Aktuelle Veranstaltungen

Als Teil der Fördermaßnahme „Bioökonomie als gesellschaftlicher Wandel“ unterstützt das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) Nachwuchsgruppen, die das biobasierte Wirtschaften aus sozial- , politik- und wirtschaftswissenschaftlicher Sicht erforschen. Zu den 2023 gestarteten Nachwuchsgruppen zählt ein Team unter Leitung von Maria Proestou und Nicolai Schulz. Im Projekt BIOPOLISTA untersuchen die Forschenden an der Berliner Humboldt-Universität, wie Bioökonomiestrategien in Deutschland, Frankreich, Kolumbien, Malaysia, Südafrika und den USA konkret umgesetzt werden sowie ob, wann und warum sie gelingen oder scheitern. Das Projekt wird in den kommenden fünf Jahren vom BMBF mit 3,1 Mio. Euro gefördert.

Lebensmittelverpackungen sollen vor allem eines: Lebensmittel schützen, damit sie genießbar bleiben und unbeschadet beim Verbraucher ankommen. Bisher werden dafür meist erdölbasierte Kunststoffe verwendet. Doch der Trend weg von fossilen Rohstoffen stellt auch die Verpackungsindustrie vor neue Herausforderungen. Nachhaltige Alternativen sind gefragt, um Ressourcen und Umwelt gleichermaßen zu schonen.

Beispiel für eine zirkuläre Bioökonomie

Hier setzt das Projekt BUSINESS an. Forschende der Universität Hohenheim in Stuttgart wollen darin gemeinsam mit Partnern aus der Wirtschaft einen biobasierten und rezyklierbaren Kunststoff für Lebensmittelverpackungen aus Agrar-Reststoffen herstellen. Aber nicht nur das: Das Projekt will damit auch beispielhaft demonstrieren, wie eine zirkuläre Bioökonomie entlang der gesamten Wertschöpfungskette gelingen kann.

Konkret sollen Verpackungen aus dem Biokunststoff Polyethylenfuranoat (PEF) für einen in der Region ansässigen landwirtschaftlichen Direktvermarkter von Bio-Speiseeis hergestellt und am Markt etabliert werden. Durch den optimalen Schutz der Lebensmittel soll gleichzeitig die Lebensmittelverschwendung reduziert werden.

Rohstoffe aus der On-Farm-Bioraffinerie

Als Rohstoff für die Biokunststoffproduktion dienen den Forschenden nicht nur Abfall- und Reststoffe aus der Landwirtschaft, sondern auch ungenießbare Lebensmittel aus der „On-Farm-Bioraffinerie“. Dabei werden in der Bioraffinerie-Farm auf der Versuchsstation der Universität Hohenheim am Standort Unterer Lindenhof zunächst die Nährstoffe aus der Biomasse als Dünger gewonnen, bevor der Kunststoff hergestellt wird. So werden nicht nur Nährstoffkreisläufe lokal geschlossen. Auch der Kohlenstoff im Produkt wird gebunden.

Bioeis und Biokunststoff aus der Region

Nicht nur das Bio-Eis kommt aus der Region. Dank des Hohenheimer Bioraffinerie-Konzepts wird auch der Biokunststoff vor Ort hergestellt. Das Verbundprojekt BUSINESS startete im Dezember 2022 und wird über drei Jahre vom Bundesministerium für Ernährung und Landwirtschaft gefördert.

Food packaging is designed to protect food so that it remains edible and reaches the consumer undamaged. Until now, petroleum-based plastics have mostly been used for this purpose. Yet the trend away from fossil raw materials also poses new challenges for the packaging industry. Sustainable alternatives are needed to conserve resources and protect the environment.

Example of a circular bioeconomy

Researchers at the University of Hohenheim in Stuttgart, together with partners from industry, want to produce a bio-based and recyclable plastic for food packaging from agricultural residues. The BUSINESS project aims to show how a circular bioeconomy can succeed along the entire value chain.

Specifically, packaging made of the bioplastic polyethylene furanoate (PEF) is to be produced for a direct agricultural marketer of organic ice cream based in the region and established on the market. By optimally protecting the food, food waste is to be reduced at the same time.

Raw materials from the on-farm biorefinery

As raw materials for bioplastics production, the researchers use not only waste and residual materials from agriculture, but also inedible food from the "on-farm biorefinery". In the biorefinery operation at the University of Hohenheim's experimental station on the grounds of the Unterer Lindenhof, nutrients are first extracted from the biomass as fertilizer before the plastic is produced. This not only closes the nutrient cycles on site. The carbon in the product is also bound.

Organic ice cream and bioplastics from the region

Not only the organic ice cream comes from the region. Thanks to the Hohenheim biorefinery concept, the bioplastic is also produced locally. The BUSINESS joint project started in December 2022 and will be funded for three years by the German Federal Ministry of Food and Agriculture.

