Aktuelle Veranstaltungen
Eine Schokolade ohne Kakao und Palmöl war bis vor kurzem undenkbar. Mit Choviva hat das bei München ansässige Start-up Planet A Foods ein Schokoladenalternative entwickelt, die nicht nur ohne Kakao und Palmöl auskommt, sondern bei der Herstellung auch große Mengen CO₂ einspart. Nun konnte das 2021 gegründete Unternehmen in Planegg 30 Mio. US-Dollar im Rahmen einer Serie-B-Finanzierungsrunde einwerben, um die Produktion der kakaofreien Schokolade weiter zu steigern.
Das Unternehmen setzt bei der Herstellung seiner kakaofreien Schokolade auf heimische Rohstoffe wie Hafer und Sonnenblumenkerne. Dafür hat es eine Technologieplattform zur Fermentation von pflanzlichen Zutaten entwickelt, mit der sich Aromen auf natürliche Weise aus heimischen Pflanzen nachbilden lassen. Durch Fermentation und Röstung entsteht aus einem Choviva-Konzentrat und der Choviva-Butter die kakaofreie Schokolade. Darüber hinaus hat Choviva hat einen bis zu 80 % geringeren CO₂-Fußabdruck als herkömmliche Schokolade, berichtet das Unternehmen.
Steigerung der Jahresproduktion auf 15.000 Tonnen
Mit seiner Idee konnte das Team um das Gründer- und Geschwisterpaar Sara und Maximilian Marquart bereits im Februar dieses Jahres neue Investoren gewinnen und sich 14,1 Mio. Euro für die Weiterentwicklung seiner Technologieplattform sichern. Das nun frisch eingeworbene Kapital will das Food-Tech-Start-up eigenen Angaben nach nutzen, um die jährliche Produktionskapazität von derzeit 2.000 Tonnen auf über 15.000 Tonnen zu erhöhen, um der steigenden Nachfrage gerecht zu werden. Zudem will das Unternehmen weiter expandieren. Nach Deutschland, Österreich und der Schweiz sollen ab dem ersten Quartal 2025 Choviva-Produkte auch in Großbritannien und Frankreich eingeführt werden. Darüber hinaus sind dem Unternehmen zufolge strategische Partnerschaften für die USA und Asien in Planung. In den USA soll demnach eine Produktionsstätte eröffnet werden.
Neue Märkte erschließen
„Diese Series-B-Runde markiert einen bedeutenden Meilenstein für uns“, sagt Maximilian Marquart, Geschäftsführer und Mitgründer von Planet A Food. „Mit 30 Millionen Dollar frischem Kapital und einem marktführenden Produkt ist Planet A Foods kein Start-up mehr – wir sind auf dem Weg, ein führender Player im Markt zu werden. Diese Finanzierung wird es uns ermöglichen, neue Märkte zu erschließen, die Produktion zu steigern und unsere Partner in großem Maßstab zu beliefern.“
Unterstützung beim weltweiten Aufbau klimaresilienter Lebensmittelsysteme
Die Finanzierungsrunde wurde von Burda Principal Investments und Zintinus angeführt, mit Beteiligung von World Fund, Bayern Kapital, Cherry Ventures, Tengelmann Ventures, AgriFoodTech Venture Alliance und Omnes Capital. „Wir freuen uns, Planet A Foods beim Wachstum, der Marktexpansion und dem Aufbau klimaresilienter Lebensmittelsysteme auf globaler Ebene zu begleiten“, sagt Julian von Eckartsberg, Geschäftsführer von Burda Principal Investments. Christian Neuss, Partner bei Zintinus, fügt hinzu: „Planet A Foods verbindet wissenschaftliche Exzellenz mit einem klaren Fokus auf Nachhaltigkeit. Innovationen wie Choviva in großem Maßstab zu skalieren, ist eine enorme Herausforderung, und wir sind überzeugt, dass die richtige Unterstützung entscheidend ist, um das volle Potenzial auszuschöpfen.“
Choviva-Produkte wurde erstmals 2023 in deutschen Supermärkten eingeführt. Mit Unternehmen wie De Beukelaer, REWE, der Deutschen Bahn, aber auch Lindt und Lambertz konnte das Start-up mit seiner Kakaoalternative wichtige Kooperationspartner in Deutschland gewinnen. Nach Angaben von Planet A Foods sind mittlerweile über 20 Produkte in mehr als 42.000 Einzelhandelsfilialen erhältlich.
bb
Until recently, chocolate without cocoa and palm oil was unthinkable. With Choviva, the Munich-based start-up Planet A Foods has developed a chocolate alternative that not only manages without cocoa and palm oil, but also saves large amounts of CO2 during production. The company, which was founded in Planegg in 2021, has now raised 30 million US dollars as part of a Series B financing round to further increase the production of cocoa-free chocolate.
The company relies on local raw materials such as oats and sunflower seeds to produce its cocoa-free chocolate. To this end, it has developed a technology platform for the fermentation of plant-based ingredients, which allows flavors to be recreated naturally from local plants. Through fermentation and roasting, cocoa-free chocolate is created from a Choviva concentrate and Choviva butter. Choviva also has a carbon footprint that is up to 80% lower than conventional chocolate, the company reports.
Increase in annual production to 15,000 tons
With its idea, the team led by founders and siblings Sara and Maximilian Marquart was able to attract new investors in February of this year and secure 14.1 million euros for the further development of its technology platform. According to the food tech start-up, it intends to use the newly raised capital to increase its annual production capacity from the current 2,000 tons to over 15,000 tons in order to meet rising demand. The company also wants to expand further. After Germany, Austria and Switzerland, Choviva products are also to be launched in the UK and France from the first quarter of 2025. According to the company, strategic partnerships are also being planned for the USA and Asia. A production facility is to be opened in the USA.
