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Vegane Käsealternativen haben eines gemein: Sie enthalten weder Casein noch Molkenprotein – dabei sind diese Eiweiße für den charakteristischen Geschmack und die Textur von Käse aus tierischer Milch entscheidend. Formo hat einen Weg gefunden, diese essenziellen Milchproteine – speziell Caseine – mithilfe von Mikroorganismen herzustellen. Mittels Präzisionsfermentation stellt das Berliner Food-Tech-Start-up tierfreie Käseprodukte her. Bei der Weiterentwicklung dieser Lebensmitteltechnologie wird das Team um Formo-Gründer Raffael Wohlgensinger nun von der Europäischen Investitionsbank (EIB) mit einem Darlehen in Höhe von 35 Mio. Euro unterstützt.

EIB stärkt Formo mit Kredit in Wachstumsphase

„Die Entwicklung und Skalierung fermentationsbasierter Nahrungsmittel, die industriell hergestellt werden können, ist ein höchst innovatives Konzept, um die wachsende Nachfrage nach tierfreien proteinreichen Milch- und EI-Ersatzprodukten zu bedienen“, sagte EIB-Vizepräsidentin Nicola Beer. „Wir, als Europäische Investitionsbank, unterstützen gemeinsam mit Formo innovative Lösungen für nachhaltigen Konsum und stärken darüber hinaus ein europäisches Start-up in der Wachstumsphase.“

Formo setzt aber nicht nur auf Präzisionsfermentation bei der Herstellung von Käsealternativen, sondern auch auf Proteine aus dem Koji-Pilz. Hier erzeugt der Fadenpilz Aspergillus oryzae per Mikrofermentation spezielle Proteine, die Formo als Biomasse zur Käseherstellung nutzt. Laut Formo kommt das Protein dem Milchprotein sehr nahe. Mit der Nutzung des Koji-Pilzes hat das 2019 gegründete Start-up einen Weg gefunden, seine veganen Käsealternativen schnell auf den Markt zu bringen. Anders als die mittels Präzisionsfermentation erzeugten Milchproteine, ist der Koji-Pilz kein neues Lebensmittel, das nach der Novel-Food-Verordnung von der Europäischen Behörde für Lebensmittelsicherheit (EFSA) zugelassen werden muss. Seit Anfang September vergangenen Jahres sind die ersten tierfreien Käseprodukte von Formo bei Metro und REWE erhältlich. Neben der Frischkäsealternative „Frischhain“ gibt es auch einen veganen Camembert.

Weiterentwicklung und Skalierung des Fermentationsprozesses

Weitere alternative Käsesorten, wie griechischer Feta sowie Weiß- und Blauschimmelkäse – auch ein Ei-Ersatz für Rührei und Backwaren – befinden sich gegenwärtig bei Formo im Skalierungsprozess. Mit dem EIB-Darlehen kann das Unternehmen nun seine Fermentationsprozesse für die Produktion von alternativen Milch- und Ei-Produkten weiterentwickeln und skalieren.  

„Das Vertrauen der EIB in unsere Innovationsstärke und Skalierungfähigkeit freut uns sehr“, sagte Raffael Wohlgensinger. „Wir wollen zeigen, dass europäische Innovationsunternehmen nicht nur schlaue Ideen hervorbringen, sondern neue Technologien skalieren und erfolgreich kommerzialisieren können“. Der vereinbarte Finanzierungsrahmen sei auch ein starkes Signal für Europa und bestätige die Strategie von Formo, so Wohlgensinger.

Gesamtfinanzierung steigt auf insgesamt 135 Mio. Euro

Erst im September vergangenen Jahres hatte Formo im Rahmen einer B-Finanzierungsrunde frisches Kapital in Höhe von 61 Mio. US-Dollar (umgerechnet 58,6 Mio. Euro) eingeworben. Mit einer Gesamtfinanzierung von nunmehr 135 Mio. Euro sei das Start-up „gut aufgestellt, um seine ambitionierten Wachstumsziele zu erreichen“, so die EIB.

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Vegan cheese alternatives have one thing in common: they contain neither casein nor whey protein - although these proteins are crucial for the characteristic flavour and texture of cheese made from animal milk. Formo has found a way to produce these essential milk proteins - especially caseins - with the help of microorganisms. The Berlin-based food tech start-up uses precision fermentation to produce animal-free cheese products. The team led by Formo founder Raffael Wohlgensinger is now being supported by the European Investment Bank (EIB) with a loan totalling EUR 35 million to further develop this food technology.

EIB strengthens Formo with loan in growth phase

‘Developing and scaling up fermentation-based foods that can be produced industrially is a highly innovative concept to meet the growing demand for animal-free protein-rich dairy and egg substitutes,’ said EIB Vice-President Nicola Beer. ‘We, as the European Investment Bank, alongside Formo, are supporting innovative solutions for sustainable consumption and strengthening a European start-up in its growth phase.

However, Formo not only relies on precision fermentation in the production of cheese alternatives, but also on proteins from the koji mushroom. Here, the filamentous fungus Aspergillus oryzae produces special proteins via microfermentation, which Formo uses as biomass for cheese production. According to Formo, the protein is very similar to milk protein. By utilising the koji mushroom, the start-up, which was founded in 2019, has found a way to bring its vegan cheese alternatives to market quickly. Unlike milk proteins produced using precision fermentation, koji mushrooms are not a new food that has to be authorised by the European Food Safety Authority (EFSA) under the Novel Food Regulation. The first animal-free cheese products from Formo have been available at Metro and REWE since the beginning of September last year. In addition to the cream cheese alternative ‘Frischhain’, there is also a vegan Camembert.