Seit Jahrzehnten verbraucht der Mensch mehr natürliche Ressourcen als die Erde jährlich erneuern kann. In diesem Jahr fiel der sogenannte Erdüberlastungstag auf den 2. August. Nach Berechnungen des Global Footprint Network hatte Deutschland bereits am 4. Mai alle natürlichen Ressourcen verbraucht. Ein "weiter so" – da sind sich die Experten weitgehend einig – hätte fatale Folgen für Klima, Artenvielfalt und Böden – und damit auch für unsere Ernährung. Doch wie eine optimale Ressourcennutzung in Landwirtschaft, Forstwirtschaft und Fischerei aussehen kann, darüber gehen die Meinungen weit auseinander.

Konstruktiver Dialog zu nachhaltiger Landwirtschaft

Das Netzwerk Naturwissen des Museums für Naturkunde Berlin lädt daher am 11. September 2023 gemeinsam mit der Projektgruppe „Finding your nature through food“ und dem NABU-Besucherzentrum Rühstädt zu einem konstruktiven Dialog zum Thema „Nachhaltige Landnutzung, Ernährung und Naturschutz“ ein. Die Veranstaltung findet im Burghotel Lenzen im UNESCO-Biosphärenreservat Flusslandschaft Elbe-Brandenburg statt.

Debatte über innovative Ernährungs- und Landnutzungskonzepte

Im Mittelpunkt des Forums steht der Dialog über traditionelle und innovative Ernährungs- und Landnutzungskonzepte, die im Rahmen des Treffens vorgestellt und diskutiert werden. Das Themenspektrum reicht von bioregionaler Jagd und Fischerei über Aquaponik und Lebensmittelzubereitung mit Bioreaktoren bis hin zu Ackerbau und Tierhaltung. Gemeinsam mit den Gästen sollen die Vorteile und Herausforderungen dieser Ansätze diskutiert und so neue Perspektiven für die Region geschaffen werden, die zum Schutz des Klimas, der Biodiversität und der Bodenqualität beitragen und damit auch die Ernährung der Zukunft sichern.

Es ist die größte Einzelinvestition in das Pflanzenschutzgeschäft von Bayer seit 40 Jahren und ein klares Bekenntnis zum Standort in Monheim: Mit 220 Mio. Euro will das Leverkusener Unternehmen hier ein neues Forschungs- und Entwicklungszentrum bauen und so das Engagement in eine zukunftsfähige Landwirtschaft stärken. Im Beisein des nordrhein-westfälischen Ministerpräsidenten Hendrik Wüst fand Ende August mit dem traditionellen Spatenstich die Eröffnung der Baustelle für die neuen Gebäude in Monheim statt. In den kommenden drei Jahren soll hier ein neuer Gebäudekomplex mit Laboren, Büros und einem Gewächshaus entstehen, der Platz für rund 200 Mitarbeiter bietet. Das fünfgeschossige Hauptgebäude wird über eine Nutzfläche von 28.000 Quadratmetern verfügen. Ein flexibles Labordesign soll eine einfache Anpassung an zukünftige regulatorische Anforderungen ermöglichen. 2026 soll das neue Forschungs- und Entwicklungsgebäude fertig sein.

Umweltsicherheit von Pflanzenschutzmitteln im Fokus

Ein Schwerpunkt der Arbeit im neuen Gebäude wird dem Unternehmen zufolge die Sicherheit von Pflanzenschutzmitteln für Mensch, Tier und Umwelt sein. Dazu gehören Expositions- und Wirkungsstudien, zum Beispiel an Wasser- und Bodenorganismen, Wildvögeln und Säugetieren sowie Bestäubern wie Honigbienen und Hummeln, um ein ganzheitliches Verständnis der Umweltauswirkungen von Pflanzenschutzmitteln zu erhalten. „Mit Blick auf die Zukunft müssen wir die heutige landwirtschaftliche Produktion radikal umgestalten und auf eine regenerative Landwirtschaft umsteigen, die mit weniger mehr produzieren und gleichzeitig mehr von unseren natürlichen Ressourcen erhalten kann“, erklärte Frank Terhorst, Leiter Strategie und Nachhaltigkeit bei der Bayer-Division Crop Science. „Dafür müssen wir über etablierte Sicherheitsstandards hinausgehen und bahnbrechende Innovationen mit besseren Umweltprofilen entwickeln.“

Mit KI zu neuen Pflanzenschutzmitteln

Das Unternehmen, das seit der Übernahme von Monsanto wegen seines Unkrautvernichtungsmittels Glyphosat in der Kritik steht, erklärte, die neue Einrichtung verstärke den Ansatz von Bayer, neue Pflanzenschutzlösungen mit einem noch besseren Umweltprofil als bisher zu entwickeln und auf den Markt zu bringen und damit die Auswirkungen der Landwirtschaft auf die Umwelt weiter deutlich zu reduzieren. Dem Unternehmen zufolge werden die neuen Forschungs- und Entwicklungseinrichtungen darüber hinaus entscheidend zu einem ganz neuen Innovationsansatz im Pflanzenschutz beitragen. Bei der Entwicklung entsprechender Molekülen soll demnach auch Künstliche Intelligenz zum Einsatz kommen.

