Aktuelle Veranstaltungen

Eine biobasierte Wirtschaft, die sich an natürlichen Kreisläufen orientiert, nachhaltig und klimaneutral ist – das ist das Ziel der Nationalen Bioökonomiestrategie der Bundesregierung. Doch entwickelt sich die Bioökonomie in allen Bereichen in die gewünschte Richtung? Die Nutzung von Biomasse kann zu Zielkonflikten führen, die nicht immer auf den ersten Blick sichtbar sind, weil sie global oder zeitlich versetzt auftreten. Um die Zusammenhänge unseres Konsums in Deutschland mit den Wirkungen auf Klima und Umwelt erfassbar zu machen, ist ein Monitoring unerlässlich. Es liefert eine wichtige Informations- und Entscheidungsgrundlage, um Veränderungen bewerten und steuern zu können.

Im Jahr 2016 haben die Bundesministerien für Bildung und Forschung (BMBF), Wirtschaft und Klimaschutz (BMWK) und Ernährung und Landwirtschaft (BMEL) ein deutsches Bioökonomie-Monitoring gestartet. Das BMBF förderte dazu den Forschungsverbund „Systemisches Monitoring und Modellierung der Bioökonomie“, kurz SYMOBIO, dessen Nachfolgeprojekt SYMOBIO 2.0 im Jahr 2022 an den Start ging. „Wir zeigen, wo und wann die Vorsilbe ‚Bio-‘ tatsächlich einen Fortschritt bedeutet“, erklärt Stefan Bringezu, Koordinator von SYMOBIO 2.0.

Biomasse-Pfade und ökologische Fußabdrücke

Auf einem neuen Infoportal werden nun anschaulich die Ergebnisse des Monitorings zusammengetragen: monitoring-bioökonomie.de. Zunächst sind die Inhalte nur auf Englisch verfügbar. Bis zum Sommer sollen die Inhalte auch in deutscher Sprache erscheinen.

Woher stammt die Biomasse und wofür wird sie hauptsächlich verwendet? Wo liegen die Potenziale? Welche Trends zeichnen sich ab und was sind die Treiber dahinter? Welche Nutzungskonkurrenzen können dabei entstehen – und wie können wir diese vermeiden? Wie groß sind die Fußabdrücke der deutschen Bioökonomie? Und wie lässt sie sich nachhaltiger gestalten? Diese und weitere Fragen werden verständlich und wissenschaftlich fundiert beantwortet. Darüber hinaus können Interessierte mit dem Datenexplorer selbst die Zeiträume und Parameter bestimmen und interessante Trends erkunden.

Ganzheitliche Sicht

Von Fallstudien über Fernerkundung bis hin zu Fußabdruckanalyse: Für das Monitoring wenden die Forschungsteams unterschiedliche Methoden an, um die Bioökonomie Deutschlands zu analysieren (Rubrik Tools). Auf der Website werden die Ergebnisse aus fünf Jahren Forschung innerhalb des SYMOBIO-Projekts anschaulich präsentiert.

Doch die Internetplattform ist viel mehr als eine Projektwebsite: Über SYMOBIO hinaus werden weitere aktuelle Projektergebnisse und Studien herangezogen. Alle Ergebnisse werden auf der Website zusammengeführt und eingeordnet, sodass ein ganzheitliches Bild der Bioökonomie entsteht. Dabei werden sowohl die Chancen und Potenziale als auch die Probleme und Risiken ausgewogen diskutiert.

Seit 15. April hat die Bundesgartenschau ihre Tore geöffnet. Dieses Jahr findet sie in Mannheim statt. Dafür wurden der Luisenpark und das Spinelli-Gelände, wo einst eine US-Militärkaserne stand, umgestaltet. Eine Seilbahn verbindet beide Areale miteinander. Bis zu zwei Millionen Gäste erwarten die Veranstalter bis Anfang Oktober. Die BUGA 2023 mit Sommerfest, Blumenschau und Experimentierfeld steht dieses Mal ganz im Zeichen der Nachhaltigkeit und hat den Anspruch „die bisher nachhaltigste Bundesgartenschau“ zu werden.

„Die BUGA 23 hat erfolgreich die EMAS-Zertifizierung zur Nachhaltigkeit durchlaufen und setzt so einen neuen Maßstab – für zukünftige Bundesgartenschauen und Großveranstaltungen im Allgemeinen“, so Mannheims Oberbürgermeister Peter Kurz. Nachhaltigkeit spiegelt sich auch in den vier Leitthemen der BUGA 2023 wider. Die Themen Klima, Umwelt, Energie und Nahrungssicherung sind dem Veranstalter zufolge in allen Bereichen wiederzufinden – angefangen bei den Ausstellungen bis hin zum Veranstaltungsprogramm. Grundlage der Leitthemen sind die von den Vereinten Nationen festgeschrieben Nachhaltigkeitsziele (Sustainable Development Goals – SDGs) sowie das Leitbild Mannheim 2030. „Die BUGA 23 zeigt, wie ein nachhaltigeres Leben aussehen kann, zeigt innovative Lösungen, geht neue Wege und wagt Experimente“, so Kurz.

Vertikaler Garten mit rotierenden Bäumen

Schon am Eingangstor zum BUGA-Gelände werden innovative Lösungen sichtbar: Auf einer etwa fünf mal zehn Meter großen Wand wächst den Besucherinnen und Besuchern ein vertikaler Garten mit rotierenden Bäumen entgegen. Aus der begrünten Fläche, die einen kleinen Ausschnitt des Gartenschau-Geländes darstellt, ragen drei waagrechte zwei Meter hohe Bäume heraus, die sich um die eigene Achse drehen. Entwickelt wurde der vertikale Garten von dem Start-up Visioverdis 2.0 mit Unterstützung der Universität Hohenheim in Stuttgart. Die Philosophie dahinter: Ein modernes, attraktives Stadtbild gestalten – und die Luftqualität verbessern.