Further development and scaling of the fermentation process

Formo is currently in the process of scaling up other alternative cheeses, such as Greek feta, white and blue cheese - also an egg substitute for scrambled eggs and baked goods. With the EIB loan, the company can now further develop and scale up its fermentation processes for the production of alternative dairy and egg products.

‘We are delighted by the EIB's confidence in our innovative strength and scalability,’ said Raffael Wohlgensinger. ‘We want to show that European innovation companies can not only generate smart ideas, but also scale up and successfully commercialise new technologies.’ The agreed financing framework is also a strong signal for Europe and confirms Formo's strategy, said Wohlgensinger.

Total financing increases to 135 million euros

Formo raised fresh capital totalling USD 61 million (equivalent to EUR 58.6 million) as part of a B financing round in September last year. With total financing now standing at 135 million euros, the start-up is ‘well positioned to achieve its ambitious growth targets’, according to the EIB.

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Die Natur bietet zahlreiche Vorbilder, die von der Bionik in innovative Produkte verwandelt werden. Ein aktuelles und faszinierendes Beispiel dafür ist die Zusammenarbeit von Forschenden der Universitäten Stuttgart und Freiburg, die ein selbst anpassendes Verschattungssystem nach dem Vorbild von Kiefernzapfen entwickelt haben.

Ihre Lösung ist nicht nur bioinspiriert, sondern auch biobasiert: Das System besteht vollständig aus Zellulosefasern – einem reichlich vorhandenen und erneuerbaren Material. Der besondere Clou dabei: Es arbeitet vollständig energieautark.

Biobasiert und energieautark

„Wir haben ein Verschattungssystem entwickelt, das sich abhängig von den Wetterbedingungen selbstständig öffnet und schließt, ohne dass dafür jegliche Betriebsenergie oder mechatronische Elemente benötigt werden“, sagt Achim Menges von der Universität Stuttgart. „Die Biomaterialstruktur selbst ist die Maschine.“

Das Fassadensystem Solar Gate ist damit das erste wetteradaptive Verschattungssystem, das vollständig ohne elektrische Antriebsenergie auskommt. Die Ergebnisse des Projekts beschreibt das Forschungsteam nun im Fachmagazin Nature Communications. Beteiligt waren Forschende aus den Exzellenzclustern „Integratives Computerbasiertes Planen und Bauen für die Architektur“ (IntCDC) an der Universität Stuttgart sowie „Living, Adaptive and Energy-autonomous Materials Systems (livMatS)“ an der Universität Freiburg.

Zellulose im 4D-Druck

Das natürliche Baumaterial Zellulose besitzt die vorteilhafte Eigenschaft, bei Feuchtigkeitsschwankungen zu quellen und zu schrumpfen. Diese sogenannte Hygromorphie ermöglicht es pflanzlichen Strukturen wie Kiefernzapfen oder Blütenständen, sich abhängig von der Umgebung selbstständig zu öffnen und zu schließen.

In Anlehnung an diese natürlichen Vorbilder hat das Forschungsteam Zellulosefasern präzise angepasst und zu einer zweischichtigen Struktur verarbeitet. Dabei kam eine Erweiterung der additiven Fertigung – bekannt als 3D-Druck – zum Einsatz, bei der Material Schicht für Schicht aufgetragen wird. Im sogenannten 4D-Druckverfahren entsteht so durch computergesteuerte Extrusion der Zellulosefasern ein Material, das sich selbstständig und reversibel an äußere Einflüsse anpassen kann.

Bei hoher Luftfeuchtigkeit nehmen die Zellulosefasern Feuchtigkeit auf, dehnen sich aus und bewirken, dass sich die gedruckten Elemente einrollen und somit öffnen, um Sonnenlicht durchzulassen. Wenn die Zellulosefasern die Feuchtigkeit abgeben und sich zusammenziehen, flachen sich die Elemente ab und schließen sich wieder.

Von der Natur inspiriert

Inspiriert von den hygroskopischen Bewegungen sei es bei Solar Gate damit gelungen, nicht nur die hohe Funktionalität und Robustheit der biologischen Vorbilder in ein bioinspiriertes Verschattungssystem zu übertragen, sondern auch die Ästhetik der pflanzlichen Bewegungen, schreiben die Forschenden: „Dies kann als ‚Königsweg der Bionik’ betrachtet werden, da alles, was uns am biologischen Ideengeber fasziniert, auch im bioinspirierten architektonischen Produkt realisiert wurde.“

Ein Jahr lang wurde die Funktionalität und die Haltbarkeit des Systems bereits am Baudemonstrator Biomimetic Shell der Universität Freiburg getestet. Angetrieben allein durch tägliche und saisonale Schwankungen der Luftfeuchtigkeit öffnen sich die Verschattungselemente und lassen Sonnenlicht herein oder schließen sich und verringern so die Sonneneinstrahlung.

Die Forschenden sind überzeugt, dass das energieautarke und ressourceneffiziente Verschattungssystem die Möglichkeiten verdeutlicht, die zugängliche und kostengünstige Drucktechnologien ebenso wie Zellulose als nachhaltiges Baumaterial bieten.

ck

Nature offers numerous models that bionics can transform into innovative products. A current and fascinating example of this is the collaboration between researchers from the Universities of Stuttgart and Freiburg, who have developed a self-adapting shading system modelled on pine cones. Their solution is not only bio-inspired, but also bio-based: The system consists entirely of cellulose fibres - an abundant and renewable material. The key feature is that it is completely energy self-sufficient.

