Grafische Darstellung, wie Nutztiere mit Mikroben aus künstlicher Herstellung statt Produkten aus der Landwirtschaft gefüttert werden können.
Industriell produzierte Mikroben könnten schon bald herkömmliches Kraftfutter für Kühe, Schweine und Hühner teilweise ersetzen. Bildrechte: Potsdam-Institut für Klimafolgenforschung

Umweltschäden und Treibhausgase Gut für die Umwelt: Kosmonauten-Kraftfutter für Kühe

Unser Konsum von tierischen Produkten ist schlecht für das Klima und die Umwelt. Kühe, Schweine und Hühner bekommen nämlich Kraftfutter, um sie zu mästen. Das wiederum kommt vom Feld. Der Bedarf an Ackerflächen zum Futteranbau ist in den vergangenen Jahren stark gestiegen. Die Folge sind Umweltschäden. Kann mikrobielles Proteinfutter, das für den Kosmos entwickelt wurde, dieses Problem lösen?

Grafische Darstellung, wie Nutztiere mit Mikroben aus künstlicher Herstellung statt Produkten aus der Landwirtschaft gefüttert werden können.
Industriell produzierte Mikroben könnten schon bald herkömmliches Kraftfutter für Kühe, Schweine und Hühner teilweise ersetzen. Bildrechte: Potsdam-Institut für Klimafolgenforschung

Trotz Trend zum veganen Leben in der westlichen Hemisphäre, global gesehen lieben die Menschen Fleisch: Wurden im Jahr 1990 weltweit noch rund 180 Millionen Tonnen Fleisch produziert, waren es 2016 schon 321 Millionen Tonnen - Tendenz steigend. Doch die industrielle Fleischproduktion, sprich das Mästen von Kühen, Schweinen oder Hühnern, um sie zu schlachten, zieht eine ganze Kette von Problemen für die Umwelt hinter sich her. Denn die Tiere werden heutzutage mit proteinreichem Kraftfutter gefüttert. Und das wiederum wird von der konventionellen Landwirtschaft angebaut: Mais, Hafer oder Sojabohnen zum Beispiel.

Inzwischen wird die Hälfte der auf Ackerland angebauten Proteine an Tiere verfüttert.

Dr. Benjamin Leon Bodirsky, Potsdam-Institut für Klimafolgenforschung

Der Futtermittelanbau sorgt dafür, dass die Biodiversität auf den Feldern verloren geht, weil immer nur dasselbe angebaut wird. Außerdem sorgt die konventionelle Landwirtschaft für Treibhausgasemissionen und Stickstoffverluste - etwa durch die Düngung, die wiederum schlecht für unser Klima sind. Und nicht zuletzt werden in Teilen der Welt riesige Waldflächen abgeholzt, um mehr Anbauflächen zu haben. All diese Effekte werden noch viel extremer ohne drastische Veränderungen im Agrar- und Ernährungssystem, dank des steigenden Bedarfs an Nahrungs- und Futtermitteln, der mit unserer fleischreichen Ernährung einhergeht, sagt Benjamin Leon Bodirsky vom Potsdam-Institut für Klimafolgenforschung (PIK).

Mikroben-Protein statt Kraftfutter

Kühe stehen in einem Stall.
In Zukunft könnte Rinderkraftfutter deutlich anders aussehen. Bildrechte: MDR/Juliane Maier-Lorenz

Wenn es nach Bodirsky geht, ist die Lösung für das Problem winzig: Mikroben sollen dabei helfen, die kritischen Auswirkungen in der landwirtschaftlichen Lebensmittelversorgungskette zu mildern. Die proteinreichen Mikroben aus dem Industrielabor sollen künftig das traditionelle Kraftfutter ersetzen. Ob das realistisch ist und welches wirtschaftliche und ökologische Potential dieser Eiweißfutter-Ersatz auf globaler Ebene hätte, hat Bodirsky mit seinem Team in einer Studie untersucht, die in der Fachzeitschrift Environmental Science & Technology veröffentlicht wurde.

Futter aus Mikroorganismen ließe sich relativ einfach herstellen, schreiben die Forscher: Die Mikroben werden mithilfe von Energie, Stickstoff und Kohlenstoff kultiviert, um Proteinpulver herzustellen. Das kann dann verfüttert werden anstelle von zum Beispiel Sojabohnen oder Getreide. Diese Züchtung von Futterprotein in industriellen Anlagen statt auf Ackerland könnte helfen, die Auswirkungen der Landwirtschaft auf Umwelt und Klima zu begrenzen, weil wesentlich weniger Ackerfläche für den Futtermittelanbau gebraucht würde.

