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Der Energiebedarf steigt, aber die Ressourcen schwinden. Um dem entgegenzuwirken entwickelt das Berliner Start-up SOLAGA eine neue Methode, um aus pflanzlicher Biomasse Biogas für private Haushalte zu gewinnen. Johann Bauerfeind und Benjamin Herzog erforschen, wie Cyanobakterien Sonnenlicht in Biogas umwandeln können und entwickeln die dafür notwendigen Solarmodule. Nach etwa zwei Jahren Vorlaufzeithaben haben sie nun den ersten Prototyp vorgestellt. In einem zweistufigen Prozess entsteht darin reines Biomethan aus Sonnenlicht, CO₂, Sauerstoff sowie einigen Spurenelementen. Kunden könnten damit zukünftig nicht nur ihren eigenen Strom herstellen, sondern wären zugleich auch aktiver Bestandteil der Energiewende.

In Deutschland werden knapp 18% der Ackerflächen zum Anbau von Energiepflanzen wie Raps und Sonnenblumen genutzt. In der Vergangenheit gab es dafür viel Kritik, da Lebensmittelproduktion und Stromerzeugung bei der Landnutzung konkurrierten. Doch es geht auch anders. Seit einem Jahr wird unter Leitung des Fraunhofer-Instituts für Solare Energiesysteme ISE auf einer Versuchsfläche der Demeter-Hofgemeinschaft Heggelbach am Bodensee die bundesweit größte Agrophotovoltaikanlage getestet. Die Bilanz nach zwölf Monaten ist vielversprechend.

Praxistauglich und wirtschaftlich

Mit der Pilotanlage liefern die Forscher erstmals den Beweis, dass Agrophotovoltaik durch die ressourceneffiziente Doppelnutzung von landwirtschaftlichen Flächen die Konkurrenzproblematik abmildern und Landwirten zugleich neue Einkommensquellen erschließen kann. „Die Ergebnisse des ersten Projektjahrs sind ein voller Erfolg, da sich die Agrophotovoltaik-Anlage als praxistauglich erwiesen hat, die Kosten bereits heute mit kleinen Solar-Dachanlagen wettbewerbsfähig sind, die Ernteprodukte ausreichend hoch und wirtschaftlich rentabel vermarktet werden können“, sagt Stephan Schindele, Projektleiter Agrophotovoltaik am Fraunhofer ISE.

Sonnenlicht doppelt nutzen

Auf einem Drittel der Demeter-Ackerfläche wurden Solarmodule in fünf Meter Höhe installiert. Darunter wurden Winterweizen, Kartoffeln, Sellerie und Kleegras zum Test angebaut. Bei den Solarplatten handelt es sich um sogenannte bifaziale Glas-Glas-Solarmodule, die sowohl das Licht, welches ungenutzt durch das Modul geht, aber auch reflektiertes Licht aus der Umgebung auf der Rückseite nutzen können. Diese wurden in einem größeren Reihenabstand über den Nutzpflanzen montiert und nach Südwesten ausgerichtet, um sicherzustellen, dass die Pflanzen gleichmäßig Sonnenstrahlen einfangen.

Nur geringe Ernteverluste

Die Ergebnisse der ersten Ernte: Der Ertrag bei Kleegras war im Vergleich zur Referenzfläche nur leicht um 5,3% reduziert. Bei Kartoffeln, Weizen und Sellerie waren die Ernteverluste durch die Beschattung der Anlage mit rund 18 bis 19 % etwas größer. „Aus agrarwissenschaftlicher Sicht sieht Agrophotovoltaik nach einem vielversprechenden Lösungsansatz aus, um die Landnutzungseffizienz zu erhöhen und den Mix erneuerbarer Energien zu erweitern, die zukünftig aus der Landwirtschaft bereitgestellt werden“, sagt Iris Lewandowski, Leiterin des Fachgebiets Nachwachsende Rohstoffe und Bioenergiepflanzen an der Universität Hohenheim.

Stromertrag überdurchschnittlich hoch

Überdurchschnittlich war hingegen die Stromausbeute. Bei günstigen Bedingungen wie etwa schneebedeckten Bodenflächen konnte ein Mehrertrag von bis zu 25% erzielt werden. In den ersten zwölf Monaten hat die Photovoltaik-Anlage 1.266 Kilowattstunden Strom pro installiertem Kilowatt Leistung geerntet. Damit liegt der Stromertrag ein Drittel über dem deutschlandweiten Durchschnitt von 950 Kilowattstunden pro Kilowatt. Mit der Leistung von 194 Kilowatt können 62 Vier-Personen- Haushalte mit Strom aus Sonnenenergie versorgt werden. Der Grund für die hohe Stromausbeute: Durch die 720 bi-fazialen Solarmodule kann Sonnenstrom nicht nur auf der Vorderseite, sondern auch die von der Umgebung reflektierte Strahlung auf der Rückseite genutzt werden.

Weitere APV-Anlagen mit neuen Kulturpflanzen geplant

Die Pilotanlage am Bodensee wurde im Rahmen des Projekt »APV-Resola« realisiert. Sie ist die erste APV bundesweit, die unter Realbedingungen die wirtschaftlichen, technischen, gesellschaftlichen und ökologischen Aspekte der Technologie wissenschaftlich untersucht. Das Vorhaben wird vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) und der FONA- Forschung für nachhaltige Entwicklung gefördert. Ziel ist es, ähnliche Anlagen auch in anderen Regionen zu installieren und den Anbau weiterer Kulturpflanzen wie Obst, Beeren, Wein und Hopfen zu testen. Gleichfalls sollen Energiespeicher, organische PV-Folie sowie solare Wasseraufbereitung und -verteilung untersucht werden.

Der Schwarzrost ist in wärmeren Ländern längst als Schadpilz gefürchtet, der Weizen und Gerste befällt und ganze Ernten vernichtet. Die meisten der weltweit angebauten Weizensorten bergen in ihrem Erbgut Resistenzgene gegen den Schwarzrost. Doch vor einigen Jahren ist ein Erreger mit dem Kürzel Ug99 aufgetaucht, der selbst diesen Schutz durchbricht. Wie gefährlich ist der Erreger für unsere heimischen Weizensorten und wie lässt sich seine Ausbreitung stoppen? Phytopathologin Kerstin Flath geht diesen Fragen am Julius Kühn-Institut nach. Sie untersucht, welche Pilzrasse den Befall auslöst und ob der hiesige Weizen dagegen gewappnet ist.

