Von Dr. Maja Berden Zrimec, Wissenschaftlerin und Autorin
Dieser Artikel wurde ursprünglich auf Englisch veröffentlicht und automatisch mit KI-Software übersetzt.
Landwirtschaftliche Reststoffe, die bisher als Abfall verstanden wurden. In der kreislauforientierten Bioökonomie spielen sie jedoch eine neue Rolle als Bioressource für Produkte und Energie. Dies ist sicherlich ein sehr begrüßenswerter Schritt nach vorn, denn wir produzieren eine enorme Menge an Abfällen. Die neuesten Eurostat-Daten zeigen, dass die EU im Jahr 2018 insgesamt 2.337 Millionen Tonnen Abfall produziert hat. Davon waren 58,45 Millionen Tonnen pflanzliche Abfälle, die aus der Landwirtschaft und der Lebensmittelindustrie stammen. Weltweit wird fast ein Drittel der Lebensmittel nie verzehrt, was etwa 1,3 Milliarden Tonnen Lebensmittelabfälle pro Jahr ausmacht (Bas-Bellver et al. 2020). Bei Obst und Gemüse gehen 45 % der Biomasse in den Abfall; nach Schätzungen der FAO liegt der Anteil der Rückstände sogar bei 60 % (Bas-Bellver et al. 2020).
Das weltweite jährliche Aufkommen an Biomasseabfällen liegt somit in der Größenordnung von 140 Gt (Tripathi et al. 2019). In der EU stehen etwa 23 Mio. t Trockenbiomasse pro Jahr als Reststroh aus Getreide zur Verfügung, und die wichtigsten globalen Kulturen (Weizen, Mais, Reis, Sojabohnen, Gerste, Raps, Zuckerrohr und Zuckerrüben) produzieren in den Ländern und Gebieten mit großem Biomassepotenzial (Europa, USA, Kanada, Brasilien, Argentinien, China und Indien) fast 3,3 Gt an Reststoffen (Frischgewicht pro Jahr) (Tripathi et al. 2019).
Bioressourcen aus landwirtschaftlichen Abfällen
Landwirtschaftliche Abfälle stammen aus dem Anbau und der Verarbeitung von landwirtschaftlichen Produkten wie Feldfrüchten, Obst und Gemüse sowie tierischen Erzeugnissen, auf die wir in diesem Blog nicht eingehen werden (Gurdil et al. 2021). Die Abfälle können in Form von Flüssigkeiten, Schlämmen oder Feststoffen anfallen. Seine Zusammensetzung hängt stark von der Art und Weise der landwirtschaftlichen Tätigkeiten, den jahreszeitlichen Schwankungen, dem Klima und der Bodenqualität ab.
Nur ein kleiner Teil der Biomasseabfälle wird derzeit als Rohstoff für industrielle Anwendungen und die Stromerzeugung weiterverwendet. Der Grund dafür ist nicht, dass sich die Unternehmen einfach nicht um das Recycling von Abfällen kümmern. Wie vielen Branchen, die in die Kreislaufwirtschaft einsteigen, fehlt es auch der Landwirtschaft im Allgemeinen an innovativen neuen Technologien, die eine Verwertung von Abfällen ermöglichen.
Dennoch ist die Verwertung von Abfällen mehr als lohnenswert. Um wirklich nachhaltig zu werden, ist es zwingend erforderlich, dass Bioressourcen nicht mit dem Nahrungsmittelanbau um die landwirtschaftlichen Flächen konkurrieren. In dieser Hinsicht sind landwirtschaftliche Abfälle eine hervorragende Bioressource, die z. B. die Verwendung von Pflanzen (und landwirtschaftlichen Flächen) für die Biokraftstoffproduktion ersetzen kann. Die Verwertung von Abfällen unterstützt auch das vorrangige Ziel der EU, dass die Mitgliedstaaten Biomasse für energetische Zwecke nutzen sollten, ohne die Umwelt zu schädigen, die Bemühungen zur Eindämmung des Klimawandels zu gefährden oder negative soziale Auswirkungen zu verursachen (Ymeri et al. 2020).