Lösungen für eine klimaneutrale Produktion standen im Fokus der diesjährigen Hannover Messe. Neben Innovationen aus dem Bereich Maschinenbau, Elektro- und Digitalindustrie sowie Energiewirtschaft zeigten Forschungseinrichtungen und Unternehmen, wie biobasierte Innovationen die Transformation der Industrieproduktion mitgestalten.

Im Future Hub in Halle 2, wo traditionell die neuesten Trends aus den Innovationsschmieden aus Wissenschaft und Industrie gezeigt werden, präsentierten sich im „Schaufenster Bioökonomie“ auch in diesem Jahr Bioökonomie-Akteure ihre Innovationen aus Forschung und Entwicklung. Am Gemeinschaftsstand A33 des Bundesministeriums für Bildung und Forschung (BMBF) und Bundesministeriums für Ernährung und Landwirtschaft (BMEL) wurden insgesamt 19 aktuelle Forschungs- und Entwicklungsprojekte zu den Themenfelder „Automotive, Baustoffe, Prozesstechnik und Biowerkstoffe" vorgestellt.

Mit dabei das Team von bioökonomie.de mit seinem Multimedia-Exponat. Die Besuchende hatten an fünf Stationen die Möglichkeit, in die Bioökonomie-Welt von morgen blicken. Dazu gab es unsere besten Videos und Multimedia-Storys zu den Themen nachhaltige Stadt der Zukunft, Lebensmittel der Zukunft, nachhaltiger Konsum und Bioraffinerien als Fabriken der Zukunft. An einem Tablet konnten die Besuchenden zudem mehr über die Informationsplattform bioökonomie.de und die Kommunikation von Bioökonomie erfahren.

Ein Foto von Blüte oder Blatt reicht meist schon aus und die App erkennt die Pflanze: Mit Flora Incognita haben Forschende der Technischen Universität Illmenau und des Max-Planck-Instituts für Biogeochemie Jena nicht nur Hobbybotanikern ein Werkzeug in die Hand gegeben, um Pflanzen unkompliziert zu erkennen. Auch Forschende greifen seither auf die Datenmengen zu, um etwa die Verbreitung der Pflanzenarten zu erkunden. Mithilfe Künstlicher Intelligenz konnte das Entwicklerteam aus Illmenau und Jena die Leistung der App um ein Vielfaches verbessern.

App erkennt weltweit 16.000 Pflanzenarten

Auf Grund einer innovativen Machine-Learning-Trainingsmethode ist Flora Incognita nun in der Lage, weltweit rund 16.000 Arten zu erkennen. Aber nicht nur das: „Mit den richtigen Bildern sind die neuen Netze jetzt in der Lage, viele Pflanzenarten mit einer Genauigkeit von nahezu 100 % zu klassifizieren“, sagt Patrick Mäder, Projektleiter von Flora Incognita an der TU Ilmenau.

Durch die Ausstattung der technologischen Basis mit selbstlernenden, tiefen neuronalen Netzen hat sich nicht nur die Zahl der verfügbaren Pflanzenarten verdreifacht. Auch die Benutzerfreundlichkeit und die Barrierefreiheit wurden verbessert. So wurde beispielsweise ein neues spieltypisches Element eingeführt, das es Nutzerinnen und Nutzern ermöglicht, für das Dokumentieren bestimmter Pflanzengruppen Abzeichen zu sammeln. Damit wollen die Forschenden einen Anreiz schaffen, auch schon bekannte Arten oder andere Pflanzengruppen festzuhalten und damit Forschenden wichtige Daten zu liefern.

Pflanzenfunde offline anlegen

Neu ist, dass die Pflanzenbestimmungs-App nun auch offline benutzt werden kann, um Pflanzenfunde anzulegen, die dann später automatisch erkannt werden sollen. Auch zur Durchführung von Citizen-Science-Projekten kann die App nun genutzt werden. So können ab sofort auch Laien die Verbreitung bestimmter invasiver Arten in einer Region nachvollziehen, besondere Bäume kartieren oder die Vielfalt von Pflanzenarten zum Beispiel auf Schulgeländen dokumentieren. Diese anonymisierten Beobachtungsdaten werden dann regelmäßig an die Projektverantwortlichen zur wissenschaftlichen und naturschutzfachlichen Auswertung weitergeleitet.

Auch die Datengrundlage und die hinterlegten Informationen wurden den Forschenden zufolge in der App erweitert – ebenfalls durch die Mithilfe von Laien. Mit der speziell für das wissenschaftliche Dokumentieren von Pflanzen entwickelten „Flora Capture“- App wurden bereits Tausende Aufnahmen aus bestimmten Perspektiven übermittelt. Damit wurde der Genauigkeitsgrad der Pflanzenbestimmung deutlich verbessert. Die Bilddaten stammten sowohl von Laien als auch von Studierenden sowie Autoren des Werks „African Plants – A Photo Guide“, außerdem von Mitarbeiterinnen und Mitarbeitern der Hochschule Geisenheim und der Hochschule für Technik und Wirtschaft Dresden.

Pflanzensteckbriefe werden erweitert

In der nächsten Zeit soll das Informationsangebot in der App ausgebaut werden, wie die Co-Projektleiterin Jana Wäldchen vom Max-Planck-Institut für Biogeochemie Jena berichtet. „Wir planen, die Pflanzensteckbriefe mit weiteren spannenden Fakten zu ergänzen. Wir denken da beispielweise an Angaben, wie bestäuberfreundlich eine Art ist oder ob sie invasiv ist. Damit möchten wir unseren Nutzerinnen und Nutzern nach der Bestimmung praktisches Pflanzenwissen mitgeben.“

Die Flora-Incognita-App wurde von Forschenden der Technischen Universität Ilmenau und des Max-Planck-Instituts für Biogeochemie Jena entwickelt und von 2014 bis 2020 durch das Bundesministerium für Bildung und Forschung gefördert. Das Folgeprojekt „Flora Incognita++“ wird vom Bundesministeriums für Umwelt, Naturschutz, nukleare Sicherheit und Verbraucherschutz sowie durch das Thüringer Ministerium für Umwelt, Energie und Naturschutz gefördert.