Tapping into new markets
“This Series B round marks a significant milestone for us,” says Maximilian Marquart, CEO and co-founder of Planet A Food. “With 30 million dollars in fresh capital and a market-leading product, Planet A Foods is no longer a start-up – we are on our way to becoming a leading player in the market. This funding will allow us to enter new markets, increase production and supply our partners on a large scale.”
Supporting the global development of climate-resilient food systems
The financing round was led by Burda Principal Investments and Zintinus, with participation from World Fund, Bayern Kapital, Cherry Ventures, Tengelmann Ventures, AgriFoodTech Venture Alliance and Omnes Capital. “We are delighted to support Planet A Foods in its growth, market expansion and the development of climate-resilient food systems on a global scale,” says Julian von Eckartsberg, Managing Director of Burda Principal Investments. Christian Neuss, Partner at Zintinus, adds: “Planet A Foods combines scientific excellence with a clear focus on sustainability. Scaling innovations like Choviva at scale is a huge challenge and we are convinced that the right support is crucial to realize the full potential.”
Choviva products were first launched in German supermarkets in 2023. With companies such as De Beukelaer, REWE, Deutsche Bahn, but also Lindt and Lambertz, the start-up was able to gain important cooperation partners in Germany with its cocoa alternative. According to Planet A Foods, over 20 products are now available in more than 42,000 retail outlets.
bb
Mehr als 9.000 öffentliche Kläranlagen sorgen in Deutschland dafür, dass Abwässer biologisch gereinigt und damit die heimischen Gewässer möglichst wenig belastet werden. Bei der konventionellen Reinigung gehen jedoch auch wertvolle Nährstoffe wie Stickstoff und Phosphor verloren. In dem vom Fraunhofer-Institut für Grenzflächen- und Bioverfahrenstechnik IGB und der Umwelttechnik BW koordinierten Verbundprojekt RoKKa haben zehn Partner aus Forschung und Industrie in den vergangenen drei Jahren mehrere Verfahren erprobt, um Rohstoffe wie Phosphor und Stickstoff aus Abwasser nachhaltig recyceln und neue Produkte für die chemische Industrie und Landwirtschaft generieren zu können.
Neue Module für Nährstoffgewinnung aus Kläranlagen
Umgesetzt wurde das Projekt auf der Kläranlage der Stadt Erbach (Donau). Hier wurden von den verschiedenen Partnern gleich mehrere innovative Verfahren pilotiert und getestet. Insgesamt wurden sieben Demonstrationsanlagen betrieben, die sich den Forschenden zufolge auch als eigenständige Module auf bestehende Kläranlagen integrieren lassen und fortan Interessierten für Tests zur Verfügung stehen.
Im Fokus des Projektes stand nicht nur die Rückgewinnung von Phosphor- und Stickstoffverbindungen für die Düngemittelproduktion. Auch das CO₂ aus Faulgas, das bei der Klärschlammfaulung durch die Zersetzung organischer Abfälle und Abwässer entsteht, sollte als Rohstoff für neue Produkte nutzbar gemacht und Lachgasemissionen auf der Kläranlage reduziert werden.
Mit der Hochlastfaulung stand den Forschenden in der Erbacher Kläranlage ein Verfahren zur Verfügung, das den anfallenden Klärschlamm schneller und effizienter zu Faulgas umsetzen kann als herkömmliche Verfahren. Bei der Hochlastfaulung werden organische Stoffe aus dem Abwasser vergärt, um Biogas als erneuerbaren Energieträger zu produzieren. Im Projekt wurde der Schlamm entwässert und aus dem Schlammwasser wurden die Pflanzennährstoffe Phosphor und Stickstoff gefiltert.
Phosphor und Stickstoffdünger gewonnen
Statt das nährstoffreiche Filtrat wie üblich in die Belebungsbecken der Kläranlage zu leiten, wurde das Filterwasser einer Anlage zugeführt, bei der Phosphor und Stickstoff elektrochemisch gefällt werden. Dabei entstand Magnesium-Ammonium-Phosphat, auch Struvit genannt, das als Phosphordünger in der Landwirtschaft genutzt werden kann. Mithilfe zweier Membranverfahren wurde Stickstoff aus dem Schlammwasser gewonnen, das in Form von Ammoniumsulfat ebenfalls als regionaler Dünger verwendet werden kann. Mittels großtechnischer Messungen konnten die Forschende auch zeigen, dass diese Verfahren die Lachgasemissionen bei der biologischen Stickstoffelimination reduzieren.
Schlammwasser für Mikroalgenkultivierung genutzt
Darüber hinaus wurden die Nährstoffe mit dem Schlammwasser einem neuartigen Photobioreaktorsystem zur Mikroalgenkultivierung zugeführt, das am Fraunhofer IGB entwickelt wurde. Mikroalgen benötigen neben Licht und CO₂ auch Phosphor und Stickstoff zum Wachsen. Wie die Forschenden schreiben, bildeten die Algen im Photobioreaktor während ihres Wachstums pflanzenstimulierende Polysaccharide aus, sogenannte Beta-Glucane. Diese Substanzen können den Forschenden zufolge Pflanzen bei der Abwehr von Pilzinfektionen wie Mehltau unterstützen und chemische Pflanzenschutzmittel etwa im Weinbau ersetzen. Darüber hinaus wurde im Projekt mithilfe einer Elektrosyntheseanlage CO₂ in Ameisensäure umgewandelt und damit ein wichtiger Grundstoff der chemischen Industrie erzeugt.