gk/bb

It is the single largest investment in Bayer's crop protection business in 40 years and a clear commitment to the site in Monheim: the Leverkusen-based company plans to spend EUR 220 million to build a new research and development center here, thus strengthening its commitment to sustainable agriculture. In the presence of North Rhine-Westphalia's Minister President Hendrik Wüst, the construction site for the new buildings in Monheim was opened at the end of August with the traditional groundbreaking ceremony. Over the next three years, a new building complex with laboratories, offices and a greenhouse will be constructed here, providing space for around 200 employees. The five-story main building will have 28,000 square meters of floor space. A flexible laboratory design is expected to allow easy adaptation to future regulatory requirements. The new research and development building is scheduled for completion in 2026.

Focus on environmental safety of crop protection products

According to the company, one focus of the work in the new building will be the safety of crop protection products for humans, animals and the environment. This will include exposure and impact studies, for example on aquatic and soil organisms, wild birds and mammals, and pollinators such as honeybees and bumblebees, to gain a holistic understanding of the environmental impact of crop protection products. "Looking to the future, we need to radically transform today's agricultural production and shift to regenerative agriculture that can produce more with less while conserving more of our natural resources," said Frank Terhorst, head of strategy and sustainability at Bayer's Crop Science Division. "To do this, we need to go beyond established safety standards and develop breakthrough innovations with better environmental profiles."

With AI to new crop protection products

The company, which has faced criticism over its weedkiller glyphosate since its acquisition of Monsanto, said the new facility reinforces Bayer's approach to developing and bringing to market new crop protection solutions with an even better environmental profile than before, further significantly reducing the impact of agriculture on the environment. According to Bayer, the new research and development facilities will also make a decisive contribution to a completely new approach to innovation in crop protection. Artificial intelligence will also be used in the development of appropriate molecules.

gk/bb

Die Synthetische Biologie zielt darauf ab, komplexe biologische Prozesse im Labor gezielt zu entwerfen, nachzubauen oder zu verändern. Einer der wichtigsten biologischen Prozesse ist die Photosythese. 2016 gelang es Marburger Forschenden um Tobias Erb, einen künstlichen Stoffwechselweg zur Kohlendioxid-Fixierung im Reagenzglas zusammenzusetzen und damit den Weg zur künstlichen Photosynthese zu ebnen. Mithilfe dieser künstlichen Photosynthese gelang es dem Team erst kürzlich, Kohlendioxid in verschiedene Wertstoffe wie Antibiotika oder Biotreibstoffe umzuwandeln. Nun ist Forschenden am Max-Planck-Instituts für terrestrische Mikrobiologie in Marburg ein weiterer Durchbruch geglückt: Sie entwickelten einen künstlichen Stoffwechselweg, der aus elektrischem Strom den biochemischen Energieträger ATP gewinnt.

Die künstliche Photosynthese benötigt wie ihr natürliches Vorbild Energie. Das erfolgt in der Natur mithilfe des Moleküls Adenosintriphosphat – kurz ATP –, der universelle Energieträger aller Lebewesen. Ohne das Molekül wären weder Stoffwechsel noch Wachstum möglich, das gilt für tierische ebenso wie für pflanzliche Zellen. Elektrischen Strom wie aus Wind und Sonne in biochemische Reaktionen einzuspeisen, war bisher nicht möglich. Forschende um Erb haben nun ein Verfahren entwickelt, um elektrische Energie in biochemische Energie umzuwandeln und so ATP zu erzeugen.

Vier Enzyme erzeugen ATP

Den Forschenden zufolge wird ATP dabei von vier Enzymen erzeugt. Das zentrale Enzym dieser „AAA-Zyklus“ genannten Kaskade, die sogenannte Aldehyd Ferredoxin Oxidoreduktase (AOR), reduziert dabei eine Säure zu einem Aldehyd. „Dabei wird die elektrische Energie in der Aldehyd-Bindung gespeichert. Die übrigen drei Enzyme sorgen für die Regeneration des Aldehyds. Die frei werdende Energie wird für die Bildung von ATP genutzt“, erklärt Shanshan Luo, Erstautorin der Studie. Wie das Team im Fachmagazin Joule berichtet, kann ATP aus dem AAA-Zyklus die für chemische Reaktionen erforderliche Energie bereitstellen, zum Beispiel für die Bildung von Glukose-6-Phosphat, dem Baustein für Stärke, oder die Synthese von Proteinen.

Potenzial biologischer Moleküle als Energiespeicher gesteigert

„Mit dem AAA-Zyklus lässt sich nun erstmals direkt elektrische in biochemische Energie umwandeln", sagt Tobias Erb, Direktor am Max-Planck-Institut für terrestrische Mikrobiologie. „Dies ermöglicht die Synthese energiereicher Wertstoffe wie Stärke, Biokraftstoffe oder Proteine aus einfachen Zellbausteinen, und zukünftig sogar aus Kohlendioxid. Elektrische Energie könnte auf diese Weise über längere Zeiträume in biologischen Molekülen gespeichert werden,“ sagt Erb.

