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Kleidung aus Baumwolle oder Kunstfasern wie Polyester dominieren seit vielen Jahrzehnten die Modehäuser Europas. Doch Baumwolle verbraucht viel Wasser, und Polyester wird aus Erdöl hergestellt. Noch haben die beiden Klassiker nicht ausgedient, aber sie bekommen Konkurrenz: Die Textilindustrie ist im Wandel und nimmt Kurs in Richtung Nachhaltigkeit. Doch welche neuen nachhaltigen Materialien gibt es? Einen Überblick über die aktuellen Entwicklungen in der Textilindustrie lieferte Sascha Peters von der Berliner Zukunftsagentur Haute Innovation in einer Online-Vorlesung der Hochschule Pforzheim.

Das Material bestimmt das Design

„Ich beobachte seit langem, dass nicht mehr nur die Form, sondern auch das Material das Design bestimmt“, erklärt der Materialexperte und Trendscout für neue Technologien. Er sei überzeugt, dass die Zukunft der Branche in der Kreislaufwirtschaft liege. „Es gilt, biologische Materialien so zu nutzen, dass sie in den natürlichen Kreislauf zurückgeführt werden können.“ Auch Kunststoffe sollten Peters zufolge so verwendet werden, dass sie im technischen Kreislauf bleiben und so Rohstoffe nicht verlorengehen.

Start-ups sind Trendsetter für grüne Innovationen

Der Vortrag des Experten zeigt einmal mehr, dass bei der Entwicklung nachhaltiger Materialien vor allem junge Unternehmen Trendsetter sind. Sie setzen verstärkt auf Nachhaltigkeit, Ressourcenschonung und Energieeffizienz und folgen damit den Prinzipien einer Circular Economy mit geschlossenen Materialkreisläufen. Hier kommen insbesondere Textilien zum Einsatz, deren Fasern aus landwirtschaftlichen Reststoffen oder recycelten Materialien wie Alttextilien und Plastik gewonnen wurden.

Lederalternativen aus Pflanzenfasern

Das italienische Start-up Catania stellt beispielsweise Kleidung aus Cellulosefasern auf Basis von Orangenschalen her, die bei der Fruchtsaftproduktion abfallen. Bananenblätter sind hingegen der Rohstoff, aus dem das Schweizer Start-up Qwstion Taschen produziert. Die Faser namens Bananatex ist zu 100% biologisch abbaubar, denn zur Beschichtung wurde Bienenwachs verwendet. Aber auch Fasern aus Blättern und Stängeln der Ananasfrucht eignen sich als Lederersatz, wie das Londoner Label Ananas Anam beweist. Lederalternativen aus Apfel- und Weintrester oder Mango und Kaffeesatz sind bereits auf dem Markt.

Bei der Konzeption schon an Recycling denken

Auch alte Textilien und Kunststoffe werden zunehmend zu neuen Materialien verarbeitet. So werden recycelte Plastikflaschen zu Rucksäcken und Sportschuhen oder Polyamide aus Fischernetzen zu neuen Teppichböden verwebt. Dass alte Textilien nichts für die Restmülltonne sind, sondern ein Rohstoff, aus dem Neues entstehen kann, beweist das dänische Start-up Really. Hier werden Textilreste zu neuen Platten für die Möbelindustrie verarbeitet. „Es ist wichtig, dass man die Rückführung des Materials gleich bei der Konzeption mitdenkt“, betont Sascha Peters.

Der dritte Global Bioeconomy Summit (GBS) ist ein Publikumsmagnet: Mehr als 3.000 Interessierte haben sich bereits für das große internationale Forum zur globalen Bioökonomie angemeldet, das pandemiebedingt nicht wie geplant in Berlin, sondern rein virtuell stattfindet. Finanziert wird das Event durch das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF), das ein Konferenzsekretariat in Berlin eingerichtet hatte. Inhaltlich begleitet wird der Summit durch das „International Advisory Council on Global Bioeconomy (IACGB), das sich aus rund 40 internationalen Bioökonomieexperten zusammensetzt.