Bio-based and energy-self-sufficient

‘We have developed a shading system that opens and closes automatically depending on the weather conditions without the need for any operating energy or mechatronic elements,’ says Achim Menges from the University of Stuttgart. ‘The biomaterial structure itself is the machine.’

The Solar Gate facade system is therefore the first weather-adaptive shading system that works entirely without electrical drive energy. The research team has now described the results of the project in the journal Nature Communications. Researchers from the Clusters of Excellence ‘Integrative Computer-based Design and Construction for Architecture’ (IntCDC) at the University of Stuttgart and ‘Living, Adaptive and Energy-autonomous Materials Systems (livMatS)’ at the University of Freiburg were involved.

Cellulose in 4D printing

The natural building material cellulose has the advantageous property of swelling and shrinking in response to fluctuations in humidity. This so-called hygromorphism enables plant structures such as pine cones or inflorescences to open and close automatically depending on the environment.

Based on these natural models, the research team precisely adapted cellulose fibres and processed them into a two-layer structure. They used an extension of additive manufacturing - known as 3D printing - in which material is applied layer by layer. In the so-called 4D printing process, computer-controlled extrusion of the cellulose fibres creates a material that can adapt independently and reversibly to external influences. In high humidity, the cellulose fibres absorb moisture, expand and cause the printed elements to curl up and thus open up to let sunlight through. When the cellulose fibres release the moisture and contract, the elements flatten and close again.

Inspired by nature

Inspired by hygroscopic movements, Solar Gate has not only succeeded in transferring the high functionality and robustness of biological models into a bio-inspired shading system, but also the aesthetics of plant movements, the researchers write: ‘This can be regarded as the “royal road of bionics”, as everything that fascinates us about the biological source of ideas has also been realised in the bio-inspired architectural product.’

The functionality and durability of the system have already been tested for a year on the Biomimetic Shell building demonstrator at the University of Freiburg. Driven solely by daily and seasonal fluctuations in humidity, the shading elements open to let in sunlight or close to reduce solar radiation.

The researchers are convinced that the energy-self-sufficient and resource-efficient shading system illustrates the possibilities offered by accessible and cost-effective printing technologies as well as cellulose as a sustainable building material.

ck

Kollagen ist ein Strukturprotein, das für starke Knochen und Gelenke und straffe Haut sorgt. Das Eiweiß wird vom Körper selbst gebildet, allerdings nimmt die Kollagenproduktion mit zunehmenden Alter ab. Zwar gibt es Kollagenpräparate, die den Mangel ausgleichen sollen. Das in Pulvern, Kapseln oder Cremes enthaltene Eiweiß stammt jedoch häufig aus der Haut von Tieren wie Rindern und Schweinen. Das Berliner Biotechnologieunternehmen Cambrium zeigt, dass es auch anders geht.

Das Team um Firmengründer Mitchell Duffy hat mit NovaColl mittels Künstlicher Intelligenz (KI) und Präzisionsfermentation ein 100 % hautidentisches und veganes Kollagen entwickelt. Dieses innovative und tierfreie Produkt soll nun in Schönheits- und Körperpflegeprodukten in Europa zum Einsatz kommen. Dafür hat Cambrium mit dem in Wien ansässigen Chemieunternehmen Brenntag eine strategische Partnerschaft unterzeichnet.  

Maßgeschneiderter Wirkstoff für nachhaltige Hauptpflegeprodukte

Mit der Kooperation will Brenntag sein Portfolio an nachhaltigen und effektiven Hautpflegelösungen weiter ausbauen und mit „maßgeschneiderten Formulierungen“ wie NovaColl „auf individuelle Bedürfnisse und Fragen“ der Kunden eingehen. „Dieser innovative Inhaltsstoff entspricht der steigenden Nachfrage der Verbraucher nach nachhaltigen und wirksamen Hautpflegelösungen“, sagt Patrick Koch von Brenntag Specialties. „Wir gehen davon aus, dass wir mit Cambrium weitere Möglichkeiten ausloten, um zukunftsweisende Produkte auf den Markt zu bringen.“ 

Bei der Entwicklung nachhaltiger Wirkstoffe setzt Cambrium auf KI und Präzisionsfermentation. Neue Proteine wie das Strukturprotein Kollagen werden zunächst am Computer entworfen und später in Mikroorganismen wie Hefen produziert. Eine eigens entwickelte Software ermittelt zuvor, ob das Protein die gewünschten Eigenschaften besitzt und skalierbar ist.

Das erste mikromolekulare und hautidentische Kollagen

Nach Angaben von Cambrium ist NovaColl das erste mikromolekulare und hautidentische Kollagen, das speziell für hochwirksame Hautpflegeformulierungen entwickelt wurde. Dieses Mikromolekül regt die körpereigene Produktion von Kollagen an und unterdrückt zugleich ein Enzym, das Kollagen abbaut.

„Es ist erstaunlich zu sehen, wie der Markt auf unser Konzept der KI-entwickelten Wirkstoffe reagiert hat“, sagt Lucile Bonnin von Cambrium. „Wir freuen uns auf die Partnerschaft mit Brenntag und seinem kompetenten Team von technischen Experten, um NovaColl und darüber hinaus mehr Innovatoren und Formulierungen in der gesamten Region zugänglich zu machen.“

Nach Angaben von Brenntag soll NovaColl künftig Kunden in Großbritannien, Irland, Frankreich, Italien und der iberischen Halbinsel zur Herstellung von Schönheits- und Pflegeprodukten zur Verfügung stehen. 