Beitrag zur klimaschonenden Kreislaufwirtschaft
Im Ergebnis konnte das Projekt RoKKa demonstrieren, wie neue Verfahren zum Nährstoffrecycling und die Implementierung von Verfahren zur Stickstoffrückgewinnung klimaschädliche Lachgas-Emissionen kommunale Kläranlagen nachhaltiger gestalten und damit einen effektiven Beitrag zu einer klimaschonenden Kreislaufwirtschaft leisten können. „Ausgebaut zu Bioraffinerien leisten Kläranlagen wertvolle Beiträge zur Rohstoffsicherheit und zum Klimaschutz und tragen damit zur Resilienz und zu nationalen Klima- und Nachhaltigkeitszielen bei“, resümiert Projektleiter Jürgen Schmidtke von der Umwelttechnik BW.
Das Projekt RoKKa war eines von insgesamt fünf Vorhaben, das vom Ministerium für Umwelt, Klima und Energiewirtschaft Baden-Württemberg mit Mitteln des Europäischen Fonds für regionale Entwicklung (EFRE) im Rahmen des Programms "Bioökonomie – Bioraffinerien zur Gewinnung von Rohstoffen aus Abfall und Abwasser – Bio-Ab-Cycling" zwischen 2021 und 2024 gefördert wurde.
bb
More than 9,000 public sewage treatment plants in Germany ensure that wastewater is biologically purified, thereby minimizing pollution of local water bodies. However, valuable nutrients such as nitrogen and phosphorus are also lost during conventional treatment. In the RoKKa joint project coordinated by the Fraunhofer Institute for Interfacial Engineering and Biotechnology IGB and Umwelttechnik BW, ten partners from research and industry have tested several processes over the past three years in order to sustainably recycle raw materials such as phosphorus and nitrogen from wastewater and generate new products for the chemical industry and agriculture.
New modules for nutrient recovery from wastewater treatment plants
The project was implemented at the wastewater treatment plant of the town of Erbach (Danube). Here, several innovative processes were piloted and tested by the various partners. A total of seven demonstration plants were operated, which, according to the researchers, can also be integrated into existing sewage treatment plants as independent modules and are now available for testing by interested parties.
The project not only focused on the recovery of phosphorus and nitrogen compounds for fertilizer production. The CO2 from digester gas, which is produced during sewage sludge digestion through the decomposition of organic waste and wastewater, was also to be made usable as a raw material for new products and nitrous oxide emissions at the sewage treatment plant were to be reduced.
With high-load digestion, the researchers at the Erbach wastewater treatment plant had a process at their disposal that can convert the sewage sludge produced into digester gas faster and more efficiently than conventional processes. In high-load digestion, organic substances from the wastewater are fermented to produce biogas as a renewable energy source. In the project, the sludge was dewatered and the plant nutrients phosphorus and nitrogen were filtered out of the sludge water.
Phosphorus and nitrogen fertilizer extracted
Instead of feeding the nutrient-rich filtrate into the aeration tanks of the sewage treatment plant as usual, the filter water was fed into a plant in which phosphorus and nitrogen are precipitated electrochemically. This produced magnesium ammonium phosphate, also known as struvite, which can be used as a phosphorus fertilizer in agriculture. Two membrane processes were used to extract nitrogen from the sludge water, which can also be used as a regional fertilizer in the form of ammonium sulphate. Using large-scale measurements, the researchers were also able to show that these processes reduce nitrous oxide emissions during biological nitrogen elimination.
Sludge water used for microalgae cultivation
In addition, the nutrients were fed with the sludge water to a novel photobioreactor system for microalgae cultivation, which was developed at the Fraunhofer IGB. In addition to light and CO2, microalgae also need phosphorus and nitrogen to grow. As the researchers write, the algae produced plant-stimulating polysaccharides, known as beta-glucans, in the photobioreactor during their growth. According to the researchers, these substances can support plants in their defense against fungal infections such as mildew and replace chemical pesticides, for example in viticulture. The project also used an electrosynthesis plant to convert CO2 into formic acid, thereby producing an important raw material for the chemical industry.
Contribution to a climate-friendly circular economy
As a result, the RoKKa project was able to demonstrate how new processes for nutrient recycling and the implementation of processes for nitrogen recovery can make climate-damaging nitrous oxide emissions from municipal wastewater treatment plants more sustainable and thus make an effective contribution to a climate-friendly circular economy. “Developed into biorefineries, wastewater treatment plants make valuable contributions to raw material security and climate protection and thus contribute to resilience and national climate and sustainability goals,” summarizes project manager Jürgen Schmidtke from Umwelttechnik BW.
The RoKKa project was one of a total of five projects funded by the Baden-Württemberg Ministry of the Environment, Climate Protection and the Energy Sector with funds from the European Regional Development Fund (ERDF) as part of the “Bioeconomy - Biorefineries for the Recovery of Raw Materials from Waste and Wastewater - Bio-Ab-Cycling” program between 2021 and 2024.
bb
Die Entwicklung neuer biobasierter und nachhaltiger Materialien zur dauerhaften Bindung von Kohlendioxid (CO₂) ist ein zentraler Ansatz in Forschung und Entwicklung. Besonders im Bausektor steigt der Bedarf an biobasierten Alternativen, da die Zementindustrie zu den größten Verursachern von Treibhausgasemissionen zählt. Eine vielversprechende Strategie zur Dekarbonisierung ist daher die Entwicklung von CO₂-reduzierten Zementen.
Am Fraunhofer-Institut für Elektronenstrahl- und Plasmatechnik (FEP) in Dresden wird an den chemischen und biologischen Wirkungen sogenannter niederenergetisch beschleunigter Elektronen für spezielle Anwendungen geforscht. Ein Schwerpunkt liegt dabei auf der Herstellung von Kalk mithilfe phototropher Mikroorganismen, um die Dekarbonisierung der Zementindustrie zu fördern.