Die Aufreinigung von Proteinen ist ein aufwendiger, aber notwendiger Schritt in biotechnologischen Produktionsprozessen. Hier wurde in den vergangenen Jahren eine Trennmethode eingeführt, die sowohl einen hohen Reinheitsgrad als auch eine optimale Proteinausbeute verspricht: die Membranadsorber-Technologie. Das Prinzip: Auf einer Membran aus organischem Polymer wie Cellulose oder Polyethylen befinden sich chemische Substanzen, mit denen die produzierten Proteine interagieren und so aus dem Kulturmedium gefiltert werden. Im Vergleich zu anderen Aufreinigungsmethoden kann diese funktionalisierte Polymermembran in fast allen flüssigen Nährmedien und wässrigen Lösungen eingesetzt werden. Außerdem ist sie besonders für Proteine geeignet, die nur in geringer Konzentration vorhanden sind und daher besonders sanft und ohne großen Verlust aufgereinigt werden müssen.

Zu dieser raren Proteinklasse zählen Zytokine. Sie fungieren zum Beispiel als Wachstumsfaktoren und geben der Zelle das Signal, in welche Richtung sie sich entwickeln oder welche Aufgabe sie etwa in der Immunabwehr erfüllen soll. Allerdings sind Zytokine im Körper nur in geringen Mengen vorhanden und werden daher zur Zellkultivierung meist biotechnologisch mithilfe von Mikroorganismen oder tierischen Zellen hergestellt.

Rekombinante Zytokine im Blick

Unter der Leitung des auf Zelltechnik spezialisierten Unternehmens Miltenyi Biotec hat ein Konsortium die Membranadsorber-Methode in den vergangenen Jahren so optimiert, dass sie rekombinante Zytokine auf schonende Weise isolieren und aufreinigen kann. Im Fokus stand dabei die für die Pharmaindustrie und Firmen aus dem Bereich der Zelltherapie wichtige Proteinklasse der strukturgebenden Cystin-Knoten-Proteine. „Die Cystin-Knoten-Proteine sind in der Herstellung sehr aufwendig und sehr empfindlich in der Aufarbeitung. Das liegt an ihrer Faltung. Sie ist vergleichbar mit einem diffizilen Origami“, erklärt Christian Egler-Wedeking von Miltenyi Biotec.

Im Rahmen eines Forschungsverbundes sollten die Prozessschritte hin zu gereinigten Cystin-Knoten-Proteinen so optimiert werden, dass diese Wachstumsfaktoren industriell schneller und günstiger hergestellt werden können. Das Projekt wurde vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) im Rahmen der Förderinitiative Biokatalyse 2021 über drei Jahre mit rund 400.000 Euro unterstützt. Als Partner waren Biotechnologen der Gottfried-Wilhelm-Leibniz Universität Hannover, der Universität Hamburg-Harburg und der Sartorius Stedim Biotech GmbH beteiligt.

Als Produktionsorganismus für die Eiweißmoleküle setzten die Forscher auf die Mikrobe Escherichia coli. Die komplizierte Faltung der Cystin-Knoten-Proteine zu meistern erwies sich als größte Herausforderung. „Ein schlecht gefaltetes Protein wird ganz anders mit der Membranadsorberoberfläche interagieren, als ein Protein, das richtig gefaltet ist“, so Egler-Wedeking.

Salztolerante Membranadsorber beschleunigen Aufreinigung

Die eingesetzten Membranadsorber stammten aus dem Portfolio von Sartorius. Bis zu fünf verschiedene Membranen standen für den Aufreinigungstest zur Verfügung. Das Besondere: Diese waren „salztolerant“ – ein Manko bisheriger Membranadsorber. „Um die Salze aus dem Kulturmedium zu entfernen, muss man es dialysieren oder ausreichend verdünnen. Das ist ein aufwendiger Prozess. Dabei geht meist ein Teil des Proteins verloren“, sagt Egler-Wedeking. Die salztoleranten Membranadsorber konnten direkt in salzhaltige Lösungen, ohne aufwendigen Dialyse- und Verdünnungsschritt, eingebracht werden. Das beschleunigte nicht nur den Aufreinigungsprozess deutlich. Auch eine lästige Verstopfung durch Klumpenbildung, wie sie bei der Proteinaufreinung mittels Chromatographiesäulen sporadisch auftritt, blieb aus.

Trennprozess an Membran angepasst

Mit dem Ziel, eine möglichst hohe Ausbeute an aufgereinigten Zytokinen zu erhalten, wurden sämtliche Prozessschritte – vom Rohprotein bis zum voraufgereinigten Protein – genau ins Visier genommen. „Wir haben versucht, den Prozess in Richtung Membran so zu optimieren, dass er wie ein Handschuh passt“, sagt Egler-Wedeking.

Als entscheidend erwies sich dabei das Bindungsverhalten der Proteine an die Membran. Hier versuchten die Forscher zum einem Parameter wie den pH-Wert der Proteinlösung, also der sogenannten mobilen Phase, zu optimieren. Die Beschichtung der Membran, die sogenannte stationäre Phase, war jedoch für den Aufreinigungsprozess das Zünglein an der Waage. „Es kommt auf die chemischen Gruppen an, mit dem man die Oberfläche funktionalisiert: Wenn das Protein gerne interagiert, wird es sich entsprechend langsam vorwärtsbewegen. Andernfalls wird es länger in der mobilen Phase verbleiben und sich entsprechend schnell durch die Chromatographiesäule und den Membranadsorber bewegen“, erklärt Egler-Wedeking.

Potenzial für effiziente Wasseraufbereitung

Ein wichtiges Ergebnis: Über die Membranbeschichtung konnte das Bindungsverhalten der Proteine und somit deren Laufverhalten durch die Säule gezielt in Richtung einer effizienten Proteinaufreinigung gesteuert werden. Bei Miltenyi Biotec wird der neuartige Membranadsorber bereits zur Aufreinigung von Proteinen genutzt. Egler-Wedeking ist von dem Potenzial der neuen Technologie überzeugt. „Es senkt signifikant die Kosten der Proteinherstellung. Das bringt deutliche Vorteile, um Prozesse in einen technischen Maßstab zu überführen.“ Die Methode kann aber nicht nur die Proteinherstellung beschleunigen. Auch Prozessschritte bei der Wasseraufbereitung könnten mithilfe der neuartigen Aufreinigungsmethode deutlich verbessert werden.

Autorin: Beatrix Boldt

Protein purification is a complex but necessary part of biotechnological production processes. In recent years, a separation method known as membrane adsorber technology, which promises both a high degree of purity and maximal protein yield, has emerged as a potential alternative to previous approaches. The principle is based on a membrane made of an organic polymer such as cellulose or polyethylene, which contains chemical substances that interact with the produced proteins, causing them to be filtered out of the culture medium. In contrast to other methods of purification, this functionalised polymer membrane can be used with almost all kinds of liquid nutrient media and aqueous solutions. Moreover, it is particularly well suited for filtering out proteins that are present only in low concentrations and which require extremely gentle purification methods with minimal loss.

