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At the latest since the discovery of the Great Atlantic Garbage Patch, the topic of plastic waste has been back in the public debate. Since then, it has become clear that it is not enough to replace petroleum with bio-based resources in the production of plastics: That may protect the climate, but not nature. For the latter, the bio-based plastics must also be biodegradable under environmental conditions. The only plastic produced on an industrial scale to date that is heading in this direction is polyactide (PLA). But even it only decomposes in industrial composting plants in a reasonable time.The search for new, more suitable plastics therefore continues, and the PHB2Market research project has tested and optimized a promising candidate for its marketability.

Two PHB composites developed

At first glance, polyhydroxybutyrate (PHB) is a potential candidate, but not a convincing one: the polymer is biobased and readily biodegradable. It also has very good heat resistance of more than 100 degrees Celsius, which is important for beverage cups, for example, or for surfaces that are exposed to the sun for long periods of time. However, PHB has low impact strength in its unmodified state - i.e., it is relatively brittle - and changes its mechanical properties over time. With around 360,000 euros in funding from the German Federal Ministry of Education and Research (BMBF), a team led by the Fraunhofer Institute for Chemical Technology (ICT) has therefore set out to develop a PHB composite that addresses PHB's weaknesses without losing its strengths. The project ran from January 2017 to April 2020 and resulted in two practical composite formulations.

"We focused on two main objectives in the project," explains project manager Kevin Moser from ICT: "The incorporation of in-house developed plasticizer systems to increase impact strength and the optimization of long-term stability." PHB already outperforms polypropylene (PP) in other industrially important properties such as strength and Young's modulus. So if the research team achieved its two goals, it would have a sustainable, generally usable plastic that can be further individually modified depending on the target application - so the vision.

3D printing filaments and a frisbee

The functionality of the PHB composite was to be tested on two practical applications: the production of a Frisbee disc and filaments for the 3D printing of cubes or gear wheels. "The Frisbee is an injection-molded product, must be sufficiently flexible, not too brittle and look visually appealing," says Moser, explaining the choice.

Of course, compounders know the different additives that can be used to influence the properties of a plastic. But this is still a long way from finding the right formulation: "If you add a plasticizer to increase impact strength, this also influences all the other properties. You then have to balance that out and add other additives if necessary." Such a development process involves many years of experience, but also a great deal of testing.

Es gibt ihn in rot, rosa, cremeweiß – und mittlerweile auch in Zimtfarben, leuchtendem Zitronengelb und sogar zweifarbig: den Weihnachtsstern. Die ursprünglich aus Mittelamerika stammende tropische Pflanze mit dem lateinischen Namen Euphorbia pulcherrima ist hierzulande die zweitbeliebteste Zierpflanze nach der Orchidee. Doch vor allem zur Weihnachtszeit hat sie Hochkonjunktur und ziert so manches Fensterbrett. Trotz breiter Farbpalette – der rote Weihnachtsstern gilt auch weiterhin als Favorit.

Jede Fünfte Zimmerpflanze ein Weihnachtsstern

Die Beliebtheit des Weihnachtssterns hat mittlerweile Gärtnereien und Pflanzenbetriebe in Deutschland motiviert, eigene Weihnachtssterne zu produzieren, wie Zahlen des Statistischen Bundesamtes für das Jahr 2021 belegen. Vor allem für Zimmerpflanzenproduzenten ist der Weihnachsstern ein wichtiges Standbein geworden. Von den in diesem Jahr produzierten 109,1 Millionen Zimmerpflanzen ist demnach fast jede Fünfte ein Weihnachtsstern. Bundesweit wurden in den Gartenbaubetrieben demnach insgesamt 20,4 Millionen in Pflanztöpfen aufgezogen. Das entspricht in etwa einem Anteil von 19%.

Die meisten Pflanzen kommen aus NRW

Die Hälfte der insgesamt 1.208 Gartenbaubetriebe produziert heute eigene Weihnachtssterne. In Nordrhein-Westfalen (NRW) ist die Zahl der Weihnachtsstern-Produzenten mit einem Anteil von 37% besonders hoch. 7,5 Millionen wurden in diesem Jahr hergestellt. Auf Platz 2 und 3 rangieren Niedersachsen mit einem Anteil von 31 % und 6,4 Millionen Pflanzen, und Bayern mit 12 % und 2,4 Millionen Weihnachtssternen.

Der Weihnachtsstern wird hierzulande ausschließlich in Gewächshäusern kultiviert. Damit die Pflanze, auch als Christ- oder Adventstern bekannt, pünktlich zur Saison im November in den Handel kommt, wird mit der Aufzucht bereits im Sommer begonnen. Bei richtiger Pflege ist der Weihnachtstern aber nicht nur im Winter eine Zier. Die Pflanzen lieben helle und warme Standorte und fühlen sich bei Temperaturen von 18 bis 20 Grad Celsius am wohlsten. Zugluft, Kälte und zu viel Nässe mag sie dagegen nicht.