Natürlicher Prozess der mikrobielle Kalksteinbildung als Vorbild
Im natürlichen Prozess der mikrobiellen Kalksteinbildung bilden phototrophe Cyanobakterien im Zusammenspiel von Licht, Feuchtigkeit und Temperatur Kalkstein, wobei CO₂ aus der Luft dauerhaft im Gestein gebunden wird. Die FEP-Arbeitsgruppe „Biokompatible Materialien“ unter der Leitung von Ulla König untersucht, wie sich dieser natürliche Prozess im großen Maßstab technisch umsetzen und effizienter gestalten lässt.
Biogene Baustoffe für die Kreislaufwirtschaft
Im Projekt BioCarboBeton hat das Team gemeinsam mit Forschenden des Dresdner Fraunhofer-Instituts für Keramische Technologien und Systeme (IKTS) ein umweltfreundliches Verfahren zur Herstellung von Biobeton entwickelt.
Verbesserte Biomineralisierung durch Elektronenstrahlen
Aktuell sind die Dresdner Forschenden dabei, den Prozess weiter zu verbessern. „Die Optimierung und Skalierbarkeit der biogenen Kalksteinsynthese basierend auf dem mikrobiellen Biomineralisierungsprozess spielt eine wesentliche Rolle für zukünftige großtechnische Einsatzmöglichkeiten“, erklärt Arbeitsgruppenleiterin Ulla König. „Wir haben am Fraunhofer FEP deshalb die Optimierung der Biomineralisation phototropher Mikroorganismen mit einem neuartigen Lösungsansatz verknüpft.“ Das Forschungsteam nutzt hier die stimulierende Wirkung der Elektronenstrahltechnologie, um den Stoffwechsel der Mikroorganismen zu aktivieren. Dadurch wird die Kalkproduktion – als Grundlage für Zement und Beton – effizienter und wirtschaftlicher gestaltet.
Bei der Entwicklung der biogenen Baustoffe berücksichtigen die Forschenden auch die Prinzipien der Kreislaufwirtschaft. Das CO₂ könnte zukünftig auch aus Industrieabgasen gewonnen werden, während als Kalziumquelle Reststoffe aus industriellen Prozessen oder der Landwirtschaft ebenso zum Einsatz kommen könnten wie Bauschutt oder nachwachsende Rohstoffe als Füllstoffe.
Die Ergebnisse dieser Forschung, darunter der neu entwickelte Biobeton, sollen im Januar auf der Messe BAU 2025 in München neben weiteren Entwicklungen des FEP präsentiert werden.
ck
Algen sind nicht nur Überlebenskünstler, sondern auch Multitalente mit großem Potenzial für die Bioökonomie. Als Leiterin des Kompetenzzentrums Mikroalgenbiotechnologie der Hochschule Anhalt will Carola Griehl dieses Potenzial nutzen, um einen möglichst großen Teil der immer knapper werdenden Erdölressourcen durch Algen zu ersetzen. Dafür ist die promovierte Chemikerin stets auf der Suche nach neuen Stämmen, um das Algen-Portfolio zu erweitern und für neue biobasierte Produkte in der Lebensmittel-, Pharma-, Kosmetik-, Agrar- und Chemieindustrie nutzbar zu machen. Darüber hinaus ist ihr Team dabei, die Mikroalgenproduktion in einen landwirtschaftlichen Betrieb zu integrieren.
Algae are not only masters of survival but also versatile organisms with significant potential for the bioeconomy. As head of the Competence Center Algal Biotechnology at Anhalt University of Applied Sciences, Carola Griehl aims to harness this potential to replace as much of the increasingly scarce petroleum resources as possible with algae. To achieve this, the chemist constantly seeks new strains to expand the algae portfolio and develop new bio-based products for the food, pharmaceutical, cosmetics, agricultural, and chemical industries. Her team is also working on integrating microalgae production into agricultural operations.
Mikroorganismen spielen eine Schlüsselrolle in der Bioökonomie – von der nachhaltigen Energiegewinnung bis zur Entwicklung neuer Materialien. Daher ist es essenziell, ihren Stoffwechsel zu verstehen und weiter zu optimieren. Forschende der Friedrich-Schiller-Universität und der Leibniz-Institute in Jena haben herausgefunden, wie stark die Grünalge Chlamydomonas reinhardtii ihren Stoffwechsel anpassen kann – allein durch neue Anzuchtbedingungen, ohne dass ein Eingriff in das Erbgut notwendig ist.
Die zehn Mikrometer kleine Alge ist in den nassen Böden von Reisfeldern zu Hause. Diese Umgebung stellten die Forschenden in ihrer Studie nach, die kürzlich in der Fachzeitschrift New Phytologist veröffentlicht wurde. Mithilfe von 3D-Drucktechnologie imitierten sie die struktur- und acetatreiche Umgebung von Reisfeldern und beobachteten, wie sich die Alge unter diesen Bedingungen veränderte.
Anpassungsfähigkeit ohne genetische Veränderungen
Der Studie zufolge verdickte sich die Zellwand der Alge unter den simulierten Bedingungen, während die Zelle kleiner und die Geißeln kürzer wurden. Der „Augenfleck“, mit dem die Alge Licht wahrnimmt, vergrößerte sich demnach und die Alge konnte sogar die Anzahl ihrer lichtempfindlichen Rezeptoren anpassen. Zusätzlich zu diesen äußerlichen Veränderungen stellte das Forschungsteam fest, dass die Alge vermehrt Kohlenhydrate in Form von Stärke produziert, was auf eine Umstellung des Stoffwechsels hinweist. Der Studie zufolge würden diese Anpassungen der Alge „das Überleben in der komplexen, von Mikroorganismen geprägten und teils anaeroben Umgebung erleichtern“ und somit helfen, mit Stressfaktoren wie Sauerstoffmangel und der Konkurrenz mit anderen Mikroorganismen klarzukommen.
