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Vom Sitzpolster im Auto bis zum Kinderschuh: Leder ist ein vielseitig genutztes und zugleich recht umweltfreundliches Material, da es ein nachwachsender und weitgehend klimaneutraler Rohstoff ist. Beeinträchtigt wurde diese Bilanz bislang durch Chemikalien, die als sogenannte Nachgerbstoffe eingesetzt werden. Der Chemiekonzern Lanxess hat nun ein biotechnologisches Verfahren in Serie gebracht, bei dem Falzspäne aus der Lederherstellung direkt weiterverarbeitet werden zu biologisch abbaubaren und dennoch hoch funktionalen Nachgerbstoffen.

Vollautomatischer Prozess in modularen Anlagen

Die als X-Biomer bezeichnete Serie von Nachgerbstoffen entsteht, indem die Biopolymere der Falzspäne zunächst zerkleinert und dann je nach Verwendung zu Polymeren mit speziellen Eigenschaften modifiziert werden. Der vollautomatische Prozess kann dank modularer Anlagen direkt in der Gerberei erfolgen.

Ökologisch ist der Gewinn ein mehrfacher: Die Nachgerbstoffe bestehen aus biologisch abbaubaren Rohstoffen und können in der Abwasserbehandlung leicht durch Mikroorganismen zersetzt werden. Zwei der drei X-Biomer-Produkte erhielten sogar das Zertifikat „leicht abbaubar“ gemäß OECD-Richtlinie 301F, ein drittes war nach vier Wochen zu mehr als der Hälfte abgebaut. Generell führen die chemischen Eigenschaften dieser Nachgerbstoffe zu einer verringerten Abwasserbelastung, und auch die sogenannte Salzfracht liegt weit unter einem Prozent. Konventionelle Nachgerbverfahren erhöhen die Salzkonzentration normalerweise deutlich, was Prozess- und Abwasser belastet. Nicht zuletzt fallen die Falzspäne nicht mehr als Abfallstoffe an und müssen weder transportiert noch entsorgt werden. Das ist zugleich eine Kostenersparnis.

Nachhaltig, günstig und leistungsstark

Qualitativ müssen sich die biotechnologischen Nachgerbstoffe auch nicht verstecken. Selbst chromgegerbte Leder mit hohen technischen Anforderungen lassen sich damit erzeugen. Die individuelle Anpassung der Polymere ermöglicht zudem, die Produkteigenschaften hinsichtlich Färbbarkeit, Fülle, Dichte, selektiver Füllung, Hitzebeständigkeit und Lichtechtheit exakt auf die Anforderungen im Nachgerbverfahren zuzuschneiden. Die reduzierte Salzfracht bietet Vorteile hinsichtlich Fettung und Färben.

Gemeinsam mit dem Schweizer Anlagenbauer Hüni hat Lanxess nun das Verfahren erstmals kommerziell angeboten. Der Schritt stellt die nächste Phase des Anlagenkonzepts ReeL (Ressourceneffiziente Herstellung von Lederchemikalien) dar, an dessen Entwicklung auch die Kooperationspartner Invite und Heller-Leder beteiligt sind. Heller-Leder betreibt seit 2017 die Pilotanlage in Hehlen, in der das vom Bundesministerium für Bildung und Forschung geförderte Verfahren unter realen Produktionsbedingungen entwickelt und getestet wurde.

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Ob Weizen oder Mais: Nach zwei Hitzesommern in Folge drohen Landwirten auf Grund langanhaltender Trockenheit auch in diesem Jahr vielerorts wieder enorme Ernteverluste. Die Pflanzen leiden unter Trockenstress, da die Böden austrocknen und das Wurzelwerk nicht ausreichend mit Wasser und Nährstoffen versorgt wird. Die Herausforderungen des Klimawandels lassen Forscher daher mit Hochdruck nach zukunftsträchtigen Szenarien für den Ackerbau suchen.  

Im Verbundprojekt RhizoTraits konzentrieren sich Wissenschaftler unter Leitung der Universität Bayreuth auf den wurzelnahen Bereich einer Pflanze – die Rhizosphäre. In diesem unmittelbar von der Pflanzenwurzel beeinflussten Raum sehen die Forscher den Schlüssel, um Pflanzen an die künftigen klimatischen Bedingungen anzupassen und widerstandsfähiger zu machen. Das Projekt wird im Rahmen der „Nationalen Forschungsstrategie BioÖkonomie 2030“ über die Fördermaßnahme „Pflanzenwurzeln und Bodenökosysteme - Bedeutung der Rhizosphäre für die Bioökonomie (Rhizo4Bio)“ vom Bundesforschungsministerium über vier Jahre mit rund 2 Mio. Euro gefördert.