It comes in red, pink, creamy white - and now also in cinnamon, bright lemon yellow and even bicolor: the poinsettia. Originally from Central America, the tropical plant with the Latin name Euphorbia pulcherrima is the second most popular ornamental plant in this country after the orchid. And despite a wide range of colors - the red poinsettia is still considered the favorite.

Every fifth houseplant a poinsettia

The popularity of the poinsettia has now motivated nurseries and plant companies in Germany to produce their own poinsettias, according to figures from the Federal Statistical Office for 2021. For indoor plant producers in particular, the poinsettia has become an important mainstay. Of the 109.1 million houseplants produced this year, almost one in five is a poinsettia, according to the figures. Nationwide, a total of 20.4 million were grown in plant pots in horticultural businesses. This corresponds to a share of 19%.

Most plants come from North Rhine-Westphalia

Half of the total of 1,208 horticultural businesses now produce their own poinsettias. In North Rhine-Westphalia (NRW), the number of poinsettia producers is particularly high, with a share of 37%. 7.5 million were produced this year. Lower Saxony ranks second and third with a share of 31% and 6.4 million plants, and Bavaria with 12% and 2.4 million poinsettias.

In Germany, the poinsettia is cultivated exclusively in greenhouses. To make sure that the plant, which is also known as the Christmas star or Advent star, is on sale in time for the November season, cultivation begins in the summer. However, with proper care, the poinsettia is an ornament not only in winter. The plants love bright and warm locations and feel most comfortable at temperatures of 18 to 20 degrees Celsius. In contrast, it does not like drafts, cold and too much moisture.

Das zweite Mal in Folge hat das Deutsche Institut für Lebensmitteltechnik e.V. – DIL zusammen mit der Kommunikationsberatung Engel & Zimmermann Unternehmen der Lebensmittelwirtschaft zu ihren Innovationsstrategien befragt. Im nunmehr 2. Deutschen Innovationsreport Food 2021 kommen die Autoren zu dem Ergebnis, dass die deutsche Lebensmittelwirtschaft mit innovativen Produkten und Prozessen „einen unverzichtbaren Beitrag leistet, um die Ernährung gesünder und nachhaltiger zu machen“. An der Umfrage nahmen insgesamt 111 deutsche Unternehmen teil, die Lebensmittel und Getränke herstellen, darunter erstmals auch Start-ups.

Der Umfrage zufolge haben in den vergangenen drei Jahren 83 % der Befragten in Produktinnovationen und 49 % in Prozessinnovationen investiert. 50 % der Unternehmen gaben an, nachhaltige beziehungsweise umweltfreundliche Verpackungen eingeführt zu haben, 30 % setzen dabei bereits ausschließlich auf nachhaltige Rohstoffe. Ein wesentlicher Treiber für Food-Innovationen sind die Erwartungen der Verbraucher.

Start-ups sind etwas aktiver und mutiger

Der Umweltnutzen der Verbraucher hat jedoch bei Start-ups einen höheren Stellenwert als bei etablierten Unternehmen: Von Start-ups eingeführte Innovationen ermöglichen in 43 % der Fälle das Recycling der Lebensmittelverpackung. Auch die Haltbarkeit der Produkte sowie die Abfallvermeidung und der gesundheitliche Nutzen stehen bei Jungunternehmen eher im Fokus. Zudem zeigt die Befragung, dass Start-ups bei der Entwicklung gesunder Produkte etwas aktiver als etablierte Unternehmen sind. „Viele Unternehmen kooperieren in der Entwicklung von Produktinnovationen und neuer technologischer Prozesse bereits mit Start-ups, Universitäten und anderen staatlichen Einrichtungen. Diese fruchtbare Zusammenarbeit sollte in Zukunft von politischer Seite zur Stärkung des Forschungsstandortes Deutschland forciert werden”, sagt Volker Heinz, CEO des DIL.

Gerade bei der Entwicklung neuer gesunder Lebensmittel kommt es auf Innovationen an. Doch was verbinden Unternehmen mit Innovationen? Der Studie zufolge tragen solche Neuerungen zu 90 % dazu bei, CO₂-Emissionen zu reduzieren, 84 % wollen Material- und Wasserverbrauch und 82 % den Energieverbrauch drosseln. Gründe, in nachhaltige, umweltbezogene Innovationen zu investieren, sind aber auch aktuelle oder künftige gesetzliche Vorgaben, steigende Energie- und Rohstoffkosten sowie eine Imageverbesserung der Unternehmen.

