Italienische Wissenschaftler haben die Vorteile der unprätentiösen Topinambur untersucht. Es stellt sich heraus, dass dies eine Art unverzichtbare Kultur für die Produktion erneuerbarer Energien ist.
In seiner wissenschaftlichen Arbeit erklärt ein Team italienischer Wissenschaftler der Fakultät für Land- und Forstwissenschaften (DAFNE) der Universität Tuschia, warum Topinambur so gut und wichtig ist.
In jüngster Zeit sind Biokraftstoffe zu einer strategischen Richtung für die Reduzierung der Emissionen von Fahrzeugen geworden. Gleichzeitig wird die Produktion von Biokraftstoffen im Zusammenhang mit ihren negativen Folgen zunehmend erwähnt, da die Hauptkulturen für diese Zwecke, wie beispielsweise Raps, Weizen oder Sojabohnen, nach Angaben der Autoren hochintensive landwirtschaftliche Praktiken und fruchtbare Böden erfordern. (Biokraftstoffe sind kohlenstoffbasierte Energiequellen, die aus biologischem Material gewonnen werden.)
Während die EU-Kommission kürzlich Biokraftstoffe als ein Produkt mit geringen indirekten Änderungen der Landnutzung eingestuft hat, das aus Kulturen stammt, die auf Randgebieten mit geringem Ressourcenverbrauch angebaut werden.
Aus diesem Grund können mit diesen Anforderungen nur wenige Kulturen in Europa hohe Erträge erzielen.
Topinambur ist ein Futtermittel für Nutztiere, Biokraftstoff und sogar Obstbier.
Aus dieser Sicht Topinambur (Helianthus tuberosus L.) ist natürlich eine Art, die Aufmerksamkeit verdient, da sie alle Eigenschaften besitzt, die zur Erreichung der Ziele der aktualisierten EU-Richtlinie über erneuerbare Energien (RED II) erforderlich sind.
Topinambur ist weitgehend an eine vielfältige und oft ertragsschwache Umgebung für andere Kulturen angepasst und weist eine hohe Anpassungsfähigkeit auf.
Es ist eine Mehrzweckpflanze, die für den menschlichen Verzehr (direkt in Knollen oder für Süßstoffe), für pharmazeutische Zwecke, zur Erzeugung von Biomasse und Bioenergie (Bioethanol und Biogas) verwendet wird.
Darüber hinaus ähnlich wie bei anderen Pflanzen Asteraceaewie Chicorée und Saflor hat Topinambur Potenzial als Futterpflanze.
Interessanterweise werden Knollen dank Innovationen in der Brauindustrie zur Herstellung von Süß- und Fruchtbier verwendet.
Die Stängel und Knollen der Topinambur zeichnen sich durch einen hohen Inulingehalt mit dem Potenzial aus, Ethanol zur Verwendung als Biokraftstoff herzustellen.
Insbesondere werden organische Verbindungen (wie Inulin und Cellulose) und Zucker verarbeitet, um durch Fermentation und Destillation Ethanol herzustellen.
In den letzten 20 Jahren wurden erhebliche Anstrengungen unternommen, um die Umwandlung von Biomasse in Kraftstoff zu verbessern. Biokraftstoffe der ersten Generation (Bioethanol und Biodiesel aus Nahrungspflanzen) werden jedoch nur aus wenigen Pflanzen mit unterschiedlichen Wirkungsgraden bei der Umwandlung von Sonnenstrahlung in chemische Energie (Biomasse) gewonnen.
Biokraftstoff-Rohstoffe sind insbesondere hauptsächlich Raps, Ölpalme und Sojabohnen für Biodiesel; und Zuckerrohr, Mais, Zuckerrüben und süßer Sorghum für Bioethanol.
Darüber hinaus ist nicht die gesamte Biomasse zum Sammeln geeignet (d. H. Die Biomasse der Vegetation unter der Erde verbleibt normalerweise im Boden), so dass die Nettokohlenstoffbindung verringert und die Ineffizienz der Verarbeitung erhöht wird.
Aus diesen Gründen wird erwartet, dass Pflanzenarten für Biokraftstoffproduktionssysteme der nächsten Generation einige dieser Einschränkungen überwinden, insbesondere wenn sie unterirdische Biomasse (d. H. Wurzeln oder Knollen) liefern.