This rare class of proteins includes the cytokines. Among other roles, these proteins function as growth factors that provide signals to cells regarding their direction of development or the task that the cells should fulfill in the immune system. However, cytokines are only present in small amounts in the body. For cell cultivation, they are thus predominantly manufactured using biotechnological approaches involving microorganisms or animal cells.

Setting the sights on recombinant cytokines

In recent years, a consortium headed by cell technology specialist Miltenyi Biotec has succeeded in optimising the membrane adsorber technology in such a way that the isolation and purification of the precious cytokines is far more gentle. The focus thereby was on the protein class of structure-providing cystine-knot proteins, which are important for the pharmaceutical industry and companies in the field of cell therapy. “The production of cystine-knot proteins is very costly, while the conditioning process must be extremely delicate. This is a consequence of their folding behaviour. It is comparable to highly intricate origami,” explains Christian Egler-Wedeking from Miltenyi Biotec.

Against this backdrop, a research network was established with the aim of optimising the process steps towards purified cystine-knot proteins, thus making the production of these valuable growth factors more quick and cost-effective. The project was funded by the German Federal Ministry of Education and Research (BMBF) with around €400,000 over a period of three years within the framework of the ‘Biocatalysis 2021’ funding initiative. The partners included biotechnologists from the Gottfried Wilhelm Leibniz University Hannover, the University of Hamburg-Harburg, and Sartorius Stedim Biotech GmbH.

As a production organism for their protein molecules, the researchers opted for the microbe Escherichia coli. As the project progressed, mastering the complicated folding of the cystine knot proteins proved to be the biggest challenge. “An inadequately folded protein will interact differently with the membrane adsorber surface than a protein that is properly folded,” says Egler-Wedeking.

Salt-tolerant membrane adsorbers speed up purification

The membrane adsorbers used in the project came from the portfolio of the company Sartorius, while purification testing encompassed five different potential membranes. A unique feature of all of these membranes was their ‘salt tolerance’ – a specific weakness in the previously used membrane adsorbers. “To remove the salts from the culture medium, you have to subject it to either dialysis or sufficient dilution. This is a complicated process. Most of the time, it results in the loss of a portion of the proteins,” says Egler-Wedeking. The salt-tolerant membrane adsorbers, on the other hand, can be introduced directly into saline solutions without the laborious stages of dialysis or dilution. The result was not only a significant speeding-up of the purification process but also the elimination of the niggling phenomenon of blockages caused by clumping, as can occur during protein purification using chromatography columns.

Membrane-adapted separation process

In order to obtain the maximum yield of purified cytokines, the researchers set their sights on every individual process step, from the crude protein all the way to the pre-purified protein. “We tried to optimise the process around the membrane so that it would fit like a glove,” says Egler-Wedeking.

Thereby, the binding behaviour of the proteins to the membrane was crucial for a positive outcome. Here, among other parameters, the researchers worked hard to optimise the pH value of the protein solution, namely the so-called ‘mobile phase’. However, the decisive factor for the purification process was the initial coating of the membrane, the so-called stationary phase. “It really depends on the chemical groups that are used to functionalise the surface: If the protein is happy to interact, it will move forwards more slowly. Otherwise, it will stay in the mobile phase for a longer time and will move more quickly through the chromatography column and the membrane adsorber,” explains Egler-Wedeking.

Potential for more efficient water conditioning

One important result to emerge from the research network is the ability to exploit the membrane coating and the binding behaviour of the proteins, and thus their running behaviour through the column, to specifically steer the process towards efficient protein purification. At Miltenyi Biotec, the novel membrane adsorber is already being used for the purification of proteins. Egler-Wedeking is convinced of the potential of the new technology. “It significantly reduces the costs of protein production, which has clear advantages for transferring the processes to a technical scale.” The method has potential also outside the field of protein production, for example the process steps involved in water treatment, which could likewise be significantly improved through the use of the novel method of purification.

Author: bb

Ideale Eigenschaften

Da synthetische Materialien deutlich pflegeleichter sind als Leder und außerdem nässebeständig, werden sie zunehmend als Obermaterial für Laufschuhe verwendet. Ein ganz besonderes Material verwendet adidas in seinem neuen „Futurecraft Biofabric Schuh". Das Obermaterial des Schuhs besteht komplett aus künstlicher Spinnenseide. Spinnenseide ist äußerst robust. Die Fäden sind dünner als ein Haar, dennoch reißfester als Stahl, elastischer als Gummi und außerdem ultraleicht.

Die Natur als Vorbild

Hergestellt wird die Faser namens Biosteel von der Martinsrieder Firma AMSilk. Natürliches Vorbild für die Biopolymerfaser ist der Faden der Gartenkreuzspinne. In langjähriger Forschung wurden Wege gesucht, den Faden künstlich herzustellen. Für die Biosteel-Faser wird ein von Bakterienkulturen hergestelltes Spinnenseideprotein verwendet. Die Biosteel-Faser ist nicht nur leicht und fest, sie ist zudem ressourcenschonend herzustellen und vollständig biologisch abbaubar.

Marktreife

Im November 2016 wurde der Prototyp des „Futurecraft Biofabric Schuh“ in New York vorgestellt. Noch ist die Serienproduktion nicht gestartet.

Ideal properties

As synthetic materials are much easier to care for than leather and also resistant to moisture, they are increasingly being used as uppers for running shoes. adidas uses a very special material in its new "Futurecraft Biofabric Shoe". The upper of the shoe is made entirely of artificial spider silk. Spider silk is extremely robust. The threads are thinner than a hair, yet more tear-resistant than steel, more elastic than rubber and also ultra-light.

Nature as a model

The fibre Biosteel is manufactured by the Martinsried-based company AMSilk. The natural model for the biopolymer fibre is the thread of the European garden spider. Over many years of research, ways have been sought to produce the thread artificially. A spider silk protein produced by bacterial cultures is used for the Biosteel fibre. The Biosteel fibre is not only light and strong, it can also be produced in a resource-saving way and is completely biodegradable.

Ready for the market

In November 2016, the prototype of the "Futurecraft Biofabric Shoe" was presented in New York. Series production has not yet started.

