Aktuelle Veranstaltungen

Die fossilen Ressourcen sind aufgebraucht, die Erde ist unbewohnbar geworden. Auf dem Planeten Horizon hat die Weltbevölkerung ein neues Zuhause gefunden. Doch der einflussreiche Alpha-Rat beutet Mensch und Umwelt rücksichtslos aus. Gegen diese Herrschaft formiert sich Widerstand. Eine kleine Gruppe von Umwelt-Agenten will den Planeten vor dem Untergang retten. Was wie der Anfang eines neuen Science-Fiction-Romans klingt, ist ein Wissenschaftsspiel zur Bioökonomie. Spieler und Spielerinnen sollen hier mit bioökonomischen Lösungsansätzen den fiktiven Planeten Horizon retten. Unter dem Stichwort „Aktion BEN“ (Bio Economy Now) können sich Interessierte als Umwelt-Agenten der „Rebellion“ anschließen.

Fiktiven Planeten auf Bioökonomie umstellen

Den Spielerinnen und Spielern bleiben etwa 45 Minuten, um Auswege aus einer ressourcenfressenden und mineralölbasierten Ökonomie zu suchen und Gesellschaft und Wirtschaft des Planeten auf Bioökonomie umzustellen. Dafür dringt das Team in die Planungszentrale des Alpha-Rats ein und muss die Planungsunterlagen für das kommende Wirtschaftsjahr auf eine biobasierte Wirtschaft umstellen. Zur Lösung der Aufgaben und Rätsel stehen den Mitspielenden aktuelle Forschungsergebnisse zur Verfügung. In kürzester Zeit müssen die frisch gekürten Agentinnen und Agenten Entscheidungen fällen, wie etwa, ob der Müll mithilfe von Mikroorganismen abgebaut oder weiterhin in Deponien gelagert werden soll.

Wissensspiel für Schüler und junge Erwachsene

Ab dem 12. Juli 2021 tourt das Wissenschaftsspiel als mobiler Escape Room durch Deutschland und macht an insgesamt 15 Stationen halt. Festivals und Science Center sind dabei die Plattform für das Escape Game. Die Tour startet beim Festival TheaterFormen in Hannover und endet nach Stopps in Kiel, Braunschweig, Hamburg, Flensburg, München, Köln und Dresden Mitte November in Oldenburg. Das Escape Game BioEconomy Now! ist aber auch als Online-Spiel verfügbar. Es richtet sich vor allem an Kinder und Jugendliche ab 10 Jahren sowie junge Erwachsen zwischen 20 und 29 Jahren.

Knapp 40% der weltweiten CO₂-Emissionen gehen auf das Konto der Baubranche. Vor allem der Gebäudesektor, wo das Bauen mit Zement noch immer dominiert, ist für das Gros der Treibhausgase verantwortlich. Doch die Branche ist im Umbruch und will nachhaltiger werden. Wie das geht, davon können sich Besucher des Botanischen Gartens der Universität Freiburg ab sofort überzeugen. Forschende der Universitäten Freiburg und Stuttgart präsentieren hier den livMatS-Pavillon – ein Gebäude, das aus Flachsfasern erbaut wurde.

Ressourcenschonende Bauweise

Bei der Wahl des natürlichen Baustoffes entschieden sich die Forschenden bewusst gegen Holz, da der Rohstoff im Vergleich zu Flachs nur langsam nachwächst. Flachsfasern werden zwar in anderen Bereichen wie der Automobilindustrie schon genutzt. Der Pavillon im Botanischen Garten ist den Forschenden zufolge jedoch das erste Bauwerk, das komplett aus dieser uralten Faser errichtet wurde.

Kakteen als Vorbild für Form und Struktur

Bei Form und Struktur ließen sich die Forschenden von Kakteen inspirieren. Die strukturellen und mechanischen Eigenschaften der Pflanze zu verstehen und bautechnisch umzusetzen, sei eine Herausforderung gewesen, hieß es bei der Online-Präsentation des Natur-Pavillons. Neben der Nutzung des natürlichen Baustoffes Flachs konnten die Forschenden mithilfe digitaler Planung und Fertigung auch Material einsparen. Im Vergleich zum Bauen mit massiven Holzplatten seien hier Materialeinsparungen von 80% möglich, hieß es.

Das futuristische Gebäude ist nicht nur nachhaltig, sondern auch funktional. Den Forschenden zufolge entspricht die Festigkeit der Flachsfaser etwa einem Drittel einer Karbonfaser. Die Tragfähigkeit sei kein Problem, da durch die Verdichtung der Fasern nahezu jede Tragfähigkeit erreicht werden könne. Eine Kunststoffhülle schützt den Pavillon. Dieser Wetterschutz besteht zwar aus Polykarbonat, ist jedoch sortenrein und kann problemlos wiederverwertet und in den Kreislauf zurückgeführt werden.

