Astronautennahrung für Kühe: Industriell gezüchtete Mikroben als umweltfreundliches Futter

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  • Für Klima und Umwelt hat der Anbau von Futtermitteln für Schweine, Rinder und Hühner heute immense Auswirkungen.
  • In Zukunft wird sich ein Teil der Futtermittelproduktion für Nutztiere voraussichtlich nicht mehr auf dem Acker sondern in industriellen Großanlagen von Mikroben produziert, was sowohl finanzielle als auch ökologische Vorteile mit sich bringen könnte.
  • Würden nur 2 Prozent des Proteinfutters durch eiweißreiche Mikroben ersetzt, könnte dies Treibhausgasemissionen aus der Landwirtschaft, die globale Anbaufläche und Stickstoffverluste aus der Landnutzung um mehr als 5 Prozent senken.

Entwaldung, Treibhausgasemissionen, Biodiversitätsverlust, Stickstoffverluste - die heutige landwirtschaftliche Futtermittelproduktion für Rinder, Schweine und Hühner hat enorme Auswirkungen auf Umwelt und Klima. Eine landlose Produktion von Futtermitteln könnte dazu beitragen, die kritischen Auswirkungen in der landwirtschaftlichen Lebensmittelversorgungskette zu mildern. Proteinreiche Mikroben aus dem Industrielabor werden in Zukunft voraussichtlich mehr und mehr traditionelles Kraftfutter ersetzen. Eine neue Studie, die jetzt in der Fachzeitschrift Environmental Science & Technology veröffentlicht wurde, untersucht erstmals auf globaler Ebene das wirtschaftliche und ökologische Potenzial dieses Eiweißfutter-Ersatzes für Schweine, Rinder und Hühner in der Landwirtschaft. Würden nur 2 Prozent des Viehfutters durch Mikroben ersetzt, könnten bereits 5 Prozent der landwirtschaftlichen Treibhausgasemissionen, der globalen Ackerfläche und der globalen Stickstoffverluste in der Landwirtschaft vermieden werden.

"Kühe, Schweine und Hühner werden mit sehr proteinreichem Futter gemästet. Inzwischen wird die Hälfte der auf Ackerland angebauten Proteine an Tiere verfüttert", sagt Benjamin Leon Bodirsky, Autor der Studie des Potsdam-Instituts für Klimafolgenforschung (PIK). Ohne drastische Veränderungen im Agrar- und Ernährungssystem wird der steigende Bedarf an Nahrungs- und Futtermitteln, der mit unserer fleischreichen Ernährung einhergeht, wohl zu kontinuierlicher Entwaldung, Verlust der biologischen Vielfalt, Stickstoffbelastung und klimawirksamen Treibhausgasemissionen führen. Neuerdings ist eine neue Technologie im Gespräch, die diese negativen Umweltauswirkungen verringern könnte: Mikroben werden mit Energie, Stickstoff und Kohlenstoff kultiviert, um Proteinpulver herzustellen. Dieses kann dann etwa anstelle von Sojabohnen an Tiere verfüttert werden. Die Züchtung von Futterprotein in industriellen Anlagen statt auf Ackerland könnte helfen, einige Umwelt- und Klimaauswirkungen der Futtermittelproduktion zu mildern. Da die Produktion recht günstig ist dürfte sich mikrobielles Protein als Kraftfutterersatz auch ohne Subventionen durchsetzen.“

Kleine Veränderungen bei der Fütterung könnten erhebliche Auswirkungen auf die Umwelt haben

Für die Studie haben die Wissenschaftler Modellsimulationen zu wirtschaftlichem Potenzial und Umweltauswirkungen der mikrobiellen Proteinproduktion untersucht. Nach diesen Simulationen werden bis 2050 weltweit zwischen 175-307 Millionen Tonnen Mikroben an Tiere verfüttert um Kraftfutter zu ersetzen. Dies entspricht nur 2 Prozent des gesamten Viehfutters. Hierdurch könnte jedoch mehr als 5 Prozent der globalen Ackerflächen, Treibhausgasemissionen und Stickstoffverluste eingespart werden - nämlich 6 Prozent bei der Ackerfläche, 7 Prozent bei den Treibhausgasemissionen der Landwirtschaft und 8 Prozent bei den globalen Stickstoffverlusten.