Zentraler Energiewandler stammt von Mikrobe ab

Das zentrale Enzym im Energiewandler-Zyklus AOR stammt wiederum von einem kaum bekannten Bakterium namens Aromaticum aromatoleum, das Marburger Forschende zufällig entdeckten, als sie untersuchten, ob die Mikrobe auch im Labor unter sauerstofffreien Bedingungen Erdöl abbaut. Noch ist viel Forschungsarbeit nötig, ehe das Konzept in der Praxis eingesetzt werden kann. Von dem Potenzial sind die Forschenden jedoch überzeugt: „Der AAA-Zyklus könnte künftig die Schnittstelle zwischen Elektrizität einerseits und der Biologie auf der anderen Seite darstellen“, so Erb. Das Verfahren wurde im Rahmen des Projekt „EBioCO2n“ entwickelt – einer Kooperation zwischen Max-Planck- und Fraunhofer-Gesellschaft – und vom Green-Talents-Programm der Bundesregierung unterstützt.

Die Modeindustrie ist für 5% der weltweiten CO₂-Emissionen verantwortlich. Auch der Wasserverbrauch und die Wasserverschmutzung beim Färben sowie die Abfallberge nach dem Gebrauch der Textilien belasten die Umwelt. Doch die Textilindustrie befindet sich im Wandel – nicht zuletzt, weil Kundinnen und Kunden zunehmend Wert auf nachhaltig und fair produzierte Kleidung legen.

Eine Alternative zur Baumwolle ist Holz. Mit der Eröffnung der neuen Pilotanlage zur Herstellung von Textilfasern aus Buchenholz will das Technikum Laubholz (TLH) in Göppingen die Wende der Textilindustrie in Richtung Nachhaltigkeit vorantreiben.

Innovatives Holzaufschlussverfahren

In der Anfang August eingeweihten Nassspinnanlage wird die aus Buchenzellstoff gewonnene Textilfaser „Woodbased Textile Fiber – kurz WDBSD TX“ hergestellt. Dabei handelt es sich um eine innovative Hochleistungsfaser, die durch ein neuartiges, bereits patentiertes Holzaufschlussverfahren gewonnen wird. „Mit der neuen Pilotanlage zur Herstellung von Textilfasern aus heimischem Buchenholz gehen wir innovative Wege und werden die Textilindustrie revolutionieren“, sagte der Minister für Ernährung, Ländlichen Raum und Verbraucherschutz, Peter Hauk (MdL), bei der feierlichen Einweihung.

Geschlossener Rohstoffkreislauf ohne Abfallströme

Nach Angaben der Forscherinnen und Forscher sorgt das Verfahren für einen geschlossenen Rohstoffkreislauf ohne Abfallströme. Zum einen werden für die Herstellung der Textilfasern Rohstoffe aus der regionalen Forstwirtschaft verwendet. Aufgrund eines effizienten Prozess-Steuerungs- und Lösungsmittel-Recycling-Systems können zudem Wasser und Lösungsmittel wiederverwendet werden. Als Lösungsmittel kommt eine ionische Substanz zum Einsatz, die ungiftig und ökologisch unbedenklich ist und zu 100% recycelt werden kann.

Beitrag für Nachhaltigkeit und Umweltschutz

„Es ist inspirierend und erfüllend zu sehen, welch transformative Wirkung diese nachhaltige Technologie in verschiedenen Branchen entfalten wird. Mit WDBSD TX revolutionieren wir nicht nur Fasern. Wir gestalten aktiv eine greifbare und nachhaltigere Zukunft“, so Rolf Moors, Leiter Faserbasierte Biopolymerwerkstoffe des TLH.

Die Textilfasern aus Buchenholz können nach Angaben der Forscherinnen und Forscher vielseitig eingesetzt werden – als technische Textilien in der Automobilindustrie, in der Medizin, für Hygieneartikel und auch zur Herstellung von Alltags- und Sportbekleidung. „Wir sind stolz darauf, eine wegweisende Technologie entwickelt zu haben, die nicht nur die Textilindustrie revolutionieren wird, sondern auch einen wichtigen Beitrag zur Nachhaltigkeit und Umweltschutz leistet", so Ludwig Lehner, THL-Vorstandsvorsitzender.

Das Technikum Laubholz wurde 2020 vom Ministerium für Ländlichen Raum und Verbraucherschutz Baden-Württemberg gegründet. Im Fokus steht die Entwicklung innovativer und marktfähiger Prozesslösungen für laubholzbasierte Produkte wie Carbonfasern aus Holz.

The fashion industry is responsible for 5% of global CO2 emissions. Water consumption and pollution from dyeing, as well as textile waste after use, also pollute the environment. But the textile industry is changing - not least because customers increasingly value sustainably and fairly produced clothing.

One alternative to cotton is wood. With the opening of the new pilot plant for the production of textile fibers from beech wood, the Technikum Laubholz (TLH) in Göppingen aims to drive the textile industry's turn towards sustainability.