In der Praxis könnten gezüchtete Mikroben wie Bakterien, Hefen, Pilze oder Algen proteinreiche Pflanzen vom Acker wie Sojabohnen oder Getreide ersetzen.

Dr. Ilje Pikaar, University of Queensland

Ganz neu ist die Idee nicht: Die Mikroben-Proteinnahrung wurde ursprünglich während des Kalten Krieges für die Raumfahrt entwickelt. Denn die Frage war: Wie sollten Astronauten im Weltall ohne Ackerfläche Eiweißquellen anbauen? Die Lösung: Energie, Kohlenstoff und Stickstoffdünger wurden im Labor zur industriellen Produktion proteinreicher Mikroben eingesetzt, erklärt Ilje Pikaar von der University of Queensland in Australien. Mikroben-Kraftfutter wäre also schlichtweg nichts anderes als Kosmo- bzw. Astronautennahrung für Nutztiere.

Kleine Veränderungen mit großen Auswirkungen

Für ihre Untersuchung haben die Wissenschaftler mehrere Modellsimulationen zum wirtschaftlichen Potential und den Umweltauswirkungen der mikrobiellen Proteinproduktion untersucht. Demnach könnten bis 2050 auf der ganzen Welt 175-307 Millionen Tonnen Mikroben an Nutztiere verfüttert werden.

Das entspricht gerade einmal zwei Prozent des gesamten Viehfutters, hätte aber bereits erhebliche Auswirkungen auf Umwelt und Klima. Denn so könnten mehr als fünf Prozent der globalen Ackerflächen, Treibhausgasemissionen und Stickstoffverluste eingespart werden, schreiben die Forscher - oder präziser gesagt: sechs Prozent bei der Anbaufläche, sieben Prozent bei den Treibhausgasemissionen der Landwirtschaft und acht Prozent bei den globalen Stickstoffverlusten würden eingespart, wenn nur zwei Prozent des Kraftfutters aus Mikroben bestehen würde.

Mikrobenzüchtung ohne Nebenwirkungen?

In ihrer Studie gehen die Forscher davon aus, dass die mikrobielle Futtermittelproduktion komplett von der Anbaufläche entkoppelt wird. Dazu haben sie fünf verschiedene Wege zur Mikroben-Züchtung betrachtet: Der Einsatz von Erdgas oder Wasserstoff etwa würde die Entkopplung möglich machen, so die Forscher. Ein Problem gibt es aber: Die landlose Produktion vermeidet zwar die Effekte der landwirtschaftlichen Produktion, braucht aber auch enorm viel Energie. Doch auch dafür haben die Forscher einen Lösungsvorschlag: So könnten etwa 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. Allerdings gibt es hier einen großen Haken: Die Methode führt zu geringeren Umweltvorteilen, teilweise sogar zu einem Anstieg der Stickstoffbelastung und der Treibhausgasemissionen, so die Forscher.

Was haben Treibhausgase mit Ackerbau zu tun?

Ein weltweites Umdenken beim Thema Landwirtschaft ist zentral für den Kampf gegen den Klimawandel. Denn der hängt stark mit dem Anstieg von Kohlenstoffdioxid in der Atmosphäre zusammen. Das nehmen Pflanzen für den Prozess der Photosynthese auf. Sie helfen also dabei Kohlenstoffdioxid aus der Atmosphäre zu entfernen und helfen so beim Klimaschutz. Die Klimaforscherin Almut Arneth vom Campus Alpin des Karlsruher Instituts für Technologie in Garmisch-Partenkirchen hat untersucht wie viel das tatsächlich ausmacht und welchen Einfluss es hat, wenn Land anders genutzt wird als bisher - wenn also etwa ein Wald gerodet wird, um die Fläche als Ackerland zu nutzen. Die Studie haben Arneth und ihr Team im Fachmagazin Environmental Research Letters veröffentlicht. Die Untersuchung zeigt, dass die Pflanzenwelt derzeit bis zu einem Viertel des Kohlenstoffdioxids aufnimmt, das vom Menschen gemacht ist.

Dieser Effekt dämpft den Klimawandel. Ohne ihn wäre die globale Erwärmung bereits stärker voran geschritten. Die Frage ist, ob dies in den kommenden Jahrzehnten so bleiben wird.