Pflanzen widerstandsfähiger machen

Im Fokus des Vorhabens steht die Aufklärung relevanter biologischer, chemischer und physikalischer Prozesse, die in der Rhizosphäre ablaufen. Entscheidend ist hier das Zusammenspiel von Wurzel, Mikroorganismen und Boden, das die Nährstoff- und Wasseraufnahme und damit auch die Trockentoleranz der Pflanzen bestimmt. „In dem Projekt wollen wir schauen, ob es Eigenschaften in der Rhizosphäre gibt, die die Pflanzen widerstandsfähiger für Klimaveränderungen machen“, erklärt Projektkoordinatorin Johanna Pausch von der Universität Bayreuth.

Hotspot für mikrobielle Aktivität und Stoffumsätze

Pflanzen haben durchaus eigene Strategien entwickelt, um Wasser-und Nährstoffquellen zu erschließen und für sich nutzbar zu machen. Mittels langwachsender Wurzeln zapfen sie die Ressourcen im Unterboden an,  bilden verstärkt Wurzelhaare und bauen so den Kontakt zum umliegenden Boden aus. Und sie gehen Symbiosen mit Pilzen und Bakterien ein, von denen sie mit Nährstoffen versorgt werden. „Andererseits geben die Wurzeln auch Kohlenstoffverbindungen in die Rhizosphäre ab. Dadurch wird die Rhizosphäre zum Hotspot für mikrobielle Aktivität und Stoffumsätze“, sagt Pausch. Doch durch die pflanzlichen Aktionen verändert sich auch der wurzelnahe Bereich.

Whether wheat or corn, after two successive hot summers, farmers in many places are threatened with enormous crop failures this year due to persistent drought. Plants suffer from drought stress because the soil dries out and the root system is not supplied with sufficient water and nutrients. The challenges of climate change are therefore causing researchers to work hard to find promising scenarios for agriculture in the future. 

In the joint project RhizoTraits led by the University of Bayreuth, scientists concentrate on the root-near region of a plant - the rhizosphere. In this area, which is directly influenced by the plant root, the researchers see the key to adapting plants to future climatic conditions and making them more resistant. The project is funded by the Federal Ministry of Education and Research (BMBF) over four years with around 2 million euros as part of the "National Research Strategy Bioeconomy 2030" via the funding measure "Plant roots and soil ecosystems - significance of the rhizosphere for the bioeconomy (Rhizo4Bio)".

Making plants more resistant

The focus of the project is the understanding of relevant biological, chemical and physical processes taking place in the rhizosphere. Here, the interaction of root, microorganisms and soil, which determines the nutrient and water uptake and thus the plants' tolerance to drought, is crucial. "In the project, we want to see whether there are properties in the rhizosphere that make the plants more resistant to climate change," explains project coordinator Johanna Pausch from the University of Bayreuth.

Hotspot for microbial activity and metabolic rate

Plants have developed their own strategies to reach water and nutrient sources and make them available for their own use. By means of long-growing roots, they tap the resources in the subsoil, form more root hairs and thus develop contact with the surrounding soil. And they enter into symbioses with fungi and bacteria, from which they are supplied with nutrients. "On the other hand, the roots also release carbon compounds into the rhizosphere. This makes the rhizosphere a hotspot for microbial activity and material turnover," says Pausch. But the plant activity also changes the area near the roots.

Trinkhalme, Plastiktüten, Wattestäbchen und Essgeschirr aus Plastik sollen bald schon aus dem Alltag verschwinden und das europaweit. Im November 2018 hatte bereits das EU-Parlament grünes Licht für ein entsprechendes Einwegplastik-Verbot erteilt, das 2021 in Kraft treten soll. Die Trendwende hin zu weniger Plastik und mehr Recycling hat auch die Bundesregierung eingeleitet.

Verbot gilt auch für biobasierte Einwegprodukte

Mit der Zustimmung des Bundestages hat das Verbot von Einwegplastik nun auch hierzulande eine wichtige Hürde genommen. Ab 3. Juli 2021 sollen Wegwerfartikel aus Kunststoff, für die es bereits nachhaltige Alternativen gibt, vom Markt verschwinden. Von dem Verbot betroffen sind auch Produkte aus biobasierten oder biologisch abbaubaren Kunststoffen.

Nachhaltige Produkte haben Vorrang

Mit dem Gesetz will die Bundesregierung vor allem das Plastikmüllproblem und dessen gravierende Folgen für Umwelt und die Gesundheit der Menschen in den Griff bekommen und der damit verbundenen Ressourcenverschwendung Einhalt gebieten. So sollen Bund, Behörden und Unternehmen gleichermaßen per Gesetz verpflichtet werden, schon bei der Auftragsvergabe umweltfreundliche und ressourcenschonende Produkte zu bevorzugen - ein Ansatz, der den Markt für nachhaltige Produkte beflügeln soll. Alternativen gibt es durchaus. So könnten Trinkhalme aus Kunststoff durch kompostierbare Strohhalme aus Apfelresten oder Essensboxen aus Polystyrol durch Isolierverpackungen aus Stroh ersetzt werden.