Maisschädlinge sind weltweit die größten Feinde der Landwirte. Sie sind für verheerende Ernteausfälle verantwortlich und lassen sich kaum bekämpfen. Zu den hartnäckigsten Fraßfeinden zählt der Westliche Maiswurzelbohrer Diabrotica virgifera virgifera, der die Pflanze, wie der Name schon andeutet, an der Wurzel attackiert. Der ursprünglich aus Mittelamerika stammende Schädling setzt Europas Maisbauern seit Jahren heftig zu. Sämtliche Versuche, ihm mit biologischen Waffen den Garaus zu machen, waren wenig erfolgreich. Weder insektenpathogene Fadenwürmer, sogenannte Nematoden, noch neu gezüchtete Maissorten mit mehr Abwehrstoffen, konnten den Westlichen Maiswurzelbohrer abschrecken.

Maisschädling nutzt Waffen vom Mais zum eigenen Schutz

Forscher vom Max-Planck-Institut für chemische Ökologie in Jena und der Universität Bern haben nun herausgefunden, warum bisherige Maßnahmen scheiterten. Wie das Team im Fachjournal „eLife" berichtet, können die Larven des Käfers Abwehrstoffe, welche die Maispflanzen über ihre Wurzeln abgeben, in ungiftiger Form speichern und diese Gifte bei Bedarf aktivieren und zu ihrer eigenen Verteidigung einsetzen. „Unsere Arbeit veranschaulicht, wie ein spezialisierter Schädling, der verheerenden Schaden im Maisanbau anrichtet, die Fähigkeit entwickelt hat, die Hauptabwehrstoffe seiner Wirtspflanze zu missbrauchen, um sich selbst vor seinen natürlichen Feinden im Boden zu schützen", sagt die Leiterin der Studie, Christelle Robert.

Zuckermolekül macht giftigen Abwehrstoff harmlos

Hinter der Unantastbarkeit des Schädlings verbirgt sich also eine ausgeklügelte Verteidigungsstrategie, die das Forscherteam um Roberts entschlüsselte. „Wir konnten zeigen, dass der Maiswurzelbohrer durch das Hinzufügen eines Zuckermoleküls an ein Benzoxazinoid-Abbauprodukt verhindert, dass Giftstoffe gebildet werden. Larven des Maiswurzelbohrers geben diese neue Verbindung direkt ab, um Nematoden, die als natürliche Antagonisten gegen die Schädlinge eingesetzt werden, abzuwehren“, so Roberts weiter. Der Studie zufolge können die Käferlarven außerdem die ungiftige Form eines weiteren Benzoxazinoids speichern und in eine giftige Substanz umwandeln, um sich vor angreifenden Nematoden zu schützen. „Dank der neuen Studie können wir genau diagnostizieren, warum die Bekämpfung mit Nützlingen nicht funktioniert. Der Schädling ist mit den Abwehrstoffen der Pflanze einfach zu gut geschützt“, sagt Roberts.

Neuzüchtungen förderten Schädlingsbefall

Auch konnten die Forscher klären, warum die Züchtung von Maissorten, die mehr Benzoxazinoide für ihre Verteidigung produzieren, den Maisschädling ebenfalls nicht schaden konnten. „Da der Maiswurzelbohrer unempfindlich gegen die Abwehrstoffe ist und sie sogar nutzt, um resistent gegen die Nematoden zu werden, würden solche Maispflanzen das Problem noch verschlimmern“, fasst Jonathan Gershenzon vom Max-Planck-Institut für chemische Ökologie zusammen.

Genetische Ursachen der Verteidigungstaktik im Blick

Die Misserfolge bei der Bekämpfung des Maisschädlings zeigen, wie schwer dieser zu bekämpfen ist. Mit der Studie liefern die Forscher jedoch die Grundlage, um der Schädlingsplage zukünftig besser Herr zu werden. Als nächstes wollen die Wissenschaftler untersuchen, welche Gene oder Enzyme den Westlichen Maiswurzelbohrer dazu befähigen, die Verteidigung von Maispflanzen auszutricksen, um das eigene Überleben zu sichern.

The western corn rootworm (Diabrotica virgifera virgifera) is a devastating pest of maize plants, which has spread throughout Europe. This year’s pest monitoring in Germany revealed that the number of beetles caught in traps has again multiplied in comparison to the previous year. Several attempts to target this crop pest biologically by applying entomopathogenic nematodes have failed. The resistance of the rootworm can now be explained by his defense strategy: Researchers from the University of Bern, Switzerland, and the Max Planck Institute for Chemical Ecology in Jena found out that the rootworm larvae are able to sequester plant defense compounds from maize roots in a non-toxic form and can activate the toxins whenever they need them to protect themselves against their own enemies. Their findings are published in the journal “eLife”.

Rootworm stores poison and uses it against nematodes

The corn rootworm originates from Central America, from where it spread invasively throughout North America since the 1950s. Agricultural authorities in the US estimate that the western corn rootworm causes damage worth billions of dollars each year.
Maize plants store defense compounds known as benzoxazinoids in their roots in a non-toxic form. If herbivores attack the plants, these molecules rapidly break down into compounds that are toxic for most insects. “We were able to show that the western corn rootworm stabilizes a toxic benzoxazinoid by adding a sugar molecule. This modified molecule is used directly to keep nematodes, used as a biological control, away”, explains first and lead author Christelle Robert. In addition the researchers were able to show that rootworms can stabilize a second plant-derived benzoxazinoid, sequester its non-toxic form in their bodies, and activate only when necessary – for instance upon nematode attack. Hence, the rootworm uses a double strategy to utilize plant defenses for its own protection.

Nematodes cannot stop the rootworms

Biological control with nematodes once seemed a promising alternative to the use of chemical pesticides. Previous studies found that maize roots emit (E)-beta-caryophyllene to attract beneficial nematodes. “Unfortunately, the nematodes often did not reduce Diabrotica populations very much, but it was not clear why this was the case. The rootworm is just too well protected with the plant’s own defenses”, says Jonathan Gershenzon from the Max Planck Institute for Chemical Ecology.
The scientists are now planning to identify the genes or enzymes, which enable the rootworms to outsmart maize defenses in order to ensure their own survival. If these genes can be silenced, it is possible that the rootworms will become susceptible to nematode infection.

jmr

Zulassungserfolg für das rheinland-pfälzische Biotechnologieunternehmen Jennewein Biotechnologie GmbH: Der biotechnologisch erzeugte Milchzucker 2‘-Fucosyllactose hat gemäß der „Novel-Food-Verordnung“ eine Zulassung als funktioneller Lebensmittelzusatz erhalten.