Immer mehr Unternehmen setzen Kimawandel auf die Agenda

Die Befragung zeigt auch, dass für Unternehmen das Thema Klimawandel immer häufiger in den Fokus der Innovationsstrategie rückt. Auch hier ist es der Wunsch der Verbraucher, der Unternehmen motiviert, das Thema auf die Agenda zu setzen. Mehr als ein Drittel der befragten Unternehmen haben der Studie zufolge bereits Lösungen entwickelt.

Uwe Fritsche ist Gründer und wissenschaftlicher Leiter des Internationalen Instituts für Nachhaltigskeitsanalysen und -strategien (IINAS) in Darmstadt. Im Jahr 2021 hat das IINAS im Auftrag des NABU eine Studie zum Thema Zukunftsfähige Bioökonomie vorgestellt. Fritsche plädiert zudem für eine BioWEconomy, in der Partizipation und Gemeinwohl, Ökologie und fairer Handel eine wichtige Rolle spielen.

Uwe Fritsche is founder and scientific director of the International Institute for Sustainability Analysis and Strategies (IINAS) in Darmstadt. In 2021, IINAS presented a study on the topic of a sustainable bioeconomy on behalf of the German Nature and Biodiversity Conservation Union (NABU). Fritsche also advocates a BioWEconomy in which participation and public welfare, ecology and fair trade play an important role.

Die Kombination von Reißfestigkeit, Dehnbarkeit und Leichtigkeit macht Spinnenseide zu einer der belastbarsten Fasern der Natur und damit enorm attraktiv für die Industrie. Der Firma AMSilk ist es vor Jahren gelungen, Spinnenseidenproteine biotechnologisch herzustellen und zu Fasern zu verarbeiten. Die Hightech-Fasern, die das Unternehmen als Biosteel bezeichnet, kommen dem natürlichen Vorbild sehr nah und werden bereits industriell vielseitig eingesetzt – darunter zur Herstellung des Obermaterials von Laufschuhen, Uhrarmbändern oder im Flugzeugbau.

Biosteel-Fasern für die Automobilbranche

Zu Beginn des neuen Jahres verkündet AMSilk nun erstmals eine Partnerschaft mit einem Automobilunternehmen: Demnach wird das bayerische Biotechnologie-Unternehmen künftig mit Mercedes-Benz im Rahmen seines neuesten Technologieprogramms, dem VISION EQXX, zusammenarbeiten. Im Fokus der Partnerschaft steht die Entwicklung neuartiger und nachhaltiger Autotürgriffe aus der Biosteel-Faser des Martinsrieder Unternehmens. „Wir sind sehr stolz darauf, Partner von Mercedes-Benz beim Technologieprogramm VISION EQXX zu sein und nachhaltige Lösungen für die Innenraumgestaltung aus unseren erstklassigen biobasierten Fasern anzubieten“, sagt Ulrich Scherbel, der Geschäftsführer von AMSilk. „Inmitten einer neuen Welle von ehrgeizigen Klimazusagen sind wir stolz darauf, eine führende Rolle bei der Bereitstellung von Lösungen für eine abfallfreie Zukunft zu spielen.“

Materialinnovationen feiern digitale Weltpremiere

Das von AMSilk entwickelte seidenähnliche Gewebe ist nicht nur hochfest, sondern auch zu 100 % biologisch abbaubar und recycelbar sowie als vegan zertifiziert. Anhand des sogenannten Konzeptfahrzeuges VISION EQXX wollen beide Unternehmen nun aufzeigen, welches Potenzial innovative Materialien wie die biotechnologisch hergestellten Spinnenseiden-Fasern für die Automobilindustrie bieten und damit den „Weg für ressourcenschonendes Luxusdesign im Einklang mit der Natur aufzeigen“. Einen ersten Einblick in die Materialinnovation des Luxusautos gaben die Partner bei der Online-Weltpremiere von VISION EQXX am 3. Januar.

Luxeriös, effizient und nachhaltig

In dem futuristischen, vollelektrischen Luxusfahrzeug von Mercedes-Benz kommen neben Biosteel-Textilien viele weitere nachhaltige Materialien im Innenraum zum Einsatz. So bestehen die Teppiche zu 100 % aus schnell nachwachsenden Bambusfasern, die Sitzpolster aus Kaktusleder und die Innenverkleidung aus Pilzleder sowie einem zu 100 % aus PET-Flaschen recycelten Textil. Darüber hinaus besteht das E-Mobil der Luxusklasse aus sogenannten HBQ-Material – einem thermoplastischen biobasierten Verbundwerkstoff, das aus Hausmüll hergestellt wurde.