Da in den meisten Regionen der Welt bereits eine intensive landwirtschaftliche Landnutzung eingeführt wurde, müssen Bioenergiepflanzen umweltverträglich sein, um eine zusätzliche Belastung der landwirtschaftlichen Biodiversität, des Bodens und der Wasserressourcen zu vermeiden.
Wissenschaftler suchen nach Bioenergiepflanzen der Zukunft
Es werden Forschungsarbeiten in Richtung von Systemen zur Energieerzeugung aus einer neuen Generation von Biokraftstoffen mit geringeren Umweltauswirkungen, höherer Produktivität und höherer Kapitalrendite sowie unter Berücksichtigung des verringerten Wettbewerbs um die Landnutzung mit Lebens- und Futterpflanzen durchgeführt.
Lignocellulose-Biomasse aus isolierten Bioenergiepflanzen und landwirtschaftlichen Abfällen wird als nachhaltige Ressource für die Bioenergieproduktion angesehen. Die Hydrolyse mit cellulolytischen Enzymen ist jedoch eine aufwändigere und teurere Methode als die Verwendung von Stärke- oder Melassebiomasse.
Zu den attraktivsten Biokraftstoffsystemen der nächsten Generation zählen in dieser Hinsicht interessante Algen und Topinambur, die Knollen produzieren, die auch unter Verwendung der vorhandenen Infrastruktur und Mechanismen für ähnliche Kulturen (Knollenpflanzen) angebaut und geerntet werden können.
Warum Topinambur wirklich Europa braucht
Zu den Merkmalen, die Topinambur zu einer würdigen Energiepflanze machen, gehören: schnelles Wachstum, hoher Kohlenhydratgehalt, die entsprechende Gesamttrockenmasse pro Flächeneinheit, die Fähigkeit, nährstoffreiches Abwasser zu verwenden, Krankheitserregerresistenz / -toleranz, die Fähigkeit, mit minimalen externen Produktionskosten leicht zu wachsen und auf Randgebieten.
Dieser letzte Aspekt verspricht der Schlüssel für die Zukunft der Biokraftstoffe in Europa zu sein.
Gemäß der überarbeiteten Richtlinie über erneuerbare Energien (ROT), die vom Europäischen Parlament und vom Rat verabschiedet wurde (Richtlinie 2018/2001), hat die EU-Kommission kürzlich ein delegiertes Gesetz verabschiedet, in dem Kriterien für die Bestimmung wichtiger indirekter Landnutzungsänderungen festgelegt sind.
ILUC ist ein gefährlicher Rohstoff mit einer signifikanten indirekten Erweiterung des Produktionsraums an Land mit hohen Kohlenstoffreserven und der Zertifizierung von ILUC-Biokraftstoffen, Biofluiden und Biomassekraftstoffen mit geringem Risiko.
Eine Zertifizierung kann erteilt werden, wenn der Kraftstoff die folgenden kumulativen Kriterien erfüllt:
(i) Erfüllung der Nachhaltigkeitskriterien, was bedeutet, dass Rohstoffe nur auf ungenutzten Flächen angebaut werden können, die nicht reich an Kohlenstoff sind;
(ii) die Verwendung zusätzlicher Rohstoffe infolge von Maßnahmen zur Steigerung der Produktivität auf bereits genutzten Flächen oder des Anbaus von Kulturpflanzen auf Flächen, die zuvor nicht für den Anbau von Kulturpflanzen (nicht genutzte Flächen) genutzt wurden, vorausgesetzt, die Flächen wurden aufgegeben oder stark degradiert oder die Nutzpflanzen wurden von einem Kleinbauern gezüchtet;
(iii) überzeugende Beweise dafür, dass die beiden vorherigen Kriterien erfüllt sind.
Offensichtlich müssen solche zusätzlichen Rohstoffe gemäß den Anforderungen der Richtlinie die Anforderungen für die Herstellung von Kraftstoffen mit geringem Risiko nur erfüllen, wenn sie auf nachhaltige Weise gewonnen werden.
Aus diesem Grund ist Topinambur ein vielversprechender Kandidat, der Ernten wie Mais und Zuckerrüben leicht ersetzen kann.