Hersteller an Entsorgungskosten beteiligen

Darüber hinaus sollen sich künftig auch Hersteller und Verkäufer von Einwegprodukten aus Kunststoffen an den Kosten für die Entsorgung beteiligt. Damit Ressourcen effizienter genutzt werden, soll außerdem die Vernichtung noch funktionstüchtiger Ware untersagt werden. Auf diese Weise könnten wieder mehr Mehrwegprodukte wie Getränkeflaschen aus Glas in den Handel gelangen. Gerade bei Getränkeverpackungen ist der Mehrweganteil seit Jahren rückläufig.

Als nächstes muss der Bundesrat über den Gesetzentwurf zum Einwegplastik-Verbot abstimmen.

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Drinking straws, plastic bags, cotton swabs and plastic dinnerware are soon to disappear from everyday life, and this throughout Europe. In November 2018, the EU Parliament had already given the green light for a ban on disposable plastics, which is to come into force in 2021. The German government has also initiated a turnaround towards less plastic and more recycling.

Ban also applies to biobased disposable products

With the approval of the German Bundestag, the ban on disposable plastics has now also taken an important hurdle in this country. From July 3, 2021, disposable plastic articles for which sustainable alternatives already exist are to disappear from the market. Products made of bio-based or biodegradable plastics are also affected by the ban.

Sustainable products have priority

With this law, the German government wants to control the problem of plastic waste and its serious consequences for the environment and people's health and stop the associated waste of resources. For example, the federal government, public authorities and companies alike are to be obliged by law to give preference to environmentally friendly and resource-saving products when awarding contracts - an approach that should boost the market for sustainable products. There are certainly alternatives. For example, drinking straws made of plastic could be replaced by compostable straws made of apple waste, or food boxes made of polystyrene by insulating packaging made of straw.

Manufacturers share in disposal costs

In addition, manufacturers and sellers of disposable plastic products are also to contribute to the costs of disposal in future. To ensure that resources are used more efficiently, the destruction of goods that are still in working order is also to be prohibited. In this way, more reusable products such as glass beverage bottles could once again find their way into the market. The proportion of reusable beverage packaging in particular has been declining for years.

The next step is for the Bundesrat to vote on the bill to ban disposable plastics.

Der Klimawandel stellt die Landwirtschaft schon heute vor große Herausforderungen. Extremwetter wie Dürre oder Überschwemmungen setzen die Nutzpflanzen unter Stress, insbesondere Pilzerkrankungen sorgen zum Teil für massive Ernteverluste auf den Äckern. Landwirte sind daher dringend auf neue, widerstandsfähige Sorten angewiesen. Im Projekt PILTON haben sich zahlreiche Pflanzenzüchter zusammengeschlossen, um einen Weizen zu züchten, der gleich gegen mehrere Pilzerreger tolerant ist. Hierbei sollen neue molekulare Züchtungsmethoden wie die Genomschere CRISPR-Cas zum Einsatz kommen, mit deren Hilfe schnell und präzise Erbgutveränderungen vorgenommen werden können.

Fast 60 Unternehmen der Pflanzenzüchtung beteiligt

„Mit dem Projekt wollen wir prüfen, welchen Nutzen neue Züchtungsmethoden für eine ressourcenschonende und produktive Landwirtschaft haben. Konkret geht es darum, das Potenzial zur Einsparung von Pflanzenschutzmitteln zu evaluieren", erklärte die Vorsitzende des Bundesverbandes Deutscher Pflanzenzüchter (BDP), Stephanie Franck, bei der Präsentation des Projektes am 17. September in Berlin. Das Vorhaben wird von der Gemeinschaft zur Förderung von Pflanzeninnovation e. V. getragen. Daran beteiligt sind rund 60 vor allem mittelständische Pflanzenzüchtungsunternehmen wie die Deutsche Saatgutveredelung und KWS Saat, aber auch große Unternehmen wie Bayer Crop Science.

Pflanzenzüchterin Anja Matzk von der KWS Saat stellte klar, dass vor allem der zeitliche Vorteil neuer Züchtungsmethoden um „ein Vielfaches“ größer ist. „In nur drei bis fünf Jahren könnten wir eine Pilztoleranz im Weizen zeigen.“ Mittels herkömmlicher Züchtung kann es hingegen 10 bis 15 Jahre dauern, bis eine neue Sorte auf das Feld kommt.

EuGH-Urteil von 2018 erschwert Züchtung

So vielversprechend die neuen Methoden der Genom-Editierung für die Pflanzenzüchter sind. Derzeit sind die regulatorischen Hürden für den Anbau genom-editierter Nutzpflanzen hierzulande hoch. 2018 hatte der Europäische Gerichtshof (EuGH) entschieden, dass sämtliche durch Mutagenese gewonnene Organismen als gentechnisch veränderte Organismen (GVO) einzustufen sind und damit grundsätzlich unter die strenge Regulierung der europäischen Freisetzungsrichtlinie für gentechnisch veränderte Organismen (GVO-Richtlinie) fallen. Das gilt auch für die gezielte Mutagenese durch Genomscheren wie CRISPR-Cas und Co.