Plattform für die globale Bioökonomie

An dem Konferenz-Programm am 19. und 20. November werden hochkarätige Sprecherinnen und Sprecher mitwirken – Regierungsvertreter, internationale Politikexperten sowie hochrangige Akteure aus Wissenschaft und Industrie. Mehr als 100 hochkarätige Rednerinnen und Redner werden unter anderem die Rolle der Bioökonomie bei der Lösung globaler Krisen und die Auswirkungen der Coronakrise auf eine nachhaltige Bioökonomie als neue Wirtschaftsstrategie zur Stabilisierung der Weltwirtschaft diskutieren. Die Bundesministerinnen Anja Karliczek (BMBF) und Julia Klöckner (BMEL) werden unter anderem dabei sein und die deutsche Regierung vertreten, aber auch zahlreiche weitere internationale Gäste.

„Im Zuge der Pandemie wird sich die globale Bioökonomie-Community praktisch zusammenfinden, um mit dem GBS2020 Neuland zu erkunden und unsere nachhaltige Entwicklung voranzutreiben“, sagte Morakot Tanticharoen, Senior Advisor des Präsidenten der Nationalen Agentur für Wissenschafts- und Technologieentwicklung Thailand (NSTDA). Dass Europa bereit ist, seinen Beitrag zum weiteren Aufbau einer biobasierten Wirtschaft zu leisten, unterstrich Peter Wehrheim, Referatsleiter für das „Bioökonomie- und Lebensmittelsystem“ bei der Europäischen Kommission: „Durch die Ausweitung seiner Bioökonomie kann die EU der erste klimaneutrale Kontinent werden.“

Den Auftakt des zweitägigen Plenarprogramms beim Global Bioeconomy Summit 2020 machten Bundesforschungsministerin Anja Karliczek mit einem Grußwort sowie das International Advisory Council on Global Bioeconomy (IACGB). Das internationale Expertengremium ist Veranstalter des GBS 2020 und veröffentlichte zum Tag 1 des Plenarprogramms das Gipfel-Kommuniqué und stellte es einem breiten Publikum zur Diskussion.

Mit Bioökonomie zu mehr Nachhaltigkeit

Die Beiträge des ersten Plenartages kamen aus allen Teilen der Welt und hatten doch eine gemeinsame Botschaft: Die Bioökonomie hat in den vergangenen Jahren bedeutende Fortschritte auf dem Weg zu einer neuen Wirtschaft gemacht. Mehr Nachhaltigkeit ist der Wunsch von Verbrauchern und Ziel der Politik und der Industrie gleichermaßen und dieser Trend wird durch die gegenwärtigen globalen Krisen sogar verstärkt. „Gerade jetzt kann und muss die Bioökonomie ihr Potential aus ressourcenschonenden Hightech-Lösungen und biobasierten Innovationen, die sich die Natur zum Vorbild nehmen, ausspielen“, mahnt Christine Lang, Ko-Vorsitzende des Councils, an.

Bundesforschungsministerin nimmt Kommuniqué entgegen

Auch Bundesforschungsministerin Anja Karliczek, die den Global Bioeconomy Summit zum zweiten Mal in ihrer Amtszeit begleitet, würdigte die hohe Bedeutung der Bioökonomie mit den Worten: „Eines unserer wichtigsten Instrumente auf dem Weg zu mehr Nachhaltigkeit ist die Bioökonomie.“ Zum Schluss ihrer Rede nahm die Ministerin das Kommuniqué des internationalen Councils entgegen, in dem die Experten ihre Empfehlungen auf dem Weg zu einem nachhaltigen Umbau des Wirtschaftssystems beschreiben. Das Gremium belässt es darin nicht bei einem Appell an die Politik, sondern zeigt konkret auf, wo neue Eigenschaften von biobasierten Produkten und Verfahren einen wertvollen Beitrag leisten können. Die Gesundheit der Menschen und der Schutz von Klima und Umwelt stehen dabei stets im Fokus.