Schnell wachsende Biomasse für Biokraftstoffe
Die Wachstumskinetik von Pflanzenteilen zeigt die Fähigkeit, in Europa optimale Pflanzen zu produzieren.
Zwei Drittel bis drei Viertel der Trockenmasse der Luft werden durch Stängel und Zweige dargestellt, während Blätter und Blüten einen geringeren Prozentsatz enthalten. Der Anteil der Trockengewichtsverteilung hängt stark von vielen Faktoren ab: Sorte, Pflanzzeit, klimatische Bedingungen und Wachstumsbedingungen.
Mehr als 50% der Gesamtmasse der Pflanzen befindet sich im Stamm.
Es gibt zwei Phasen, um das Wachstum einzudämmen. Während der ersten fünf Monate wird eine lineare Zunahme der Größe und des Gewichts des Stiels beobachtet. Nach dieser Zeit erreicht die Höhe des Stiels ihr Maximum und bleibt unverändert, und sein Gewicht nimmt ab.
Die maximale Größe und das maximale Gewicht der Pflanze variieren je nach Umgebungsbedingungen und Genotyp. Bei frühen Sorten erreicht die Endhöhe 140 cm, während bei späteren Sorten die Endhöhe etwa 280 cm beträgt.
Infolgedessen war am Ende der Vegetationsperiode die Trockenmasse in den Stielen der späten Sorten ungefähr doppelt so hoch wie in den frühen Sorten. Somit ist die Gesamtbiomasse von spät reifenden Sorten höher als die von früh reifenden Sorten. Die Modellierung zeigte, dass bei späteren Sorten eine längere Erhaltung der optimalen Blattfläche eine bessere Absorption von Trockenmasse ermöglicht.
Problemlose Topinambur
Aufgrund seiner Resistenz gegen Trockenheit und Versalzung kann Topinambur in Böden angebaut werden, die für andere Wurzelfrüchte und Knollen ungeeignet sind. Es wächst gut in Böden mit einem pH-Wert von 4,4 bis 8,6.
Wenn schwerer Ton und hydromorphe Böden die Ernte von Knollen erschweren können, kann unter solchen Bedingungen Topinambur angebaut werden, um Stängel zu produzieren.
Im Allgemeinen hängen Ertrag, Größe und Form der Knollen von der Art des Bodens ab. Während leichte lehmige Böden große Knollen produzieren, liefern schwere Böden aufgrund der besseren feuchtigkeitsspeichernden Eigenschaften von Tonböden gute Trockenerträge.
Für die Anbautemperatur ist für die meisten Arten von Topinambur eine Vegetationsperiode von mindestens 125 frostfreien Tagen erforderlich.
Im Allgemeinen sind Kultivierungstemperaturen im Bereich von 6 bis 26 ° C erforderlich, um die optimale Ausbeute zu erzielen.
Die Pflanze ist mäßig frostbeständig. Während des frühen Wachstums verträgt die Kultur Temperaturen bis zu -6 ° C, obwohl niedrige Temperaturen Blattchlorose verursachen. Bei der Herbsternte lösen Fröste von -2,8 ° C bis -8,4 ° C den Mechanismus der Akklimatisierung der Knollen an die Kälte aus. Dies verbessert ihren Geschmack aufgrund der Umwandlung von Inulin in Fructose.
In der natürlichen Umgebung interagieren einige Organismen (Mikroorganismen, Insekten und Säugetiere) mit Topinamburpflanzen, darunter sechs verschiedene Bienen- und Hummelfamilien.
Viele Phytophagen und Mikroorganismen wurden auf Topinambur nachgewiesen, aber sehr viele von ihnen können die Kultur ernsthaft schädigen.
Im Allgemeinen ist der Luftteil der Pflanze weniger anfällig für Krankheiten, während Knollen während des späten Wachstums und der Lagerung anfälliger sind. Die schädlichsten Krankheitserreger sind Sclerotinia sclerotiorum und Sclerotinia rolfsii, die Fäulnis verursachen.
Ersteres wird durch übermäßigen Stickstoffdünger, niedrigen pH-Wert des Bodens oder hydromorphe Böden gefördert, und letzteres durch Feuchtigkeit in Kombination mit hohen Temperaturen.
Auch Rost verursacht Puccinia helianthiund Mehltau verursacht durch Erisyphe chicoracearum, beeinflussen Topinambur, aber sie sind nicht in der Lage, den Ertrag sowie die Blattflecken aufgrund von Alternaria helianthi zu begrenzen.