Innovative wood pulping process

The wet-spinning plant inaugurated at the beginning of August produces the textile fiber "Woodbased Textile Fiber – WDBSD TX" obtained from beech pulp. This is an innovative high-performance fiber obtained by a novel, already patented wood pulping process. "With the new pilot plant for the production of textile fibers from domestic beech wood, we are entering innovative new territory and will revolutionize the textile industry," said the Minister for Food, Rural Areas and Consumer Protection, Peter Hauk (MdL), at the inauguration ceremony.

Closed raw material cycle without waste streams

According to the researchers, the process ensures a closed raw material cycle without waste streams. On the one hand, raw materials from regional forestry are used to produce the textile fibers. On the other hand, water and solvents can be reused due to efficient process control and a solvent recycling system. The solvent used is an ionic substance that is non-toxic, ecologically harmless and 100% recyclable.

Contribution to sustainability and environmental protection

"It is inspiring to see the transformative impact this sustainable technology will have in different industries. With WDBSD TX, we are not just revolutionizing fibers. We are actively shaping a tangible and more sustainable future," said Rolf Moors, Head of Fiber-based Biopolymer Materials at TLH.

According to the researchers, the textile fibers produced from beech wood can be used in a variety of ways - as technical textiles in the automotive industry, in medicine, for hygiene articles or even for the production of everyday and sports clothing. "We are proud to have developed a groundbreaking technology that will not only revolutionize the textile industry, but also make an important contribution to sustainability and environmental protection," said Ludwig Lehner, managing director of TLH.

The Technikum Laubholz was founded in 2020 by the Ministry of Rural Areas and Consumer Protection Baden-Württemberg. The focus is on the development of innovative and marketable process solutions for hardwood-based products such as carbon fibers from wood.

Mit den ERC Starting Grants fördert der Europäische Forschungsrat jährlich herausragende Forschungsprojekte von exzellenten Nachwuchswissenschaftlerinnen und -wissenschaftlern am Anfang ihrer Karriere. Die Projekte der Forschenden werden über einen Zeitraum von fünf Jahren mit insgesamt 1,5 Mio. Euro unterstützt. Einer, der die begehrte Förderung einwerben konnte, ist Markus Jeschek von der Universität Regensburg. Der Professor für Synthetische Mikrobiologie erhält die Förderung für das Projekt „Biosensing by Sequence-based Activity Inference“ – kurz BiosenSAI.

Mikrobielle Produktstämme mit Biosensoren aufspüren

Im Rahmen des Projekts wird sich das Team um Jeschek mit der datengetriebenen Entwicklung neuartiger Biosensoren beschäftigen, die aus Proteinen oder RNA bestehen. Diese Biosensoren sollen das Aufspüren von industriellen Produktmolekülen wie Grundchemikalien, Geschmacks- oder Geruchsstoffen in der Industrie erleichtern. Die gewünschten Moleküle könnten beispielsweise durch Fluoreszenz sichtbar gemacht werden und so bei der Suche nach neuen mikrobiellen Produktionsstämmen helfen, die genau dieses Produkt aus nachwachsenden Rohstoffen herstellen können.

Biosensoren mit KI "à la carte" modellieren

Für die Entwicklung der neuartigen Biosensoren nutzen die Forschenden eine in Jescheks Team entwickelte Hochdurchsatztechnologie, die es erlaubt, Biosensoren besser zu verstehen und durch maschinelles Lernen mit hoher Präzision zu modellieren. Gleichzeitig setzen die Forschenden auf eine Kombination von modernen molekularbiologischen Methoden wie Next-Generation Sequencing und maschinellem Lernen durch künstliche Intelligenz. Diese Kombination soll am Ende ein "computergestütztes Design neuartiger Biosensoren quasi à la carte" ermöglichen. Die im Projekt BiosenSAI entwickelten Biosensoren sollen sowohl in der Chemie als auch in der Medizin breite Anwendung finden und Prozesse nachhaltiger machen.

With the ERC Starting Grants, the European Research Council annually funds outstanding research projects by excellent young scientists at the beginning of their careers. The researchers' projects are supported with a total of 1.5 million euros over a period of five years. One of those who was able to acquire the coveted funding is Markus Jeschek from the University of Regensburg. The professor of synthetic microbiology is receiving the funding for the project "Biosensing by Sequence-based Activity Inference" - BiosenSAI for short.

Detecting microbial product strains with biosensors

As part of the project, Jeschek's team will work on the data-driven development of novel biosensors consisting of proteins or RNA. These biosensors are intended to facilitate the detection of industrial product molecules such as basic chemicals, flavors or odors in industry. The desired molecules could be made visible by fluorescence, for example, and thus help in the search for new microbial production strains that can produce precisely this product from renewable raw materials.