Das Urteil war seinerzeit höchst umstritten und stieß bei Forschern und insbesondere Pflanzenzüchtern auf Unverständnis. „Es gibt keine Rechtfertigung, dass diese Sorten dem gleichen Regulierungsmechanismus unterliegen. Die Gesetzgebung muss entsprechend angepasst werden“, forderte BDP-Vorsitzende Franck und stellte klar: „Es wird nichts in die Pflanze eingebracht, sondern nur ein Gen abgeschaltet.“

Abwehrmechanismus im Weizen stärken

Konkret geht es um ein Gen, das bei dem Pilzbefall im Weizen eine entscheidende Rolle spielt. Dieses Regulatorgen soll mittels Genom-Editierung wieder aktiviert werden und den natürlichen Abwehrmechanismus im Weizen gegen Pilzerreger verlängern. „Wir erwarten, dass dies zu einer breiten und dauerhaften Toleranz gegen Pilzkrankheiten wie Braunrost, Gelbrost, Septoria und Fusarium führt", erklärt Matzk. Erste Ergebnisse zur Pilztoleranz hofft das PILTON-Team bereits im Sommer 2021 präsentieren zu können. Entscheidend ist jedoch, ob sich die neue Sorte auch im Feld bewährt.

„Wir hoffen, dass es bis dahin eine neue Auslegung zum Umgang mit den neuen Züchtungsmethoden gibt", so Klaus Wagner, Präsident vom Thüringer Bauernverband. Er unterstreicht, wie dringend die Landwirtschaft robuste Sorten benötigt, um das Ertragsniveau mit hoher Qualität auch weiter zu halten. „Deshalb brauchen wir neue Methoden aus der Pflanzenzüchtung. Darauf zu verzichten, können wir uns nicht leisten."

Das PILTON-Projekt soll daher zeigen, welches Einsparpotenzial die neuen Züchtungsmethoden bieten und inwiefern kleine und mittelständische Pflanzenzüchter diese Werkzeuge nutzen können. Hier sollen auch patentrechtliche Fragen geklärt werden. Zudem hat sich das PILTON-Konsortium zur Transparenz verpflichtet. „Wir stellen uns ins volle Licht der Öffentlichkeit“, betont die BDP-Vorsitzende. Gerade mit Blick auf die neue Düngeverordnung in Deutschland und den damit verbundenen geringeren Einsatz von Pflanzenschutzmitteln ist Franck überzeugt, dass die mittels Genom-Editierung erzeugten Weizensorten auch für den Ökolandbau interessant wären.

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„Länder wie Pakistan, Tadschikistan und Kasachstan stehen vor großen ökologischen und gesellschaftlichen Herausforderungen“, erklärt der Wissenschaftler Michael Spies, Projektleiter von TRANSECT. Gerade für diese Region könnte die Bioökonomie Lösungen mit sich bringen, doch dies wurde aufgrund der wirtschaftlichen und politischen Lage bislang wenig beachtet. Die ökologischen und gesellschaftlichen Herausforderungen „sind auch die Folgen einer Landwirtschaft, die stark auf Intensivierung und Monokulturen gesetzt hat,“ führt Spies weiter aus. So führte der jahrzehntelange Anbau von Baumwolle, Weizen und Mais in Monokulturen in Kasachstan und Tadschikistan etwa zu Bodendegradation. In Pakistan zeigt der nicht-nachhaltige Wandel zum Anbau genmanipulierter Baumwolle, die mit 95 Prozent den Anbau dominiert, zurzeit schwerwiegende ökologischen Folgen: Schädlinge entwickelten Resistenzen gegenüber den neuartigen Pflanzen. Damit verbunden sind drastische Ernteeinbrüche, die dramatische Auswirkungen für die Menschen vor Ort haben. „Auch der Klimawandel hat, vor allem durch die Zunahme von Wetterextremen, bereits großen Einfluss auf die Landwirtschaft in der Region“, sagt Spies.

Eine Region mit viel Potenzial und enormen Herausforderungen

Die BMBF-geförderte Nachwuchsgruppe TRANSECT an der Hochschule für Nachhaltige Entwicklung Eberswalde (HNEE) entwickelt gemeinsam mit der Bevölkerung in den drei Ländern mögliche Bioökonomie-Zukunftsszenarien. Sie sollen die sozial-ökologischen Wirkungsgeflechte eines solchen Transformationsprozesses aufzeigen. „Wir schauen sehr konkret in die Region herein. Dazu gehört auch, die lokalen Entwicklungen in der Landwirtschaft genau zu betrachten und so die große Bandbreite an lokalen Veränderungen in den Blick zu nehmen“ betont Spies. So stellen die Forscherinnen und Forscher sich beispielweise die Fragen: Welche Möglichkeiten gibt es in Tadschikistan für eine nachhaltigere Baumwollproduktion? Und lassen sich Agrartechnologien in Pakistan entsprechend der Bedarfe in der Landwirtschaft gestalten, ohne dass kleinbäuerliche Haushalte davon benachteiligt werden? „Dazu müssen wir eng mit den Landnutzerinnen und -nutzern sowie lokalen Partnern zusammenarbeiten.“ Neben der Verwendung biologischer Ressourcen zur Ernährungssicherung, der stofflich-industriellen Nutzung und der Bioenergie, geht es im Projekt vor allem darum, die Chancen und Risiken einer Bioökonomie für Mensch und Umwelt aufzuzeigen.

