Dieser Strauch könnte Gummi, Insektenschutzmittel und Kleber liefern

Forscher und Reifenhersteller hoffen, dass dürretolerantes Guayule dem wasserarmen Südwesten einen nachhaltigen wirtschaftlichen Aufschwung verleihen kann

Der salbeigrüne, hüfthohe Guayule-Strauch sieht vielleicht wie einer der vielen dürren Sträucher aus, die die Hügel und Täler der Chihuahuan-Wüste in Mexiko und im Südwesten der USA bedecken. Aber seine unscheinbaren Stängel und Blätter bergen eine Vielzahl botanischer Schätze, darunter Gummi, den die Ureinwohner vor Hunderten von Jahren zur Herstellung von Spielbällen verwendeten.

Seit Jahrzehnten untersuchen Forscher Guayule (Parthenium argentatum) als potenzielle kommerzielle Quelle für Naturkautschuk. Der Markt wird derzeit von Kautschuk dominiert, der von Hevea brasiliensis-Bäumen in Südostasien stammt, und es ist für Guayule in den USA schwierig, mit diesen großen Betrieben zu konkurrieren, die niedrigere Arbeitskosten haben. Landwirte im Südwesten bevorzugen tendenziell lukrativere Nutzpflanzen wie Luzerne und Baumwolle.

Doch zwei konvergierende Entwicklungen könnten die Aussichten Guayules verändern. Pilzbefall monokultivierter Hevea-Bäume hat in den letzten Jahren zu einem starken Rückgang der weltweiten Naturkautschukvorräte geführt. Unterdessen hat die schlimmste Dürre im Südwesten seit mehr als einem Jahrtausend dazu geführt, dass den Landwirten weniger Wasser zur Verfügung steht, was den Anbau von Luzerne, Baumwolle und anderen durstigen Feldfrüchten erschwert. Guayule hingegen ist dürretolerant. Und es kann mehrere Jahre lang angebaut und geerntet werden, ohne dass der Boden bearbeitet werden muss. Dieser ungestörte Boden speichert Kohlenstoff im Boden und verhindert Erosion.

Um Guayule zu einer rentableren Nutzpflanze zu machen, arbeiten Forscher in Wissenschaft und Industrie daran, die Kautschukproduktion der Pflanze zu steigern – und untersuchen gleichzeitig die Verwendungsmöglichkeiten für das klebrige Harz und die holzigen Materialien, die sie produziert. Mit Guayule „könnte ein Bauer immer noch Dinge in der Wüste anbauen und trotzdem seinen Lebensunterhalt verdienen und trotzdem den Boden und das Wasser schützen“, sagt Catherine Brewer, Chemieingenieurin an der New Mexico State University. „Es gibt nicht viele Pflanzen, die alle diese Kriterien erfüllen.“

Der Reifenhersteller Bridgestone betreibt seit einem Jahrzehnt eine Verarbeitungsanlage im Demonstrationsmaßstab in Zentral-Arizona, um zu zeigen, dass Guayule irgendwann im kommerziellen Maßstab für Naturkautschuk geerntet werden kann. Ende August kündigte das Unternehmen an, die Guayule-Kautschukproduktion bis 2030 zu kommerzialisieren. Obwohl mittlerweile zwei Drittel des weltweiten Kautschuks synthetisch aus Erdöl hergestellt werden, ist Kautschuk aus natürlichen Quellen für einige Zwecke unverzichtbar. Flugzeugreifen beispielsweise werden aus Naturkautschuk hergestellt, der Kunststoffen bei der Bewältigung von Stößen wie der Landung auf der Landebahn überlegen ist.

Da derzeit nur eine kleine Menge Guayule angebaut wird, könnte es für einige Zeit nicht in großem Maßstab mit Hevea-Kautschuk konkurrieren, sagt Katrina Cornish, die alternative Kautschukquellen an der Ohio State University erforscht. Das bedeutet, dass Unternehmen, die es nutzen wollen, mit hochwertigen Produkten beginnen müssen – wie zum Beispiel dem Guayule-Gummi-Rennreifen, den Bridgestone dieses Jahr erstmals auf den Markt brachte. In ihrer eigenen Firma EnergyEne konzentriert sich Cornish auf Premiumprodukte aus Guayule-Latex, einer weicheren Form von Gummi, die die Pflanze auch herstellt. EnergyEne entwickelt beispielsweise einen strahlendämpfenden medizinischen Handschuh. Auf der Verbraucherseite hat das Unternehmen „schöne Kondome“ hergestellt, fügt Cornish hinzu, darunter solche mit Cabernet-Sauvignon- und Chardonnay-Geschmack. Guayule stellt im Vergleich zu anderen natürlichen und synthetischen Formulierungen den besten Latex her, da er besonders stark, dehnbar und weich ist, sagt Cornish. Im Gegensatz zu Latex aus Hevea-Bäumen ist es außerdem hypoallergen. Jason Quinn, ein Nachhaltigkeitsforscher an der Colorado State University, führte im Jahr 2020 eine Studie durch, die ergab, dass Guayule-Kautschuk, der auf einer Farm typischer Größe in Arizona angebaut wird, kostenmäßig mit Hevea-Kautschuk konkurrenzfähig sein könnte – obwohl die Kosten des Guayule-Produkts eher am oberen Ende liegen würden die Bandbreite der historischen Hevea-Preise.