German Federal Research Minister Anja Karliczek opened conference event with a welcome address together with the GBS2020 organizing International Advisory Council on Global Bioeconomy (IACGB), which published a summit communiqué, making it available for a broad audience to discuss. Addressing the Summit today, the German Federal Minister for Food and Agriculture Julia Klöckner emphasized the key role of agriculture and the food system in the sustainable bioeconomy.

Significant progress towards a new economy

The Director General of FAO Qu Dongyu stressed the need to combine technology, social impact and ethics and emphasized the benefits of the Global Bioeconomy Summit as a multi-stakeholder platform. Contributions to the Summit come from every corner of the world, yet all withone common message: the bioeconomy has achieved significant progress in recent years in moving us towards a new economy. Increased sustainability is the wish of consumers and the goal of politicians and industry alike, and this trend is further reinforced by the current global crises.

"Right now, the bioeconomy can and must exploit its potential from resource-saving high-tech solutions and bio-based innovations that draw on nature as their model," urges Christine Lang, co-chair of the Council. Federal Minister Anja Karliczek, who opened the plenary program of the Global Bioeconomy Summit for the second time during her term of office, also acknowledged the great importance of the bioeconomy. She said: "The bioeconomy is one of the most important instruments on our way to more sustainability." At the end of her speech, the Minister received the communiqué from the International Council, in which the Council not only made an appeal to politicians, but also showed in concrete terms where new properties of biobased products and processes can make a valuable contribution. The focus lies on human health and the protection of the climate and environment.

Five partners

The Summit hosted and supported by the German government has five official partners at its side representing the regions and countries of (East) Africa, Thailand for ASEAN, EU Commission and Latin America/Caribbean and Japan. Their contribution to the Summit highlighted how globally anchored, but also how diverse the bioeconomy is. "The bioeconomy is locally adapted and globally connected. It is impressive to see how people are adapting the bioeconomy to their needs and local conditions," said Professor Joachim von Braun, co-chair of the Council.

The diverse manifestations of the bioeconomy were made clear at a vibrant and supportive Bioeconomy Youth Champions workshop, serving as a starting point for lively discussions on how the young generation would shape regional bioeconomy concepts in their home countries and what prerequisites are needed for successful implementation.

The hour of Bioeconomy Youth Champions

“I was really struck by how deeply youngparticipants understood that good policy is needed to shape a better future and that everyone brought their vision for how we get from where we are today to the future," said US-American Ronit Langer. She is one of a total of eight Bioeconomy Youth Champions. The approximately 100 young workshop participants had the opportunity to welcome Mariya Gabriel, EU Commissioner for Research and Innovation, as a guest of honor. The third GBS comes to an end on the evening of the 20th of November with a cross-generational and cross-national debate on the future path of the bioeconomy.

Weltweit führen Viruserkrankungen wichtiger Nahrungspflanzen immer wieder zu bedeutsamen Ernteausfällen. Vor vier Jahren wurde bekannt, dass die Gruppe der Leguminosen, also der Hülsenfrüchtler, vermehrt von neuen Virusarten befallen wird. Ein Forschungsteam des Julius-Kühn-Instituts (JKI) in Braunschweig nahm das zum Anlass, einen genauen Blick auf die deutschen Erbsenfelder zu werfen. Die erstaunlichen Ergebnisse haben die Fachleute jetzt im Fachjournal „Frontiers of Microbiology“ veröffentlicht.

Sechs Regionen über drei Jahre ausgewertet

„Die vorliegende Studie ist unseres Wissens die erste ihrer Art, die das Virom einer Kulturpflanze nicht nur über mehrere Anbauperioden, sondern auch an verschiedenen geographischen Standorten untersucht“, erläutert Heiko Ziebell vom JKI das Vorgehen des Teams. Drei Jahre lang hat es in sechs Regionen den Erbsenanbau analysiert, darunter den für die Saatgutgewinnung, für die Tiefkühlproduktion oder als reine Zwischenfrüchte. Außerdem berücksichtige die Probennahme sowohl gesunde Pflanzen als auch solche mit Symptomen eines Virusbefalls. Dadurch sollten möglichst viele Bedingungen abgedeckt werden, um alle Arten von Erbsenviren aufspüren zu können.