Prolupin GmbH und PeelPioneers B.V., so heißen die ersten beiden Unternehmen, die vom „European Circular Bioeconomy Fund“ (ECBF) profitieren. Der ECBF ist der erste Venture-Fonds, der sich ausschließlich der Bioökonomie, insbesondere der zirkulären Bioökonomie, in Europa widmet. Eben erst haben vier Investoren 82 Mio. Euro zur ersten Finanzierungsrunde beigetragen und so ermöglicht, Prolupin und PeelPioneers in deren Wachstumsphase zu unterstützen.

Kapital für innovative Bioökonomie-Unternehmen

Der Fonds hat am 1. Oktober 2020 seine Arbeit aufgenommen, nachdem ihn neben dem Hauptinvestor, der Europäischen Investmentbank, auch drei weitere Investoren finanziell ausgestattet haben: PreZero International GmbH, die im Bereich Abfall und Recycling tätig ist, Corbion NV, einer der Weltmarktführer bei biobasierten Chemikalien, und Hettich Beteiligungen GmbH, die in nachhaltige Unternehmungen investiert.

Der ECBF verfolgt das Ziel, Kapitalbeteiligungen in innovative Unternehmen aus den Bereichen der Bioökonomie, speziell der zirkulären Bioökonomie zu investieren. Im Fokus stehen dabei Firmen in ihrer Wachstumsphase, die ein hohes Innovationspotenzial aufweisen, attraktive Renditen versprechen und von denen ein positiver Effekt auf die Umwelt ausgeht.

Prolupin und PeelPioneers unterstützt

Eine der ersten beiden Firmen, die diese Bedingungen erfüllen, ist die deutsche Prolupin GmbH. Die Firma gewinnt aus regional angebauten Lupinen hochwertige pflanzliche Proteine und verarbeitet diese zu Joghurts und anderen Milchersatzprodukten unter der Marke „Made with LUVE“. Künftig will das Unternehmen auch anderen Lebensmittelherstellern die aufbereiteten Proteine der Lupine anbieten. Die zweite Förderung geht an die niederländische PeelPioneers B.V. Die Firma gewinnt aus Orangenschalen Öle, Lebensmittelfasern und Tierfuttermittel. Durch die Nutzung der Reststoffe als Rohstoffe ist sie ein gutes Beispiel für innovative Kreislauflösungen.

Voll ausgestattet soll der ECBF einmal 250 Mio. Euro umfassen. Davon wird die Europäische Investmentbank insgesamt 100 Mio. beisteuern und der Rest durch private Investoren bereitgestellt. Damit soll der ECBF in der Lage sein, wichtige Entwicklungen im Sinne des European Green Deal finanziell zu unterstützen und so dazu beitragen, die Europäische Union bis 2050 klimaneutral werden zu lassen.

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Prolupin GmbH and PeelPioneers B.V. are the first two companies to benefit from the "European Circular Bioeconomy Fund" (ECBF). The ECBF is the first venture fund exclusively dedicated to the bioeconomy, especially the circular bioeconomy, in Europe. Just recently, four investors contributed 82 million euros to the first round of financing, enabling Prolupin and PeelPioneers to support their growth phase.

Capital for innovative bioeconomy companies

The fund began its work on October 1, 2020, after three other investors, in addition to the main investor, the European Investment Bank, had also provided financial resources: PreZero International GmbH, which is active in the field of waste and recycling, Corbion NV, one of the world market leaders in bio-based chemicals, and Hettich Beteiligungen GmbH, which invests in sustainable enterprises.

The ECBF pursues the goal of investing equity in innovative companies from the bioeconomy, especially the circular bioeconomy. The focus is on companies in their growth phase that show a high innovation potential, promise attractive returns and have a positive effect on the environment.

Support for Prolupin and PeelPioneers

One of the first two companies to meet these conditions is the German company Prolupin GmbH. The company extracts high-quality vegetable proteins from regionally cultivated lupines and processes them into yoghurts and other milk substitutes under the "Made with LUVE" brand. In the future, the company also wants to offer the processed lupin proteins to other food manufacturers. The second funding goes to the Dutch PeelPioneers B.V. The company extracts oils, food fibers and animal feed from orange peels. By using the residual materials as raw materials, it is a good example of innovative recycling solutions.