Forschung kommunizieren

Der livMatS-Pavillon, eine Komposition aus natürlichem Baustoff, bioinspirierter Struktur sowie digitaler Planung und Fertigung, ist ein Beispiel, wie nachhaltiges Bauen in Zukunft gelingen kann. Der Standort des Pavillons im Botanischen Garten wurde bewusst gewählt. Auf diese Weise wollen die Forschenden ihre Arbeit einer breiten Öffentlichkeit zugänglich machen und die Kommunikation fördern. Unter dem Dach des bioinspirierten Gebäudes sollen bald schon Veranstaltungen für Besucher stattfinden.

Almost 40% of global CO2 emissions can be attributed to the construction industry. The building sector in particular, where construction with cement still dominates, is responsible for the majority of greenhouse gases. But the industry is undergoing a transformation towards more sustainability. Visitors to the Botanical Garden at the University of Freiburg can now see for themselves how this can be done. Researchers from the universities of Freiburg and Stuttgart are presenting the livMatS pavilion here - a building constructed from flax fibers.

Resource-saving construction method

When choosing the natural building material, the researchers deliberately decided against wood, as this raw material only grows slowly compared to flax. Flax fibers are already used in other areas such as the automotive industry, however, according to the researchers, the pavilion in the Botanical Garden is the first structure to be built entirely from this fiber.

Cacti as inspiration for shape and structure

The researchers were inspired by cacti when it came to shape and structure. Understanding the structural and mechanical properties of the plant and implementing them in construction was a challenge, they said during the online presentation of the nature pavilion. In addition to using flax as a natural building material, the researchers were also able to save materials with the help of digital design and fabrication. Compared to building with solid wooden panels, material savings of 80% were possible.

The futuristic building is not only sustainable, but also functional. According to the researchers, the strength of the flax fiber is about one-third that of a carbon fiber. The load capacity is not a problem, they say, because almost any load-bearing capacity can be achieved by compacting the fibers. A plastic cover protects the pavilion. Although this weather protection is made of polycarbonate, it is single-grade and can be recycled and returned to the cycle without any problems.

Communicating research

The livMatS pavilion, a composition of natural building material, bio-inspired structure, and digital design and manufacturing, is an example of how sustainable building can succeed in the future. The pavilion's location in the Botanical Garden was deliberately chosen. In this way, the researchers want to make their work accessible to a broad public and promote communication. Events for visitors will soon be held under the roof of the bio-inspired building.

Wer sich schon einmal in der Sommersonne angestrengt hat, kennt das Dilemma: Schweiß kühlt den Körper zwar ausgezeichnet, entzieht ihm aber auch Feuchtigkeit und wichtige Mineralstoffe. Pflanzen haben einen ähnlichen Zielkonflikt: Sie besitzen Poren, durch die sie einerseits das für die Photosynthese essenzielle Kohlenstoffdioxid aufnehmen. Andererseits verlieren sie durch die geöffneten Poren Feuchtigkeit. Bei großer Trockenheit schließen Pflanzen deshalb einen Teil ihrer sogenannten Stomata. Ein Würzburger Forschungsteam hat nun einen Ansatz identifiziert, wie Pflanzen sich noch besser dagegen schützen könnten auszutrocknen.

Innendruck der Schließzellen maßgeblich

Ob Stomata geöffnet oder geschlossen sind, regeln Schließzellen, die die Poren umgeben. Erhöht sich der Innendruck dieser Zellen, drücken sie sich auseinander und öffnen die Pore. Sinkt der Innendruck aber, erschlaffen die Zellen und schließen die Pore wieder. Die biochemische Regulation dieses Prozesses ist so kompliziert, dass es der Pflanzenforschung bislang nicht gelang, einzugreifen. Ein Team der Universität Würzburg hat nun mit einem Trick einen Weg um das Problem herum gefunden.

Anionenkanal steuert Zellinnendruck

Die Fachleute bauten in die Zellen von Tabakpflanzen einen optogenetischen Schalter ein, wie sie im Fachjournal „Science Advances“ berichten. Bei diesem Schalter handelt es sich um ein Protein, dessen Aktivität durch Lichtimpulse ein- und ausgeschaltet werden kann. Dieses Protein namens ACR1 fungiert als Transportkanal durch die Zellmembran. Ist der Kanal aktiv, strömen Chloridionen aus der Schließzelle heraus und Kaliumionen folgen. Dadurch erschlafft die Zelle und das Stoma schließt sich innerhalb von 15 Minuten. „Der Lichtpuls ist wie eine Fernbedienung für die Bewegung der Stomata”, erläutert Biophysiker Rainer Hedrich von der Universität Würzburg.