A photo of a flower or leaf is usually enough for the app to recognize the plant. With Flora Incognita, researchers at the Illmenau University of Technology and the Max Planck Institute for Biogeochemistry in Jena have not only given amateur botanists a tool to easily recognize plants. Many researchers have since also been accessing the data sets in order to explore the distribution of plant species, for example. With the help of artificial intelligence, the team of developers from Illmenau and Jena was able to improve the performance of the app many times over.

App recognizes 16,000 plant species worldwide

Based on an innovative machine learning training method, Flora Incognita is now able to recognize around 16,000 species worldwide. But not only that: "With the right images, the new networks are now able to classify many plant species with an accuracy of almost 100%," says Patrick Mäder, project manager of Flora Incognita at TU Ilmenau.

Equipping the technological base with self-learning deep neural networks has not only tripled the number of available plant species, but also improved usability and accessibility. For example, a new game-like element was introduced that allows users to earn badges for documenting certain plant groups. In this way, the researchers want to create an incentive to also record already known species or other plant groups and thus provide researchers with important data.

Create plant finds offline

As a new feature, the plant identification app can now also be used offline to create plant finds that are then to be automatically recognized later. Citizen science projects can also be carried out with the app. Laypeople can track the spread of certain invasive species in a region, map special trees or document the diversity of plant species on school grounds, for example. This anonymized observation data is then regularly forwarded to the project managers for scientific and nature conservation evaluation.

According to the researchers, the data basis and stored information have also been expanded - also with the help of laypersons. The "Flora Capture" app, which was specially developed for the scientific documentation of plants, had already been used to transmit thousands of images from specific perspectives. This significantly improved the degree of accuracy of plant identification. The image data came from laypersons as well as from students and authors of the work "African Plants - A Photo Guide", and also from employees of the Geisenheim University of Applied Sciences and the Dresden University of Applied Sciences.

Extended plant profiles

In the near future, the information offered in the app will be further expanded, as reported by co-project leader Jana Wäldchen from the Max Planck Institute for Biogeochemistry Jena. "We plan to supplement the plant profiles with more exciting facts. We have in mind, for example, information on how pollinator-friendly a species is or whether it is invasive. In this way, we want to provide our users with practical plant knowledge after identification."

The Flora Incognita app was developed by researchers at Ilmenau University of Technology and the Max Planck Institute for Biogeochemistry Jena and funded by the German Federal Ministry of Education and Research from 2014 to 2020. The follow-up project "Flora Incognita++" is funded by the Federal Ministry for the Environment, Nature Conservation, Nuclear Safety and Consumer Protection and by the Thuringian Ministry for the Environment, Energy and Nature Conservation.

Faserverbundwerkstoffe, die aus biobasierten Rohstoffen bestehen, sind in der Industrie zunehmend gefragt. Sie sollen Werkstoffe ersetzen, die bislang auf Glas- oder Carbonfasern oder auch auf Basalt- oder Aramidfasern basieren. Das Ziel dabei sind nachhaltigere Produkte, denn die bisherigen Optionen sind sowohl in Herstellung als auch Recycling sehr energieintensiv. Gleichzeitig soll die Nachhaltigkeit nicht auf Kosten von Verarbeitbarkeit oder Materialeigenschaften gehen. Eine Forschungskooperation um die Deutschen Institute für Textil- und Faserforschung (DITF) hat nun mit CELLUN einen entsprechenden Faserverbundwerkstoff vorgestellt.

Mit etablierten Verfahren weiterverarbeiten

Die Industrie verarbeitet im Leichtbau bevorzugt sogenannte Organosheets. Das sind Platten-Halbzeuge aus thermoplastischen Kunststoffen und Verstärkungsfasern. Sie lassen sich mit etablierten Verfahren wie Heißpressen, Thermoformen, Spritzgießen oder Pultrosion zu Formteilen weiterverarbeiten. So erzeugte Bauteile besitzen eine gleichförmige Qualität und lassen sich gut recyceln.

Auch aus CELLUN lassen sich Organosheets herstellen. Der Verbundwerkstoff besteht aus nicht schmelzbaren Cellulosefasern sowie thermoplastischen Derivaten von Cellulosefasern, die mit Regeneratfasern und von den DITF entwickelten HighPerCell-Cellulosefasern verstärkt werden.

Auf dem Weg zur industriellen Reife

CELLUN soll nun zur industriellen Reife weiterentwickelt und für ein späteres Recycling optimiert werden. Das Bundeswirtschaftsministerium fördert das Verbundvorhaben. Die Forschenden wollen besonders geeignete Verstärkungsfasern finden und in die Matrix aus Cellulose und thermoplastischen Cellulose-Derivaten einbinden. Schließlich sollen daraus zur Demonstration mehrere Formteile in unterschiedlichen Verfahren hergestellt werden.

Vollständige Kreislaufführung als Ziel

Besonders wichtig ist den Projektbeteiligten jedoch die Kreislaufführung. CELLUN soll vollständig recycelt werden können. Dabei verfolgt das Team zwei mögliche Ansätze: Die Formteile könnten ohne Qualitätsverlust thermisch umgeformt werden. Oder das Material könnte chemisch in seine einzelnen Komponenten aufgetrennt werden, die dann erneut als Rohstoffe nutzbar wären.