25 bislang nicht endemische Viren nachgewiesen

Am Ende waren es 35 unterschiedliche Virenarten, die das Forschungsteam in den insgesamt mehr als 500 Proben nachweisen konnte. 25 davon wurden noch nie zuvor in Deutschland beobachtet oder waren zuvor sogar gänzlich unbekannt. Sorge bereitet den Fachleuten der Nachweis des Pea-Associated Emaravirus, da es mit dem Quarantänevirus „Rose-Rosette-Virus“ verwandt ist und für den Erbsenanbau zu einer echten Bedrohung werden könnte. „Diese Ergebnisse zeigen, wie groß die Vielfalt der Viren ist, die die Erbse befallen können“, resümiert Yahya Gaafar, der zu diesem Thema seine Doktorarbeit angefertigt hat. „Die Mehrzahl der gefundenen Viren werden übrigens durch Blattläuse übertragen.“

Grundlage für ein Monitoring

Auch Forschende von der Universität Auckland in Neuseeland waren an der Studie beteiligt und haben für ihr Land das Erbsenvirom analysiert. In einem weiteren Schritt sollen nun die Ergebnisse beider Länder verglichen werden. Auf der Grundlage dieser Studie könnte nun ein Monitoring entwickelt werden, um Veränderungen des Virusbefalls frühzeitig zu erkennen und Gefahren für den Erbsenanbau rechtzeitig zu begegnen.

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Vielerorts werden ab Dezember wieder die Türchen am Weihnachtskalender geöffnet. Verlockend für viele vor allem jene Exemplare, in denen sich Süßigkeiten oder andere kleine Überraschungen verstecken. Doch mit dem Weihnachtsfest hat auch der Kalender ausgedient. Nicht nur die bunten Papierdrucke landen im Müll, auch die Plastikeinlagen. So gehen nach kurzer Zeit wertvolle Rohstoffe verloren.

Vom Weihnachtskalender zum Pflanzbeet

Das Start-up PAPACKS hat eine Lösung parat: Getreu seiner Philosophie „Jede Verpackung ist ein Rohstoffdepot“, produziert das Kölner Unternehmen umweltfreundliche Verpackungen, die dem Prinzip der Kreislaufwirtschaft gerecht werden. Dazu gehört auch ein Weihnachtskalender, der über das Fest hinaus verwendet werden kann – und zwar als Pflanzbeet zur Anzucht von Kräutern oder Blumen.

Verpackung aus Papierfasern sind kompostierbar

Die Einlage besteht aus Papierfasern, die aus Reststoffen der Papierverarbeitung gewonnen werden. Mithilfe eines speziellen Verfahrens werden die Papierreste zur Faserformherstellung für maßgeschneiderte Verpackungen genutzt. Auch zur Versiegelung des Materials werden ausschließlich natürliche Rohstoffe verwendet. Bei der Beschichtung etwa handelt es sich um einen Mix verschiedener Stoffe wie Harze und Wachse. Das Inlay des Weihnachtskalenders kann also nicht nur mehrfach verwendet werden, es ist zudem 100% kompostierbar und könnte daher sowohl im Kompost als auch im Altpapiercontainer entsorgt werden.

Im Markt

Der Weihnachtskalender von PAPACKS ist nur eine von vielen nachhaltigen Verpackungslösungen, die bereits auf dem Markt sind. Die Palette reicht von Eierboxen über Getränkepaletten bis hin zu Nachosschalen und Kaffeekapseln.

Als eines der ersten Bundesländer hat der Freistaat Bayern seine eigene Bioökonomiestrategie veröffentlicht. Das mit allen Landesministerien abgestimmte Papier wurde am 23. November von Bayerns Wirtschaftsminister Hubert Aiwanger vorgestellt. Das Besondere: die Strategie ist nicht einfach eine Sammlung von Absichtserklärungen, sondern nennt acht Hauptziele und 50 konkrete Maßnahmen auf dem Weg in eine Bioökonomie. „Die Wissenschaft hat in den vergangenen Jahren die Weichen gestellt, dass wir wissen, was möglich ist“, begründete der Minister bei der Vorstellung. „Jetzt geht es darum, diese Dinge umzusetzen.“

