Der Klimawandel hat zu einer Zunahme der semiariden Klimaregion in Brasilien geführt. Daten des National Center for Monitoring and Warning of Natural Disasters (CEMADEN) und des National Institute of Space Research (INPE) des südamerikanischen Landes deuten auf eine Ausdehnung von 7.500 Quadratkilometern pro Jahr seit 1990 hin, was einer Verfünffachung der Fläche entspricht der Stadt São Paulo. Ein ähnliches Phänomen wurde in einigen Regionen Europas und Nordafrikas beobachtet.
Vor diesem Hintergrund und mit dem Wunsch, Lösungen zur Eindämmung des Klimawandels zu finden, begann eine Gruppe brasilianischer Forscher mit der Suche nach Pflanzen, die das Potenzial haben, zur Erzeugung von Bioenergie genutzt zu werden, und die dort angebaut werden könnten, wo das Klima für Zuckerrohr ungünstig ist.
Sie beschlossen, Agaven zu untersuchen, eine Sukkulentengattung, die mehr als 200 Arten umfasst und in Mexiko häufig zur Herstellung von Tequila verwendet wird.
Die Ergebnisse wurden am 14. Oktober im Rahmen vorgestellt FAPESP-Woche Italien von Marcelo Falsarella Carazzolle, Professor am Institut für Biologie (IB) der Staatlichen Universität Campinas (UNICAMP), der die Initiative zusammen mit Gonçalo Pereira, ebenfalls von IB-UNICAMP, koordiniert. Die Veranstaltung, die am 15. Oktober endete, wurde in Zusammenarbeit mit der Alma Mater Studiorum – University of Bologna (UNIBO) durchgeführt.
„In Brasilien wird hauptsächlich Agave sisalana angebaut, deren Blätter zur Herstellung von Sisalfasern verwendet werden. Bei diesem Verfahren werden jedoch nur 4 % der Pflanze genutzt, wodurch eine große Menge Abfall entsteht, der nun zum Abbau auf das Feld gebracht wird.“ „, sagte der Forscher.
„Es ist jedoch möglich, Bioenergie sowohl aus dem Saft der Blätter zu gewinnen, der reich an Inulin, einer Zuckerart, ist, als auch aus der Bagasse, die reich an Zellulose ist. Neben den Blättern sammeln sich auch Agavenzapfen an.“ viel Inulin, das verwendet werden kann. Die Pflanzen benötigen weniger Wasser und Dünger [compared to sugarcane]wachsen in fünf Jahren und erzeugen 800 Tonnen Biomasse pro Hektar.
Die Gruppe hat in ganz Brasilien und in Ländern wie Mexiko und Australien verschiedene Agavenarten gesammelt, um eine Keimplasmabank einzurichten. Und es untersucht unter anderem den Phänotyp der Pflanzen, bewertet ihre Zuckerzusammensetzung, Photosynthese und Wachstumsraten, wie viel Bewässerung sie benötigt und wie ihre Beziehung zum Boden ist.
Auf der Grundlage dieser Informationen werden Strategien entwickelt, um die Herausforderungen zu meistern, die mit der Umwandlung der Agave in das „Zuckerrohr des Sertão“ verbunden sind – der Sertão ist das von Dürre heimgesuchte Hinterland der Nordostregion Brasiliens.
Eine der Hauptschwierigkeiten besteht darin, dass die Hefe, die normalerweise bei der Ethanolproduktion verwendet wird, Saccharomyces cerevisiae, nicht in der Lage ist, Inulin, ein Fruktosepolymer, zu verstoffwechseln, das hydrolysiert werden muss, um vergärbaren Zucker freizusetzen.
Die Gruppe hat zu diesem Zweck einen gentechnisch veränderten Stamm entwickelt und ein Patent für das Verfahren beim National Institute of Industrial Property (INPI) angemeldet. Modifizierte Hefen wurden auch entwickelt und patentiert, um Xylose, einen der in Bagasse enthaltenen Zucker, zu verstoffwechseln.
Eine weitere Herausforderung war die Suche nach Biostimulanzien und Düngemitteln, die das als langsam geltende Wachstum der Agave beschleunigen können. „Wir patentieren eine Verbindung, die sich verdoppelt [the growth rate]und wir haben vier weitere vielversprechende identifiziert und die molekularen Grundlagen und ihre Wirkmechanismen untersucht“, sagte er.