Bei der Lagerung von Knollen, insbesondere wenn diese während der Ernte beschädigt werden, entstehen Krankheiten durch Botrytis cinerea, Rhizopus nigricans, Fusarium и Pennicillum spp.. Einfrierverfahren kontrollieren diese Krankheiten jedoch wirksam.
Bei Insekten handelt es sich hauptsächlich um Blattläuse, deren Wirkung jedoch vernachlässigbar ist.
Die Pflanze ist winterhart und stark, so dass Topinambur selbst zu einem sehr wettbewerbsfähigen Unkraut werden kann. Wie bei anderen schnell wachsenden Unkräutern ist der Kampf gegen sie nur während der Aussaat notwendig, bis sich der Baldachin schließt. Es können sowohl chemische als auch mechanische (Unkrautbekämpfung, Lockerung usw.) Unkraut verwendet werden.
Sobald sich die Topinambur auf dem Feld niedergelassen hat, ist es ziemlich schwierig, sie zu entfernen, da die Knollen oder Teile davon im Boden verbleiben und gut im Boden überwintern.
Auswahl der Topinambur
Wertvolle biologische und biochemische Eigenschaften der Topinambur liegen ihrer universellen Verwendung in der Lebensmittel- und Industrieindustrie zugrunde, die eine genetische Verbesserung der Ernte erforderlich macht.
Das Hauptaugenmerk bei der Auswahl liegt auf dem Ertrag an Knollen und dem Inulingehalt für Lebens- und Futtermittel. In jüngster Zeit lag der Schwerpunkt auf dem Aufbau von Biomasse für die Herstellung von Biokraftstoffen.
Aufgrund der traditionell begrenzten Verwendung von Topinambur wurden bisher jedoch nur geringe Fortschritte bei der Züchtung erzielt. Investitionen in die Züchtungsentwicklung sind ebenfalls instabil und hängen von der Nachfrage der Industriellen in jedem Land ab.
Das erneute Interesse an Topinambur in den 1970er und 1980er Jahren, verbunden mit der Energiekrise und Nahrungsmittelknappheit, ermutigte zu koordinierteren und intensiveren Maßnahmen zur Entwicklung neuer Sorten, um den aufkommenden Bedürfnissen gerecht zu werden.
Seitdem ist eine deutliche Ausweitung der Anbauflächen zu verzeichnen, insbesondere im letzten Jahrzehnt in asiatischen Ländern.
Angesichts des gegenwärtigen Klimawandels, der Notwendigkeit, neue nachhaltige Energiequellen zu finden und Flächen für die Lebensmittelproduktion zu reduzieren, scheinen Investitionen in die Auswahl von Topinambur weitgehend gerechtfertigt zu sein.
USA kann auch interessante Topinambur sein
Bis heute werden hauptsächlich Mais, Zuckerrohr, süßer Sorghum und Zuckerrüben zur Herstellung von Ethanol verwendet. Diese Arten hängen jedoch von fruchtbaren landwirtschaftlichen Flächen ab und benötigen in der Regel erhebliche externe Ressourcen (d. H. Wasser, Pestizide, Düngemittel), um hohe Erträge zu erzielen.
Die USA und Brasilien sind die weltweit größten Hersteller von Bioethanol. Sie machten 84 rund 2018% der weltweiten Bioethanolproduktion aus.
Getreide und Zuckerrohr sind in diesen Ländern die dominierenden Rohstoffe für die Ethanolproduktion.
Die Ethanolproduktion im Jahr 2027 wird voraussichtlich 15 und 18% der weltweiten Mais- und Zuckerrohrproduktion ausmachen.
Die Vereinigten Staaten als Europa verwenden hauptsächlich Mais und Weizenstärke zur Herstellung von Bioethanol, während Zuckerrohr in Brasilien verarbeitet wird. Im Allgemeinen hat Zuckerrohr einen höheren Ethanolertrag als Mais und andere Pflanzen wie Topinambur.
Zuckerrohr ist jedoch ideal in tropischen und subtropischen, aber nicht in gemäßigten Klimazonen. Daher kann Tominabur bei der Herstellung von amerikanischem Ethanol neben Mais stehen.