Die DITF versprechen sich am Ende einen kostengünstigen, ressourcenschonenden sowie Klima- und umweltfreundlichen Verbundwerkstoff für den Leichtbau- und Automobilsektor.

Fiber composites made from bio-based raw materials are increasingly in demand in industry. They are set to replace materials previously based on glass or carbon fibers or even basalt or aramid fibers. The intention is to produce more sustainable products, because the previous variants are very energy-intensive, both in production and in recycling. Yet sustainability is not to be achieved at the expense of processability or material properties. A research association around the German Institutes for Textile and Fiber Research (DITF) has now presented CELLUN, a corresponding fiber composite material.

Further processing using established methods

In lightweight construction, the industry prefers to use organosheets. These are semi-finished sheets made from thermoplastics and reinforcing fibers. They can be processed into molded parts using established processes such as hot pressing, thermoforming, injection molding or pultrusion. The components produced in this way have a uniform quality and are easy to recycle.

Organosheets can also be produced from CELLUN. The composite material consists of non-fusible cellulose fibers and thermoplastic derivatives of cellulose fibers reinforced with regenerated fibers and HighPerCell cellulose fibers developed by the DITF.

Towards industrial maturity

CELLUN is now to be further developed to industrial maturity and optimized for subsequent recycling. The German Federal Ministry of Economics and Technology is funding the joint project. The researchers want to find particularly suitable reinforcing fibers and integrate them into the matrix of cellulose and thermoplastic cellulose derivatives. Finally, several molded parts are to be produced from them in different processes for demonstration purposes.

Full recycling as a goal

Particularly important to the project team is closed-loop recycling: CELLUN should be fully recyclable. The team is pursuing two possible approaches: The molded parts could be thermally reshaped without any loss of quality. Or the material could be chemically separated into its individual components, which could then be used again as raw materials.

DITF hopes to develop a cost-effective, resource-saving as well as climate- and environment-friendly composite material for the lightweight construction and automotive sectors.

Anfang des Jahres geriet eine Gruppe künstlich hergestellter Industriechemikalien in die Schlagzeilen: PFAS (per- und polyfluorierte Alkylsubstanzen). Sie sind in der Regel nicht akut giftig, stehen aber im Verdacht gesundheitsschädlich zu sein. Aufgrund ihrer hohen Stabilität reichern sie sich langfristig in Gewässern und Böden an und gelangen über Nahrung und Trinkwasser auch in den menschlichen Körper. Sie können nicht biologisch abgebaut werden und überdauern viele Jahrzehnte oder sogar Jahrhunderte, deshalb werden sie auch "Ewigkeitschemikalien" oder "Jahrhundertgift" genannt.

Ewigkeitschemikalien machen Textilien wetterfest

PFAS – auch PFC genannt – werden für die Herstellung hunderter Produkte gebraucht, denn sie sind wasser-, fett- und schmutzabweisend. Hersteller von Funktionskleidung behandeln Textilien mit PFAS um sie dauerhaft wasserabweisend zu machen. PFAS-haltige Einwasch-Imprägnierer sollen dazu beitragen, den Schutz nach längerem Gebrauch der Textilien aufzufrischen. Sie werden ähnlich wie Waschmittel verwendet, so können PFAS in das Abwasser gelangen.

Biologisches Chitosan statt PFAS

Ein Mainzer Hersteller setzt für sein Imprägniermittel auf Wirkstoffe, die frei von Fluorcarbonen sind und stattdessen einen Wirkstoffkomplex aus speziellen Imprägnierwirkstoffen und biologischem Chitosan enthalten. Das Chitosan wird aus Chitin gewonnen, welches als Abfallstoff in der Lebensmittelindustrie anfällt, da es in Schalen und Panzern von Krustentieren, wie Krebsen, Krabben und Garnelen vorkommt. Durch Deacetylierung mit heißer Natronlauge entsteht aus Chitin Chitosan. Eine alternative, vegane Quelle für Chitin sind die Zellwände von Pilzen. Chitin ist das nach Cellulose am zweithäufigsten in der Natur vorkommende Biopolymer und im Gegensatz zu PFAS biologisch abbaubar.

Marktreife

Verschiedene PFAS/PFC freie Einwasch-Imprägnierer mit Chitosan sind bereits erhältlich und können auch online erworben werden.

Biokunststoffe aus nachwachsenden Roh- und Reststoffen haben das Potenzial, erdölbasierte Kunststoffe zu ersetzen. Trotz vieler Vorteile gibt es noch immer Hindernisse, die Firmen davon abhalten, ihre Produkte aus Biokunststoff herzstellen. Gründe dafür sind unter anderem höhere Produktionskosten sowie eine zu geringe Auswahl an Biokunststoff-Typen. Das wollen 18 Partner aus Forschung und Industrie im Verbundprojekt „Regionales unternehmerisches Bündnis zum Aufbau von Wertschöpfungsketten für technische Biokunststoffe in Mitteldeutschland“, kurz RUBIO, ändern. Ziel ist es, aus regionalen pflanzlichen Abfällen neuartige nachhaltige Kunststoffe herzustellen, die sich zu Produkten wie Textilien, Verkleidungsteilen oder Verpackungen verarbeiten lassen und recyclingfähig sowie biologisch abbaubar sind. Damit will RUBIO den Strukturwandel im heutigen Braunkohlerevier in Mitteldeutschland mitgestalten. Das Vorhaben läuft seit 2021 und wird drei Jahre lang vom Bundesforschungsministerium gefördert.