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Mehr als die Hälfte aller europäischen Gewässer sind mit Chemikalien belastet. Bis zu 70.000 Substanzen verwenden Landwirtschaft und Industrie täglich – 500 davon landen in Flüssen und bedrohen die dortigen Ökosysteme. Dieses Problem wird nun mithilfe von Algen angepackt: Eine Gruppe der Universität Duisburg-Essen nutzt Kieselalgen, um verschmutzte Gewässer zu reinigen. Das Team forscht an einer Methode, mit der Kieselgur – ein natürliches Material aus den fossilen Überresten von Kieselalgen – als Filter zum Einsatz kommt. In einer aktuellen Studie hat das Team um Juniorprofessorin Anzhela Galstyan gezeigt, dass chemisch modifiziertes Kieselgur zwei Schadstoffe entfernen kann. 

Chemische Modifizierung für mehr Effizienz

Kieselalgen sind mikroskopisch kleine einzellige Organismen, die in Gewässern leben und eine Zellwand aus Kieselsäure (Siliziumdioxid) besitzen. Nach ihrem Tod lagert sich diese Zellwand ab und wird zu feinem, pulverisiertem Gestein – Kieselgur. Durch den Umwandlungsprozess nimmt Kieselgur seine charakteristische poröse Struktur an, mit der es Schadstoffe effektiv aufnehmen kann. Um die Adsorptionsfähigkeit des Materials noch effizienter zu machen, haben die Forschenden die Oberfläche mit speziellen funktionellen Gruppen versehen. „Das könnte problemlos auch in industriellem Maßstab umgesetzt werden“, meint die Professorin. 

Vergleich mit etablierter Wasserreinigung

Die Forschenden testeten in ihrer Studie das Kieselgur an zwei exemplarischen Schadstoffen, die häufig aus der Textilindustrie in Flüsse und Grundwasser gelangen: Methylenblau und Methylorange. Unabhängig von verschiedenen Bedingungen wie Salzgehalten und pH-Werten entfernte das Material die Schadstoffe größtenteils oder komplett. Den Forschenden zufolge wurden mithilfe von Kieselgur innerhalb einer Stunde 70 % des Methyloranges und 100 % des Methylenblaus gefiltert. Zum Vergleich untersuchte die Forschungsgruppe Silica, ein in der Wasserreinigung bereits etabliertes Material. Dieses entfernte in derselben Zeit genauso viel Methylorange wie Kieselgur – vom Methylenblau hingegen nur 88 %.

„Umweltfreundlichere und kostengünstigere Lösung“

Das Fazit der Forschungsgruppe: Kieselgur entfernt Schadstoffe mindestens genauso und teilweise sogar effizienter als herkömmliche Wasserreinigungsmittel. Der entscheidende Vorteil sei jedoch, dass Algen nachwachsende Rohstoffe seien und sich mit minimalem Energieaufwand züchten ließen. Im Gegensatz zum etablierten Filtermaterial Aktivkohle sieht Galstyan daher „in Kieselgur eine umweltfreundliche und kostengünstige Lösung zur Wasseraufbereitung“. 

Nun prüfen die Forschenden, wie Kieselgur zur Wasserreinigung in Membranen eingesetzt werden könnte. Die Voraussetzungen sind gegeben: Die Universität Duisburg-Essen verfügt über die weltweit größte Algensammlung. 

lh

Produkte aus der Präzisionsfermentation (PF) können entweder als Zutaten in anderen Lebensmitteln (z. B. Molkenprotein in Backwaren) oder als eigenständige Komponenten (z. B. Molkenproteinpulver aus der Präzisionsfermentation) verwendet werden. Obwohl die Technologie immer häufiger zum Einsatz kommt, ist das Bewusstsein der Verbraucher nach wie vor gering.

Laut der Studie wird die Bereitschaft der Verbraucher, PF-Produkte zu probieren, erheblich beeinflusst durch einfache und verständliche Erklärungen. Beispielsweise stieß die Beschreibung der Präzisionsfermentation als ein Prozess, der „dem Bierbrauen ähnelt“, bei dem Mikroorganismen darauf programmiert werden, bestimmte Proteine zu produzieren, bei den Teilnehmern auf positive Resonanz.  

Zwar wurden in allen Regionen prägnante und nicht-technische Begriffe für Produktkennzeichnungen und Zutatenlisten bevorzugt, dennoch konnten bemerkenswerte Unterschiede in der bevorzugten Terminologie in den untersuchten Märkten festgestellt werden. So schnitt beispielsweise der Begriff „tierversuchsfrei“ in englischsprachigen Märkten gut ab, während in Deutschland „tierfrei“ und in Spanien „ohne tierischen Ursprung“ bevorzugt wurde. Diese Begriffe wurden als klar, ansprechend und gut geeignet angesehen, um Produkte aus Präzisionsfermentation von konventionellen und pflanzlichen Alternativen zu unterscheiden.

Das Interesse an PF-Produkten steigt, wenn die Verbraucher mit den potenziellen Vorteilen und dem Produktionsprozess vertraut gemacht werden, so die Studie. In allen Märkten erklärte sich etwa die Hälfte der Befragten bereit, PF-Produkte zu probieren, insbesondere wenn sie als Teil eines zusammengesetzten Produkts wie Backwaren oder Nudeln angeboten werden. Kostenlose Proben und sozialer Einfluss, wie Empfehlungen von Freunden, wurden ebenfalls als wirksame Mittel zur Förderung von Produkttests identifiziert.