"Meilenstein in der Biotechnologie-Geschichte"

„Diese Novel-Food-Zulassung ist nicht nur ein Meilenstein in der Geschichte der Biotechnologie sondern auch ein großer Durchbruch für die künftige Entwicklung der Säuglingsnahrung“, sagt Stefan Jennewein, der Geschäftsführer und Gründer der Jennewein Biotechnologie GmbH, die in Rheinbreitbach südlich von Bonn ihren Sitz hat. Am 20. November bekamen die Biotechnologen das ersehnte Antwortschreiben von der EU-Lebensmittelaufsicht EFSA. Darin wird die Entscheidung mitgeteilt, dass „ 2‘-Fucosyllactose in Puderform und als flüssiges Konzentrat auf dem europäischen Markt als Novel-Food-Produkt zugelassen ist“.
Schon im September 2016 war der für Novel-Food-Produkte zuständige EFSA-Ausschuss zu dem Schluss gekommen, dass der von Jennewein auf Basis eines umfassenden Dossiers gestellte Zulassungsantrag für 2‘-Fucosyllactose, gelte und das Produkt einen hohen Reinheitsgrad aufweise. Die mittels eines Fermentationsprozesses hergestellte 2‘-Fucosyllactose ist nun das erste humane Milch-Oligosaccharid, das eine Novel-Food-Zulassung unter geltendem europäischen Recht und für den europäischen Markt erhalten hat.

Humane Milchzucker schützen Säuglinge vor Infektionen

Die Jennewein Biotechnologie GmbH hat sich auf die Herstellung funktioneller Inhaltsstoffe für Lebensmittel, Pharma und Kosmetik spezialisiert, insbesondere für Babynahrung. Muttermilch gilt als ideale Nahrung für Säuglinge – sie enthält neben Nährstoffen auch einen reichhaltigen Mix an natürlichen Gesundmachern. Dazu zählen insbesondere humane Milchzucker (humane Oligosaccharide – HMO). Sie fördern die Entwicklung einer Darmflora und schützen die Neugeborenen vor Infektionen mit Krankheitserregern. Mediziner vermuten, dass die Zuckermoleküle Viren oder Bakterien „abfangen“, die in den Magendarmtrakt gelangt sind, bevor sie Körperzellen der Säuglinge attackieren können.

Mikroorganismen als Zellfabriken

Damit auch nicht gestillte Kinder gesund ernährt werden können, sind Hersteller von Babynahrung schon lange an solchen funktionellen Zusätzen für ihre Produkte interessiert. Die Bioingenieure der Jennewein Biotechnologie GmbH haben ein biotechnologisches Verfahren entwickelt, mit dem sich diese Zuckermoleküle in sehr großen Mengen herstellen lassen. Zu Zellfabriken umgewandelte Mikroorganismen produzieren zum Beispiel das Zuckermolekül 2‘-Fucosyllactose – es ist das häufigste Oligosaccharid in der Muttermilch. Mittlerweile stellt das Unternehmen das Molekül im industriellen Maßstab her. Ende 2015 hatte bereits die US-Lebensmittelaufsicht FDA dem Produkt den Status als „Generally Recognized as Safe“ (GRAS) für den unbedenklichen Einsatz in Lebensmitteln bescheinigt – das war der Startschuss für die Vermarktung.

Produktionskapazitäten ausgebaut

Viele namhafte Hersteller von Babynahrung gehören mittlerweile zu den Kunden von Jennewein. Die Produktionskapazitäten werden derzeit weiter ausgebaut. Das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) hat das Unternehmen bereits mehrfach in seinen Forschungs-und Entwicklungs-Aktivitäten unterstützt, zum Beispiel im Rahmen der Fördermaßnahme KMU-innovativ. Dadurch konnten die Biotechnologen ihr Zuckermolekül-Portfolio inzwischen deutlich erweitern.

Der Klimawandel hat nicht nur steigende Meeresspiegel zur Folge, sondern auch eine Übersäuerung der Ozeane. Meeresbewohner mit Kalkschalen werden besonders dadurch beeinträchtig, wie Forscher der Christian-Albrechts-Universität zu Kiel (CAU) und vom GEOMAR Helmholtz-Zentrum für Ozeanforschung Kiel jetzt im Fachmagazin „Nature Communications“ berichten. Insbesondere junge Miesmuscheln, bei denen sich die Kalkschale noch in der Entwicklung befindet, reagieren sehr empfindlich auf die Versauerung des Meerwassers.

Junge Muscheln müssen schnell ihre Schalen bilden

Höhere Kohlendioxidwerte in der Luft bedeuten auch steigende Kohlendioxidwerte in Gewässern. Im Meerwasser wird das Treibhausgas gelöst und trägt zur Versauerung der Ozeane bei. Eine Senkung des pH-Wertes ist für Miesmuscheln vor allem während ihrer frühen Lebensstadien sehr gefährlich. Denn im Larvenstadium durchlaufen sie enorme Kalzifizierungsraten: Zwischen dem ersten und zweiten Lebenstag bilden sie Kalkschalen, die dem Gewicht des restlichen Körpers entsprechen. „Für unsere Untersuchungen haben wir erstmalig zwei Methoden benutzt, um die Kalzifizierung von ein bis zwei Tage alten Muschellarven zu verstehen und deren Sensitivität gegenüber dem Klimawandel abzuschätzen“, sagt Kirti Ramesh, die Erstautorin der Studie.

Muscheln modulieren pH-Wert unter der Schale

Dafür haben die Forscher zunächst mithilfe von Fluoreszenzfarbstoffen und einer speziellen Mikroskopiermethode die Ablagerung von Calciumcarbonat an lebenden Larven beobachtet. Ihr erstaunliches Ergebnis: Calciumcarbonat wird nicht, wie bisher vermutet, intrazellulär gebildet. „Wahrscheinlicher ist, dass Calcium direkt aus dem Meerwasser aufgenommen und über spezielle Proteine zur Schale transportiert wird. In direkter Umgebung zur Schale findet dann die Bildung von Carbonat statt“, so Ramesh. Anschließend studierte das Team die abiotischen Bedingungen direkt unter der Muschelschale. Dabei fanden die Kieler Forscher heraus, dass die Muschellarven in der Lage sind, den pH-Wert und die Carbonatkonzentration unter der Schale selbst zu modulieren und zu erhöhen, was schließlich zu höheren Kalzifizierungsraten führt. „Bei zunehmender Versauerung sinken aber auch die pH-Werte unter der Schale ab, was zu reduzierten Kalzifizierungsraten und, bei sehr hohen CO₂-Konzentrationen, zu Schalenanlösung und erhöhter Mortalität führt“, erklärt Frank Melzner, Leiter der Arbeitsgruppe Ökophysiologie am GEOMAR.