Entwicklung neuartige PBS-Kunststoffe

Forschende vom Fraunhofer-Institut für Angewandte Polymerforschung IAP präsentieren nun erste Erfolge. Aufgabe des Teams war es, neue Typen des Biokunststoffes Polybutylensuccinat (PBS) zu entwickeln, die nicht nur biobasiert und biologisch abbaubar sind, sondern auch mit einer deutlich breiteren Palette an Verfahren wie gängigen Extrusionsanlagen verarbeitet werden können. „Bisher gibt es auf dem Markt nur drei PBS-Typen, und diese eignen sich lediglich für eine eingeschränkte Zahl an Verarbeitungsverfahren und Anwendungen“, erklärt Thomas Büsse, der bei RUBIO das Verbundprojekt „Verarbeitung“ koordiniert und das Verarbeitungstechnikum Biopolymere Schwarzheide (Brandenburg) des Fraunhofer IAP leitet.

Folie für Versandtaschen hergestellt

Gemeinsam mit dem Projektpartner, der auf Kunststofffolien spezialisierten Firma POLIFILM EXTRUSION GmbH in Sachsen-Anhalt haben die Fraunhofer-Forschenden eine neue PBS-Folie kreiert, die für Versandtaschen eingesetzt werden kann. „Diese Kooperation ist ein wichtiger Schritt in Richtung Nachhaltigkeit und ermöglicht uns, Produkte anzubieten, die aus regionalen Reststoffen hergestellt wurden, die recyclingfähig und bei Verlust in die Umwelt biologisch abbaubar sind. Ein weiterer Vorteil ist die Verarbeitung auf gängigen Extrusionsanlagen, wodurch dem Siegesweg der PBS-Materialien nichts mehr entgegensteht", erklärt Tobias Otto, Projektmanager R&D bei der POLIFILM EXTRUSION GmbH.

Nutzung regionaler Roh- und Reststoffe im Visier

Im Laufe der weiteren Zusammenarbeit wollen die beiden Projektpartner regionale Reststoffe zur Herstellung des neuartigen Biokunststoffes verwenden. „Grundsätzlich können alle Materialien verwertet werden, die Cellulose oder Lignocellulose enthalten. Dazu zählen unter anderem nicht verrottende Gärreste aus Biogasanlagen, in vielfältiger Form anfallende Reste aus landwirtschaftlichen Betrieben oder theoretisch sogar Abfälle aus der Papierproduktion", erläutert Thomas Büsse. Der Einsatz regionaler Roh- und Reststoffe würde die Transportwege verkürzen und damit die Preise für die Herstellung reduzieren sowie die aus Biokunststoff hergestellten Produkte noch nachhaltiger machen.

Bioplastics made from renewable raw materials and residues have the potential to replace petroleum-based plastics. Despite many advantages, however, there are still obstacles that prevent companies from manufacturing their products from bioplastics. These include higher production costs and an insufficient choice of bioplastic grades. 18 partners from research and industry want to change this in the joint project "Regional Entrepreneurial Alliance for the Development of Value Added Chains for Technical Bioplastics in Central Germany" (Regionales unternehmerisches Bündnis zum Aufbau von Wertschöpfungsketten für technische Biokunststoffe in Mitteldeutschland), or RUBIO for short.

The aim is to produce new types of sustainable plastics from regional plant waste that can be processed into products such as textiles, cladding parts or packaging, which are then recyclable as well as biodegradable. In this way, RUBIO aims to help shape structural change in the current lignite mining region in central Germany. The project has been running since 2021 and will be funded by the German Federal Ministry of Education and Research for three years.

Development of novel PBS plastics

Researchers from the Fraunhofer Institute for Applied Polymer Research (IAP) are now presenting their first successes. The team's task was to develop new grades of the bioplastic polybutylene succinate (PBS) that are not only biobased and biodegradable, but can also be processed using a wide range of methods. "So far, there are only three types of PBS on the market, and these are only suitable for a limited number of processing methods and applications," explains Thomas Büsse, who coordinates the joint project "Processing" at RUBIO and heads the Fraunhofer IAP's Processing Technology Center Biopolymers Schwarzheide (Brandenburg).

Foil made for shipping bags

Together with the project partner, POLIFILM EXTRUSION GmbH from Saxony-Anhalt, a company specializing in plastic films, the Fraunhofer researchers have developed a new PBS film that can be used for mailing bags. "This cooperation is an important step toward sustainability and allows us to offer products made from regional residual materials that are recyclable and biodegradable if lost in the environment. Another advantage is that they can be processed on common extrusion lines, so nothing stands in the way of the triumphal march of PBS materials," explains Tobias Otto, R&D project manager at POLIFILM EXTRUSION GmbH.

Targeting the use of regional raw and residual materials

As the collaboration continues, the two project partners plan to use regional residual materials to produce the novel bioplastic. "In principle, all materials containing cellulose or lignocellulose can be recycled. These include non-rotting fermentation residues from biogas plants, residues from agricultural operations that occur in a variety of forms, or even waste from paper production," explains Thomas Büsse. The use of regional raw materials and residues would shorten transport routes and thus reduce the prices for production, as well as making the products made from bioplastics even more sustainable.

Die Weltmeere sind voll mit Plastikmüll. Sogar in der Arktis wurden Forschende fündig. Relikte von Kunststoffprodukten – von Plastikflaschen und -tüten über Schuhe bis hin zu Fischernetzen, die als Strandgut enden, oder Müllteppiche, die auf den Weltmeeren treiben, sind jeweils nur die offensichtlichen Beispiele. Das volle Ausmaß des Plastikmülls ist oberflächlich nicht sichtbar.

Seit Jahren warnen Forschende daher vor den Folgen der Vermüllung durch Mikroplastik für das Ökosystem und vor allem für die Meeresbewohner. Wie groß die Mikroplastikverschmutzung im arktischen Meereis tatsächlich ist, zeigt nun eine neue Studie, die unter Leitung des Alfred-Wegener-Instituts (AWI), dem Helmholtz-Zentrum für Meeres- und Polarforschung, durchgeführt wurde.

