sch\u00e4big auszusehen. Dadurch muss nicht so h\u00e4ufig neue Kleidung gekaufen werden. Der Druck auf die Lieferkette wird geringer. Wird weniger Baumwolle angebaut und gef\u00e4rbt, ist das nachhaltig und hat auch einen positiven Effekt auf die Umwelt.<\/p>\n

\"Baumwolle,
Fluoreszierende Baumwolle (c) Science Mag<\/figcaption><\/figure>\n

Und was machen wir mit supermagnetischer Kleidung?<\/h3>\n

Das war mehr oder weniger ein Versuch. Wir wollten sehen, ob wir der Baumwolle auch noch andere Eigenschaften anz\u00fcchten k\u00f6nnen. Supermagnetische Eigenschaften erm\u00f6glichen die Kodierung der Fasern. Wenn Fasern zu Informationstr\u00e4gern werden, kann zum Beispiel deren Herkunft r\u00fcckverfolgt werden \u2013 und das ist ein gro\u00dfes Thema.<\/p>\n

Danke f\u00fcr das Gespr\u00e4ch.<\/h3>\n

Das Projekt entstand in wissenschaftlicher Zusammenarbeit mit Michaela Eder<\/a> vom Max Planck Institut f\u00fcr Kolloid- und Grenzfl\u00e4chenforschung<\/em><\/a>, Abteilung f\u00fcr Biomaterialien<\/em><\/a> in Potsdam. Die Finanzierung erfolgt durch das Weizmann Institut<\/em> und die German-Israeli Foundation<\/em> for Scientific Research and Development<\/em> <\/a>(GIF). Forscher, die das Thema aus einer anderen Perspektive oder einem anderen technischen Blickwinkel sehen \u2013 sowie Investoren \u2013 sind willkommen.<\/p>\n

\u00dcber Filipe Natalio<\/h3>\n

Der Forscher ist geb\u00fcrtiger Portugiese und studierte an der Universit\u00e4t Lissabon<\/em><\/a> Chemie. Sein Doktorat machte er bei Professor Werner M\u00fcller und Professor H.C. Schr\u00f6der an der Medizinischen Universit\u00e4t Mainz<\/em><\/a> in 2010. Der hydroponische Anbau von Baumwolle datiert in seine Zeit als Junior Professor an der Universit\u00e4t Halle<\/em><\/a> zur\u00fcck.<\/p>\n

Natalio h\u00e4lt zwei Patente. Eines f\u00fcr Antifoulingfarbe f\u00fcr Boote. Das andere umfasst eine nachhaltige Herstellungsmethode f\u00fcr intelligente Textilien.<\/p>\n

Derzeit forscht er am Weizmann Institut<\/em> in Rehovot am Institut f\u00fcr Pflanzen- und Umweltforschung<\/em>, das an das Kimmel-Zentrum f\u00fcr arch\u00e4ologische Studien<\/em> angebunden ist. Hier kann er auch seinem Interesse f\u00fcr antike Materialien nachgehen.<\/p>\n

Ein weiterer Schwerpunkt seiner Arbeit ist der Anbau von Materialien. Er verfolgt eine neue und alternative Herstellungsmethode, um umweltfreundliche Materialien mit speziellen Eigenschaften herzustellen.<\/p>\n

Dabei kombiniert er Pflanzenbiologie mit intelligentem molekularem Design. Dieser Ansatz wird im Film Cotton-9<\/em>, dargestellt. 2014 wurde er mit dem zweiten Preis des Nanospots Kurz Film Festivals<\/em> ausgezeichnet wurde.<\/p>\n

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