Modeling biosensors "à la carte" with AI

To develop the novel biosensors, the researchers are using a high-throughput technology developed by Jeschek's team that allows biosensors to be better understood and modeled with high precision using machine learning. The researchers are relying on a combination of advanced molecular biology methods, such as next-generation sequencing, and machine learning through artificial intelligence. In the end, this combination should enable "computer-aided design of novel biosensors quasi à la carte." The biosensors developed in the BiosenSAI project are expected to find broad application in both chemistry and medicine and make processes more sustainable.

Als Teil der Fördermaßnahme „Bioökonomie als gesellschaftlicher Wandel“ unterstützt das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) Nachwuchsgruppen, die das biobasierte Wirtschaften aus sozial- , politik- und wirtschaftswissenschaftlicher Sicht erforschen. Es geht darum, den Wandel zu einer Bioökonomie in all seinen Facetten möglichst umfassend zu verstehen, seine Effekte zu analysieren und zu bewerten sowie Konsequenzen und Handlungsoptionen aufzuzeigen. Zu den 2023 gestarteten Nachwuchsgruppen zählt das Team von Christin Bernhold an der Universität Hamburg. Im Projekt „Meat The Bioeconomy“ untersucht das Team, welche Rolle die Fleischindustrie in der gesellschaftlichen Auseinandersetzung um nachhaltige Produktionsweisen spielt. Das Vorhaben wird in den kommenden fünf Jahren vom BMBF mit 3,1 Mio. Euro gefördert.

Als Teil der Fördermaßnahme „Bioökonomie als gesellschaftlicher Wandel“ unterstützt das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) Nachwuchsgruppen, die das biobasierte Wirtschaften aus sozial- , politik- und wirtschaftswissenschaftlicher Sicht erforschen. Zu den 2023 gestarteten Nachwuchsgruppen zählt das Team von Terese Emilia Venus an der Universität Passau. Im Projekt ReVaLueD untersuchen die Forschenden anhand einzelner Rohstoffe den durch die Bioökonomie verursachten sozialen Wandel in Entwicklungsländern und ihre Verbindungen zu den globalen Märkten. Das Vorhaben wird in den kommenden fünf Jahren vom BMBF mit 2,3 Mio. Euro gefördert.

Nachwachsende Rohstoffe wie Holz oder Stroh sind nur zwei Ressourcen, die in der chemischen Industrie die endliche Ressource Erdöl ersetzen und die Branche umweltfreundlicher machen können. Bei der Herstellung nachhaltiger Chemikalien und Produkte sind es vor allem Start-ups, die mit Innovationen vorangehen. Auf dem Investor Forum 2023 des Internationalen Kompetenzzentrums Nachhaltige Chemie (ISC3) konkurrieren am 28. September in Bonn die besten Ideen bei der mittlerweile vierten ISC3 Innovation Challenge um den Innovation Award.

25.000 Euro für beste grüne Idee

Der mit 25.000 Euro dotierte Preis wird für Innovationen im Bereich Nachhaltige Chemie und Landwirtschaft vergeben. „Da die Transformation des Chemiesektors eine Schlüsselrolle bei der Erreichung der meisten UN-Nachhaltigkeitsziele spielt, wollen wir mit dem ISC3 Innovation Challenge Innovatorinnen und Innovatoren im Bereich der nachhaltigen Chemie und ihre originellen Lösungen anziehen, auszeichnen und fördern“, sagt Alexis Bazzanella, Direktor des ISC3 Innovation Hub.

Acht Start-ups im Finale um Innovation Award

Acht Start-ups von fünf Kontinenten wählte die internationale Jury für den finalen Pitch beim Investorenforum aus. Neben Start-ups aus Kenia, Ghana, Indien, Kroatien und Mexiko gehen mit BIOWEG und der ClimEtSan-OnTheGround GmbH auch zwei junge Unternehmen aus Deutschland ins Rennen um den ISC3 Innovation Award.

Das Unternehmen BIOWEG (Quakenbrück) hat Mikrokugeln auf Cellulosebasis entwickelt, die in zahlreichen Produkten fossile Stoffe und andere synthetische Polymere ersetzen können. Die Cellulose wird durch Fermentation mit Hilfe von Bakterien gewonnen, die mit Abfällen aus der Landwirtschaft oder der Lebensmittelindustrie wie Melasse oder Gemüseschalen gefüttert werden. Die Beschichtung kombiniere „die Kraft von Bakterien, Biotechnologie und grüner Chemie“ und könne „erdöl- und acrylbasierte Beschichtungen von Düngemitteln und Saatgut ersetzen“, so die Begründung der Jury.

ClimEtSan-OnTheGround GmbH präsentiert wiederum ökologische Sanitäranlagen und Pyrolyseöfen, die „Ressourcen für die Herstellung von Biokohle-Kompost zur Wiederherstellung der Bodenfruchtbarkeit liefern“. Darüber hinaus biete das Start-up Kohlenstoffgutschriften und erschwinglichen, nährstoffreichen Dünger für den globalen Süden an“.