Die Bäckerhefe ist die Mikrobe des Jahres 2022. Seit 2014 stellt die Vereinigung für Allgemeine und Angewandte Mikrobiologie (VAAM) jährlich eine bedeutsame Gattung oder Art aus dem Bereich der Mikrobiologie heraus. Mit der diesjährigen Entscheidung für den eukaryotischen Einzeller Saccharomyces cerevisiae ist die Wahl auf einen der ältesten und bekanntesten Produktionsorganismen der Biotechnologie gefallen.

Bier, Brot und Biotechnologie

Genutzt wurde die Bäckerhefe schon zu Zeiten, als kein Mensch wusste, was Mikroorganismen sind. Der deutsche Name verweist auf die Bedeutung des Einzellers als Backtriebmittel, seine zweite traditionelle Bedeutung steckt im Fachnamen, der soviel bedeutet wie „Zuckerpilz des Bieres“: S. cerevisiae sorgt für die alkoholische Gärung. Heutzutage kommt eine dritte große Bedeutung hinzu: Als Einzeller mit Zellkern ist die Bäckerhefe weit enger mit menschlichen Zellen verwandt als zellkernlose Einzeller wie Bakterien. Das macht die Mikrobe des Jahres 2022 zu einem wichtigen Forschungsobjekt und Produktionsorganismus für bestimmte Proteine.

Die Funktion der Hefe als Backtriebmittel geht darauf zurück, dass die Zellen die im Teig enthaltenen Zucker für ihren Stoffwechsel nutzen und dabei das Gas Kohlendioxid produzieren. Das verteilt sich bläschenförmig im Teig und lässt diesen locker werden. Auch die Kohlensäure in Bier, Wein oder Sekt geht auf Hefestämme zurück.

Alkohol aus Zucker

Die alkoholische Gärung durch Hefen wurde erstmals im 19. Jahrhundert von Louis Pasteur beschrieben – obwohl die Menschen schon im alten Ägypten damit eine Art Bier herstellten, ohne damals die Zusammenhänge zu verstehen. Auch hier ernähren sich die Hefezellen von Zucker aus den pflanzlichen Zellen und bilden neben den Kohlendioxidbläschen auch Ethanol. Für die Hefe hat das den Vorteil, dass der Alkohol für so manche andere Mikroorganismen giftig ist und sie auf diese Weise Konkurrenten um den Zucker ausschalten.

Die Biotechnologie und die Zellbiologie haben inzwischen ein umfangreiches Wissen über S. cerevisiae angesammelt. Sie dient als Modellorganismus, um die Funktion eukaryotischer Zellen – also solcher mit Zellkern – zu untersuchen, und sie war der erste eukaryotische Organismus, dessen Genom vollständig sequenziert worden ist. Rund 6.300 Gene haben die Forschenden dabei identifiziert.

Insulin und Biokraftstoff

Das vorhandene Wissen wird beispielsweise dazu genutzt, der Hefe das Gen für das menschliche Insulin einzupflanzen und es so industriell herzustellen, um Menschen mit Diabetes zu helfen. Auch das mit dem Nobelpreis ausgezeichnete Malaria-Mittel Artemisinin wird in Hefe produziert. Am anderen Ende des Biotechnologie-Spektrums verdauen Hefen pflanzliche Reststoffe wie Xylose und wandeln diese in Ethanol um, das als Biokraftstoff oder Ausgangsstoff der chemischen Industrie genutzt wird.

Since 2014, the Association for General and Applied Microbiology (VAAM) has annually selected a significant organism from the field of microbiology. With this year's decision for the eukaryotic unicellular organism Saccharomyces cerevisiae, the choice has fallen on one of the oldest and best-known production organisms in biotechnology.

Beer, bread and biotechnology

Baker's yeast was already used in times when no one knew what microorganisms were. Its common name refers to the importance of the unicellular organism as a leavening agent for baking; a second traditional meaning is contained in the technical name, which means something like "sugar fungus of beer": S. cerevisiae ensures alcoholic fermentation. Nowadays, a third major significance is added: as a single-celled organism with a cell nucleus, baker's yeast is far more closely related to human cells than single-celled organisms without cell nuclei. This makes the Microbe of the Year 2022 an important research object and production organism for certain proteins.

Yeast functions as a leavening agent because the cells use the sugar contained in the dough for their metabolism, producing the gas carbon dioxide. This is distributed in the dough in the form of bubbles, which makes it foamy. The carbon dioxide in beer, wine and sparkling wine is also produced by yeast strains.

Alcohol from sugar

People in ancient Egypt were already producing a type of beer this way, however, without understanding the rationale behind it. Alcoholic fermentation by yeasts was then first described by Louis Pasteur in the 19th century. Here, too, the yeast cells feed on sugar from the plant cells and form ethanol and carbon dioxide bubbles. For the yeast, this has the advantage that the alcohol is toxic to many other microorganisms and in this way they eliminate competitors for the sugar.