Ein weiterer Durchbruch war die Entwicklung einer gentechnisch veränderten Pflanze, die gegenüber Glyphosat, einem der weltweit am häufigsten verwendeten Herbizide, tolerant ist. „Wir haben das Protokoll zur genetischen Transformation von Agaven patentieren lassen, weil es selbst in der semiariden Region große Konkurrenz mit Unkräutern gibt.“
Das ultimative Ziel des Projekts ist es, nicht nur Ethanol, sondern auch Biomethan, Biowasserstoff und Pflanzenkohle aus Agaven herzustellen.
Präzisionslandwirtschaft
Carazzolles Vortrag war Teil einer Podiumsdiskussion über das Agrar- und Ernährungssystem und nachhaltige Entwicklung.
Weitere Teilnehmer waren Lucas Rios do Amaral von der Fakultät für Agrartechnik (FEAGRI) an der UNICAMP sowie Valda Rondelli und Matteo Vittuari, beide von der Abteilung für Agrar- und Lebensmittelwissenschaften an der UNIBO. Das Gremium wurde von José Paulo Molin, Professor an der Landwirtschaftshochschule Luiz de Queiroz (ESALQ-USP), koordiniert.
„Die Landwirtschaft in Brasilien ist schnell gewachsen. Die Produktion im Land begann zwischen 1950 und 1960 zu steigen. Der Ausgangspunkt dieses Prozesses war der Beginn der Mechanisierung, die die Bewirtschaftung großer Flächen ermöglichte. Und dies ist eng mit der Ankunft von verbunden Einwanderer, hauptsächlich aus Italien und Deutschland, und sie sind auch heute noch in Form großer Unternehmen im Land [producing agricultural machinery]„, sagte Molin.
„Jetzt machen wir den nächsten Schritt, nämlich die Automatisierung. Dabei geht es zum Beispiel um in die Maschinen eingebettete Werkzeuge der künstlichen Intelligenz“, leitete der ESALQ-USP-Professor das Thema von Amarals Vortrag ein, der die Ergebnisse eines anderen Vortrags hervorhob Projekt.
„Wir müssen die Lebensmittelproduktion steigern, weil die Bevölkerung wächst. Aber wir müssen die Nutzung natürlicher Ressourcen optimieren und den Prozess nachhaltiger gestalten. Düngung ist für uns eine der wichtigsten Ressourcen, weil wir in Brasilien schlechte Böden haben. Unsachgemäße Nutzung.“ „Der Einsatz von Düngemitteln erhöht die Produktionskosten und hat Auswirkungen auf die Umwelt. In diesem Szenario wird Präzisionslandwirtschaft zu einer Alternative“, erklärte Amaral.
In landwirtschaftlich genutzten Regionen gebe es große Unterschiede in der Bodenqualität und die homogene Behandlung der gesamten Fläche sei eine Verschwendung von Ressourcen, fügte der Forscher hinzu. Um dies zu vermeiden, müssen Landwirte Unternehmen beauftragen, die diese Variabilität bewerten, indem sie manuell zahlreiche Proben sammeln, die dann in einem Labor analysiert werden. Die Ergebnisse liefern eine „Verschreibungskarte“, die anzeigt, wo mehr oder weniger von einem bestimmten Produkt aufgetragen werden muss.
Das Ziel von Amarals Projekt ist die Optimierung der Probensammlung mithilfe von Daten aus der Fernerkundung (Satelliten und Drohnen) und der Naherkundung (z. B. Ausrüstung von Traktoren).
„Mein Fokus liegt nicht auf der Bereitstellung der Karte für den Landwirt, sondern auf der Unterstützung der Dienstleister, die dies tun. Hunderte von Unternehmen sammeln Proben, um die Karte zu erstellen. Ich versuche, diesen Prozess effizienter zu gestalten, sodass weniger Proben entnommen werden müssen.“ gesammelt, um eine noch genauere Karte zu erstellen“, erklärte sie.
Valda Rondeli präsentierte Projekte im Zusammenhang mit der Entwicklung autonomer Fahrzeuge für den landwirtschaftlichen Einsatz, darunter Traktoren. Die Idee besteht darin, mithilfe intelligenter Geräte Daten zu gewinnen und Systeme zu entwickeln, die die Entscheidungsfindung in landwirtschaftlichen Betrieben unterstützen können. „Wir befinden uns im Zeitalter von Big Data. Wir müssen künstliche Intelligenz nutzen, um mit den Daten umzugehen und die richtigen Informationen zur richtigen Zeit zu erhalten“, sagte sie.
Matteo Vittuari sprach darüber, wie man öffentliche Maßnahmen anregen kann, die die Transformation des Lebensmittelsystems und eine nachhaltige Entwicklung fördern. Er sprach auch darüber, wie man Bürger und Institutionen in diesen Prozess einbinden und die Wirkung dieser Strategien messen kann.