Schalter umgeht gewöhnliche Regulation

Der Clou dabei: Auf diese Weise blieb der natürliche Regulationsprozess der Stomata komplett außen vor und das Team konnte belegen, dass allein die Aktivierung des Proteins ACR1 dafür sorgt, dass sich die Stomata schließen. Gelingt es nun, Pflanzen zu züchten, deren Schließzellen eine besonders große Anzahl ACR1-Kanäle besitzen, würden diese Pflanzen ihre Poren bei Trockenheit schneller schließen und weniger Wasser verlieren.

Darüber hinaus freuen die Forschenden sich über einen weiteren Nutzen der Methode: „Unser neues optogenetisches Werkzeug hat enormes Potenzial für die Forschung“, urteilt Hedrich. „Mit ihm können wir neue Einsichten gewinnen, wie Pflanzen ihren Wasserverbrauch regulieren und wie die Fixierung von Kohlendioxid und die Bewegungen der Stomata gekoppelt sind.“

Die Biotechnologie nutzt sie schon lange zur Herstellung von Medikamenten oder Biokraftstoffen: Pilze. Denn Pilze gibt es überall – in Lebensmitteln wie Wein und Käse genauso wie in Böden, Pflanzen und – auch auf der Haut können sie sich ansiedeln. Auf der Suche nach natürlichen und schnell nachwachsenden Rohstoffen rücken diese Mikroorganismen immer mehr in den Fokus der Bioökonomie. Mikrobiologin Vera Meyer ist überzeugt, dass man mit Pilzen fast alles machen kann – sogar Häuser und Möbel bauen. Den Beweis dafür liefert die Berliner Forscherin mit ihrem Wissenschafts- und Kunstkollektiv MY-CO-X. Im Rahmen der Ausstellungsreihe „tinyBE“ präsentiert das Team im Frankfurter Metzlerpark eine Skulptur aus Pilzen, die bewohnbar ist.

Wände und Möbel aus Zunderschwamm

Das sogenannte MY-CO-SPACE ist etwa 20 m² groß und bietet Platz für zwei Personen. Vorbild für die Architektur ist eine Raumkapsel. Die Fassade des futuristischen Gebildes besteht aus einer tragenden Sperrholzkonstruktion, die 300 wabenförmige Pilzmyzel-Elemente miteinander verbindet. Dabei handelt es sich um Pilz-Stroh-Verbundstoffe, die komplett biologisch abbaubar sind. Die Wandteile wurden mit dem Zunderschwamm (Fomes fomentarius) ausgefüllt. Auch bei der Herstellung von Stuhl und Bett war der Pilz behilflich.

Mit Pilzmaterialien zur Kreislaufwirtschaft

„Es geht um nichts weniger als komplett neu zu denken: Wie wollen wir in Zukunft leben? Wie ist das, mit begrenzten Ressourcen zu leben, zu wohnen? Geht das unbeschwert?“, erklärt Vera Meyer. Mit dem Pilzhaus will das Team von Fachleuten aus Forschung, Architektur und Design nicht nur zeigen, welches enorme Potenzial in Pilzen steckt, sondern auch, wie man mit diesem Biomaterial neue, zirkuläre Wirtschaftskreisläufe initiieren und Ressourcenknappheit entgegenwirken kann.

Das Pilzhaus ist noch bis Ende September im Frankfurter Metzlerpark zu sehen und kann sogar für eine Übernachtung gebucht werden.

Wenn es Menschen zu heiß wird, dann gehen sie in den Schatten. Pflanzen hingegen können sich nicht fortbewegen und haben daher im Laufe der Evolution zahlreiche Wege gefunden, sich an wechselnde Umweltbedingungen anzupassen. Im Verlauf der Züchtung hin zu maximalen Erträgen sind viele dieser Eigenschaften in Hochleistungssorten jedoch wieder verlorengegangen: Bei recht stabilen klimatischen Bedingungen in Mitteleuropa und gepflegt und geschützt durch die Landwirte stellten die entsprechenden Gene keinen Selektionsvorteil mehr da. Mit der Klimakrise nehmen Wetterextreme nun in Stärke und Häufigkeit zu, Ackerpflanzen sind häufiger mit Dürre oder Starkregen konfrontiert, ebenso wie mit neuen Schädlingen und Krankheiten. Das Forschungsprojekt SHAPE möchte deshalb die gesamte genetische Vielfalt der Gerste erfassen, um diese für die Pflanzenzüchtung verfügbar und robustere Sorten möglich zu machen.