Biotechnology and cell biology have now accumulated a vast body of knowledge about S. cerevisiae. It serves as a model organism to study the function of eukaryotic cells - i.e. those with a cell nucleus - and it was the first eukaryotic organism whose genome has been completely sequenced.

Insulin and biofuel

The existing knowledge is being used, for example, to implant the gene for human insulin in yeast and thus produce it industrially to help people with diabetes. The Nobel Prize-winning antimalarial drug artemisinin is also produced in yeast. At the other end of the biotechnology spectrum, yeasts digest plant residues such as xylose and convert them into ethanol, which is used as a biofuel or feedstock for the chemical industry.

Die Dosis macht das Gift – diese alte Redewendung beschreibt sehr gut, weshalb die Medizin seit langer Zeit auch teils tödliche Substanzen in der richtigen Dosierung als Heilmittel verwendet. Ähnliches gilt für Spinnengifte: Was für Insekten lähmend oder tödlich ist, kann richtig dosiert und angewendet für den Menschen großen Nutzen entfalten. Ein Forscherteam des Fraunhofer-Instituts für Molekularbiologie und Angewandte Oekologie IME und der Justus-Liebig-Universität Gießen hat daher jetzt ergänzend zu den großen Giftspinnen der Tropen den Blick auf die Gifte kleiner Spinnen, die in Deutschland heimisch sind, gerichtet. Dabei fiel besonders die Wespenspinne auf.

„Spinnengifte sind eine weitgehend unerschlossene Ressource, dies liegt unter anderem an der schieren Vielfalt – etwa 50.000 Arten sind bekannt“, berichtet Tim Lüddecke vom IME. Im Spinnengift stecke viel Potenzial für die Medizin, etwa bei der Erforschung von Krankheitsmechanismen. Die Größe des Potenzials liegt dabei nicht nur in der Vielzahl der Spinnenarten begründet, sondern auch darin, dass deren Giftcocktail aus bis zu 3.000 unterschiedlichen Molekülen zusammengesetzt sein kann.

Pflanzenschädlinge mit Spinnengift bekämpfen

In der Medizin werden derzeit Substanzen aus Spinnengiften als Antibiotika oder Schmerzmittel erprobt. Besonders interessant ist das Gift der Australischen Trichternetzspinne, von dem sich Fachleute erhoffen, neuronale Schäden nach Schlaganfällen heilen zu können und Herzen für Organtransplantationen länger haltbar zu machen. Weil sich das Gift der Spinnen meist gegen Insekten richtet, setzt auch die biologische Schädlingsbekämpfung in der Landwirtschaft große Hoffnungen auf das noch recht junge Forschungsfeld.

Gift der Wespenspinne enthält Knottine

Kleine Spinnen, wie sie in Deutschland leben, standen lange nicht im Fokus der Forschung, weil ihre Giftmenge für Analysen zu klein ist. Das IME-Team hat dieses Problem gelöst, indem es das Erbgut in den Giftdrüsen analysiert und die darin kodierten Moleküle biotechnisch hergestellt hat. So entdeckten die Forschenden im Gift der Wespenspinne 53 unterschiedliche Biomoleküle, darunter einige für die Anwendung vielversprechende Stoffe.

Unter anderem fand das Team mehrere Knottine. Diese Verbindungen sind so stabil gegen chemische, enzymatische und thermische Einflüsse, dass darauf basierende Medikamente oral verabreicht werden könnten, weil sie ohne Schäden den Magen passieren würden. Gleichzeitig binden Knottine nur an sehr spezifische Strukturen von Zellen, was mögliche Nebenwirkungen minimiert. Nicht zuletzt wirken sie in sehr geringer Konzentration, weshalb potenzielle Medikamente bereits sehr niedrig dosiert ihre Wirkung entfalten könnten.

Die Mischung macht die Wirksamkeit

Eine zweite Molekülklasse, die sich im Gift der Wespenspinne fand, ähnelte sogenannten Neuropeptiden, jenen Substanzen, die Informationen zwischen Nervenzellen übermitteln. „Wir haben neuartige Familien von Neuropeptiden gefunden, die wir bislang von anderen Spinnen nicht kennen“, schildert Lüddecke. „Wir vermuten, dass die Wespenspinne damit das Nervensystem von Insekten angreift.“

Nicht zuletzt brachte die Forschung einige grundsätzliche Erkenntnisse über Spinnengifte ans Licht: „Die Dynamik des Spinnengifts wurde bislang völlig unterschätzt“, betont Lüddecke. Das biochemische Repertoire werde entscheidend vom Lebensabschnitt, Lebensraum und vor allem vom Geschlecht beeinflusst. „Es ist vielmehr das Zusammenwirken der vielen Bestandteile, das Spinnengift so wirksam macht, als die Wirkung eines einzelnen Toxins.“