Precision fermentation (PF) products can be used either as ingredients in other foods (e.g. whey protein in baked goods) or as stand-alone components (e.g. precision fermentation whey protein powder). Although the technology is being used more and more frequently, consumer awareness is still low.

According to the study, consumers' willingness to try PF products is significantly influenced by simple and understandable explanations. For example, the description of precision fermentation as a process ‘similar to brewing beer’, where microorganisms are programmed to produce specific proteins, resonated positively with participants.

Although concise and non-technical terms were preferred for product labelling and ingredient lists in all regions, notable differences were found in the favoured terminology in the markets surveyed. For example, the term ‘cruelty-free’ performed well in English-speaking markets, while ‘animal-free’ was favoured in Germany and ‘without animal origin’ in Spain. These terms were seen as clear, appealing and well suited to differentiate precision fermentation products from conventional and plant-based alternatives.

Interest in PF products increases when consumers are familiarised with the potential benefits and the production process, the study found. Across all markets, around half of respondents said they would be willing to try PF products, particularly if they were offered as part of a composite product like baked goods or pasta. Free samples and social influence, such as recommendations from friends, were also identified as effective ways to encourage product testing.

Klimawandel, Ressourcenknappheit und Ernährungssicherheit sind die großen Herausforderungen der Zukunft. Die Bioökonomie bietet dafür Lösungsansätze. Damit der Übergang zu einer biobasierten und kreislauffähigen Wirtschaft gelingt, sind jedoch Innovationen in allen Bereichen erforderlich. Ob biobasierte Kunststoffe, Fasern, zellbasierte Lebensmittel oder neue Biokatalysatoren: So groß die Bandbreite bioökonomischer Erfindungen ist, so groß ist auch die Herausforderung, das damit verbundene Wachstum zu erfassen. Mithilfe von Künstlicher Intelligenz ist das Forschenden der Justus-Liebig-Universität Gießen nun gelungen.

Mit Patenten bioökonomische Innovationen sichtbar machen

Doch wie sind Wissensentwicklung und Innovation auf dem breiten Feld der Bioökonomie messbar? Ein gängiger Indikator sind Patente. Im Rahmen der vom BMBF geförderten Nachwuchsgruppe TRABBI entstand eine Weltkarte der Bioökonomie-Patente. Die Forscher Lukas Kriesch und Sebastian Losacker haben dafür ein Sprachmodell mit Patentzusammenfassungen trainiert, das in der Lage ist, biobasierte Produkte, Dienstleistungen und Prozesse mit hoher Genauigkeit zu identifizieren.

Wie die Forschenden im Fachjournal Nature berichten, konnten mithilfe von KI aus 67 Millionen Datensätzen erfolgreich 5,6 Millionen Patente mit Bioökonomiebezug identifiziert werden. „Dieser Ansatz überstieg die Grenzen traditioneller Methoden, indem er sprachliche und kontextbezogene Variationen in Patentbeschreibungen erlaubt“, schreiben die Autoren.

Bioökonomie-Patente auf Karte sichtbar

Um die Ergebnisse abzubilden, nutzten die Forschenden die Themenmodellierung – eine Methode, die Textdaten in thematische Cluster einteilt. Diese Analyse brachte schließlich Schlüsselbereiche bioökonomischer Innovationen zu Tage, wie Bio-Landwirtschaft, Wasserreinigungstechniken, Gärungsmethoden, biologisch abbaubare Materialien oder nachhaltige Futterlösungen. Diese Themen wurden dann auf einer Weltkarte visualisiert, in der diese thematischen Cluster und ihre Verbindungen sichtbar sind.

Forschungsfragen mit KI-Modellen schneller beantworten

Die Forschenden hoffen nun, dass Interessierte diese Daten nutzen werden, um „unterschiedliche offene Forschungsfragen zu Innovationen in der Bioökonomie zu beantworten“. „Das Paper und die Daten sind hilfreich für andere Forschende sowie für Akteure aus der Praxis und der Politik, die sich mit technologischen Innovationen in der Bioökonomie beschäftigen“, so Sebastian Losacker, Mitautor der Studie und Leiter der Nachwuchsgruppe TRABBI. Das Projekt zeigt aber auch, welch immenses Potenzial in KI-Modellen, vor allem in vortrainierten Sprachmodellen bei der Gewinnung aussagekräftiger Informationen aus unstrukturierten Daten steckt.

Climate change, resource scarcity and food security are the major challenges of the future. The bioeconomy offers solutions to these challenges. However, for the transition to a bio-based and circular economy to succeed, innovations are required in all areas. Whether bio-based plastics, fibres, cell-based foods or new biocatalysts: the range of bioeconomic inventions is as broad as the challenge of capturing their associated growth. With the help of artificial intelligence, researchers at Justus Liebig University Giessen have now succeeded in doing just that.

Making bioeconomic innovations visible with patents

But how can knowledge development and innovation in the broad field of the bioeconomy be measured? Patents are a common indicator. As part of the BMBF-funded TRABBI junior research group, a world map of bioeconomy patents was created. Researchers Lukas Kriesch and Sebastian Losacker have trained a language model with patent summaries that is able to identify bio-based products, services and processes with a high degree of accuracy.

As the researchers report in the journal Nature, 5.6 million bioeconomy-related patents were successfully identified from 67 million data sets using AI. ‘This approach exceeded the limits of traditional methods by allowing for linguistic and contextual variations in patent descriptions,’ the authors write.