50 bis 70 Genome für ein Pangenom

In der bundeszentralen Ex-situ-Genbank in Gatersleben lagern mehr als 20.000 Gerstenmuster aus der ganzen Welt – gewissermaßen die ganze Vielfalt an einem Ort. „Die alle zu vollständig sequenzieren, wäre aber viel zu teuer“, erläutert Nils Stein vom Leibniz-Institut für Pflanzengenetik und Kulturpflanzenforschung (IPK), der das Forschungsprojekt koordiniert. Seine Arbeitsgruppe leitete 2017 die Veröffentlichung des Referenzgenoms der Gerste – die erste vollständige und hochaufgelöste Erbgutsequenz. Fünf Milliarden Basenpaare identifizierten die Fachleute und brachten sie in die richtige Reihenfolge, doppelt so viele wie beim Menschen. Jetzt treibt Steins Team gemeinsam mit internationalen Partnern die Arbeit am sogenannten Pangenom voran. Darunter verstehen Fachleute die Summe aus dem Kerngenom – jenem Teil, der allen Gerstenpflanzen gemein ist – und den individuellen Variationen aller Gerstenpflanzen.

Etwa 50 bis 70 Gerstengenome, die alle regionalen Subpopulationen abdecken, wären erforderlich, um das Pangenom zu ermitteln, schätzt Stein. Im ersten Förderzeitraum von SHAPE von November 2016 bis Oktober 2019 sollten zunächst zwei bis drei weitere Genome das Referenzgenom ergänzen. Für mehr hätte das Budget von rund 2,46 Mio. Euro aus der Initiative „Pflanzenzüchtungsforschung für die Bioökonomie“ angesichts der damals verfügbaren Technologien nicht gereicht. Dass es dann doch mehr geworden sind, lag an der rasanten Weiterentwicklung der Sequenzierungsmethoden.

Technologische und finanzielle Hürden

„Es gab zu Beginn des Projekts die Absicht, die günstigere Shotgun-Sequenzierung zu nutzen“, erinnert sich Stein. „Eigentlich ist dabei die Länge der sequenzierten Fragmente, aus denen das Genom dann zusammengesetzt werden muss, zu kurz, um die langen repetitiven Genomabschnitte der Gerste zu überspannen.“ Die Fragmente hätten so nicht zweifelsfrei zusammengesetzt werden können. Eine israelische Firma hatte dafür eine Lösung gefunden, hielt allerdings Teile der Methode geheim. „So gab es bei Publikationen die Kritik, dass die Methode eine Black-Box sei, und auch die Kosten für das proprietäre Bioinformatikkonzept waren hoch“, sagt Stein. Daraufhin machten sich die Forscher daran, selbst die Datenverarbeitung bei der Shotgun-Methode weiterzuentwickeln. „Wir konnten schließlich die Kosten für eine Sequenzierung um den Faktor drei bis vier senken“, freut sich der Pflanzengenetiker. Inzwischen hat das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) eine zweite Förderperiode bewilligt, die bereits läuft. Hier wird schon die dritte Generation an Sequenzierungstechniken eingesetzt. „Bis zum Jahresende werden wir damit 30 weitere Genome sequenziert haben“, berichtet Stein. In nur vier Wochen könne man inzwischen ein ganzes Gerstengenom genauer sequenzieren als alle bislang öffentlich zugänglichen Gerste-Sequenzen. „Im Vergleich zu vor zehn Jahren ist das heute ein völlig neues Spiel.“

Außerdem präsentieren die Autorinnen und Autoren konkrete Handlungsspielräume und zeigen, wie nachhaltiges Wirtschaften in Deutschland und Europa zukünftig aussehen könnte.

Sie nennen fünf wichtige Stellschrauben für eine naturverträgliche und nachhaltige Bioökonomie:

1. Maximal Biomassemenge anhand der Belastungsgrenze der Erde festlegen

2. Anbausysteme, die die Artenvielfalt fördern, vorantreiben

3. Die Natur in Ökosystemen wiederherstellen (als natürliche CO₂-Senken und biodiversitätsreiche Lebensräume)

4. Konventionelle Ernährungs- und Konsumgewohnheiten umstellen und den Futtermittelverbrauch deutlich senken

5. Bereits entnommene Rohstoffe effizient nutzen (bspw. Mehrfachnutzung, etwa von Neben- und Abfallprodukten
(Kaskaden) und Recycling)

Darüber hinaus wird ein ganzheitliches Konzept einer "BioWEconomy" entworfen – ein fachübergreifender Austausch, um systemische Zusammenhänge zu verstehen und gemeinsame Lösungsansätze zu entwickeln und umzusetzen. Als Grundvoraussetzung müsste in Deutschland zunächst ein verbindlicher Rechtsrahmen geschaffen werden, um alle Regelungen unter dem Dach eines Bioökonomie-Gesetzes zu vereinen. Nationale Nachhaltigkeits-Maßnahmen, etwa bei Bau, Biodiversität, oder der Forst- und Landwirtschaft, könnten so integrierend gesteuert werden.