Doch die Konkurrenz ist groß: Innovationen wie ein KI-Gerät, das Haushaltsabfälle in Dünger verwandelt, intelligente Mikrokapseln aus Biopolymeren, die Pflanzen mit Nährstoffen versorgen, oder eine Mikroalgen-Technologie, die Biostimulanzien entwickelt und Pflanzen widerstandsfähiger macht, gehen ebenfalls ins Rennen um den Nachhaltigkeitspreis.

Pitchen vor Investoren bei der Weltchemikalienkonferenz

Mit dem Investorenforum, das in diesem Jahr im Rahmen der Weltchemikalienkonferenz ICCM5 stattfindet, bringt das ISC3 internationale Start-ups mit Investoren, Forschenden und Entscheidungsträgern zusammen. „Dass unsere Start-ups ihre Innovationen im Rahmen der ICCM5 pitchen, ist für sie, aber auch für das ISC3, eine besondere Gelegenheit“, so Thomas Wanner, Managing Direktor des ISC3. „Neben Investoren, wie Venture Capital Fonds, Business Angels und Accelatoren & Inkubatoren, können sie so direkt auch Vertreterinnen und Vertreter aus Politik, Industrie, Nichtregierungsorganisationen, Wissenschaft und Umweltverbänden aus mehr als 100 Ländern von den Möglichkeiten begeistern, die Nachhaltige Chemie bietet.“

Im Rahmen des Investor Forums des Internationalen Kompetenzzentrums für Nachhaltige Chemie (ISC3) werden ebenfalls Start-ups aus verschiedenen Ländern – entweder live vor Ort oder online – Innovationen für eine Nachhaltige Chemie präsentieren.

In der Natur konkurriert jede Pflanze für sich um beste Wachstumsbedingungen. Dabei ist sie mit vielfältigen und wechselnden Umwelteinflüssen konfrontiert und wächst meist in weniger gedrängter Nachbarschaft als es bei Kulturpflanzen auf dem Feld der Fall ist. Dort herrscht neben möglichst einheitlichen und stabilen Umweltbedingungen aufgrund der Pflanzendichte auch eine gewisse Verschattung durch Nachbarpflanzen. Forschende des IPK Leibniz-Instituts haben nun gezeigt, dass die egoistischen Merkmale einer Pflanze für die Landwirtschaft oft nachteilig sind. Sie schlagen eine angepasste Züchtungsstrategie vor.

Felderträge sind eine Gemeinschaftsleistung der Pflanzen

„Landwirtschaft ist auf Gemeinschaftsleistung angewiesen“, betont Thorsten Schnurbusch, Leiter der Forschungsgruppe „Pflanzliche Baupläne“ am IPK. „Aber die Umwelt, in der Pflanzen angebaut werden, also ihre Ökologie im landwirtschaftlichen Kontext, ihre Agrarökologie, ist kaum erforscht und noch wenig verstanden.“ Es sei erstaunlich, wie wenig über die Wechselwirkungen zwischen Pflanzen bekannt sei, die in einer dichten Gemeinschaft unter praxisnahen Anbaubedingungen wachsen.

Das Forschungsteam untersuchte Verhaltensweisen, die die Fitness einzelner Pflanzen fördern. Dazu zählen etwa bestimmte Wuchsformen. Dabei stellte sich heraus, dass so mancher Effekt, der der Einzelpflanze nützt, der Leistung der gesamten Pflanzengemeinschaft schadet, wie die Fachleute im Journal Plant, Cell & Environment berichten.

Lichtmangel verlangt nach kooperativen Pflanzen

Ein besonderes Augenmerk richteten die Forschenden auf die Verschattung. So konnte das Team zeigen, dass simulierter Schatten bei den Pflanzen Merkmale hervorbringt, die die Gemeinschaftsleistung der Pflanzen auf dem Feld gut erklären können. „Durch die Simulation der Beschattung können wir uns den Bedingungen annähern, die Pflanzen in dichten Beständen auf dem Feld vorfinden, was für die Untersuchung und Auswahl von Pflanzen für höhere Getreideerträge hilfreich sein kann“, erläutert Guy Golan, Erstautor der Studie. Demnach seien kooperative Verhaltensweisen und sehr fruchtbare Blütenstände in einer lichtbegrenzten oder schattigen Umgebung für eine ertragreiche Getreidepflanzengemeinschaft am wichtigsten.

Agrarökologische Genetik für feldoptimierte Hochleistungssorten

„Die Anwendung eines agrarökologischen Genetikansatzes kann den gemeinschaftlichen Ertrag optimieren, indem die Pflanzen besser an ihre Umwelt angepasst werden, entweder als Monokultur oder als Mischung“, resümiert Schnurbusch. Für die Züchtung von Hochleistungssorten könnte das vor allem bedeuten, mit simuliertem Schatten zu arbeiten, um jene Pflanzen zu identifizieren, die unter Feldbedingungen die beste Gemeinschaftsleistung erbringen.

In nature, each plant competes for the best growing conditions. They are therefore confronted with diverse and changing environmental influences and usually grow in less densely packed neighborhoods than cultivated plants in the open. In addition to environmental conditions that are as uniform and stable as possible, there is also a certain amount of shading by neighboring plants due to plant density. Researchers at the IPK Leibniz Institute have now shown that a plant's selfish characteristics are often detrimental to agriculture. They propose an adapted breeding strategy.

