Zwar hat uns der Winter aktuell noch fest im Griff und die Äcker liegen vielerorts brach. Doch schon bald werden sie wieder das Landschaftsbild prägen: riesige Felder, die unter kilometerlangen Plastikbahnen verschwinden. Besonders beim Spargelanbau, aber auch bei Erdbeeren und Gemüse, sind diese Folien allgegenwärtig und läuten optisch den Frühling ein.

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Sie erfüllen dabei durchaus wichtige Funktionen. Sie halten den Boden warm, verhindern, dass wertvolles Wasser verdunstet, und unterdrücken das Wachstum von Unkraut, das den Nutzpflanzen Konkurrenz machen würde. Doch die schiere Masse des eingesetzten Kunststoffs ist gewaltig. Allein in Europa verbraucht die Landwirtschaft jedes Jahr mehr als 80.000 Tonnen dieser Mulchfolien, die fast ausschließlich aus erdölbasiertem Plastik bestehen.

Nützlich für die Landwirtschaft, problematisch für die Umwelt

Die Kehrseite dieser Praxis zeigt sich oft erst nach der Ernte. Die Entsorgung der gebrauchten Bahnen ist extrem aufwendig und teuer, da sie meist stark verschmutzt sind. Schlamm und Pflanzenreste kleben am Kunststoff, was ein Recycling in der Praxis fast unmöglich macht. Die Folge ist, dass der Großteil dieser Folien verbrannt wird oder auf Deponien landet.

Noch alarmierender ist jedoch, was auf dem Acker zurückbleibt: Bis zu 30 Prozent der Folien werden nach der Verwendung gar nicht vom Feld zurückgewonnen. Sie zerfallen langsam und führen zu einer massiven Verschmutzung des Bodens mit Mikroplastik. Bisherige biologisch abbaubare Alternativen konnten sich am Markt kaum durchsetzen, oft scheiterten sie an zu hohen Kosten oder mangelnder Funktionalität.

Neue Folie löst sich von selbst auf und verbessert Wasserzufuhr

Genau hier setzt das neue EU-Projekt CELLAGRI an, das vom Dresdner Fraunhofer-Institut für Elektronenstrahl- und Plasmatechnik (FEP) koordiniert wird. Ziel ist es, eine wirkliche Alternative zu schaffen, die auf Zellulose basiert und die Umweltbelastung drastisch reduziert. Neun Partner aus sieben europäischen Ländern arbeiten gemeinsam an einer Lösung, die mehr kann als nur den Boden abzudecken. Die Basis bildet ein Substrat aus Zellulosemischungen – im Grunde eine Art Hochleistungspapier –, das mit einer vollständig biologisch abbaubaren Schicht überzogen wird. Diese Beschichtung sorgt dafür, dass sich das Material kontrolliert im Boden zersetzen kann, sobald es nicht mehr gebraucht wird.

Der eigentliche technologische Sprung liegt jedoch in der Struktur der Oberfläche. Die Forscher haben sich Tricks aus der Natur abgeschaut und integrieren sogenannte mikrofluidische Strukturen direkt in die Beschichtung der Folie. Man kann sich das wie winzige Kanäle vorstellen, die in das Material eingeprägt sind. Diese Strukturen ermöglichen ein passives Wassermanagement. Das System ist so ausgeklügelt, dass es Regenwasser oder Bewässerungswasser gezielt zu den Löchern leitet, in denen die Pflanzen sitzen. Die Wasserzufuhr für die Pflanze soll auf diese Weise auf das Vierfache gesteigert werden.

Schutz vor Schimmel und Mikroplastik

Damit das Wasser auch wirklich dort fließt, wo es soll, wird die Folie zusätzlich mit einer speziellen Plasmatechnik behandelt. Dabei werden auf der Oberfläche Bereiche erzeugt, die Wasser entweder anziehen oder abstoßen. Diese Behandlung hat noch einen weiteren positiven Nebeneffekt: Sie verleiht der Folie eine Anti-Schimmel-Eigenschaft, was besonders wichtig ist, wenn sie in Gewächshäusern eingesetzt wird. "Unsere Expertise in der Plasmabehandlung und Oberflächenfunktionalisierung ermöglicht es uns, die Eigenschaften der Folien präzise einzustellen und so optimale Bedingungen für verschiedene Anwendungen zu schaffen", sagt Christian May, der das Projekt am Fraunhofer FEP koordiniert.

Die neuen Materialien werden nun nicht nur im Labor getestet. In drei verschiedenen Feldszenarien müssen sie unter realen Bedingungen und in unterschiedlichen Klimazonen beweisen, was sie können. Gleichzeitig wird das gesamte Konzept streng auf seine Sicherheit und Nachhaltigkeit geprüft, von der Herstellung bis zur biologischen Abbaubarkeit am Ende des Lebenszyklus. Wenn das Projekt Erfolg hat, könnte die Technologie langfristig sogar über den Ackerbau hinauswachsen und beispielsweise für intelligente Lebensmittelverpackungen genutzt werden.

Links / Studien

Pressemitteilung des Fraunhofer FEP

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