Palmöl ist ein beliebter Rohstoff und in zahlreichen Produkten wie Schokolade, Chips oder Bio-Sprit enthalten. So begehrt das Öl der exotischen Frucht ist, so umstritten ist ihr Anbau. Etwa 19 Millionen Hektar Regenwald wurden dafür bereits weltweit gerodet. Damit werden nicht nur große Mengen des Treibhausgases CO₂ freigesetzt, sondern auch wichtige Lebensräume für die Tier- und Pflanzenwelt zerstört. Eine nachhaltige und zudem CO₂-neutrale Alternative will das Start-up COLIPI entwickeln. Das Gründerquartett Max Webers, Philipp Arbter, Jonas Heuer und Tyll Utesch vom Institute of Bioprocess and Biosystems Engineering der Technischen Universität Hamburg setzt bei der Öl-Herstellung auf Hefen und will damit die Kosmetik- und Lebensmittelindustrie revolutionieren.

Öl-Herstellung mithilfe von Hefen

Bei der Entwicklung der klimafreundlichen Palmölalternative wird das Hamburger Start-up bis April 2024 vom EXIST-Förderprogramm des Bundesministeriums für Wirtschaft und Klimaschutz gefördert. Das Geld will COLIPI nutzen, um seine Öl-Produktion vom Labormaßstab in die industrielle Produktion zu überführen. Im Fokus der Öl-Herstellung steht die Fermentation mithilfe von Hefen, die Zucker aus industriellen und landwirtschaftlichen Reststoffen wie Melasse oder andere Biomassen verwerten und dadurch ihren Stoffwechsel am Laufen halten. Ein Überangebot von Kohlenstoff sorgt für die Bildung von Lipiden, die anschließend isoliert werden und je nach Hefeart pflanzlichen Ölen sehr ähneln.

CO₂-neutraler Produktionsprozess

Auch für das dabei entstehende CO₂ hat das Start-up eine Verwendung gefunden. „Wir entwickeln eine weltweit einzigartige Technologie, die den gesamten Produktionsprozess CO₂-neutral macht. Die lassen wir uns gerade patentieren“, sagt Philipp Arbter. Nicht nur die Weiternutzung von CO₂, auch der Einsatz landwirtschaftlicher Reststoffe macht die COLIPI-Öle besonders nachhaltig. Ein weiterer Vorteil: Mit dem „grünen“ Öl können nicht nur Palmöl oder Kakaobutter nachempfunden, sondern auch ganz neue Öle entwickelt werden. „Die Vielfältigkeit der Öle spiegelt sich auch in ihrer Anwendung in Cremes, Seifen oder Schokoladen wider. Also überall dort, wo auch heute pflanzliche Öle genutzt werden”, so COLIPI-Projektleiter von COLIPI, Max Webers.

COLIPI-Öle für die Kosmetik- und Lebensmittelindustrie

Die Nachfrage nach der Öl-Alternative ist bereits heute groß: „Produkte, die auf CO₂-neutralen Ölen basieren, bringen Unternehmen der Kosmetik- und Lebensmittelindustrie einen klaren Marktvorteil, da möchte niemand zu spät auf den Zug aufspringen”, betont Max Webers. Erste Produkte mit dem Öl von COLIPI werden voraussichtlich in zwei Jahren auf dem Markt zu finden sein.

Chocolate, potato chips and organic fuel all have one thing in common - they all contain the popular resource palm oil. However, the cultivation of palm oil is controversial. Worldwide, around 19 million hectares of rainforest have already been cleared for this purpose. This not only releases large quantities of the greenhouse gas CO₂, but also destroys important habitats for flora and fauna. The start-up COLIPI wants to develop a sustainable and CO₂-neutral alternative.The founding quartet Max Webers, Philipp Arbter, Jonas Heuer and Tyll Utesch from the Institute of Bioprocess and Biosystems Engineering at the Technical University of Hamburg relies on yeasts for oil production. With this, they want to revolutionize the cosmetics and food industries.

Oil production from yeasts

The Hamburg-based start-up is being funded by the EXIST funding programme of the German Federal Ministry of Economics and Climate Protection until April 2024 to develop the climate-friendly palm oil alternative. With the funding, COLIPI wants to transfer its oil production from laboratory scale to industrial production. The focus of this production is fermentation with yeasts that utilise sugars from industrial and agricultural residues such as molasses or other biomasses, thereby keeping their metabolism running. An oversupply of carbon ensures the formation of lipids, which are subsequently isolated and, depending on the type of yeast, closely resemble vegetable oils.