Schwerpunkt auf stofflicher Nutzung

Einen Schwerpunkt legt die bayerische Regierung auf die stoffliche Nutzung: „Wir wollen fossile Import-Rohstoffe Schritt für Schritt durch heimische nachwachsende Rohstoffe ersetzen“, betonte Aiwanger. Davon profitierten die Land- und Forstwirtschaft genauso wie die Umwelt und die Wirtschaft mit neuen Produkten. „Von Treibstoff über Plastikfolien bis zu Innenverkleidungen von Autos können zahlreiche Produkte auf Biobasis produziert werden.“

Was die Umsetzung angeht, zeigte sich der Wirtschaftsminister zuversichtlich: „Hier in Bayern haben wir die besten Voraussetzungen für die ökologische Transformation. Land- und Forstwirtschaft stellen eine Vielzahl von hochwertigen biogenen Rohstoffen in großer Menge zur Verfügung. Hervorragende Forschungs- und Ausbildungseinrichtungen garantieren die Entwicklung innovativer und nachhaltiger Produkte.“ Bayerns Industrie sei traditionell innovativ, zukunftsorientiert und mit hochleistungsfähigen Unternehmen für die neuen Herausforderungen gerüstet.

Strohballen umhüllt mit weißen Plastikfolien bestimmen nach der Ernte das Bild vieler Felder. In diesen so genannten Silageballen werden Futterpflanzen wie Mais durch Milchsäuregärung zu Nahrung für Rinder. Doch die hierfür verwendeten Folien sind alles andere als umweltfreundlich. Sie bestehen aus herkömmlichem Plastik und hinterlassen nachweislich im Boden Spuren von Mikroplastik. „Zudem – und das ist besonders bedauerlich - sind es bislang leider reine Einwegartikel und damit schlecht für die Ökobilanz“, erklärt Isabell Kleiber. Sie ist wissenschaftliche Mitarbeiterin am Institut für angewandte Biopolymerforschung (ibp) der Hochschule Hof.

Kompostierbar und recycelbar

Im Rahmen des Projektes „Agri-Stretch“ wollen Kleiber und ihr Team nachhaltige Silagefolien aus Biopolymeren entwickeln, die zugleich biologisch abbaubar sind. Dafür experimentieren sie mit zwei Biokunststoffen, die aus nachwachsenden Rohstoffen hergestellt werden: PLA und PBAT. „Unser Ziel ist es, dass die Folien in der Zukunft zu 100% aus nachwachsenden Rohstoffen bestehen werden. Wir möchten sie also vom Wegwerfartikel zu einem Produkt weiterentwickeln, das kompostierbar oder recyclebar ist und damit perfekt in den landwirtschaftlichen Produktionskreislauf integrierbar ist“, so Kleiber.


Biobasierte Folien mit besseren Eigenschaften versehen

Die Silagefolie durch eine biobasierte Variante zu ersetzen, wäre allerdings zu einfach. Die Forschergruppe ist sich darüber im Klaren, dass ihr Material mit besseren Eigenschaften überzeugen muss, damit es auf dem Markt mit den noch immer günstigeren erdölbasierten Folien konkurrieren kann. „In erster Linie muss die Folie eine 400%ige Bruchdehnung nachweisen. Das bedeutet, dass man sie sehr stark strecken können muss, ohne dass sie reißt. Außerdem muss sie sehr UV-beständig sein, da sie in der Regel ein ganzes Jahr im Freien liegen wird. Und selbstverständlich gehört auch die Undurchlässigkeit gegenüber Wasser und Sauerstoff dazu, denn sonst funktioniert der Gärprozess in der Silage nicht“, erklärt Kleiber.