Full-featured, the ECBF is to comprise once 250 million euros. The European Investment Bank will contribute a total of 100 million and the rest will be provided by private investors. This should enable the ECBF to financially support important developments in the sense of the European Green Deal and thus contribute to making the European Union climate neutral by 2050.

Cosmeceutical ist ein Kunstwort, das außerhalb von Branchenkreisen wohl wenig verbreitet ist. Anders sieht es mit dieser Produktgruppe selbst aus, die Zwischendinge zwischen „cosmetics“ und „pharmaceuticals“, also Kosmetik und Pharmazeutika umfasst: Mehr als 40 Mrd. Euro pro Jahr beträgt der globale Markt dieser Kosmetikprodukte, die über einen nachgewiesenen medizinischen Zusatznutzen verfügen. Rund ein Drittel des Marktes entfällt auf Produkte mit antioxidativ wirkenden Inhaltsstoffen. Eine wichtige Quelle dieser biologisch aktiven Substanzen sind neben terrestrischen Pflanzen marine Makroalgen.

Grünalge mit interessanten Inhaltsstoffen

Doch auch Mikroalgen sind reich an interessanten Inhaltsstoffen. Darüber hinaus wachsen sie schneller als Landpflanzen und lassen sich biotechnologisch vermehren. Bislang sind Mikroalgen als industrielle Produktionssysteme kaum etabliert. Das gilt auch für die Grünalge Tetradesmus wisconsinensis. Claudia Grewe, Forschungsleiterin der Salata AG in Potsdam, hatte erstmals während ihrer Dissertation mit dem Einzeller zu tun. Schon damals fiel ihr auf, dass dieser Organismus ein bestimmtes Carotinoid in hoher Konzentration bildet. Jetzt will die Forscherin in einem gemeinsamen Projekt mit der Arbeitsgruppe von Carola Griehl von der Hochschule Anhalt einen Prozess entwickeln, um aus dieser Grünalge einen Extrakt zu gewinnen, der als Rohstoff für Cosmeceuticals wirtschaftlich interessant ist. Gefördert wird das Vorhaben im Rahmen des Programms KMU-innovativ-19 vom Bundesministerium für Bildung und Forschung mit rund 1,1 Mio. Euro.

„TEWICOS - Verfahrensentwicklung zur Gewinnung von lipophilen und hydrophilen Extrakten aus der MikroalgeTetradesmus wisconsinensis als Rohstoffe für Cosmeceuticals im industriellen Maßstab“ heißt das Projekt, das vom Juni 2017 bis April 2021 läuft. „Mikroalgen sind noch nicht so gut untersucht in ihrer Stoffwechseldiversität“, erläutert Grewe den Ansatz. „Da könnten sich noch viele interessante Produkte verbergen.“ Insbesondere Antioxidantien dürften die Mikroalgen produzieren, da sie Photosynthese betreiben und somit empfindliche Stoffwechselprodukte vor Sauerstoffradikalen schützen müssen.

Die Landwirtschaft ist neben der Industrie ein bedeutender Wirtschaftsfaktor im Land Brandenburg. Knapp ein Drittel der gesamten Bodenfläche wird gegenwärtig landwirtschaftlich genutzt. Dabei fallen riesige Mengen Reststoffe an, die sowohl stofflich als auch energetisch genutzt werden können. Die landwirtschaftliche Biomasse als Rohstoff zu etablieren und besser zu nutzen, ist ein Grundpfeiler der Bioökonomie. Knapp 25 Mio. Euro will nun das Land Brandenburg in die bioökonomische Zukunft investieren. Unter der Leitung des Leibniz-Instituts für Agrartechnik und Bioökonomie (ATB) in Potsdam soll in den kommenden sechs Jahren ein bundesweit einzigartiger Modellbetrieb für biobasierte Kreislaufwirtschaft entstehen. Die Gelder stammen aus dem Zukunftsinvestionsfonds des Landes, mit dem Brandenburg gezielt Projekte fördert, die landespolitisch von herausragender Bedeutung sind. 

Landwirtschafts- und Bioraffineriekonzepte kombinieren

Aufgabe des Modellbetrieb wird es sein, zukunftsweisende und praktikable Ansätze für eine klimafreundliche und nachhaltige Biomasseerzeugung und -nutzung zu entwickeln und Interessierten zu demonstrieren. „Mit diesem Modellbetrieb, der Landwirtschafts- und Bioraffineriekonzepte kombiniert, bieten sich umfangreiche Möglichkeiten, den integrativen Forschungsansatz des Instituts für eine biobasierte Kreislaufwirtschaft gemeinsam mit Partnern aus Wissenschaft und Wirtschaft weiterzuentwickeln und bioökonomische Innovationen auch im Hinblick auf Praktikabilität und Umweltwirkung zu erproben und zu bewerten", so Barbara Sturm, die seit dem 1. Oktober neue wissenschaftliche Direktorin und Vorstandsvorsitzende des ATB ist. 