Kalzifizierungsrate und Säuregrad des Wassers hängen zusammen

Somit gelang es den Forschern erstmals, eine direkte Beziehung zwischen Kalzifizierungsrate der Muscheln und der Carbonatchemie des Meerwassers herzustellen. Frühere Studien konnten zudem zeigen, dass manche Miesmuschelpopulationen, insbesondere aus der Ostsee, toleranter gegenüber Ozeanversauerung sind. „Wir vermuten, dass der Schlüssel zu erhöhter Säurebeständigkeit von Muschelschalen in der Variation der organischen Schalenbestandteile liegt“, erläutert Markus Bleich, Leiter des Physiologischen Institutes an der Universität Kiel. Solche widerstandsfähigeren Populationen könnten auf lange Sicht dann die Gewinner des Klimawandels sein.

jmr

Climate change and global warming causes more than rising sea levels. It also causes an increasing acidification of the oceans. This, however, affects especially those sea creatures with a calcareous shell – including mussels, which live in tidal regions of the coastal zones. Researchers at the Kiel University and GEOMAR Helmholtz Centre for Ocean Research Kiel now report in the journal “Nature Communications” that especially young mussel larvae react sensitively to ocean acidification, which leads to reduced calcification rates and shell dissolution.

Mussel larvae particularly sensitive to acidification

More carbon dioxide in the air also equals more carbon dioxide in the ocean, where it is dissolved in the seawater and results in increasing acidification. This endangers mussels and many other creatures in the oceans, which protect themselves with a calcareous shell from predators. Mussels are especially sensitive to a decline in pH in early life stages. One important reason for this is the enormous calcification rate in the larval stage: between the first and second day of life they form a calcified shell, which corresponds to the weight of the rest of their body. “For the first time, we used two different methods to understand the calcification of one to two-day-old shelled larvae to estimate their sensitivity to climate change”, says Kirti Ramesh, first author of the study.

Mussels can modulate pH levels directly underneath shell

“With the help of fluorescent dyes and specialized microscopy techniques, we were able to track the deposition of calcium carbonate in living larvae and show that calcium carbonate is not formed intracellularly, as previously thought. It is more likely that calcium is acquired directly from the seawater and transported to the shell via specific transport proteins. Then, very close to the shell, the formation of calcium carbonate takes place”, explains Kirti Ramesh. Subsequently, the team studied the abiotic conditions directly under the shell. “For the first time, we have been able to show that the mussel larvae are able to increase the pH and the carbonate concentration below the shell, which then leads to higher rates of calcification ", explains Frank Melzner, Head of the Ecophysiology Working Group at GEOMAR. “However, with increasing acidification, the pH values below the shell also decrease, which leads to reduced calcification rates and, at very high CO₂concentrations, shell dissolution and increased mortality occurs”, "Melzner continues.

Calcification rate connected to chemistry of seawater

"With these results, we can establish a direct relationship between the calcification rate of mussels and the carbonate chemistry of seawater," explains Markus Bleich, Head of the Physiological Institute at Kiel University. Previous findings had shown that some mussel populations, especially from the Baltic Sea, are more tolerant to ocean acidification. “We think that the key to increased resistance of mussel shells to dissolution lies in the variation of organic shell constituents”, says Melzner. In the end, these populations that are more resistant could be the winners of climate change.

jmr

Dabei wurde auch auf die jeweiligen Schlussfolgerungen eingegangen und es wurden die Lücken in der bestehenden Forschung identifiziert. Die Studie richtet sich nicht nur an die diversen Industriebereiche und Märkte, sondern deckt auch weitere relevante Themen ab, wie beispielsweise Auswirkungen biobasierter Industrien auf den Klimawandel, sozioökonomische und ökologische Aspekte, regionales Potenzial, EU, nationale und regionale Politiken und Vorschriften, Forschung und Technologien.

Die Pilotstudie soll auch als Basis für die Durchführung zukünftiger Business Intelligence-Aktivitäten in enger Zusammenarbeit mit der Europäischen Kommission und dem Bio-based Industries Consortium (BIC) dienen.

Durchschnittlich 6000 Windeln pro Kind

Obwohl jede volle Windel wertvolle Nährstoffe enthält, werden sie derzeit mit dem Hausmüll verbrannt, und das in riesigen Mengen. Etwa 6000 Windeln verbraucht jedes Kind bis es mit etwa zweieinhalb Jahren sauber ist. Die wichtigsten Elemente einer herkömmlichen Windel bestehen aus erdölbasierten Materialien. Die Außenhülle der Windel ebenso wie der Superabsorber (SAP), der die abgegebene Flüssigkeit aufsaugt und speichert.

Nachwachsende und kompostierbare Materialien

Das kleine brandenburgische Unternehmen Fairwindel hat eine nachhaltige und ökologische Einwegwindel entwickelt, die fast völlig kompostierbar ist. Die Windel enthält kein SAP, der Saugkern besteht aus einem Gemisch aus Cellulose und einem stärkebasierten Sauggel aus nachwachsenden Rohstoffen. Auch der sogenannte Auslaufschutz wird aus einer Biofolie gefertigt. Lediglich die Gummibänder und die Klettverschlüsse konnten noch nicht ersetzt werden. Das bedeutet, dass die Windel momentan zu 80% kompostierbar ist, an den fehlenden 20% wird gearbeitet.

Marktreife

Die ersten Testwindeln wurden Anfang des Jahres 2016 an 250 Familien verteilt. Noch im gleichen Jahr kamen die Windeln in den Verkauf.

An average of 6000 diapers per child

Although every full diaper contains valuable nutrients, they are currently incinerated with household waste in huge quantities. Each child goes through about 6000 diapers before it is completely toilet trained at the age of about two and a half years. The most important elements of a conventional diaper are made of petroleum-based materials. These are outer shell of the diaper as well as the superabsorber (SAP), which absorbs and stores the liquid released.

Renewable and compostable materials

The small Brandenburg company Fairwindel has developed a sustainable and ecological disposable diaper that is almost completely compostable. The diaper does not contain SAP, the absorbent core consists of a mixture of cellulose and a starch-based absorbent gel made from renewable raw materials. The so-called spill protection is also made of a bio foil. Only the rubber bands and the Velcro fasteners have not yet been replaced. This means that the diaper is currently 80% compostable, with the missing 20% being worked on.

Ready for the market

The first test diapers were distributed to 250 families at the beginning of 2016. In the same year the diapers came onto the market.

Ob Mitfahrzentralen, Autovermietungen, Wohnungstausch-Portale oder Second-Hand-Läden: Produkte und Güter zu teilen, statt selbst zu besitzen, erfreut sich immer größerer Beliebtheit. Internet und soziale Medien haben der sogenannten Share Economy in den vergangenen Jahren Aufwind gegeben. Vor allem das sogenannte Peer-to-Peer Sharing, das Verkaufen, Teilen und Tauschen von Privat zu Privat über Online-Portale, hat von dieser Entwicklung profitiert, wie eine bundesweite Studie des Instituts für ökologische Wirtschaftsforschung (IÖW) zeigt. Danach könnte sich fast jeder Dritte vorstellen, Dinge übers Internet mit anderen zu teilen.