Machbarkeitsstudie mit guten Ergebnissen

Die biologisch abbaubare Stretchfolie für den Acker wird im Rahmen des Projektes BioSiFo entwickelt. Derzeit läuft die Machbarkeitsstudie. Erste Ergebnisse sind vielversprechend. Untersuchungen ergaben, dass die erforderlichen Eigenschaften am besten über eine dreilagige Folie erreicht werden können, wobei jede Lage eine andere Anforderung abdeckt. Bereits im kommenden Jahr sollen die technischen Untersuchungen mit einem Praxispartner starten. Das Vorhaben wird über die Fachagentur für Nachwachsende Rohstoffe finanziert. Darüber hinaus wird an der Hochschule Hof auch an einer abbaubaren Mulchfolie getüftelt, die bei der Zersetzung im Boden Nährstoffe freigeben soll.

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After the harvest, straw bales wrapped in white plastic film dominate the landscape of many fields. In these so-called silage bales, fodder crops such as corn are turned into food for cattle through lactic acid fermentation. But the films used for this purpose are anything but environmentally friendly. They are made of conventional plastic and have been shown to leave traces of microplastics in the soil. "In addition - and this is particularly regrettable - they have so far been purely disposable and thus bad for the eco-balance," explains Isabell Kleiber. She is a research associate at the Institute for Applied Biopolymer Research (Institut für angewandte Biopolymerforschung; ibp) at Hof University of Applied Sciences.

Compostable and recyclable

As part of the "Agri-Stretch" project, Kleiber and her team want to develop sustainable silage films made of biopolymers that are also biodegradable. In order to do this, they are experimenting with two bioplastics made from renewable raw materials: PLA and PBAT. "Our goal is that in the future the films will be made of 100% renewable raw materials. Instead of disposable materials, we want to develop a product that is compostable or recyclable and can therefore be perfectly integrated into the agricultural production cycle," says Kleiber.

Adding better properties to biobased films

Replacing silage film with a biobased variant would be too simple, however. The research group is well aware that their material must impress with better properties in order to compete on the market with petroleum-based films, which are still cheaper. "First and foremost, the film must demonstrate a 400% elongation at break. That means you have to be able to stretch it a lot without it tearing. It also has to be UV resistant, since it will usually be outdoors for a full year. And, of course, it also has to be impermeable to water and oxygen, because otherwise the fermentation process in the silage won't work," explains Kleiber.

Good results in feasibility studies

Biodegradable stretch film is being developed as part of the BioSiFo project. Feasibility studies are currently being carried out and initial results are promising. Investigations showed that the required properties can best be achieved using a three-layer film, with each layer covering a different requirement. Technical investigations are to start as early as next year with a practical partner. The project is being financed by the Agency for Renewable Resources. In addition, the Hof University of Applied Sciences is also working on a degradable mulch film that is intended to release nutrients when it decomposes in the soil.

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Das Bundesforschungsministerium hat das seit 2005 laufende Forschungsrahmenprogramm „Forschung für Nachhaltigkeit“ (FONA) neu aufgelegt. Im Mittelpunkt stehen die 17 globalen Nachhaltigkeitsziele der Vereinten Nationen. „Wir werden mit Forschung und Innovation Zukunftstechnologien in den Bereichen Grüner Wasserstoff, Kreislaufwirtschaft und Bioökonomie „made in Germany“ so vorantreiben, dass wir bei der Energiewende, der Ressourceneffizienz und im Klimaschutz Technologieführer und Exportweltmeister bleiben oder werden“, sagte Bundesforschungsministerin Anja Karliczek am 24. November bei der Vorstellung der neuen FONA-Strategie.

Höchste Priorität für Nachhaltigkeitsforschung

Unter dem Motto „Wissen, wie Zukunft geht“ hat das BMBF in der FONA-Strategie zugleich die Forschungsförderung zu Klimaschutz und mehr Nachhaltigkeit verdoppelt: 4 Mrd. Euro werden in den kommenden fünf Jahren für die Entwicklung neuer grüner Technologien bereitgestellt. „Damit räumen wir der Nachhaltigkeitsforschung höchste Priorität ein“, betonte Karlizcek und verwies auf den „enormen Innovationsbedarf“, der neue Ideen und Lösungsansätze erfordert, um Herausforderungen wie Klimaneutralität, Ressourceneffizienz, Kreislaufwirtschaft und regionalen Strukturwandel zu meistern. „Mit dem Wandel zu mehr Nachhaltigkeit sichern wir langfristig die Wettbewerbsfähigkeit Deutschlands und sorgen für einen Innovationsschub für die deutsche Wirtschaft in der Post-Corona-Zeit“, so die Ministerin.