Bioeconomy patents visible on a map

To map the results, the researchers used topic modelling - a method that divides text data into thematic clusters. This analysis ultimately revealed key areas of bioeconomic innovation, such as bio-agriculture, water purification techniques, fermentation methods, biodegradable materials or sustainable feed solutions. These topics were then visualised on a world map in which these thematic clusters and their connections are visible.

Answering research questions faster with AI models

The researchers now hope that interested parties will use this data to ‘answer various open research questions on innovations in the bioeconomy’. ‘The paper and the data are helpful for other researchers as well as for stakeholders from practice and politics who deal with technological innovations in the bioeconomy,’ says Sebastian Losacker, co-author of the study and head of the TRABBI junior research group. However, the project also shows the immense potential of AI models, especially pre-trained language models, in extracting meaningful information from unstructured data.

Algen sind Überlebenskünstler und Multitalente mit großem Potenzial für die Bioökonomie: Sie liefern nicht nur wichtige Inhaltsstoffe für Pharma-, Kosmetik- und Lebensmittelindustrie. Auch als Klärwerker, Kohlendioxidverwerter und alternative Rohstoffquelle für Treibstoffe haben sich die grünen Winzlinge bewährt. Noch ist das Potenzial von Algen allerdings nicht ausgeschöpft. Forschende der Universität Duisburg-Essen (UDE) wollen mithilfe der Infrarot-Spektroskopie herausfinden, welche Biomoleküle von den Algen genau produziert werden.

Algen für neue biotechnologische Anwendungen identifizieren

Mit 7.000 Stämmen beherbergt die UDE die größte Algensammlung der Welt, darunter auch die Alge Chlorella, die besonders viele Lipide produziert, aus denen wiederum Biokraftstoffe hergestellt werden können. „Wir möchten Algen identifizieren, die sich für biotechnologische Anwendungen eignen, beispielsweise zur Herstellung von Biokraftstoffen“, erklärt Alexander Probst, der die Untersuchung gemeinsam mit Andre Soares durchführt. Um herauszufinden, welche Alge welche Biomoleküle produziert, müssen die Forschenden zunächst die chemische Zusammensetzung der Algenzellen entschlüsseln.

Algensammlung im Teilchenbeschleuniger untersucht

Die Untersuchung der umfassenden Algensammlung mittels hochauflösender Infrarot-Spektroskopie erfolgt am Teilchenbeschleuniger des Lawrence Berkeley National Laboratory in den USA. Die Arbeiten sind im Januar dieses Jahres gestartet und werden bis Ende Juni 2025 am Institut in Kalifornien durchgeführt.

Anlage kombiniert Genomanalyse und Infrarot-Spektroskopie 

Bereits im vergangenen Jahre konnte das UDE-Team die hochmoderne Anlage in Berkeley bei der Entschlüsselung des Erbguts von mehr als 100 Algenstämmen nutzen. „Die Kombination aus Genomanalyse und der IR-Spektroskopie am Teilchenbeschleuniger ist unschlagbar“, betont Probst. „Wir entschlüsseln nicht nur die genetischen Baupläne der Algen, sondern können gleichzeitig feststellen, welche Biomoleküle sie produzieren.“

Darüber hinaus will das UDE-Team auch grundsätzliche Fragen klären – etwa, wie Algen mit anderen Organismen, beispielsweise Bakterien, interagieren. Von diesen neuen Erkenntnissen erhoffen sich die Forschenden, „wertvolle Einblicke in die Ökologie und Funktionalität von Algen“ liefern zu können.

bb

Zusammen mit einer Brauerei hat ein Schweizer Unternehmen eine Fleischalternative aus regionalen Rohstoffen entwickelt: In einem innovativen Verfahren entstehen aus Biertreber, die beim Brauen anfallen, Nahrungsmittel. 

Nebenprodukt der Bierbrauerei

Das vegane „Fleisch” war eine klassische Upcycling-Idee: Ein Material oder Rohstoff, der normalerweise im Müll landen würde, weil er scheinbar wertlos ist, wird umgewandelt und wiederverwertet. Eins der Nebenprodukte im Brauprozess von Bier ist Biertreber aus Gerste. Biertreber ist ballast- und nährstoffreich und enthält zudem Proteine sowie Vitamine. Zusammen mit regionalen Erbsen und Weizen entstehen daraus die Fleischersatzprodukte. 

Die Upcycling-Technologie macht es möglich, dass ein proteinreicher Reststoff als Nahrungsmittel verwertet werden kann. Somit hilft sie dabei, die wachsende Nachfrage von pflanzlichen Lebensmitteln zu decken und gleichzeitig Rohstoffe effizienter zu nutzen. 

Marktreife

Die veganen Fleischersatzprodukte werden bisher als Burger-Patties, Hack und marinierte Stücke angeboten. Sie können online sowie in Schweizer Supermärkten gekauft werden.

Together with a brewery, a Swiss company has developed a meat alternative from regional raw materials: In an innovative process, brewery spent grains are turned into food. 

By-product of the brewery

The vegan ‘meat’ was a classic upcycling idea: a material or raw material that would normally end up in the bin because it is seemingly worthless is transformed and reused. One of the by-products of the beer brewing process is spent grains made from barley. Brewers' grains are rich in fibre and nutrients and also contain proteins and vitamins. Together with regional peas and wheat, it is used to make meat substitute products.

Upcycling technology makes it possible to utilise a protein-rich residual material as food. It therefore helps to meet the growing demand for plant-based foods while utilising raw materials more efficiently.