Modellbetrieb soll Forschungslandschaft stärken

„Dieses geplante Transferzentrum ist mehr als ein wissenschaftliches Schaufenster – es gewährt einen Blick in die Zukunft. Und Zukunft wird in Brandenburg gemacht”, sagte Brandenburgs Wissenschaftsministerin Manja Schüle anlässlich der Amtseinführung. Zugleich würdigte die Ministerin die Forschungsarbeit des Instituts als „einen der Leuchttürme” der wissenschaftlichen Kompetenz im Bereich der Nachhaltigkeit sowie die internationale, aber auch regionale Bedeutung der Agrarforschung. Institutschefin Sturm zeigte sich zuversichtlich, dass der geplante Modellbetrieb dazu beitragen werde, Brandenburgs Forschungslandschaft weiter zu stärken.

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Der Klimawandel macht sich schon heute im Weinberg bemerkbar. Durch Extremwetterereignisse und zunehmende Trockenheit im Sommer führt er zu Ertrags- und Qualitätseinbußen. Hinzu kommen sich ändernde Verbraucherprioritäten und wirtschaftliche Zwänge, welche den Weinbau vor neue Herausforderungen stellen. Hierzu zählen eine zunehmende Sensibilisierung der Verbraucher für eine nachhaltige Lebensmittelproduktion oder auch eine Abnahme an verfügbaren (Saison-)Arbeitskräften, wodurch die Mechanisierung vorangetrieben wird. „Wir greifen im Projekt NoViSys diese Herausforderungen und sich ändernden Rahmenbedingungen auf und bieten durch die Erforschung des Anbauverfahrens ‚Minimalschnitt im Spalier‘ Handlungshilfen auf Basis der Versuchsergebnisse“, sagt Projektkoordinatorin Katja Herzog vom Julius-Kühn-Institut.

Von Klima, Wettbewerb und Schädlingen

Doch auch Krankheiten setzen dem Weinbau zu. So sind traditionelle Rebsorten (z. B. Riesling) hoch anfällig gegenüberüber den beiden bedeutendsten Schaderregern im Weinbau, dem Echten Mehltau (Erysiphe necator) sowie dem Falschen Mehltau der Rebe (Plasmopara viticola). Der Anbau erfordert deshalb einen sehr intensiven Pflanzenschutz. EU-weit entfallen ca. 58% der insgesamt ausgebrachten Pflanzenschutzmittel gegen pilzliche Schadorganismen (Fungizide) auf den Weinbau. Dabei entspricht sein Flächenanteil an der landwirtschaftlichen Gesamtfläche gerade einmal 5%. „Der Weg in die Nachhaltigkeit geht folgerichtig nur unter Einbeziehung neuer Rebsorten mit Widerstandskraft gegenüber den wichtigsten Schaderregern“ sagt Katja Herzog. Daher untersuchten die Forschenden im interdisziplinären Verbund über sechs Jahre das Zusammenwirken der geänderten Anbauform des Minimalschnitts im Spalier (MSS) in Verbindung mit neuen Rebsorten.

PiWis und MSS

Rebenzüchtung ist eine Generationenaufgabe. Waren es früher Ertrags- und Qualitätsselektionen, die zu den heute verbreiteten Sorten führten, so kommt seit dem Einschleppen der Mehltaupilze und der Reblaus im 19. Jahrhundert eine hohe Widerstandsfähigkeit gegen diese und andere biotische Schadfaktoren als Zuchtziel hinzu. Die aus dieser Resistenzzüchtung entstandenen neuen Sorten werden pilzwiderstandsfähige Rebsorten (kurz PiWis) genannt. In den 1990er Jahren wurden die ersten dieser Sorten in Deutschland zugelassen und mittlerweile sind rund 40 PiWi-Sorten in Deutschland für die Praxis verfügbar oder befinden sich in der Zulassung. Ihre Widerstandskraft gegen Mehltau stammt von nahe verwandten Wildarten aus Amerika und Asien, die im Laufe der Evolution eine natürliche Resistenz entwickelt haben. „Heute sind mehr als 96% der Anbauflächen in Deutschland mit traditionellen Rebsorten bepflanzt“, so Projektkoordinatorin Herzog. „Eine Ausweitung der Anpflanzung von PiWis ist aus Sicht der Rebenzüchtung die beste Strategie, um den Einsatz von Fungiziden im Weinbau nachhaltig zu reduzieren.“

Bei den verbreitetsten Anbausystemen für Wein in Deutschland wachsen die Reben bislang zumeist entlang von Drahtrahmen, die im Spalier am Weinberg stehen. Bei diesem herkömmlichen Erziehungssystem fallen viele manuelle Arbeiten wie Rebschnitt sowie Ausdünnungs-, Binde- und Heftarbeiten an. Neben dem großen Zeitaufwand, den diese Arbeiten erfordern, sind auch viele Fachkräfte für die Durchführung nötig. Die Drahtrahmen im Spalier bleiben beim MSS erhalten, jedoch können die vielen manuellen Arbeiten durch ein bis zwei Laubschnitte jährlich, die maschinell erfolgen, ersetzt werden.