CO₂-neutral production process

The start-up has also found a use for the CO2 that is generated in the process. "We are developing a globally unique technology that makes the entire production process CO2-neutral, and we are currently patenting it," says Philipp Arbter. Not only the reuse of CO2, but also the use of agricultural residues makes COLIPI oils particularly sustainable. In addition, the "green" oil can be used to imitate palm oil or cocoa butter, as well as to develop completely new oils. "The use in creams, soaps and chocolates reflects the diverse areas of application. Basically, it can be used everywhere where vegetable oils are also used today," says COLIPI project manager Max Webers.

COLIPI oils for the cosmetics and food industry

Demand for the oil alternative is high: "Products based on CO2-neutral oils give companies in the cosmetics and food industries a clear market advantage, so no one wants to jump on the bandwagon too late," stresses Max Webers. The first products with COLIPI's oil are expected to be on the market in two years.

Kräuter und Gemüse, die in Mini-Gewächshäusern in Supermärkten und Restaurants wachsen, gibt es bereits vielerorts. Der Anbau von Lebensmitteln in der Stadt ist ein Trend mit dem Potenzial, die Landwirtschaft nachhaltiger zu machen. Dem Trend zum sogenannten Indoor-Farming folgen nun auch Forschende der TH Köln. Im Fokus steht hier der Anbau von essbaren Makroalgen, die gewöhnlich nur im Meer wachsen. Im Projekt „NoriFarm“ wollen die Forschenden einen Bioreaktor entwickeln, mit dem jeder zu Hause essbare Algen kultivieren kann.

Ein Tischgerät zur Algenzucht

Der Algen-Bioreaktor soll problemlos auf einem Tisch Platz haben und einem Aquarium ähneln. Das Gerät besteht aus einem Tank mit Wasser, das etwa Meeresbedingungen hat, und Sensoren, die wichtige Eigenschaften des Wassers wie Nährstoffgehalt und pH-Werte überwachen, um eine sichere Nahrungsmittelproduktion zu gewährleisten. Geplant ist auch eine App, die die Anwendung erleichtert und Nutzer etwa erinnert, wann der Tank gesäubert oder die Algen geerntet werden müssen. Ein ähnliches Tanksystem ist auch für Restaurantbetriebe oder Supermärkte geplant.

Alternative zu Fisch als Omega-3-Quelle

Die Motivation hinter der Entwicklung: Algen sind reich an Omega-3-Fettsäuren. Um diesen Nährstoffbedarf zu decken, essen viele Menschen Fisch. Doch Fische sind nicht von Natur aus reich an Omega-3-Fettsäuren, wie Projektleiterin Nina Kloster erläutert: „Omega-3-Fettsäuren in Fischen stammen aus ihrer Nahrung, den Algen, und sammeln sich über die Nahrungskette im Fleisch der Fische an. Die Überfischung der Meere, die antibiotikaintensive Fischzucht sowie lange Transportwege sind allerdings eine große Belastung für die Umwelt. Algen direkt zu essen, anstatt den Umweg über den Fisch zu gehen, stellt eine alternative und nachhaltige Omega-3-Quelle dar.“

Zu den hierzulande bekanntesten Makroalgen gehören Nori- und Wakame, die vor allem aus der asiatischen Küche bekannt sind. Diese Meeresalgen im heimischen Bioreaktor anzubauen, statt aus anderen Ländern zu importieren, würde die Algenproduktion nicht nur nachhaltiger, sondern auch sicherer machen, da die im Salzwasser vorkommenden tropischen Makroalgen auch mit Schwermetallen oder Pestiziden belastet sein können.

Unternehmensgründung geplant

Das Projekt „NoriFarm“ läuft bis September 2022. Das sogenannte Tanksystem für den urbanen Makroalgenanbau wird vom Bundesforschungsministerium mit 100.000 Euro gefördert. Die Produktion des fertig entwickelten Geräts soll mit einer Unternehmensgründung verknüpft werden. Das StartUpLab@TH Köln unterstützt das Vorhaben.

Erdgas ist in seiner Gesamtbilanz ein ähnlich starker Treiber des Klimawandels wie Erdöl. Eine Alternative dazu wäre klimaneutral hergestelltes Methan, das mit der vorhandenen Infrastruktur kompatibel ist. Das in Planegg bei München ansässige Unternehmen Electrochaea verspricht, genau solches Methan herzustellen, und hat für das weitere Wachstum nun 14,9 Mio. Euro vom Europäischen Innovationsrat Fonds (EIC Fund) erhalten. Damit beläuft sich die Serie-D-Finanzierungsrunde auf insgesamt 36 Mio. Euro. Nach Angaben von Electrochaea ist das die weltweit größte Finanzierungsrunde für ein Power-to-Methane-Unternehmen.