Die Forschenden zeigten sich allerdings überrascht, dass all diese Anpassungen ohne Eingriff in das Erbgut des Einzellers zustande kamen. „Unsere Studie zeigt, wie wichtig es ist, Mikroorganismen nicht nur unter Laborbedingungen zu untersuchen, sondern auch in Umgebungen, die ihrer natürlichen Lebenswelt ähneln“, sagt Maria Mittag, Professorin für Allgemeine Botanik an der Uni Jena.
Exzellente Forschung im interdisziplinären Team
Für die Studie vereinten Forschende verschiedener Disziplinen ihre Expertise aus der Mikrobiologie, Botanik, Photonik und Bioinformatik. Zusammengebracht hat sie das Exzellenzcluster „Balance of the Microverse“ in Jena. Gemeinsam mit Pierre Stallforth, Professor für Bioorganische Chemie und Paläobiotechnologie an der Uni Jena, schuf das Team die komplexe, strukturierte 3D-Umgebung für die Studie. Forschende mit Expertise in Biophysik und Mikroskopie hielten anschließend die veränderte äußere Gestalt der Algen bildlich fest, während die Teams um Jürgen Popp und Maria Mittag die Stoffwechselvorgänge innerhalb der Zelle visualisierten.
„Die Kombination aus innovativen optischen Technologien und interdisziplinären Ansätzen hat es uns ermöglicht, einen umfassenden Einblick in die biologischen Anpassungen von Chlamydomonas reinhardtii zu gewinnen“, erklärt Jürgen Popp vom Leibniz-Institut für Photonische Technologien.
Biotechnologisches Potenzial
Die Forschenden hoffen, dass die Erkenntnisse in Bereichen der Biotechnologie Anwendung finden können, zum Beispiel für die Produktion nachhaltiger Biokraftstoffe.
am
Microorganisms play a key role in the bioeconomy – from sustainable energy production to the development of new materials. It is therefore essential to understand and further optimise their metabolism. Researchers at Friedrich Schiller University and the Leibniz Institutes in Jena have discovered the extent to which the green alga Chlamydomonas reinhardtii can adapt its metabolism – simply through new cultivation conditions, without the need to intervene in the genetic material.
The algae, which is ten micrometres in size, is at home in the wet soil of rice fields. The researchers recreated this environment in their study, which was recently published in the journal New Phytologist. Using 3D printing technology, they imitated the structure- and acetate-rich environment of rice fields and observed how the algae changed under these conditions.
Adaptability without genetic changes
According to the study, the algae's cell wall thickened under the simulated conditions, while the cell became smaller and the flagella shorter. The 'eyespot', with which the alga perceives light, increased in size and the alga was even able to adjust the number of its light-sensitive receptors. In addition to these external changes, the research team found that the algae produced more carbohydrates in the form of starch, which indicates a change in metabolism. According to the study, these adaptations would ‘facilitate the survival of the alga in the complex, microorganism-rich and partly anaerobic environment’ and thus help it to cope with stress factors such as oxygen deficiency and competition with other microorganisms.
However, the researchers were surprised that all of these adaptations came about without interfering with the protozoa's genetic material. ‘Our study shows how important it is to investigate microorganisms not only under laboratory conditions, but also in environments that resemble their natural habitat,’ says Maria Mittag, Professor of General Botany at the University of Jena.
Excellent research in an interdisciplinary team
For the study, researchers from various disciplines combined their expertise in microbiology, botany, photonics and bioinformatics. They were brought together by the Cluster of Excellence ‘Balance of the Microverse’ in Jena. Together with Pierre Stallforth, Professor of Bioorganic Chemistry and Palaeobiotechnology at the University of Jena, the team created the complex, structured 3D environment for the study. Researchers with expertise in biophysics and microscopy then captured the changed external shape of the algae in images, while the teams led by Jürgen Popp and Maria Mittag visualised the metabolic processes within the cell.
‘The combination of innovative optical technologies and interdisciplinary approaches has enabled us to gain a comprehensive insight into the biological adaptations of Chlamydomonas reinhardtii,’ explains Jürgen Popp from the Leibniz Institute of Photonic Technology.
Biotechnological potential
The researchers hope that the findings can be applied in areas of biotechnology, for example for the production of sustainable biofuels.
am
Zahlreiche Alltagsprodukte – von Zahnpasta über Frühstücksflocken bis hin zu Elektronikartikeln – werden in sogenannten Faltschachteln verpackt. Sie bestehen in der Regel aus Papier und Pappe und lassen sich gut recyceln. Wenig nachhaltig sind jedoch die hier verwendeten Klebstoffe, die meist aus fossilen Rohstoffen bestehen. Im Projekt SUGRA will ein Team des Fraunhofer-Instituts für Angewandte Polymerforschung IAP gemeinsam mit Industriepartnern den Weg für umweltfreundliche und nachhaltige Verpackungen ebnen.
Biobasierter Klebstoff für Faltschachteln
Im Fokus steht die Entwicklung biobasierter Klebstoffe auf Basis von Stärke, die auch den hohen industriellen Anforderungen zur Herstellung von Faltschachteln gerecht werden. „Die Auftragsqualität, die Abbindezeit und die Anfangsklebkraft des Klebstoffs, der sogenannte Anfangstack, sind wichtige Faktoren, damit die Fertigung von Faltschachteln auf schnell laufenden Produktionsmaschinen gelingt“, erläutert Jens Buller vom Fraunhofer IAP.
Das Auftragen der Klebstoffe auf die Verpackungen erfolgt an sogenannten Hochgeschwindigkeitsmaschinen über eine Düse. Hier werden Produktionsgeschwindigkeiten bis zu 600 Meter pro Minute erreicht, die den Forschenden zufolge nur wenige Sekunden Zeit bieten, um eine stabile Klebeverbindung zu erzeugen. Zudem muss der Klebstoff präzise aufgetragen werden, ohne zu spritzen und so andere Bereiche zu verkleben.