Die Umfrage fand im Rahmen des Projektes „PeerSharing“ statt, das in den vergangenen drei Jahren untersuchte, wie ökologisch sinnvoll Peer-to-Peer Sharing ist, und was Verbraucher motiviert mitzumachen. An dem vom Bundesforschungsministerium (BMBF) geförderten Vorhaben waren neben dem IÖW, das Institut für Energie- und Umweltforschung Heidelberg (ifeu), das Institut für Zukunftsstudien und Technologiebewertung (IZT) sowie Vertreter der Vermietungsplattform Wimdu, die Secondhand-Plattform Kleiderkreisel, die Autovermieter drivy und das Mitfahrnetzwerk flinc beteiligt.

Sharing-Angebote vorwiegend kommerziell ausgerichtet

Die Ergebnisse des Projektes wurden Ende November in Berlin präsentiert und mit Vertretern aus Forschung, Wirtschaft und Politik diskutiert. Demnach gibt es in Deutschland derzeit 110 Online-Portale, die sich auf das Geschäft mit dem Teilen, Verkaufen und Vermieten spezialisiert haben. Etwa 80% davon sind kommerziell ausgerichtet. Noch sind es zu wenige Anbieter, um von einem grundlegenden Wandel zu sprechen. Doch die Zahl zeigt, wie groß das Potenzial der Sharing-Kultur für die Wirtschaft sein kann. „Viele sehen die digitale Kultur des Teilens als große Chance für eine sozial-ökologische Entwicklung“, sagte Thomas Korbun vom IÖW in seinem Grußwort.

Weltweite Marktdynamik belegt Wachstumsphase

Die weltweite Entwicklung der Share Economy in den vergangenen acht Jahren zeigt Experten zufolge eine hohe Marktdynamik. Waren 2010 noch 0,3% der Start-ups im Sharing-Bereich tätig, lag ihr Anteil 2014 bereits bei 6%, wie Siegfried Behrends vom IZT berichtete. „Sharing ist ein starkes Geschäftsmodell. Hier sind wir nicht mehr in der Gründungswelle, sondern in einer Wachstumsphase.“ Experten prognostizieren der Share Economy im Jahr 2025 Umsätze in Höhe von 335 Mrd. US-Dollar.

Ökonomische Gründe bestimmen digitales Teilen

Die Ergebnisse der im Rahmen der Studie durchgeführten Umfrage machen deutlich, dass bislang ökonomische Motive, also Geld verdienen und sparen, bei den Motiven der Nutzer von P2P Sharing-Diensten dominieren. Erst an zweiter Stelle stehen ökologische Motive wie Umwelt- und Klimaschutz. Soziale Beweggründe, wie etwa neue Kontakte knüpfen, spielen nur eine untergeordnete Rolle. „Das mobile P2P-Sharing boomt. Auch das geteilte Übernachten dürfte zulegen. Bei Kleidung allerdings zeichnet sich eine Sättigung ab, während bei Elektronikprodukten ein Wachstum erkennbar ist“, fasst Behrends zusammen.

Katalysator für nachhaltiges Leben

Im Projekt ging es nicht nur um die Motive der Nutzer, sondern auch um nachhaltige Entwicklungsperspektiven für das Peer-to-Peer Sharing. Dafür wurde untersucht, wie ökologisch sinnvoll das digitale Teilen ist. „Peer-to-Peer-Angebote können ein Katalysator sein, nachhaltiger zu leben“, resümiert Sabrina Ludmann vom Institut für Energie- und Umweltforschung Heidelberg. Ludmann zufolge können Second-Hand-Angebote Neukäufe und Konsum insgesamt reduzieren sowie Carsharing oder Ridesharing-Angebote den Schritt zur Abschaffung eines Autos erleichtern. Das Mieten von Unterkünften über Plattformen wie WIMDU ergab hingeben, dass damit ein Drittel mehr Flugreisen anfallen. „Durch Verkauf und Teilen kann man durchaus CO₂ sparen. Aber Sharing ist nicht automatisch ökologisch sinnvoll. Das hängt stark von dem Nutzer ab“, sagt die Forscherin.

Mit dem digitalen Teilen ergeben sich demnach neue Möglichkeiten für einen nachhaltigen Konsum. Die Plattformen ermöglichen eine intensivere Nutzung vorhandener Produkte und Güter, sorgen damit für eine Langlebigkeit und somit Steigerung der Ressourceneffizienz. In Bereichen, in denen viele ungenutzte oder unausgelastete Kapazitäten vorhanden sind, wie etwa bei der Mobilität, ist das P2P-Sharing besonders sinnvoll.

Chance für neue Arbeitsmodelle

„Peer-to-Peer-Sharing ist der Vorbote einer neuen Wirtschaftsform und die Chance für neue Arbeitsmodelle“, sagte Ralph Wilhelm vom Projektträger am Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR). Das dreijährige Projekt PeerSharing wurde über das DLR vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) im Rahmen des Förderschwerpunkt Sozial-ökologische Forschung in der Fördermaßnahme Nachhaltiges Wirtschaften (FONA) unterstützt. 13 Projekte mit einem Fördervolumen von 13,5 Mio. Euro werden über das Vorhaben derzeit gefördert.

Bioraffinerien sind die großen Produktionsstätten der Bioökonomie. Denn hier werden nachwachsende Rohstoffe in verschiedenste Zwischen- und Endprodukte umgewandelt. Wo stehen Bioraffinerien, und welche Biomasse wird genutzt? Diese Fragen hat das nova-Institut in Hürth im Auftrag des Bio-based Industries Consortium (BIC) untersucht und 224 Bioraffinerien in ganz Europa eingeordnet. Basierend auf diesen Daten wurde nun eine Karte erstellt. Sie verdeutlicht: die Bioraffinerie-Plattform und die Art der verwendeten Biomasse hängt stark vom Standort ab.