Power-to-Gas in einem Schritt

Beim klassischen Power-to-Gas-Verfahren wird bislang in einem ersten Schritt Wasser mittels Elektrolyse in Wasserstoff und Sauerstoff gespalten. In einem zweiten Schritt wird dann der Wasserstoff mit Kohlendioxid zu Methan umgewandelt. Electrochaea verbindet diese beiden Schritte zu einem einzigen, bei dem eine mikrobielle elektrochemische Zelle für die Reaktion verantwortlich ist. Mikroben aus dem Reich der Archaeen fungieren dabei als Biokatalysatoren und erledigen mit ihrem Stoffwechsel die nötigen Umwandlungsschritte von CO₂ und grünem Wasserstoff zu Methan. Sowohl für den speziellen Archaeenstamm als auch für das Design der mikrobiellen elektrochemischen Zelle hält Electrochaea exklusive Lizenzen an Patenten der Universität Chicago. Die Entwicklung der Zelle wurde gefördert durch das Zentrale Innovationsprogramm Mittelstand des Bundesministeriums für Wirtschaft und Energie.

„Das Investment durch den EIC Fund wird Electrochaea befähigen, Kunden in ganz Europa und der Welt mit erneuerbarem Gas zu beliefern", sagt Mich Hein, CEO von Electrochaea. „Unsere Technologie hat sich bereits in zwei Demonstrationsanlagen in Dänemark und in der Schweiz bewährt.“ Ab 2025 plant das Unternehmen, jährlich 425 Mio. Kubikmeter erneuerbares biosynthetisches Erdgas zu produzieren.

Kapital für kommerzielles Großprojekt

„Electrochaea ist ein großartiges Beispiel dafür, wie der EIC Fund innovative Unternehmen im Bereich der Klimatechnologie dabei unterstützt, ihre Technologien auf den Markt zu bringen und die Ziele des Green Deals zu erreichen“, begründet Martin Bruncko, Mitglied des Investitionsausschusses des EIC Fund, die Beteiligung. „Diese Finanzierung wird Electrochaea dabei unterstützen, in industriellem Maßstab erfolgreich erneuerbares Methan zu produzieren, das Erdgas ersetzt und im bestehenden Gasnetz gespeichert und transportiert werden kann.“

Das zusätzliche Kapital soll nun für den Bau eines kommerziellen Großprojekts eingesetzt werden. Neben dem EIC Fund haben sich daran Baker Hughes sowie die Bestandsinvestoren MVP, die ENGIE‐Tochter Storengy, btov, KfW, Energie 360°, Caliza und Focus First beteiligt.

In its overall balance, natural gas is a similarly strong driver of climate change as petroleum. An alternative to this would be climate-neutral methane that is compatible with the existing infrastructure. Electrochaea, based in Planegg near Munich, promises to produce just such methane, and has now received €14.9 million from the European Innovation Council Fund (EIC Fund) for further growth. This brings the Series D funding round to a total of €36 million. According to Electrochaea, this is the world's largest financing round for a power-to-methane company.

Power-to-Gas in one step

In the conventional power-to-gas process, water is split into hydrogen and oxygen by electrolysis in a first step. In a second step, the hydrogen is then converted with carbon dioxide into methane. Electrochaea combines these two steps into one, with a microbial electrochemical cell responsible for the reaction. Microbes from the realm of archaea act as biocatalysts and use their metabolism to complete the necessary conversion steps from CO2 and green hydrogen to methane. Electrochaea holds exclusive licenses to patents from the University of Chicago for both the special archaea strain and the design of the microbial electrochemical cell. The development of the cell was funded by the Central Innovation Program for SMEs of the German Federal Ministry for Economic Affairs and Energy.

"The investment by the EIC Fund will enable Electrochaea to supply renewable gas to customers throughout Europe and the world," says Mich Hein, CEO of Electrochaea. "Our technology has already been proven in two demonstration plants in Denmark and Switzerland." Starting in 2025, the company plans to produce 425 million cubic meters of renewable biosynthetic natural gas annually.

Capital for large-scale commercial project

"Electrochaea is a great example of how the EIC Fund is helping innovative climate technology companies bring their technologies to market and achieve the goals of the Green Deal," said Martin Bruncko, a member of the EIC Fund's Investment Committee, explaining the investment. "This financing will help Electrochaea successfully produce renewable methane on an industrial scale that can replace natural gas and be stored and transported in the existing gas grid."

The additional capital will now be used for the construction of a large-scale commercial project. In addition to the EIC Fund, Baker Hughes and existing investors MVP, ENGIE subsidiary Storengy, btov, KfW, Energie 360°, Caliza and Focus First have invested.