Dispersionsklebstoff aus modifizierter Stärke
Zur Herstellung von Faltschachteln werden wiederum Dispersionsklebstoffe genutzt, die aus synthetischen Polymeren bestehen. Diese fossilen Rohstoffe haben die Forschenden im Projekt nun durch Stärke ersetzt. „Schon die Wahl des Rohstoffs, wirkt sich auf die Eigenschaften des Klebstoffs aus. Er beeinflusst beispielsweise maßgeblich, ob der Klebstoff Fäden bildet“, erklärt Buller.
Stärkeklebstoff besteht erste Tests
Durch die immer „weitere Modifizierung der Stärkeprodukte und die Formulierung zu Stärkeklebstoffen“ entstand den Forschenden zufolge eine nachhaltige Klebstoffvariante, die den hohen industriellen Anforderungen gerecht wird und auch „lebensmittelkonform“ ist. Erste Tests bei Industriepartnern waren erfolgreich. Demnach überzeugte der neue Stärkeklebstoff nicht nur beim Auftragen und der Haftung, auch die Klebenaht blieb bei hoher Luftfeuchtigkeit und Temperatur stabil. „Unsere Ergebnisse zeigen, dass biobasierte Stärkeklebstoffe geeignet sind, um synthetische Polymere in der Faltschachtelherstellung zu ersetzen. Zudem können sie Recyclingprozesse aufgrund ihrer guten Löslichkeit erheblich vereinfachen“, resümiert Buller.
Das Vorhaben „Sustainable Gluing With Renewable Adhesives“ (SUGRA) wird vom Bundesministerium für Ernährung und Landwirtschaft (BMEL) gefördert.
bb
Süßigkeiten wie Schokolade, Plätzchen oder Baiser gehören für viele Menschen zur Weihnachtszeit dazu. Doch auch hier geht der Trend zu veganen Leckereien, die gesund und nachhaltig sind. Doch gerade bei Backwaren ist es mitunter schwer, gänzlich auf tierische Produkte wie Eier zu verzichten. Forschende vom Fraunhofer-Institut für Verfahrenstechnik und Verpackung IVV in Freising wollen das ändern. Im Projekt „LeguFoam“ hat ein Team um Maike Föste eine pflanzliche Alternative zum traditionellen Eiweiß aus Hühnereiern entwickelt.
Proteinschaum aus Leguminosen als Ei-Alternative
Im Fokus stand die Herstellung eines veganen Eiweißschaums, der Backwaren wie Baiser, Biskuits oder Tortenböden locker und fluffig macht. Bei der Suche nach einer Ei-Alternative konzentrierten sich die Fraunhofer-Forschenden auf Hülsenfrüchte wie Lupine, Erbsen und Linsen – und vor allem deren pflanzliche Proteine. Ziel war es, ein Proteinkonzentrat aus Leguminosen zu entwickeln, das den Forschenden zufolge „mit verbesserten Schaumbildungs- und Stabilisierungseigenschaften“ für schaumbasierte Lebensmittel wie Baiser als Ei-Ersatz genutzt werden kann.
Zur Herstellung der Eischaum-Alternative wurde schließlich das Mehl von Erbsen verwendet. „Diese sind bei richtiger Verarbeitung geschmacklich sehr neutral und deshalb gut geeignet“, erklärt Föste. Doch bis zum stabilen Erbsenschaum waren einige Hürden zu nehmen. So musste zunächst das Proteinkonzentrat aus einem Mehl-Wasser-Gemisch gewonnen werden. Diese Proteine wurden dann durch Lauge gelöst und mithilfe spezieller Trennverfahren weiter aufkonzentriert.
Leguminosenproteine funktionalisiert und optimiert
Im nächsten Schritt wurde das Erbsenprotein auf seine Fähigkeiten untersucht, Schaum zu bilden und als solcher lange stabil zu bleiben. Schaum besteht aus Luftbläschen, an deren Grenzflächen sich die Proteine wie ein Film legen und sie damit stabil machen. Hier kam es den Forschenden zufolge darauf an, dass die funktionellen Eiweißgruppen bestmöglich an den Bläschen andocken, sodass viel schaumige Masse entsteht, die den Schaum stabil hält. Mithilfe der Homogenisierung unter hohem Druck gelang es den Forschenden eigenen Angaben nach, die Proteinstruktur gezielt zu funktionalisieren und die Fähigkeit zur Schaumbildung zu steuern.
Geschmack überzeugt Feinschmecker
Proben zur Konsistenz der schaumigen Masse ergaben, dass der „Schaum in einem Gefäß mit definierter Größe für einen festgelegten Zeitraum stehen“ blieb. „Inzwischen kommt unsere Verfahrenstechnik mit den Leguminosen der Qualität von tierischem Eiweißschaum schon recht nahe“, berichtet Föste. Der Erbsenschaum kann aber nicht nur mit der Qualität des tierischen Eiweißes mithalten. In ersten sensorischen Tests hat die pflanzliche Alternative demnach auch Feinschmecker und Liebhaber von süßem Gebäck geschmacklich überzeugt, obwohl Unterschiede zum tierischen Vorbild durchaus bemerkt wurden.
Als Nächstes will das Fraunhofer-Team die Langzeitstabilität des Erbsenschaums weiter verbessern. Das Team ist jedoch überzeugt, dass der pflanzliche Proteinschaum als Ei-Alternative dienen und insbesondere Herstellern von Süß- und Backwaren neue Chancen eröffnet, um die wachsende Nachfrage nach veganen Produkten zu bedienen.
bb
For many people, sweets such as chocolate, biscuits and meringue are part of the Christmas season. But the trend is also moving towards vegan treats that are healthy and sustainable. However, when it comes to baked goods in particular, it can be difficult to completely avoid animal products such as eggs. Researchers at the Fraunhofer Institute for Process Engineering and Packaging IVV in Freising want to change that. In the ‘LeguFoam’ project, a team led by Maike Föste has developed a plant-based alternative to traditional egg whites from hens' eggs.