The authors present concrete scope for action and show what sustainable economic activity in Germany and Europe could look like in the future.

They name five important levers for a nature-compatible and sustainable bioeconomy:

1. Determine maximum biomass quantity based on the load limit of the earth

2. Advance farming systems that promote biodiversity

3. Restore nature in ecosystems (as natural CO₂ sinks and biodiversity-rich habitats).

4. Change conventional eating and consumption habits and significantly reduce feed consumptio

5. Efficient use of raw materials that have already been extracted (e.g. multiple use, e.g. of by-products and
waste products (cascades) and recycling)

In addition, a holistic concept of a "BioWEconomy" is being designed - a cross-disciplinary exchange to understand systemic interrelationships and to develop and implement joint approaches to solutions. As a basic prerequisite, a binding legal framework would first have to be created in Germany to unite all regulations under the umbrella of a bioeconomy law. National sustainability measures, for example in construction, biodiversity, or forestry and agriculture, could thus be managed in an integrated manner.

Es war eine wahre Datenexplosion, zu der in den vergangenen Jahren neue Methoden in der Biochemie und nicht zuletzt der Bioinformatik geführt haben. Noch nie wuchs das Wissen in der Mikrobiologie schneller. Und trotzdem ist es oft wenig wert – denn es ist nicht gut gemanagt. Es fehlen einheitliche Strukturen, die es ermöglichen, Informationen leicht zu finden und mit anderen zusammenzuführen, um sie weiterzuverwenden oder zu reproduzieren. Das soll das Projekt Nationale Forschungsdaten-Infrastruktur für Mikrobiota (NFDI4Microbiota) nun ändern.

Mehr als 50 beteiligte Institutionen

Die Nationale Forschungsdaten-Infrastruktur ist ein von der Deutschen Forschungsgemeinschaft mit jährlich 85 Mio. Euro gefördertes Vorhaben, das über fünf Jahre bis zu 30 Konsortien dabei unterstützen will, bundesweit vorhandene Daten eines Faches zu vereinheitlichen und den Weg für ein besseres Datenmanagement zu ebnen. Eines dieser Konsortien ist nun die Mikrobiota-Forschung mit mehr als 50 beteiligten Institutionen.

„Unsere Vision ist es, dass in Zukunft Forschende aus der Mikrobiologie mühelos vorhandene Forschungsdaten in ein tiefes Verständnis von mikrobiellen Spezies und deren Interaktionen auf molekularer Ebene übersetzen können“, erklärt der Sprecher des Konsortiums, Konrad Förstner von ZB MED – Informationszentrum Lebenswissenschaften. Zehn Aufgabenpakete hat das Konsortium dazu geschnürt. Es sollen beispielsweise Softwaretools und Infrastrukturen bereitgestellt, Datenstrukturen standardisiert und nicht zuletzt durch Schulungen der Forschenden ein Kulturwandel und eine bessere Vernetzung erzielt werden.

Auffindbar, nutzbar, interoperabel und reproduzierbar

„Die Mitglieder bringen ihre komplementäre Expertise ein, um Forschungsdaten verfügbar zu machen und Werkzeuge bereitzustellen, mit denen mehr Daten besser analysiert werden können und dadurch Mikroorganismen wie Bakterien und Pilze besser verstanden werden können“, erläutert Jörg Overmann vom beteiligten Leibniz-Institut DSMZ. Forschungsdaten sollen künftig immer dem FAIR-Prinzip (Findable, Accessible, Interoperable, Reusable) folgen: auffindbar, nutzbar, interoperabel und reproduzierbar sein. Die DSMZ-Datenbank BacDive mit Daten zu 82.000 Bakterien ist dafür ein vorbildliches Beispiel.

In der Praxis soll das bessere Datenmanagement dazu führen, dass beispielsweise die Entschlüsselung des Erbguts von neuen Krankheitserregern wie im Fall SARS-CoV-2 schneller gelingt, aber auch die Forschung an der Nutzung von Mikroorganismen für die Herstellung pharmazeutischer Wirkstoffe, für den Abbau von Kunststoffen oder für eine bessere Nährstoffverfügbarkeit im Ackerbau sollen profitieren.