"In der Praxis könnten gezüchtete Mikroben wie Bakterien, Hefen, Pilze oder Algen proteinreiche Pflanzen vom Acker wie Sojabohnen oder Getreide ersetzen. Entwickelt wurde diese Methode ursprünglich während des Kalten Krieges für die Raumfahrt. Energie, Kohlenstoff und Stickstoffdünger werden dabei im Labor zur industriellen Produktion proteinreicher Mikroben eingesetzt", erklärt Ilje Pikaar von der University of Queensland in Australien.

Für ihre neue Studie haben die Forscher fünf verschiedene Wege zur Züchtung von Mikroben in Betracht gezogen: Durch den Einsatz von Erdgas oder Wasserstoff könnte die Futtermittelproduktion vollständig von der Anbaufläche entkoppelt werden. Diese landlose Produktion vermeidet jede Verschmutzung durch die landwirtschaftliche Produktion, geht jedoch auch mit einem enormen Energiebedarf einher. Alternativ können auch Zucker, Biogas oder Synthesegas aus der Landwirtschaft durch die Mikroben zu hochwertigem Eiweiß veredelt werden. Durch die Nutzung der Photosynthese wird bei diesen Verfahren keine externe Energiequelle benötigt, sie führt aber auch zu geringeren Umweltvorteilen, teilweise sogar zu einem Anstieg der Stickstoffbelastung und der Treibhausgasemissionen.

Mikrobielles Eiweiß allein reicht nicht aus, um unsere Landwirtschaft nachhaltig zu gestalten

"Die Fütterung von mikrobiellem Eiweiß würde die Produktivität der Tiere nicht beeinträchtigen", betont die Autorin Isabelle Weindl vom PIK. "Im Gegenteil, es könnte sogar positive Auswirkungen auf das Wachstum der Tiere oder die Milchproduktion haben. Aber auch wenn die Technologie wirtschaftlich rentabel ist, könnte die Einführung dieser neuen Technologie immer noch auf Hindernisse treffen – etwa Gewohnheiten in der Betriebsführung, Risikoaversion gegenüber neuen Technologien, fehlenden Marktzugang oder mangelnden Marktanreizen. "Eine Bepreisung von Umweltschäden in der Landwirtschaft könnte diese Technologie jedoch noch wettbewerbsfähiger machen", so Weindl.

"Trotz der positiven Ergebnisse ist klar, dass eine Umstellung auf mikrobielles Protein aus dem Labor allein nicht ausreicht, um unsere Landwirtschaft nachhaltig zu verändern", sagt Alexander Popp vom PIK. Um die Umweltauswirkungen der Lebensmittelversorgungskette wirksam zu reduzieren, seien große strukturelle Veränderungen im Agrar- und Ernährungssystem genauso nötig wie Veränderungen bei der Ernährung selbst hin zu mehr Gemüse. "Für unsere Umwelt und das Klima, aber auch für die eigene Gesundheit haben wir auch die Option, tierische Produkte teilweise durch das Essen von mehr Obst und Gemüse zu ersetzen. Und nach weiteren Fortschritten in der Technologie könnte mikrobielles Protein aus dem Labor auch ein direkter Bestandteil unserer Ernährung werden - Astronautennahrung für jedermann“.

Artikel: Ilje Pikaar, Silvio Matassa, Benjamin L. Bodirsky, Isabelle Weindl, Florian Humpenöder, Korneel Rabaey, Nico Boon, Michele Bruschi, Zhiguo Yuan, Hannah van Zanten, Mario Herrero, Willy Verstraete, Alexander Popp (2018): Decoupling Livestock from Land Use through Industrial Feed Production Pathways. Environmental Science and Technology [DOI:10.1021/acs.est.8b00216]
Weblink zum Artikel, sobald er veröffentlich ist: doi.org/10.1021/acs.est.8b00216

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