Protein foam from legumes as an egg alternative
The focus was on the production of a vegan protein foam that makes baked goods such as meringue, sponge cakes or cake bases light and fluffy. In their search for an egg alternative, the Fraunhofer researchers focussed on pulses such as lupins, peas and lentils – and especially their plant-based proteins. The aim was to develop a protein concentrate from legumes which, according to the researchers, can be used as an egg substitute ‘with improved foaming and stabilising properties’ for foam-based foods such as meringue.
Finally, pea flour was used to produce the egg foam alternative. ‘When processed correctly, peas have a very neutral flavour and are therefore very suitable,’ explains Föste. However, there were a few hurdles to overcome before stable pea foam was achieved. For example, the protein concentrate first had to be extracted from a mixture of flour and water. These proteins were then dissolved using lye and further concentrated using special separation processes.
Legume proteins functionalised and optimised
In the next step, the pea protein was analysed for its ability to form foam and remain stable as such for a long time. Foam consists of air bubbles on the interfaces of which the proteins form a film, making them stable. According to the researchers, it was important for the functional protein groups to dock to the bubbles in the best possible way so that a lot of foamy mass is formed, which keeps the foam stable. According to the researchers, homogenisation under high pressure enabled them to specifically functionalise the protein structure and control the ability to form foam.
Flavour convinces gourmets
Tests on the consistency of the foamy mass showed that the ‘foam remained in a container of a defined size for a set period of time’. ‘In the meantime, our process technology with the legumes comes quite close to the quality of animal protein foam,’ reports Föste. However, the pea foam can not only keep up with the quality of animal protein. In initial sensory tests, the plant-based alternative also impressed gourmets and lovers of sweet pastries in terms of flavour, although differences to the animal model were certainly noticed.
The next step for the Fraunhofer team is to further improve the long-term stability of the pea foam. However, the team is convinced that the plant-based protein foam could serve as an egg alternative and open up new opportunities for manufacturers of confectionery and baked goods in particular to meet the growing demand for vegan products.
bb
Humus ist bekanntermaßen gut für den Boden. Das komplexe Gemisch aus organischen Stoffen, wie abgestorbene Tier- und Pflanzenreste, dient Pflanzen und Bodenmikroben gleichermaßen als Nahrungsquelle und ist damit ein Treiben für das Pflanzenwachstum und die Bodengesundheit. Hier sind es vor allem die im Humus enthaltenen Huminstoffe, die dafür sorgen, dass Feuchtigkeit und Nährstoffe im Boden gebunden werden, Mikroben-Biomasse in nährstoffreiche Biostimulanzien umwandeln und diese für Pflanzen verfügbar machen können. In der Praxis sieht es jedoch oft anders aus. Mithilfe von Düngern versuchen Landwirtinnen und Landwirte den fehlenden Nährstoffgehalt im Boden zu kompensieren.
Künstliche Huminstoffe für die Landwirtschaft
Am Leibniz-Institut für Agrartechnik und Bioökonomie (ATB) ist es Forschenden nun gelungen, Huminstoffe aus biologischen Reststoffen künstlich herzustellen und für die Landwirtschaft nutzbar zu machen. Möglich wurde das durch den Einsatz eines neuen, bisher wenig etablierten Verfahrens – die sogenannte hydrothermale Humifizierung. „Was die Natur in Jahren mithilfe von Mikroorganismen schafft, können wir in Minuten bis Stunden in einem kontrollierbaren Prozess mit Hitze, Druck und Wasser erreichen“, erklärt Nader Marzban, Post-Doktorand am ATB und Experte für Biokohle und Huminstoffe.
Reststoffverwertung mittels hydrothermaler Humifizierung
Im Rahmen von Studien hat der ATB-Forscher bereits nachgewiesen, dass mithilfe der hydrothermalen Humifizierung biologische Reststoffe wie organische Abfälle aus Landwirtschaft und Privathaushalten vollständig verwertet werden können. In einem Hochdruckreaktor wurde demnach die Biomasse mit Wasser in einem Verhältnis von etwa 0,1 zu 0,4 gemischt. „Die Faserbestandteile Cellulose, Hemicellulose und Lignin werden dann unter hohem Druck (zwischen 6 und 60 bar) und bei hoher Temperatur (zwischen 160 und 240° C) aufgeschlossen. Je nach pH-Wert und Temperatur im Reaktor erhalten wir entweder mehr Hydrokohle oder künstliche Huminsäure. Beides sind Feststoffe, deren Farbe von bräunlich bis schwarz reicht“, erklärt Marzban.
Diese Feststoffe könnten Marzban zufolge als Dünger in der Landwirtschaft eingesetzt werden, wie Versuche mit einem Mikrodünger auf Huminstoffbasis belegen. „Die ersten Ergebnisse zeigten, dass die Zugabe von nur 0,01 % unserer Humifizierungsprodukte in den Boden den Keimungsindex deutlich erhöhen und die Pflanzen bei der Aufnahme von mehr Nährstoffen, wie Phosphor, unterstützen kann.“
Großes Potenzial für nachhaltige und zirkuläre Bioökonomie
Das Team um den Potsdamer Experten ist vom Potenzial der hydrothermalen Humifizierung für die Bioökonomie überzeugt. „Wir schließen Kreisläufe und ersetzen fossile Ressourcen im Sinne einer nachhaltigen und zirkulären Bioökonomie. Wenn wir sicherstellen, dass unsere Huminsäuren den natürlichen Vorkommen in Qualität und Nutzen in nichts nachstehen – und das können wir nachweisen –, haben wir ein schnelles, kontrollierbares Verfahren, das nachwachsende Rohstoffe nutzt und eine kaskadische, also mehrstufige Nutzung dieser Biomasse ermöglicht“, sagt Marzban.