Prof. Almut Arneth, Institut für Meteorologie und Klimaforschung – Atmosphärische Umweltforschung (IMK-IFU) des KIT
Aufnahme einer landwirtschaftlich genutzten Landschaft.
Die Umnutzung von Wäldern in Agrarflächen beschleunigt den Klimawandel – zu diesem Ergebnis kommt eine aktuelle Studie. Bildrechte: Dr. Anita Bayer, KIT/IMK-IFU

Bleibt die Entwicklung der globalen Landwirtschaft, wie sie ist, wird das nicht der Fall sein. In ihrer Studie weist Arneth nämlich nach, dass der Landnutzungswandel einen wesentlichen Einfluss auf die künftige Kohlenstoffdioxid-Aufnahme aus der Atmosphäre hat. Denn, wenn Wälder abgeholzt und das Land stattdessen für Ackerbau und Weidevieh genutzt werden, dann verringere das die Kapazität von Pflanzen und Böden das Klimagas aufzunehmen. "Das Holz des Waldes kann mehr CO2 speichern als zum Beispiel Mais", erläutert Arneth, die sich in ihrer Forschung mit den Wechselwirkungen zwischen Atmosphäre, Pflanzen und Böden befasst. Wenn die Entwicklung weiter geht wie bisher, könnten Teile der Tropen sogar vom Helfer zur Gefahr werden: Statt mehr Kohlenstoffdioxid aufzunehmen als abzugeben, könnten sie zu einer CO2-Quelle werden, schreiben die Forscher. Um das zu stoppen, sei es unumgänglich die Entwaldung global zu stoppen. Das bedeutet auch ein Umdenken in der Landwirtschaft.

Win-win? Umwelt schützen und Kosten sparen

Trotz des hohen Energieaufwands hat die Idee der Potsdamer Forscher auf mikrobielles Protein zu setzen,einen großen Vorteil: Die Produktion ist recht günstig. Deshalb rechnen die Forscher fest damit, dass sich mikrobielles Protein als Kraftfutterersatz auch ohne Subventionen durchsetzen dürfte, sagt Studienautor Bodirsky. Das wäre ein entscheidender Schritt, um die globale Landwirtschaft umwelt- und klimaverträglicher zu machen.

Kuh
Keine Sorge: Auch mit Mikroben-Futter dürfen Rinder noch leckeres Gras fressen. Bildrechte: Colourbox.de

Hinzu kommt, dass das mikrobielle Eiweiß keinerlei negativen Einfluss auf die Produktivität der Tiere hat, betont Isabelle Weindl vom PIK. "Im Gegenteil, es könnte sogar positive Auswirkungen auf das Wachstum der Tiere oder die Milchproduktion haben."

Doch auch wenn die Methode wirtschaftlich rentabel und umweltfreundlich zugleich ist, könnte die Einführung von Mikroben-Kraftfutter auf Hindernisse treffen, sagen die Forscher. Das seien etwa Gewohnheiten in der Betriebsführung, eine Abneigung gegenüber neuen Technologien, fehlender Marktzugang oder mangelnde Marktanreize. Doch selbst wenn die Landwirte, den Schritt wagen und auf mikrobielles Kraftfutter setzen, ist das Umweltproblem, für das die Landwirtschaft sorgt, noch nicht gelöst, sagt PIK-Forscher Alexander Popp.

Trotz der positiven Ergebnisse sei klar, dass eine Umstellung auf mikrobielles Protein aus dem Labor allein nicht ausreiche, um unsere Landwirtschaft nachhaltig zu verändern. Denn dazu seien große strukturelle Veränderungen im Agrar- und Ernährungssystem nötig. Und ein Umdenken beim Konsumenten: An weniger Fleisch führt kein Weg vorbei, die Menschen müssten mehr Gemüse essen.

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.

Dr. Alexander Popp, Potsdam-Institut für Klimafolgenforschung

Das klingt sehr deutlich danach, als ob die Anhänger einer Trend-Ernährung mit ihrer Überzeugung doch im Recht sind: Die Veganer schützen also nicht nur Tiere, sondern auch Umwelt und Klima. Ein bisschen häufiger vegan Essen kann also nur Gutes bewirken.

Dieses Thema im Programm: MDR FERNSEHEN | Hauptsache gesund | 24. Mai 2018 | 21:00 Uhr

Zuletzt aktualisiert: 20. Juni 2018, 14:00 Uhr

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