Alge befördert Mikroplastik zum Meeresboden

Aus früheren Messungen war bekannt, dass sich Mikroplastik bei der Meereisbildung im Eis aufkonzentriert und beim Schmelzen an das umgebende Wasser abgegeben wird. Die größten Mengen Mikroplastik wurde jedoch jeweils im Tiefseesediment im Bereich des Eisrandes gefunden. Warum das so ist, war bisher unklar. Darauf haben Meeresbiologen um Melanie Bergmann vom Bremerhavener AWI nun die Antwort gefunden: Die Alge Melosira arctica hat bei ihrem Tiefgang die gefährliche Fracht geladen.

„Die Algen befördern Mikroplastik auf direktem Weg mit nach unten zum Meeresboden, darum messen wir unter der Eiskante höhere Mikroplastikmengen. Normalerweise sinken die als Meeresschnee bezeichneten Aggregate aus Algenresten langsamer und werden von Wasserströmungen seitwärts abgetrieben, so dass der Meeresschnee weiter weg landet“, erläutert die AWI-Biologin.

Mikroplastikkonzentration in der Alge höher als im Wasser

Die Untersuchungen ergaben nun, dass die unter dem arktischen Meereis wachsenden Algen zehnmal so viele Mikroplastikpartikel pro Kubikmeter enthielten wie das sie umgebende Meerwasser. Demnach bildet sich Melosira arctica in den Frühlings- und Sommermonaten rasend schnell unter dem Meereis aus. Sterben die Zellen jedoch ab und schmilzt das Eis, verkleben sie zu Klumpen, wie das Team im Fachjournal "Environmental Science and Technology" berichtet. Diese Klumpen können demnach innerhalb eines Tages mehrere tausend Meter bis auf den Grund der Tiefsee sinken, wo sie eine wichtige Nahrungsquelle für die bodenlebenden Tiere und Bakterien sind.

Futterfahrstuhl mit Mikroplastik beladen

„Die fädigen Algen haben eine schleimig-klebrige Textur, so dass sie möglicherweise Mikroplastik aus atmosphärischen Niederschlägen, dem Meerwasser selbst, dem umgebenden Eis und jeder anderen Quelle, der sie begegnen, einsammeln“, erklärt Deonie Allen von der University of Canterbury und der Birmingham University, die zum Forschungsteam gehört. Einmal im Algenschleim gefangen würde die gefährliche Fracht wie in einen Aufzug zum Meeresboden fahren oder von Meerestieren gefressen, heißt es. Die Alge agiert sozusagen als Futterfahrstuhl für die Bodenlebewesen in der Tiefsee. Über diesen Weg könnte das Mikroplastik in das dortige Nahrungsnetz gelangen.

Doch an der Meeresoberfläche dient die Eisalge als wichtige Nahrungsquelle. Die Forschenden meinen damit endlich eine Erklärung gefunden zu haben, warum Mikroplastik besonders stark unter eis-assoziierten Zooplankton-Organismen verbreitet war, wie frühere Studien ergaben.

Stoffmix aus Kunststoffen und Chemikalien aufgespürt

Im Zuge der Analyse der Plastikverschmutzung in der Arktis spürten die Forschenden diverse Kunststoffe wie Polyethylen, Polyester, Polypropylen, Nylon und Akryl auf. Zuzüglich verschiedener Chemikalien und Farbstoffe habe sich so ein Stoffmix ergeben, dessen Auswirkungen auf Umwelt und Lebewesen schwer einzuschätzen seien, heißt es. Die Forschenden sehen neben der Gefahr für das Ökosystem und die Meeresbewohner daher auch eine Gesundheitsgefährdung für den Menschen. „Gerade die Menschen in der Arktis sind für ihre Proteinversorgung besonders auf das marine Nahrungsnetz angewiesen, beispielsweise durch die Jagd oder Fischerei. Das heißt, dass sie auch dem darin enthaltenen Mikroplastik und Chemikalien ausgesetzt sind“, so Baumann.

Den meisten Nutzen für eine vielfältige Vogelwelt haben Brachen in Agrarlandschaften von mittlerer Komplexität. Zu diesem Ergebnis kommt eine neunjährige Studie des Thünen-Instituts, des Dachverbands Deutscher Avifaunisten und der Universität Göttingen. Die Forschenden hatten Zusammenhänge zwischen dem Anteil von Brachen und dem Vorkommen von Agrarvögeln ausgewertet.

Landschaftskomplexität als wichtige Größe

Brachen gelten generell als förderlich für die Artenvielfalt und als Gegenmaßnahme, um dem Artenschwund in der industriellen Landwirtschaft entgegenzuwirken. Unklar war jedoch, welche Art von Brachen in welchem landschaftlichen Kontext besonders wirkungsvoll sind. Anhand des bundesweiten Monitorings häufiger Brutvögel und Daten aus der Agrarstatistik konnten die Projektbeteiligten diese Frage nun beantworten.

Als wesentlicher Faktor erwies sich die Komplexität der Agrarlandschaft. Darunter verstehen Fachleute wie stark sich Felder mit Gehölzstrukturen wie Hecken oder Waldränder abwechseln. Der stärkste Nutzen für die Vogelwelt zeigte sich demnach bei Brachen, die in Agrarlandschaften mittlerer struktureller Komplexität angelegt wurden. Gemeint sind damit in Deutschland Flächen, bei denen die mittlere Dichte der Grenzlinien zwischen Acker und Gehölzen bei 65 Metern pro Hektar landwirtschaftlicher Nutzfläche liegt.