Der Getreideanbau trägt am meisten zu den riesigen Mengen an jährlich weltweit anfallenden landwirtschaftlichen Rückständen bei. Weltweit stammen 66 % der pflanzlichen Restbiomasse aus Getreidestroh (Stängel, Blätter und Blattscheiden), gefolgt von Zuckerrohrstängeln und -blättern sowie anderer Restbiomasse wie Ölpflanzen, Wurzeln und Knollen, Nüssen, Obst und Gemüse (Tripathi et al. 2019).
Valorisierung von landwirtschaftlichen Abfällen
Landwirtschaftliche Abfälle stellen eine reichhaltige Quelle für die Biokraftstoffproduktion dar. Dennoch werden die meisten Rückstände normalerweise weggeworfen oder verbrannt, obwohl viele das Potenzial zur Energieerzeugung haben (Tripathi et al. 2019). Rückstände von Nutzpflanzen wie Zuckerrohr, Reis, Erd- und Kaffeenüssen wurden bereits als Brennstoffquelle genutzt, werden aber dennoch deutlich zu wenig eingesetzt (Tripathi et al. 2019). Viele landwirtschaftliche Abfälle und Lebensmittel landen auch in den Biogasanlagen, wo sie zur Erzeugung von Biogas für Haushalte und Industrie genutzt werden. Die Erzeugung von Biogas aus landwirtschaftlichen Reststoffen ermöglicht eine erhebliche Verringerung des Verbrauchs nicht erneuerbarer Energien und insbesondere der Freisetzung von Treibhausgasen aus der Lagerung von Gülle und landwirtschaftlichen Abfällen.
Zellulose-, Hemizellulose- und ligninreiche Rückstände können für die Herstellung von Chemikalien, Harzen und Enzymen verwendet werden. Sie können auch durch biochemische oder thermochemische Verfahren in Biokraftstoff umgewandelt werden. Die Technik hängt von den Eigenschaften der Reststoffe ab. Ausgangsstoffe mit einem Feuchtigkeitsgehalt von mehr als 30 %, einem C/N-Verhältnis von weniger als 30 % und einem hohen Zellulose- und Hemizellulosegehalt eignen sich besser für die biochemische Umwandlung mit Mikroorganismen und Enzymen, die schließlich in Biogas, Bioethanol oder Biodiesel umgewandelt werden (Gurdil et al. 2019). Materialien mit weniger als 30 % Feuchtigkeit, einem C/N-Verhältnis von mehr als 30 % und einem hohen Ligningehalt werden thermochemisch umgewandelt und anschließend behandelt, um Synthesegas oder Syngas, Bioöl, Biokohle und Biokohle zu erzeugen (Gurdil et al. 2019). Obwohl die thermochemische Verarbeitung für ein breites Spektrum von Abfällen verwendet werden kann, ist sie aufgrund des Verbrauchs fossiler Brennstoffe und der Treibhausgasemissionen eine weniger nachhaltige biochemische Umwandlung (Gurdil et al. 2019).
Bei der Verarbeitung von Obst und Gemüse fallen Abfälle wie Kerne, Schalen oder Fruchtfleisch an, die in den verschiedenen Schritten der Verarbeitungsketten anfallen. Diese Rückstände enthalten im Allgemeinen hohe Konzentrationen bioaktiver Verbindungen, die oft sogar höher sind als die des essbaren Teils der Frucht. Die Verbraucher bevorzugen zunehmend Produkte mit natürlichen Inhaltsstoffen, die aus den Agrarabfällen hergestellt werden können. Die Verwendung natürlicher bioaktiver Stoffe ist besonders bei den häufig konsumierten verarbeiteten Lebensmitteln willkommen, da sie deren Nährwert verbessern können.
Obst- und Gemüsepulver sind eine gute Möglichkeit, Produkte aus Lebensmittelresten zu verwerten. Pulverisierte pflanzliche Abfälle haben das Potenzial, als Farb-, Geschmacks- oder Konservierungsstoffe verwendet zu werden und den Nährwert von (verarbeiteten) Lebensmitteln zu erhöhen, was zur Entwicklung einer nahrhaften und sicheren Ernährung mit geringeren Umweltauswirkungen beiträgt. Technologisch ist noch einiges an Entwicklungsarbeit nötig, um aus den in der Regel recht heterogenen Abfällen sichere und homogene Produkte herzustellen. Prozesse wie Reinigung, Trocknung und Vermahlung sind wichtig, um ein hochwertiges Pulver mit den gewünschten funktionellen Eigenschaften zu erhalten.