Market maturity

The vegan meat substitute products are currently available as burger patties, minced meat and marinated pieces. They can be purchased online and in Swiss supermarkets.

Die Textilindustrie steht vor der Herausforderung, nachhaltiger und umweltfreundlicher zu werden. Gleichzeitig wächst die Nachfrage nach Funktionstextilien, deren Herstellung jedoch oft mit dem Einsatz schädlicher Chemikalien verbunden ist. Diese belasten nicht nur Umwelt und Gesundheit, sondern erschweren auch das Recycling.

Um die hohen CO₂-Emissionen der Textilproduktion zu senken, sind innovative Lösungen gefragt, die solche Chemikalien ersetzen, Wasser einsparen und auf recycelbare, biobasierte Materialien setzen. Genau hier setzt ein großes EU-Verbundprojekt an.

EU-Projekt für innovative Funktionstextilien 

Das EU-Projekt BioFibreLoop hat das Ziel, recycelbare Outdoor- und Arbeitskleidung aus erneuerbaren, biobasierten Materialien zu entwickeln. Dabei kommen nachwachsende Rohstoffe wie Lignin, Zellulose und Polylactide (PLA) zum Einsatz. Eine Ligninbeschichtung soll die Textilien schützen, während eine zusätzliche Versiegelung für wasser- und ölabweisende Eigenschaften sorgt.

Das Vorhaben startete im Juni 2024 und läuft über 3,5 Jahre. Es wird im Rahmen von Horizon Europe mit 6,5 Mio. Euro gefördert. An dem Projekt sind 13 Partner aus 9 Ländern beteiligt, koordiniert vom Deutschen Institut für Textil- und Faserforschung (DITF) in Denkendorf.

Ligninfasern und Hightech-Beschichtungen im Test

Erste Erfolge hat BioFibreLoop bereits vorzuweisen: In den ersten Monaten ist es den Projektbeteiligten gelungen, Fasern und Mustergewebe aus einer Mischung von Lignin und Zellulose auszuspinnen. Zudem wurden dünne Folien aus diesen Materialien hergestellt, die in einem nächsten Schritt im Laminierprozess auf die Gewebe aufgetragen werden sollen. Parallel dazu werden weitere Texturen und Faservarianten mit PLA getestet.

Für den Schutz der Oberflächen vor Wasser und Öl lassen sich die Forschenden von Mikro- und Nanostrukturen bestimmter Pflanzen und Fische inspirieren. Die gewonnenen Erkenntnisse sollen genutzt werden, um geeignete Funktionseigenschaften zu entwickeln. Geplant ist, solche biomimetischen Strukturen mithilfe eines neuartigen, laserbasierten Prägeverfahrens auf die Ligninbeschichtung zu übertragen. Wie dies optimal umgesetzt werden kann, wird – unter anderem am DITF – weiterhin intensiv erforscht.

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The textile industry is facing the challenge of becoming more sustainable and environmentally friendly. At the same time, the demand for functional textiles is growing, but their production often involves the use of harmful chemicals. These not only harm the environment and health, but also make recycling more difficult.

In order to reduce the high carbon emissions of textile production, innovative solutions are needed to replace these chemicals, save water and use recyclable, bio-based materials. This is precisely where a major EU joint project comes in.

EU project for innovative functional textiles

The EU project BioFibreLoop aims to develop recyclable outdoor and work clothing made from renewable, bio-based materials. Renewable raw materials such as lignin, cellulose and polylactide (PLA) are used. A lignin coating is intended to protect the textiles, while an additional sealant ensures water and oil-repellent properties.

The project started in June 2024 and will run for 3.5 years. It is being funded with 6.5 million euros as part of Horizon Europe. The project involves 13 partners from 9 countries and is coordinated by the German Institute of Textile and Fibre Research (DITF) in Denkendorf.

Testing lignin fibres and high-tech coatings

BioFibreLoop has already achieved its first successes: In the first few months, the project participants have succeeded in spinning fibres and sample fabrics from a mixture of lignin and cellulose. Additionally, thin films have been produced from these materials, which are to be applied to the fabrics in the next stage of the lamination process. At the same time, other textures and fibre variants are being tested with PLA.

To protect the surfaces from water and oil, the researchers are taking inspiration from the micro- and nanostructures of certain plants and fish. The knowledge gained will be used to develop suitable functional properties. The plan is to transfer such biomimetic structures to the lignin coating using a novel, laser-based embossing process. Intensive research into how this can be optimally realised is still being conducted at the DITF and elsewhere.

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Fleischersatzprodukte auf Pflanzenbasis wie Soja, Mandel oder Weizen liegen im Trend und sind mittlerweile in vielen Supermärkten zu finden. Project Eaden hat es sich zur Aufgabe gemacht, pflanzliche Fleischersatzprodukte herzustellen, die auch hinsichtlich Textur und Optik mit dem tierischen Original mithalten können. Dafür nutzt das Berliner Foodtech-Start-up eine Fasertechnologie, die sich auch in der Textilherstellung bewährt hat. Für die Weiterentwicklung dieser innovativen Plattformtechnologie konnte das 2022 gegründete Jungunternehmen nun erneut Investoren gewinnen und 15 Mio. Euro einsammeln. 

Zu den Kapitalgebern der aktuellen Serie-A-Finanzierungsrunde gehören Planet A, die Rewe Group und DeepTech & Climate Fonds. „Wir wollen den Umstieg vom Fleischkonsum zu einer Selbstverständlichkeit machen“, erklärte Jan Wilmking, Mitgründer von Project Eaden.