Der Strukturwandel im Rheinischen Revier verlangt zukunftsfähige Konzepte. Mit dem BioökonomieREVIER soll dort eine Modellregion für nachhaltiges Wirtschaften entstehen. „Die Menschen im Revier haben jetzt die einzigartige Gelegenheit, ihre Zukunft selbst in die Hand zu nehmen,“ so Christian Klar, Leiter der Koordinierungsstelle BioökonomieREVIER. „Wir wollen diese Aufbruchsstimmung nutzen und Wissenschaft, Wirtschaft, Kommunen und Zivilgesellschaft zusammenbringen, um gemeinsam Bioökonomie-Lösungen auf Basis der regionalen Stärken umzusetzen.“ Das Bundesforschungsministerium fördert dazu das Projekt „BioökonomieREVIER_KOM“ mit knapp 4 Mio. Euro. Die Koordinierungsstelle ist Teil des Projekts und am Institut für Pflanzenwissenschaften des Forschungszentrums Jülich angesiedelt.

Tausendsassa Bioökonomie: neue Pfade gehen

Die Bioökonomie im Rheinischen Revier - quasi ein Selbstläufer? „Ganz so einfach ist es nicht“, berichtet Christian Klar. „Wir brauchen ein neues Bewusstsein, was durch Bioökonomie alles möglich ist. Die Transformation erfordert ein Umdenken althergebrachter Muster, wie Wirtschaft funktioniert. Wir müssen Forschungsbereiche zusammenbringen und Wirtschaftssektoren integrieren, die vielleicht bisher noch nie Berührungspunkte hatten. Hier können ganz neue Wertschöpfungsketten und ein Wirtschaften in Kreisläufen entstehen“, so Klar weiter. Vernetzung ist Kern seiner täglichen Arbeit. So hat er etwa Landwirte mit einem Chemikalienhersteller bekannt gemacht. Dabei geht es darum, Disteln anzubauen, die Öle als Rohstoff für dessen Produktion liefern. Und auch Vertreter der Energie- und Kunststoffwirtschaft sind miteinander im Gespräch. Sie wollen Methan als Rohstoffquelle nutzen, um Biopolymere für Einweggeschirr zu entwickeln. Hier muss noch weiter geforscht werden, daher ist die Wissenschaft als Partner mit an Bord.

Die Bioökonomie soll helfen, die UN-Nachhaltigkeitsziele zu erreichen. Doch die biobasierte Wirtschaftsform ist vielschichtig und komplex. Am Beispiel des Themas Flächenkonkurrenz wird deutlich, dass der Beitrag der Bioökonomie zur Nachhaltigkeit stetig beobachtet werden muss. Deshalb wurde 2016 gemeinsam von den Bundesministerien für Forschung, Wirtschaft und Landwirtschaft ein Bioökonomie-Monitoring gestartet. Das Bundesforschungsministerium fördert dazu den Verbund „Systemisches Monitoring und Modellierung der Bioökonomie", kurz SYMOBIO.

Der erste Bericht zum deutschen Bioökonomie-Monitoring

Wo und unter welchen Bedingungen werden biogene Rohstoffe erzeugt und verbraucht? Wie trägt die Bioökonomie zu Beschäftigung und Wertschöpfung, aber auch zu globaler Ernährungssicherung bei? Welchen Nutzen und welche Auswirkungen hat sie für Klima und Umwelt? Der Verbund SYMOBIO hat dazu im Juni 2020 erste Ergebnisse vorgelegt. Dabei haben sich die Forschenden vornehmlich an den Nachhaltigkeitszielen orientiert und liefern eine Übersicht über die wichtigsten Stoffströme in der Land- und Forstwirtschaft beispielsweise von Getreide, Zucker, Fisch und Holz. Berücksichtigt wurden auch internationale Verflechtungen. Zudem zeigt der Bericht Innovationspotenziale, die sozioökonomische Entwicklung und Treiber der Bioökonomie auf. Insgesamt in fünf ökologischen Fußabdrücken (Material, Agrar, Forst, Wasser und Klima) gehen die Forschenden detailliert darauf ein, wie sich die Bioökonomie auf Klima und Umwelt auswirkt.

Der Pilotbericht bietet eine Grundlage für eine breite öffentliche Diskussion. Als nächster Schritt werden Reaktionen und Kommentare von unterschiedlichen gesellschaftlichen Gruppen eingeholt. Sie werden ausgewertet und für die Weiterentwicklung des Monitorings genutzt. Der Pilotbericht stellt eine Momentaufnahme der Entwicklung hin zur biobasierten Wirtschaft da