Mehr Brachflächen wiederherstellen

„Mit unseren Untersuchungen konnten wir Regionen identifizieren, wo Brachflächen vorzugsweise angelegt werden sollten, um die größte Wirkung zu entfalten“, resümiert Studienkoordinator Sebastian Klimek vom Thünen-Institut für Biodiversität. Die Konsequenz dieser Erkenntnis bringt sein Kollege Johannes Kamp von der Universität Göttingen auf den Punkt: „Um bundesweit rückläufige Bestandsentwicklungen von Agrarvögeln aufzuhalten, ist es erforderlich, einen Mindestanteil von Brachen in der Agrarlandschaft zu erhalten.“

Brachenflächen waren in der EU infolge der Gemeinsamen Agrarpolitik seit den 2000er Jahren stark rückläufig, und mit ihnen die Brutplätze und Nahrungsangebote für Agrarvögel. Ab 2015 führte das sogenannte Greening der überarbeiteten Gemeinsamen Agrarpolitik zu einer leichten Erholung, ohne jedoch in Deutschland den früheren Flächenanteil der Brachen wiederherzustellen. Seit diesem Jahr sieht die Gemeinsame Agrarpolitik vor, dass Betriebe 4% ihrer Ackerflächen stilllegen müssen.

Das Projekt „Monitoring der biologischen Vielfalt in Agrarlandschaften“ wurde vom Bundesministerium für Ernährung und Landwirtschaft gefördert. Die zugehörige Studie ist im Fachmagazin „Journal of Applied Ecology“ erschienen.

Fallow land in agricultural landscapes of medium complexity has the greatest benefit for diverse bird life. This is the result of a nine-year study by the Thünen Institute, the Dachverband Deutscher Avifaunisten and the University of Göttingen. The researchers had evaluated correlations between the proportion of fallow land and the occurrence of agricultural birds.

Landscape complexity as an important variable

Fallow land is generally considered beneficial for biodiversity and as a countermeasure to species loss in industrial agriculture. However, it was unclear which type of fallow land is particularly effective in which landscape context. With the help of the nationwide monitoring of common breeding birds and data from agricultural statistics, the project participants were now able to answer this question.

The complexity of the agricultural landscape proved to be a key factor. Experts understand this to mean the extent to which fields alternate with woody structures such as hedgerows or forest edges. The greatest benefit for bird life is provided by fallows established in agricultural landscapes with medium structural complexity. In Germany, this refers to areas where the average density of boundary lines between fields and wooded areas is 65 meters per hectare of agricultural land.

Restore more fallow land

"Our investigations enabled us to identify regions where fallow land should preferably be established in order to have the greatest effect," sums up study coordinator Sebastian Klimek from the Thünen Institute for Biodiversity. The consequence of this finding is expressed succinctly by his colleague Johannes Kamp from the University of Göttingen: "In order to halt declining population trends of agricultural birds nationwide, it is necessary to maintain a minimum proportion of fallow land in the agricultural landscape."

As a result of the Common Agricultural Policy, fallow land in the EU has declined sharply since the 2000s, and with it breeding and feeding opportunities for farmland birds. From 2015, the so-called greening of the revised Common Agricultural Policy led to a slight recovery, but without restoring the former proportion of fallow land in Germany. Since that year, the Common Agricultural Policy requires farms to set aside 4% of their arable land.

The project "Monitoring Biodiversity in Agricultural Landscapes" was funded by the German Federal Ministry of Food and Agriculture. The associated study was published in the Journal of Applied Ecology.

Algen haben viele Talente. Sie reinigen Abwässer, liefern wichtige Inhaltsstoffe für die Pharma- oder Kosmetikindustrie oder sie dienen als alternative Quelle für Treibstoffe. Neben ihrer Funktion als Rohstofflieferant können Algen aber vor allem eines: Für ihre Photosynthese binden sie große Mengen des Klimagases CO₂.

Hier setzt die Arbeit des Start-ups MacroCarbon an – eine Ausgründung des Alfred-Wegener-Instituts, Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung (AWI) und dem Unternehmen Carbonwave. MacroCarbon wird im Rahmen der zweiten Stufe der Carbon-to-Value Challenge bis September 2024 mit bis zu 2,3 Mio. Euro durch die Bundesagentur für Sprunginnovationen SPRIND unterstützt. 700.000 Euro waren in der ersten Förderphase geflossen.

Klimaschonende Grundstoffe für die chemische Industrie

Das Team um Gründerin und Geschäftsführerin Mar Fernández Méndez will Algenfarmen im Meer bauen und mit der Algenzucht die Rohstoffbasis zur Herstellung klimaschonender Grundstoffe für die chemische Industrie schaffen, die gleichzeitig Kohlenstoff langfristig speichern. Die Algen sollen nach der Ernte direkt verarbeitet werden. Damit will das Start-up zur Dekarbonisierung der chemischen Industrie beitragen. Bis 2040 sollen so 100 Millionen Tonnen und bis 2050 eine Gigatonne CO₂-Kohlenstoff gebunden werden.

Anbau und die Verarbeitung von Sargassum-Algen

Im Fokus der Algenzucht stehen hier die Makroalgen Sargassum fluitans und Sargassum natans. Da beide Algen im subtropischen Atlantik sehr gut gedeihen, hat das neue Spin-off des AWI als Firmensitz Las Palmas auf Gran Canaria gewählt. Zugleich erhält die junge Firma hier einen Zugang zur Ozeanplattform Oceanic Platform of the Canary Islands, PLOCAN, die Großversuche und Tests von Pilotanlagen ermöglicht.

Alge bindet viel CO₂

„MacroCarbon wird integrierte Lieferketten für den Anbau und die Verarbeitung von Sargassum-Algen entwickeln. Weil Sargassum selbst schwimmt, brauchen wir hierfür keine teuren, im Wasser aufzuspannende Langleinen. Zudem wächst die Alge schnell und gedeiht in vielen Regionen. Sie bindet sehr effizient CO₂ durch natürliche Photosynthese“, erklärt die Meeresbiologin.