224 Bioraffinerien in sechs Kategorien

Um die notwendigen Daten zu erhalten, hat das nova-Institut, ein privates Forschungs- und Beratungsunternehmen, im Sommer 2017 relevante Quellen analysiert und zugleich eine Online-Umfrage durchgeführt, an der auch Bioraffinerie-Betreiber teilnahmen. Im Ergebnis entstand eine Karte, die europaweit Bioraffinerien je nach verwendeter Biomasse und Endprodukt in die folgenden Kategorien einteilt:

63 zucker- und stärkebasierte Bioraffinerien, die Bioethanol und andere Chemikalien produzieren
64 Öl- und fettbasierte Bioraffinerien, die Biodiesel produzieren
54 Öl- und fettbasierte Bioraffinerien, die oleochemische Produkte herstellen
25 holzbasierte Bioraffinerien – ausgenommen reine Papierzellstoffwerke
13 Bioraffinerien, die biobasierte Abfallprodukte verarbeiten
5 Bioraffinerien, die Lignocellulose aus anderen Quellen als Holz verarbeiten

Jährliches Update der Karte

Die Karte zeigt: Die Plattform der verschiedenen Bioraffinerien variiert stark zwischen den einzelnen Ländern und hängt von den regional verfügbaren Rohstoffen ab. Beispielsweise sind holzbasierte Bioraffinerien wesentlich häufiger im Norden Europas zufinden, während Zucker- und stärkebasierte Bioraffinerien vor allem in Frankreich, Belgien, Deutschland und Ungarn angesiedelt sind, da hier mehr Zuckerrüben angebaut werden. Da in Europa zur Zeit viele neue Bioraffinerien entstehen, soll die Karte jährlich aktualisiert werden. Die aktuelle Übersicht kann kostenlos auf der Webseite des BIC-Konsortiums heruntergeladen werden.

jmr/pg

Biorefineries turn biomass into useful chemicals or raw material that can be processed into bio-based products. But where are they located? And what type of biomass are they using? To answer these questions the Cologne-based nova-Institute conducted a comprehensive survey of all European biorefineries over the summer of 2017. The project was done on behalf of the Bio-based Industries Consortium (BIC), a non-profit organisation set up in Brussels in 2012. The results, a complete map of all biorefineries across Europe, show that the type of biorefinery is very much dependent on the locally available biomass.

224 biorefineries across six categories

In order to gather the necessary data, the private research and consultancy nova-Institute evaluated a large number of sources and carried out an online survey, during which biorefineries could register themselves. Depending on the biomass used and the final product, the map distinguishes between different biorefinery categories

A total of 224 biorefineries were identified and mapped across Europe: 63 sugar-/starch based biorefineries that produce bioethanol and other chemicals, 64 oil-/fat-based biorefineries producing biodiesel, 54 oil-/fat-based biorefineries resulting in oleochemistry, 25 wood-based biorefineries – excluding those that produce pulp for paper only – and five biorefineries using lignocellulose other than wood, as well as 13 biowaste-based biorefineries.

Local prevalence depending on available biomass

The prevalence of the different types biorefineries differs considerably between countries. While wood-based biorefineries can be found mainly in Northern Europe, sugar-/starch based biorefineries are mainly located in France, Belgium, Germany and Hungary, since there are high yields in sugar and starch. Several dozens more biorefineries are currently under construction. The map will be updated annually and can be downloaded at www.bio-based.eu/graphics or http://bioconsortium.eu.

jmr

Bodenbelege oder Schaumstoffe bestehen in der Regel aus erdölbasierten Stoffen. Diese endliche Ressource durch nachwachsende Rohstoffe oder Reststoffe zu ersetzen, war Ziel des soeben beendeten Forschungsvorhaben „EffiMat“. Darin hat ein Konsortium aus sechs Partnern nach neuen Wegen gesucht, Biopolymere für Bodenbeläge und Schaumstoffe herzustellen sowie entsprechende Verarbeitungstechnologien zu entwickeln. Beteiligt waren das Fraunhofer IMWS, das Fraunhofer-Zentrum für Chemisch-Biotechnologische Prozesse CBP sowie die Unternehmen Miltitz Aromatics, Hennecke Polyurethane Technology, ö_Konzept und BARiT Kunstharz und Belagstechnik. Das Projekt wurde von April 2015 bis September 2017 vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) mit knapp 1 Mio. Euro gefördert.

Tallöl als Ausgangsstoff für neue Biopolymere

Bei ihrer Suche nach geeigneten Biopolymeren konzentrierten sich die EffiMat-Forscher auf den Rohstoff Holz. Aus einem Nebenprodukt, das bei der Herstellung von Zellstoff aus Holz anfällt, konnte das Team Tallöl gewinnen. Auf Basis dieses pflanzenbasierten Öls und in Kombination mit verschiedenen synthetischen Aufbereitungsstufen ließen sich hochwertige Reaktivharzsysteme mit neuen Eigenschaften herstellen. So gelang es in Verbindung mit einer Vernetzerkomponente, die Biopolymere zu äußerst festen Kunststoffmaterialien auszuhärten, die sich beispielsweise für den Einsatz im Bauwesen eignen.

Strukturschaumstoffe bei niedriger Temperatur aushärten

Völlig neu bei der Herstellung biobasierter Kunststoffe war die Kombination von Tallöl mit einem sogenannten kalthärtenden Vernetzer. „Die Vorteile der neuartigen Kunstharzsysteme liegen nicht nur im biogenen Ursprung der verwendeten Ausgangsstoffe, sondern auch in einem insgesamt energieeffizienteren Herstellungsverfahren, da in der Verarbeitung pflanzenölbasierte Strukturschaumstoffe bei niedrigeren Temperaturen schneller aushärten“, erläutert Nicole Eversmann, Projektleiterin am Fraunhofer IMWS.

Das besondere: Mit der Rückführung des Nebenprodukts Tallöl in den Produktionskreislauf wurde eine weitere Option zur stofflichen Nutzung von Holz etabliert und damit das Wertschöpfungspotenzial des Rohstoffs erhöht. Auch wurde ein besonderes Hochdruckverschäumungsverfahren erprobt, das die Herstellung tallölbasierter Schaumstoffhalbzeuge im Industriemaßstab möglich macht.

Anpassungsfähige Kunstharzsysteme

Bei diesem Verfahren wurde das Harzgemisch mit einem speziellen Mischkopf in eine entsprechende Werkzeugform gefüllt und unter Expansion eines Treibgases aufgeschäumt. Eigens dafür hatte das EffiMat-Team zuvor entsprechende hochwertige Harzgemische und einen geeigneter Anhydrid-Härter entwickelt, Stoff- und Härterkombinationen auf ihre Eigenschaften getestet und unterschiedliche Formmassen und Strukturschäume im Labormaßstab gefertigt. Im Ergebnis konnte nicht nur das Aufschäumen der Harzgemische im industriellen Maßstab und deren Einsatz in Form von bioharzgebundenen Bodenbelägen parallel erprobt werden. Auch wurden Kunstharzsysteme entwickelt, die vielseitig anwendbar sind und je nach Anforderung und Verarbeitung modifiziert werden können.