Fasertechnologie aus der Textilherstellung als Vorbild

Die Technologie zur Herstellung von pflanzenbasierten Fleischalternativen basiert nach Angaben des Unternehmens auf einem Spinn- und Verbundverfahren aus der Textilindustrie. Dabei wird Fleisch Faser für Faser nachgebaut. Die pflanzlichen Proteine werden dabei zu 0,2 Millimeter dünnen Fasern gesponnen, dann auf einer rotierenden Spule wie Muskelstränge gebündelt und mit pflanzlichen Fetten kombiniert. „Unsere Technologie ist vielseitig einsetzbar, kostengünstig und hochskalierbar“, betont Mitgründer David Schmelzeisen.

Erste Produkte am Mitte 2025 im REWE-Markt erhältlich

Das eingeworbene Kapital will Projekt Eaden eigenen Angaben nach in die Skalierung der Fasertechnologie stecken und damit „den Marktstart“ erfolgreich abschließen. Ab Mitte 2025 sollen dem Unternehmen zufolge bereits die ersten Produkte deutschlandweit in den REWE-Supermärkten angeboten werden. Darüber hinaus sollen Produktionskapazität und Produktportfolio erweitert und auch die Forschung und Entwicklung an pflanzlichen Fleischalternativen weiter vorangetrieben werden. 

Erst vor einem Jahr konnte Projekt Eaden 2 Mio. Euro für die Weiterentwicklung ihrer Technologie einwerben. 

bb

Holz ist begehrter Werkstoff und wird vielseitig eingesetzt. Auch die Bauindustrie setzt zunehmend auf den nachwachsenden und oft regional verfügbaren Rohstoff, um klimafreundlicher zu werden. So werden beispielsweise Wandpaneele oder Trägermaterialien für Fußbodenplatten aus mitteldichten Faserplatten (MDF) hergestellt. Bisher werden diese Faserplatten jedoch mit einem Bindemittel verklebt, das Formaldehyd enthält – ein stechend riechender Stoff, der Krebs erzeugen kann. Im Projekt insiGlue wollen Forschende unter Leitung des Fraunhofer-Instituts für Holzforschung – Wilhelm-Klauditz-Institut (WKI) gemeinsam mit Unternehmen in den kommenden zwei Jahren ein formaldehydfreies und preiswertes Klebstoffsystem mit biobasierten Stoffen entwickeln. 

Holzeigene Bindekräfte aktivieren

Das Besondere: Der formaldehydbasierte Klebstoff soll nicht nur durch eine biobasierte Alternative ersetzt werden. Das neue Klebstoffsystem soll im besten Fall gänzlich ohne klassische Klebstoffe auskommen. Dafür will die Forschungsgruppe eigenen Angaben nach die holzeigenen Bindekräfte durch chemische Behandlung der Fasern so weit erhöhen, dass sich MDF mit deutlich weniger Klebstoff oder sogar völlig ohne Klebstoff herstellen lassen. Dass dieser Ansatz funktioniert, konnten WKI-Forschende bereits in einer früheren Pilotstudie bestätigen. Auf diese Erkenntnisse baut nun das Projekt insiGlue auf. 

Darin wollen die Forschenden zum einen die holzeigenen Bindekräfte der Holzfasern mithilfe von günstigen und gut verfügbaren Aktivierungschemikalien mittels Fenton-Reagenz aus Wasserstoffperoxid und Eisensalzen erhöhen. Die aktivierten Holzfasern werden dann mit biobasierten Präadhäsiven – biobasierten Dicarbonsäuren und Alkoholen – versehen und danach zu Platten verpresst. Die klebaktiven Stoffe entstehen dabei während des Heißpressens auf der Faseroberfläche, berichten die Forschenden. 

Klebesystem aus nachwachsenden Rohstoffen

Der Vorteil des neuen Klebesystems: Aktivierungschemikalien und auch Präadhäsive lassen sich – mit Ausnahme der katalytisch eingesetzten Eisensalze – vollständig auf Basis nachwachsender Rohstoffe herstellen. Zudem sorgen die biobasierten Präadhäsive aufgrund der Vernetzung auch für eine hydrophobierende Wirkung, sodass die MDF Feuchtigkeit besser vertragen. 

Bislang werden MDF zum Großteil aus Nadelhölzern wie Kiefer und Fichte hergestellt. Welches Holz für das neue Klebesystem geeignet ist, soll im Projekt genau untersucht werden. Das Team will herausfinden, ob und inwieweit die Inhaltsstoffe verschiedener Holzarten die Aktivierung und insbesondere die sogenannte In-situ-Verklebung – also direkt an der Faseroberfläche – unterstützen. 

Laubhölzer im Fokus

Im Fokus der Forschenden stehen vor allem Laubbäume wie Buche und Birke. Sie sind hierzulande weit verbreitet, haben eine relativ niedrige Lebensdauer und wachsen schneller als Nadelhölzer. Zudem werden Buche und Birke bereits heute vermehrt zur Aufforstung der Wälder genutzt, da Nadelhölzer zunehmend unter den Folgen des Klimawandels leiden. 

Darüber hinaus wollen die Forschenden die einzelnen Prozessschritte so gestalten, dass sie sich ohne größeren Aufwand auf bestehende Anlagen übertragen lassen. Das Vorhaben insiGlue ist im Januar gestartet und wird bis Ende 2027 vom Bundesministerium für Ernährung und Landwirtschaft (BMEL) gefördert. 

bb