Kontrolliertes Aquafarming und Biomasseverwertung kombiniert

Das Team von MacroCarbon ist überzeugt, dass ihr Konzept sowohl ökologisch als auch ökonomisch große Chancen bietet. Die Kombination von kontrolliertem Aquafarming und der Verwertung der Algenbiomasse könnte beispielsweise auch eine Lösung für die aktuelle Algenflut sein, die im Golf von Mexiko auf die Küste von Florida zutreibt.

Das Konzept wurde ursprünglich im Rahmen des Vorhabens "C-CAUSE" (Chemical CArbon Utilization through Sargassum Economy) gemeinsam mit Forschenden des AWI, des GEOMAR, Helmholtz-Zentrum für Ozeanforschung Kiel sowie der jungen Unternehmen Seafields und Carbonwave und BASF entwickelt. Die Forschenden vom AWI werden das Jungunternehmen auch weiterhin unterstützen. Konkret werden sie ihr biologisches Prozessverständnis zur Überwachung von Kohlenstoffflüssen und der Umweltverträglichkeit beim Aufbau der Wertschöpfungskette einbringen.

Auch die Start-ups Seafields und Carbonwave wollen ihre Erfahrungen auf dem Gebiet der Aquakultur einbringen. Parallel dazu steht das Team vom MacroCarbon in Kontakt mit Forschenden der BASF, um die Integration von Produkten aus der Algenzucht in bestehende und zukünftige Wertschöpfungsketten der chemischen Industrie voranzutreiben.

Ob Joghurtbecher, Chipstüten oder Pappkartons: Das Gros der Verpackungen landet nach dem Gebrauch im Müll. 18,8 Millionen Tonnen fielen allein in Deutschland im Corona-Jahr 2020 nach Angaben des Statistischen Bundesamtes an. 46% der Abfallmengen entstanden in privaten Haushalten. Um Rohstoffe zu sparen und die Umwelt zu schonen, sind nachhaltige Verpackungslösungen gefragt. Studentinnen der Universität Hohenheim in Stuttgart haben eine Alternative parat: Unter dem Motto "Essen statt Wegwerfen" hat das fünfköpfige Team namens EDGGY essbare Verpackungen entwickelt.

Folie für Tütensuppe aus Eierschalen

Nicht Kunststoff, Pappe oder Aluminium, sondern Eierschalen und andere pflanzliche Rohstoffe dienten den Studentinnen als Rohstoff für eine essbare Folie für Tütensuppen. Das Besondere: Diese Folie löst sich im heißen Wasser mit auf und liefert damit sogar zusätzliche Proteine. „Unsere Verpackungen bestehen aus einer einfachen Mischung aus pflanzlichem Eiweiß, Eierschalen und strukturgebenden Weichmachern wie Wasser“, erklärt Bahar Abrishamchi vom Entwicklerteam. „Durch die Verwendung von Proteinen ist unsere Verpackung sogar richtig gesund!“, ergänzt Lina Obeidat, die gemeinsam mit Bahar Abrishamchi, Alena Fries, Paulina Welzenbach und Cora Schmetzer die innovative Verpackungsalternative entwickelt hat.

Von der Challenge zum Start-up?

Für diese biobasierte Verpackungslösung aus Lebensmittelabfällen wurde das EDGGY-Team im Rahmen des EU-Wettbewerbs EIT Food Solutions: Reuse2Repack Challenge im November 2022 mit einem Preisgeld von 1.200 Euro ausgezeichnet. „Die Herstellung dieses Verpackungsmaterials war eine ebenso bereichernde wie herausfordernde Reise“, erinnert sich Cora Schmelzer. „Die Resuse2Repack Challenge hat es uns ermöglicht, einen Forschungskreislauf zu durchleben und gleichzeitig unsere eigenen unternehmerischen Fähigkeiten zu erwerben, die in vielen verschiedenen Lebensbereichen angewendet werden können.“

Noch ist die Entwicklung der essbaren Verpackung nicht abgeschlossen. „Unser Produkt kann und muss noch verbessert werden, und das wollen wir auch weiterverfolgen, vielleicht sogar unser eigenes Start-up gründen“, ergänzt Paulina Welzenbach.

From yogurt pots and chip bags to cardboard boxes: The majority of packaging ends up in the trash shortly after use. 18.8 million tons of waste were generated in Germany alone in 2020, according to the Federal Statistical Office. 46% of this was generated in private households. To save raw materials and protect the environment, sustainable packaging solutions are needed. Students at the University of Hohenheim in Stuttgart have an alternative. A five-member team called EDGGY has developed edible packaging.

Foil for instant soup from eggshells

Eggshells and other vegetable raw materials served the students as raw material for an edible film for bagged soups. The special feature: This film co-dissolves in hot water, even providing additional protein. "Our packaging consists of a simple mixture of vegetable protein, eggshells and structure-giving plasticizers such as water," explains Bahar Abrishamchi from the development team. "By using proteins, our packaging is even healthy," adds Lina Obeidat, who developed the innovative packaging alternative together with Bahar Abrishamchi, Alena Fries, Paulina Welzenbach and Cora Schmetzer.

From challenge to start-up?

For this bio-based packaging solution made from food waste, the EDGGY team was awarded €1,200 in prize money in the EU's EIT (European Institute of Innovation and Technology) Food Solutions: Reuse2Repack Challenge in November 2022. "Producing this packaging material has been a journey as rewarding as it has been challenging," recalls Cora Schmelzer. "The Reuse2Repack Challenge has allowed us to go through a research cycle while acquiring our own entrepreneurial skills that can be applied in many different areas of life."

The development of the edible packaging is not yet finalized. "Our product can and must still be improved, and we want to pursue this further, perhaps even by founding our own start-up," adds Paulina Welzenbach.