Hochwertige Anwendungen von landwirtschaftlichen Abfällen
In unseren Blogs haben wir bereits über die verwertbaren Rückstände verschiedener Nutzpflanzen geschrieben. Mangoschalen enthalten beispielsweise Carotinoide wie Provitamin A, Alpha- und Beta-Carotin, Lutein und Polyphenole wie Quercetin, Kaempferol, Gallussäure, Kaffeesäure, Catechine, Magniferin und Gerbstoffe. Viele bioaktive Verbindungen in Schale, Kern und Fruchtfleisch sind für ihre antimikrobiellen, antidiabetischen, entzündungshemmenden und antikarzinogenen Eigenschaften bekannt. Abwässer aus der Sheabutterproduktion haben pestizide Eigenschaften, und der Presskuchen und die Schalen aus der Verarbeitung haben das Potenzial für Düngemittel und Brennstoffe.
Die Cashew-Schale hat einen hohen Ölgehalt, und die Schalenderivate können für Schmiermittel, Imprägnierungen und Farben verwendet werden. Cashew-Nussschalenflüssigkeit (CNSL – nicht essbar) ist ein wichtiges Industrieprodukt, das bei der Verarbeitung der rohen Nüsse anfällt. Der Cashew-Apfel-Abfall wird als Energie-Bagasse, für fermentierte Kulturen in Probiotika oder zur Bodenverbesserung in der Landwirtschaft verwendet. Viele sekundäre Pflanzenstoffe finden sich auch in der Ananasschale. Die Blätter einiger Ananas-Sorten können für Textilien verwendet werden. Bromelain wird vor allem aus den Stängeln gewonnen und ist ein begehrter Stoff in der Kosmetik, Medizin und als Fleischzartmacher.
Bei der Produktion von Avocadofrüchten fallen große Mengen an Schalen und Kernen an, die eine Reihe von sekundären Pflanzenstoffen enthalten, die sich positiv auf die Gesundheit auswirken und z. B. Entzündungskrankheiten lindern. Die Rückstände der Avocado enthalten ätherische Öle mit einer beträchtlichen Menge an polyphenolischen Verbindungen wie Proanthocyanidinen, Catechinen und Quercetin-Glykosiden. Die Samen sind eine gute Quelle für Kohlenhydrate wie Hemicellulosen, Fasern und Stärke (30 %). Der hohe Ballaststoffgehalt der Rückstände nach der Lipidextraktion ermöglicht ihre Verwendung bei der Herstellung von Mehl, das für Back- und Teigwaren geeignet ist.
Wenn Sie also das nächste Mal auf landwirtschaftliche oder Lebensmittelrückstände stoßen, betrachten Sie sie als Chance und nicht als Belastung.
Hauptquellen:
- Bas-Bellver C., Barrera C., Betoret N., Segui L. (2020): Turning Agri-Food Cooperative Vegetable Residues into Functional Powdered Ingredients for the Food Industry. Nachhaltigkeit 12: 1284; doi:10.3390/su12041284
- Eurostat: Abfallaufkommen nach Abfallkategorie, Gefährlichkeit und NACE Rev. 2 Tätigkeit [ENV_WASGEN]
- Gürdil G.A.K., Mengstu M., Kakarash A. (2021): Utilization of Agricultural Wastes for Sustainable Development. Black Sea Journal of Agriculture 4: 146; doi: 10.47115/bsagriculture.953415
- Tripathi N., Hills C.D., Singh R.S., Atkinson C.J. (2019): Verwertung von Biomasseabfällen in kohlenstoffarmen Produkten: Nutzbarmachung einer großen potenziellen Ressource. Nature NPJ – Climate and Atmospheric Science 2: 35; https://doi.org/10.1038/s41612-019-0093-5
- Ymeri P., Gyuricza C., Fogarassy C. (2020): Die Einstellung der Landwirte zur Nutzung von Biomasse als erneuerbare Energie – eine Fallstudie aus Südosteuropa. Nachhaltigkeit 12: 4009; doi:10.3390/su12104009