Field yields are a joint effort of plants

"Agriculture depends on community performance," emphasizes Thorsten Schnurbusch, head of the Plant Blueprints research group at IPK. "But the environment in which plants grow, that is, their ecology in the agricultural context - their agroecology - is poorly researched and still poorly understood." It's surprising how little is known about the interactions between plants growing in a dense community under practical growing conditions, he says.

The research team studied behaviors that promote the fitness of individual plants. These include, for example, certain growth forms. As the experts report in the journal Plant, Cell & Environment, they found that some effects that benefit individual plants harm the performance of the entire plant community.

Lack of light calls for cooperative plants

The researchers paid particular attention to shading. For example, the team was able to show that simulated shade elicited traits in plants that could well explain how plants behave in the community in the field. "By simulating shade, we can approximate the conditions that plants in dense stands face in the field, which can be useful for studying and selecting plants for higher grain yields," explains Guy Golan, lead author of the study. According to the study, cooperative behavior and highly fertile inflorescences in a low-light or shaded environment are most important for a high-yielding cereal plant community.

Agroecological genetics for field-optimized high-yielding varieties

“Following an agroecological genetics approach can optimize community yield by better adapting plants to their environment, either as a monoculture or as a mixture,” Schnurbusch concludes. For the breeding of high-performance varieties, this could primarily mean working with simulated shade to identify those plants that provide the best collective performance under field conditions.

Es ist eine Überraschung, was eine Studie der Universitäten Bonn, Kassel und Göttingen ergeben hat: Zwischenfrüchte verhalten sich anders, als bislang vermutet – und das hat Auswirkungen auf deren Anbau.

Üblicherweise pflanzen Landwirte sogenannte Zwischenfrüchte nach der Ernte im Herbst. Dabei geht es oftmals nicht einmal darum, diese Pflanzen zu ernten. Häufig sterben sie einfach mit dem ersten Frost ab. Bis dahin allerdings erfüllen sie wichtige Funktionen: Sie verdrängen Unkraut, verhindern, dass der Boden erodiert und Nitrate ins Grundwasser ausgewaschen werden, und sie verbessern die Bodenqualität. Für einen wirtschaftlichen Ackerbau haben sie damit große Bedeutung.

Gemischte Zwischenfrüchte nutzen den Boden besser aus

Einen wichtigen Teil dieser Funktionen leisten die Zwischenfrüchte über ihre Wurzeln. Deshalb nahm man bisher an, es sei günstig, eine Mischung aus unterschiedlichen Arten als Zwischenfrüchte anzupflanzen. Dann könnte jede Pflanze im Boden gewissermaßen ihre Nische besetzen: Die einen wurzeln flacher, die anderen tiefer. Der Boden wäre möglichst optimal durchwurzelt, der Effekt der Zwischenfrüchte besonders groß. Doch das ist nicht so, berichten die Forschenden im Fachjournal Plant and Soil.

„In Agroforstsystemen, in denen neben typischen landwirtschaftlichen Nutzpflanzen auch Bäume angepflanzt werden, tritt dieser Effekt tatsächlich auf“, berichtet Roman Kemper von der Universität Bonn. „Bei den Zwischenfrüchten auf unseren Feldern konnten wir ihn jedoch nicht nachweisen.“ Um das zu testen, hatten die Forschenden Ölrettich, Inkarnatklee und Grünroggen einzeln oder als Mischungen ausgesät und die Durchwurzelung des Bodens in unterschiedlicher Tiefe untersucht.

Dünnere Wurzeln verhindern, dass die Wurzelmasse größer ist

„Das Ergebnis hat uns überrascht“, sagt Kemper. „Einzeln ausgesät, zeigten vor allem Ölrettich und Grünroggen positive Effekte. Dabei wurzelte Grünroggen vorzugsweise in oberen Schichten, Ölrettich dagegen deutlich tiefer.“ Wuchsen beide Pflanzen gemeinsam, durchwurzelte der Ölrettich die tiefen Schichten zwar stärker, als wenn er alleine angebaut wurde. Allerdings waren die Wurzeln der Zwischenfrüchte deutlich dünner als im Alleinanbau. Die gesamte Wurzelmasse im Boden nahm durch den gemeinsamen Anbau nicht zu.

„Bislang sind die Prozesse bei der Durchwurzelung unserer Kulturpflanzen erst in Ansätzen erforscht“, resümiert Kemper. „Hier gibt es daher noch jede Menge Neues zu entdecken.“ Das liegt wohl auch am Aufwand: Die Forschenden mussten dem Boden Hunderte Bodenproben von der Größe eines Ziegelsteins entnehmen, waschen, sieben und mit der Pinzette reinigen, um dann die Wurzeln zu scannen, zu trocknen und zu wiegen. Das unerwartete Ergebnis rechtfertigt die viele Arbeit.