Im Haushaltsschwamm, in Matratzen, Autositzen oder Dämmwänden: Schaumstoffe, ob hart oder weich, sind aus dem Alltag kaum wegzudenken. Doch die Herstellung des erdölbasierten Werkstoffes ist wenig umweltfreundlich. Forschende der Hochschule Kaiserslautern wollen das ändern. Gemeinsam mit Partnern aus sieben Ländern will das Team um den Polymerchemiker Sergiy Grishchuk Schaum- und Verbundwerkstoffe nachhaltiger machen. In dem von der EU geförderten Verbundprojekt BIOMAT arbeiten insgesamt 26 Partner aus Deutschland, Frankreich, Großbritannien, Israel, Italien, Lettland, Portugal und Spanien zusammen.

Nanofüllstoff aus Agrarreststoffen

Ziel des EU-Projektes ist es, den Weg hin zu einer nachhaltigen europäischen Bioökonomie zu beschleunigen. Dafür sollen nanobasierte Schaum- und Verbundwerkstoffe für Gebäude, Bauwesen, Automobil sowie Möbel und Bettwaren entwickelt werden, die mindestens zur Hälfte aus nachwachsenden Rohstoffen bestehen. Außerdem soll der Treibhausgasausstoß bei der Herstellung des Werkstoffes um 30 bis 50% gesenkt werden. Das Vorhaben BIOMAT wird im Rahmen des Forschungs- und Innovationsprogramms „Horizon 2020“ von der Europäischen Union finanziert. Die Arbeit der Forschenden am Campus Pirmasens der Hochschule Kaiserslautern wird in den kommenden vier Jahren allein mit insgesamt 1,3 Mio. Euro unterstützt.

Polyurethane mit höherem Bio-Anteil

Die Forschenden setzen dabei auf Nanofüllstoffe aus landwirtschaftlichen Abfallstoffen wie Reisspelzen, die gleichzeitig Materialeigenschaften wie die Haltbarkeit verbessern sollen. Ein Team vom Fachbereich Angewandte Logistik- und Polymerwissenschaften wird hierbei seine Erfahrung aus der Forschung zur Hybridisierung von pflanzlichen Naturfasern mit Hochleistungs-Naturfasern einbringen. Die Forschenden sind überzeugt, dass durch die Kombination von Pflanzenfasern wie Flachs, Hanf und Kenaf mit anorganischen Hochleistungs-Naturfasern aus Basalt die Materialeigenschaften verbessert werden können, ohne dabei den Anteil an nachwachsenden Rohstoffen zu verringern. Ein anderes Team will Polyurethane durch einen höheren Anteil nachwachsender Rohstoffe umweltfreundlicher machen und die Materialeigenschaften durch Nanofüllstoffe verbessern.

Servicestelle für biobasierte Weichschaumstoffe

Im Rahmen des EU-Projektes BIOMAT soll am Hochschul-Campus Pirmasens zugleich eine Service-Stelle für die Entwicklung von neuen biobasierten Weichschaumstoffen für Matratzen und Polstermöbel eingerichtet werden. Zudem ist der Aufbau einer speziellen Verarbeitungsanlage zur Entwicklung neuer Schaumstoff-Formulierungen sowie zum Testen neuer Biopolyole und Additive geplant.

Household sponges, mattresses, car seats or insulating walls: it is hard to imagine everyday life without foams, whether hard or soft. However, the production of the petroleum-based material is not very environmentally friendly. Researchers at Kaiserslautern University of Applied Sciences think it's time for a change: Together with partners from seven countries, the team led by polymer chemist Sergiy Grishchuk wants to make foam and composite materials more sustainable. A total of 26 partners from Germany, France, Great Britain, Israel, Italy, Latvia, Portugal and Spain are working together in the EU-funded joint project BIOMAT.

Nano-filler from agricultural residues

The EU project aims to boost a sustainable European bioeconomy. To this end, nanobased foam and composite materials for buildings, construction, automobiles as well as furniture and bedding are to be developed that consist of at least half renewable raw materials. In addition, the greenhouse gas emissions during the production of the material are to be reduced by 30 to 50%. The BIOMAT project is funded by the European Union as part of the "Horizon 2020" research and innovation program. The work of the researchers at the Pirmasens Campus of Kaiserslautern University will be supported with a total of 1.3 million euros over the next four years alone.

Polyurethanes with higher organic content

The researchers are relying on nanofillers from agricultural waste materials such as rice husks, which are also expected to improve material properties such as durability. A team from the Department of Applied Logistics and Polymer Sciences will contribute its experience from research on hybridizing natural plant fibers with high-performance natural fibers. The researchers are convinced that combining plant fibers such as flax, hemp and kenaf with inorganic high-performance natural fibers from basalt can improve material properties without reducing the proportion of renewable raw materials. Another team wants to make polyurethanes more environmentally friendly by increasing the proportion of renewable raw materials and improve material properties by using nanofillers.