Bei Bridgestone hofft der Pflanzengenetiker David Dierig, die Rentabilität von Guayule durch die Züchtung von Pflanzen zu verbessern, die mehr Gummi tragen. Sein Team hat das Genom von Guayule kartiert und Gene identifiziert, die mit einem höheren Kautschukgehalt verbunden sind. Mit diesen Informationen können Forscher Pflanzen mit Potenzial für eine höhere Kautschukproduktion auswählen und sie kreuzen, bevor sie vollständig ausgereift sind, wodurch sich die Zeit verkürzt, die normalerweise für das Heranwachsen neuer Generationen erforderlich wäre. Es gibt eine gewisse Grenze dafür, wie viel Gummi jede Pflanze produzieren kann, sagt Dierig, aber es ist schwer zu sagen, wo diese Grenze liegt. Er sagt, dass hochmolekularer Kautschuk – wie er für Reifen verwendet wird – anfangs etwa 2,8 Prozent der Pflanze ausmachte, und er hat ihn auf 3,8 Prozent erhöht. „Wir müssen den Kautschukanteil auf etwa 6 Prozent bringen, um [mit Hevea] direkt konkurrenzfähig zu sein“, sagt Dierig. Der Verkauf anderer Produkte, die aus dem Harz und den Holzteilen der Pflanze hergestellt werden, könnte jedoch dazu beitragen, dass Guayule konkurrenzfähig bleibt, bevor dieser Gummigehalt erreicht wird, fügt er hinzu.

Die holzigen Stängel bieten eine weniger intensive Möglichkeit für die Entwicklung von Guayule-Produkten, um einen größeren kommerziellen Anreiz für den Anbau der Pflanze zu schaffen. Bei der Guayule-Verarbeitung werden die Büsche zermahlen und Gummi und Harz mithilfe eines Lösungsmittels extrahiert. Zurück bleibt ein trockenes, sägemehlartiges Material namens Bagasse. Dieses kann zu Spanplatten gepresst werden, wie sie beispielsweise in Möbeln verwendet werden, oder möglicherweise zu Biokraftstoffen für Schiffe und Flugzeuge verarbeitet werden – letztere Umwandlung erfordert Pyrolyse, einen Prozess, bei dem die Bagasse unter Abwesenheit von Sauerstoff erhitzt wird. „Dafür gibt es Technologie. Es ist machbar, aber es kostet ein bisschen Energie“, sagt Kim Ogden, die ein vom US-Landwirtschaftsministerium finanziertes Forschungsprojekt leitet, das an der University of Arizona angesiedelt ist und mit mehreren Partnerinstitutionen, darunter Bridgestone, zusammenarbeitet und Colorado State University. „Ich bin mir also nicht sicher, wie großartig es wirtschaftlich ist.“

Ogden und andere Forscher glauben, dass Guayule-Harz der wahre Geldverdiener sein könnte. Die klebrige Substanz besteht aus vielen organischen Verbindungen, darunter ätherische Öle, die als Duftstoffe verwendet werden könnten, und andere Moleküle namens Guayuline und Argentatine, die nur in Guayule vorkommen. Den Forschern zufolge versprechen die Harzverbindungen eine Reihe potenziell lukrativer Anwendungen. Wissenschaftler der University of Arizona fanden heraus, dass das Harz für pflanzliche Klebstoffe verwendet werden könnte und möglicherweise einige formaldehydhaltige Produkte wie Holzleim ersetzen könnte. Eine kürzlich durchgeführte Studie ergab außerdem, dass von Argentatin abgeleitete Verbindungen gegenüber drei Arten von Krebszellen toxisch sind, was die Möglichkeit ihrer Verwendung in der Arzneimittelforschung eröffnet.

Brewer von der New Mexico State University leitet ein Team, das testet, ob die Harzverbindungen als Insektenschutzmittel dienen könnten. Sie hat Experimente entworfen, in denen die Reaktionen von Kakerlaken auf Guayule-Harzextrakte mit ihren Reaktionen auf Javaöl (das ein bekanntes Mittel gegen Kakerlaken ist) und Aceton (was Kakerlaken nichts ausmacht) verglichen werden. Einige der Harzverbindungen, darunter einige speziell für Guayule, wehrten Kakerlaken noch mehr ab als das Javaöl – „was wir ziemlich aufregend fanden“, sagt sie. Den Insekten schien der Geruch des Harzes nicht zu gefallen, allerdings bedarf es noch weiterer Forschung, um zu verstehen, wie dieses mögliche Abwehrmittel wirkt. Brewer startet auch ein Experiment mit Mücken. Sie glaubt, dass ein Guayule-Harz-Extrakt sie wahrscheinlich auch abstoßen würde. Die Einführung eines topischen Verbraucherprodukts erfordert jedoch eine Reihe von Sicherheitstests, und es ist möglich, dass diese Verbindungen Allergien auslösen oder die Haut reizen.

„Das Harz besteht aus einer riesigen Mischung von Verbindungen, und was darüber entscheidet, wie es verwendet wird, ist, wie viel Geld es kostet, es zu trennen, im Verhältnis zum Wert der Produkte, die man erhält“, sagt Brewer. „Im Vergleich zu den Verwendungszwecken wird es also einen optimalen Bereich geben, in dem die Verarbeitung und Reinigung gerade ausreichend ist, und wir wissen noch nicht, wo dieser optimale Bereich liegt.“

Obwohl Guayule auf dem Weg zur Kommerzialisierung noch einiges vor sich hat, sind die beteiligten Forscher optimistisch. Quinn von der Colorado State University leitet wirtschaftliche Bewertungen für zahlreiche neue Produkte und Technologien – und er sagt, dass nur etwa jedes zehnte am Ende realisierbar erscheint. „Das“, sagt er, „ist einer davon.“

Ula Chrobakist eine freiberufliche Wissenschaftsjournalistin mit Sitz in Reno, Nevada. Sie können mehr über ihre Arbeit auf ihrer Website lesen: ulachrobak.com

Stephanie Pappas

Allison Parshall

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Thomas Frank und E&E News

Kiley Price und LiveScience

Tariq Malik und SPACE.com