Auch andere Prozesse könnten dem Huminstoffexperten zufolge von dem neuen Verfahren profitieren – etwa durch die Integration in Bioraffinerien, um feste und flüssige Rückstände in Huminstoffe umzuwandeln.
bb
Humus is known to be good for the soil. The complex mixture of organic matter, such as dead animal and plant remains, serves as a food source for plants and soil microbes alike and is therefore a driving force for plant growth and soil health. It is primarily the humic substances contained in humus that ensure that moisture and nutrients are bound in the soil, convert microbial biomass into nutrient-rich biostimulants and make these available to plants. In practice, however, things often look different. Farmers try to compensate for the lack of nutrients in the soil with the help of fertilisers.
Artificial humic substances for agriculture
Researchers at the Leibniz Institute for Agricultural Engineering and Bioeconomy (ATB) have now succeeded in artificially producing humic substances from biological residues and making them usable for agriculture. This was made possible by using a new, previously little-established process known as hydrothermal humification. ‘What nature can do in years with the help of microorganisms, we can achieve in minutes to hours in a controllable process with heat, pressure and water,’ explains Nader Marzban, post-doctoral researcher at the ATB and expert in biochar and humic substances.
Residue utilisation using hydrothermal humification
The ATB researcher has already demonstrated in studies that biological residues such as organic waste from agriculture and private households can be fully utilised using hydrothermal humification. In a high-pressure reactor, the biomass was mixed with water in a ratio of around 0.1 to 0.4. ‘The fibre components cellulose, hemicellulose and lignin are then broken down under high pressure (between 6 and 60 bar) and at a high temperature (between 160 and 240° C). Depending on the pH value and temperature in the reactor, we obtain either more hydrochar or artificial humic acid. Both are solids that range in colour from brownish to black,’ explains Marzban.
According to Marzban, these solids could be used as a fertiliser in agriculture, as tests with a humic-based microfertiliser have shown. ‘The initial results showed that adding just 0.01% of our humification products to the soil can significantly increase the germination index and help plants absorb more nutrients, such as phosphorus.’
Great potential for a sustainable and circular bioeconomy
The team led by the Potsdam expert is convinced of the potential of hydrothermal humification for the bioeconomy. ‘We are closing cycles and replacing fossil resources in the sense of a sustainable and circular bioeconomy. If we ensure that our humic acids are in no way inferior to natural deposits in terms of quality and benefits – and we can prove this – we have a fast, controllable process that uses renewable raw materials and enables cascading, i.e. multi-stage utilisation of this biomass,’ says Marzban.
According to the humic substances expert, other processes could also benefit from the new method - for example, by integrating it into biorefineries to convert solid and liquid residues into humic substances.
bb
Wie können Nährstoffe wie Phosphor und Stickstoff, die der Umwelt durch den Anbau und Verzehr von Lebensmitteln entzogen werden, wieder zurückgegeben werden? Diese Frage stand im Fokus des Projektes „zirkulierBAR“, das in den Jahren 2021 bis 2024 vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) im Rahmen der Fördermaßnahme REGION.innovativ unterstützt wurde. Nach Abschluss des dreijährigen Vorhabens, welches das Leibniz-Institut für Gemüse- und Zierpflanzenbau (IGZ) koordinierte, hat das Konsortium nun seine Ergebnisse und Erkenntnisse in einem Handbuch zusammengefasst.
Leitfaden für die Sanitär- und Nährstoffwende
Das „Handbuch für die Sanitär- und Nährstoffwende“ soll Kommunen sowie Landwirtinnen und Landwirte auf dem Weg in eine zirkuläre Zukunft als Praxisleitfaden dienen. Auf 124 Seiten wird gezeigt, wie mithilfe neuer Sanitärsysteme und Aufbereitungsanlagen Nährstoffe, die über die Nahrung aufgenommen wurden, wieder in den natürlichen Kreislauf zurückgeführt werden können. Im Fokus des Projektes stand hier die Aufbereitung von Urin und Feststoffen aus sogenannten Trockentoiletten zu Recyclingdünger und -kompost.
Dafür wurde im Rahmen des Vorhabens auf dem Gelände der Stadtwerke Barnim in Eberswalde eine Recyclinganlage aufgebaut, um menschliche Ausscheidungen zu sammeln, zu säubern und als Recyclingdünger aufzubereiten. Es ist die erste ihrer Art in Deutschland. In dem Reallabor wurde erforscht, ob diese Art der Nährstoffrückgewinnung technisch machbar und auch ökologisch sinnvoll ist. In dem Handbuch beschreiben die Forschenden nun, wie viel Potenzial in dem Recyclingdünger steckt.
Beitrag zur Düngemittelversorgung und Umweltschutz
„Wenn Nährstoffe aus Kot und Urin getrennt gesammelt und aufbereitet werden und qualitätsgesichert auf den Äckern landen, können sie einen wichtigen Beitrag zur Versorgung mit Düngemitteln leisten“, resümiert Projektkoordinatorin Ariane Krause vom Leibniz-Institut für Gemüse- und Zierpflanzenbau (IGZ). „Außerdem können wir Wasser sparen und die Belastung der Gewässer reduzieren. Zudem verringern Recyclingdünger die Abhängigkeit von Rohphosphat- und Erdgasimporten, die zur Herstellung synthetischer Dünger gebraucht werden.“
Durch die getrennte Aufbereitung von Urin und Kot lassen sich nicht nur wichtige Nährstoffe recyceln. Den Forschenden zufolge können mithilfe des Recyclingdüngers auch bis zu 25 % des Mineraldüngers in Deutschland ersetzt werden und somit der CO₂-Fußabdruck und Druck auf natürliche Ressourcen wie Boden, Wasser, Luft und Nährstoffe gemindert werden.