Service center for bio-based flexible foams

As part of the EU BIOMAT project, a service center for the development of new bio-based flexible foams for mattresses and upholstered furniture is also to be set up at the Pirmasens University Campus. In addition, the construction of a special processing plant for the development of new foam formulations and for testing new biopolyols and additives is planned.

Lebewesen passen sich infolge der Evolution an ihre jeweilige Umwelt an. Das gilt auch für Flechten, jene symbiontischen Lebensgemeinschaften aus Pilzen und Grünalgen oder Cyanobakterien. Wie Forschungsteams des Senckenberg Biodiversität und Klima Forschungszentrums sowie des LOEWE-Zentrums für Translationale Biodiversitätsgenomik jetzt im Fachmagazin „Environmental Microbiology“ berichten, ist diese Eigenschaft der flechtenbildenden Pilze auch für die Suche nach biologisch aktiven Wirkstoffen relevant.

Drei Gengruppen hängen von der Klimazone ab

Im Fokus der Untersuchungen standen bestimmte Gencluster der Pilze, Bereiche des Erbguts, die mit der Bildung von biologisch aktiven Substanzen in Zusammenhang gebracht werden. „Wir haben bei Umbilicaria pustulata drei Gencluster-Varianten gefunden, die entweder nur im mediterranen Klima am Fuß der Berge oder nur im gemäßigten Klima in den höheren Lagen vorkommen. Damit ist es wahrscheinlich, dass diese Gene mit Naturstoffen assoziiert sind, die bei der Klimaanpassung eine Rolle spielen“, erklärt die Erstautorin der Studie, Garima Singh. Jetzt sei das Ziel, herauszufinden, welche Naturstoffe zu diesen klimatisch differenzierten Genclustern gehören.

Potenzial der Flechten erschließen

So wäre beispielsweise denkbar, dass Flechtenpilze auf den Gipfeln von Bergen Substanzen hervorbringen, die sie vor Frostschäden schützen. Am Fuß des Berges im mediterranen Klima hingegen könnten die Organismen Stoffe bilden, die das Überleben bei Trockenheit fördern. „Die Fähigkeit von Flechten, Naturstoffe zu produzieren, die ihnen das Überleben in einer bestimmten klimatischen Nische erleichtern oder erst ermöglichen, zeigt uns, dass wir das wahre Potenzial von Flechten überhaupt noch nicht kennen“, erläutert Projektleiterin Imke Schmitt – ein Umstand, der auch für andere Pilze gelte. So kenne die Wissenschaft bei Pilzen pro Art bis zu 80 Gruppen von Genen, die für die Naturstoffproduktion verantwortlich sind. „Das sind viel mehr als wir bisher tatsächlich Naturstoffe nachweisen können.“

Klimakrise bedroht Suche nach medizinischen Wirkstoffen

Zahlreiche Naturstoffe aus Pflanzen, Pilzen oder Mikroorganismen sind biologisch aktiv und haben sich als wertvoll für die Medizin erwiesen. Sie hemmen beispielsweise Tumore oder wirken gegen Krankheitserreger. Die allermeisten Naturstoffe des weltweiten Artenreichtums sind jedoch noch gar nicht bekannt, geschweige denn erforscht. „Die Genome von Flechten zu erforschen, kann uns dabei helfen, neue Naturstoffe mit nützlichen Eigenschaften zu finden“, hofft Schmitt. Gleichzeitig warnt sie: „Wenn durch den Klimawandel oder menschliche Eingriffe einzelne Flechten-Populationen aussterben, verschwinden jedoch möglicherweise auch die genetischen Grundlagen für die Produktion noch unentdeckter Naturstoffe.“

Living organisms adapt to their respective environment as a result of evolution. This also applies to lichens, which are symbiotic communities of fungi and green algae or cyanobacteria. Research teams from the Senckenberg Biodiversity and Climate Research Center and the LOEWE Center for Translational Biodiversity Genomics now report in the journal "Environmental Microbiology" that this property of lichen-forming fungi is also relevant for the search for biologically active agents.

Three gene clusters depend on the climate zone

The studies focused on certain gene clusters of the fungi, areas of the genome that are associated with the formation of biologically active substances. "We found three gene cluster variants in Umbilicaria pustulata that occur either only in the Mediterranean climate at the foot of the mountains or only in the temperate climate at higher altitudes. This makes it likely that these genes are associated with natural products that play a role in climate adaptation," explains the study's first author, Garima Singh. The goal now, she says, is to find out which natural products belong to these climatically differentiated gene clusters.

Tapping the potential of lichens

On the one hand, lichen fungi on mountain tops could produce substances that protect them from frost damage. On the other hand, at the foot of the mountain in a Mediterranean climate, the organisms could produce substances that promote survival in drought conditions. "The ability of lichens to produce natural substances that make it easier or possible for them to survive in a particular climatic niche shows us that we don't yet know the true potential of lichens at all," explains project leader Imke Schmitt - a fact that also applies to other fungi. In fungi, for example, scientists know of up to 80 groups of genes per species that are responsible for natural product production. "That's many more than we have actually been able to detect natural products so far."

Climate crisis threatens search for medical agents

Numerous natural substances from plants, fungi or microorganisms are biologically active and have proven valuable for medicine. For example, they inhibit tumors or act against pathogens. However, the vast majority of natural substances from the world's wealth of species are not even known, let alone researched. "Studying the genomes of lichens can help us find new natural products with useful properties," Schmitt hopes. At the same time, she warns, "However, if individual lichen populations go extinct due to climate change or human intervention, the genetic basis for producing as yet undiscovered natural products may also disappear."

Ob Plastiktüten, Joghurtbecher oder Kinderspielzeug, biobasierte Kunststoffe haben sich in den vergangenen Jahren einen festen Platz auf dem Markt erobert. Noch ist ihr Anteil im Vergleich zu den fossilen Kunststoffen gering, auch, weil Probleme bei der Verarbeitung befürchtet werden. Der Verpackungshersteller SÜDPACK und ILLIG Maschinenbau demonstrieren anhand einer Musterverpackung für Lebensmittel, dass die Verarbeitung problemlos funktioniert.

Praxistest für Biokunststoff von BASF

Zur Herstellung des Behälters wurde der von der BASF entwickelte Biokunststoff ecovio verwendet. Er besteht unter anderem aus Polymilchsäure (PLA) und ist in gängigen Industrieanlagen kompostierbar. Wie SÜDPACK und ILLIG gemeinsamen mitteilten, wurde der Biokunststoff in einer Fallstudie „speziell für die Filmextrusion mit anschließendem Thermoformen optimiert“ und konnte so „auf Standard-Maschinen in Mono- oder Co-Extrusion zu Folien mit oder ohne zusätzliche Sauerstoffbarriere verarbeitet werden“ – und das bei der gleichen Produktionsgeschwindigkeit wie bei ähnlichen Verpackungen aus konventionellen Kunststoffen.

Mechanische Eigenschaften ähnlich wie PP

Die von SÜDPACK und ILLIG entwickelte Schale ist für Lebensmittel wie vegane oder vegetarische Burger oder Milchprodukte wie Joghurt oder Käse zugelassen. Die Wärmebeständigkeit sei mit bis zu 95° C sehr hoch. Auch die mechanischen Eigenschaften seien „ähnlich gut“ wie die von Polypropylen (PP), heißt es. PP ist ein begehrter, aus fossilen Rohstoffen bestehender Thermokunststoff, der häufig für Lebensmittelverpackungen genutzt wird. Anhaftungen von Essensresten machen das Recycling des fossilen Pendants jedoch aufwendig. Die neuartige Lebensmittelbox könnte demnach einschließlich der Essensreste problemlos verwertet werden.

Verarbeitung auf Standardanlagen

„Zusammen mit ILLIG, einem global führenden Hersteller von Thermoform- und Werkzeugsystemen, konnten wir mit dieser Fallstudie zeigen, dass Folien aus dem Material ecovio nicht nur effektiv auf gängigen Extrusionsanlagen hergestellt werden können, sondern darüber hinaus auch hervorragende Eigenschaften bei der Verarbeitung auf Tiefziehanlagen zeigen“, resümiert Jürgen Betz von SÜDPACK. Die von dem Unternehmen hergestellte Folie für den Deckel der Lebensmittelbox besteht aus einem mehrschichtigen, teilweise transparenten Laminat auf Basis von PLA und braunem Papier und ist ebenfalls industriell kompostierbar.

„Mit unserem gemeinsamen Projektansatz wollen wir auch zeigen, wie sich zertifiziert kompostierbare und biobasierte Kunststoffe auf Standardmaschinen problemlos thermoformen und weiterverarbeiten lassen“, sagt Sven Engelmann von ILLIG. „Wir konnten dieselbe Maschinengeschwindigkeit fahren wie bei Polypropylen.“ Auch Schriftzüge könnten mit Hilfe von Thermoform-Werkzeugen auf dem Biokunststoff „detailgenau“ abgebildet werden.