Ziele mit konkreten Aktionen hinterlegt

In dem Strategiepapier „Forschung für Nachhaltigkeit“ werden insgesamt drei strategische Ziele mit insgesamt acht Handlungsfeldern und 25 konkreten Aktionen formuliert. Eine wichtige Richtschnur sind die 17 UN-Nachhaltigkeitsziele. Neben dem Erreichen der Klimaziele und der Weiterentwicklung von Wirtschaft und Gesellschaft gilt es Lebensräume und natürliche Ressourcen zu erforschen, zu schützen und zu nutzen. Forschungsaktivitäten zum Erhalt der Artenvielfalt, dem Schutz natürlicher Ressourcen wie Boden und Wasser sind dabei zentrale Handlungsfelder.

Die Bioökonomie hat ihren Platz im Handlungsfeld "Kreislaufwirtschaft" zusammen mit Phosphorrecycling, Kunststoffrecycling sowie der Aktion "Gesamtrohstoffproduktivität steigern". Sie soll zu einer verbesserten Nutzung biobasierter Rohstoffe und zur Vermeidung von Abfällen durch Reststoffnutzung beitragen.

The Federal Ministry of Education and Research (BMBF) has relaunched the Research Framework Program "Research for Sustainability" (FONA), which has been running since 2005. It focuses on the 17 global sustainability goals of the United Nations. "With research and innovation, we will drive forward future technologies in the fields of green hydrogen, recycling management and bio-economy "made in Germany" in such a way that we remain or become technology leaders and export world champions in the fields of energy system transformation, resource efficiency and climate protection," said Federal Research Minister Anja Karliczek on 24 November when presenting the new FONA strategy.

Highest priority for sustainability research

With the motto "Knowing how the future works", the BMBF has also doubled its research funding for climate protection and more sustainability in the FONA Strategy: 4 billion euros will be made available over the next five years for the development of new green technologies. "This means that we are giving top priority to sustainability research," emphasized Karlizcek, pointing out the "enormous need for innovation", which requires new ideas and solutions to master challenges such as climate neutrality, resource efficiency, recycling management and regional structural change. "With the change towards more sustainability, we are securing Germany's competitiveness in the long term and ensuring an innovation boost for the German economy in the post-Corona era," said the Minister.

Backing goals with concrete actions

In the strategy paper "Research for Sustainability" a total of three strategic goals with eight fields of action and 25 concrete actions are formulated. The 17 UN sustainability goals are an important guideline. In addition to achieving the climate goals and the further developing of the economy and society, habitats and natural resources must be researched, protected and used. Research activities to preserve biodiversity and protect natural resources such as soil and water are central fields of action.

The bio-economy has its place in the field of action "circular economy" together with phosphorus recycling, plastics recycling and the action "Increase total raw material productivity". It is intended to contribute to an improved use of bio-based raw materials and the avoidance of waste through the use of residual materials.

Die Bundesregierung ist sehr aktiv und erfolgreich darin, die Digitalisierung der Landwirtschaft zu unterstützen. So könnte man die Botschaft von Bundeslandwirtschaftsministerin Julia Klöckner zusammenfassen, die diese auf der „Digital Transformation Week“ des IT-Verbands Bitkom am Donnerstag, 26. November 2020, verkündete. Bei diesem Thema sei Deutschland „führend in der EU, auch global führend – andere schauen, was wir in Deutschland machen“, sagte die Ministerin. Dabei verwies Klöckner auf ein mit 50 Mio. Euro finanziertes „digitales Experimentierfeld“, in dem digitale Techniken vor Ort erprobt werden, auf das Bundesprogramm zur Künstlichen Intelligenz in Landwirtschaft und Ernährung, das mit 45 Mio. Euro ausgestattet ist, sowie auf die „Bauernmilliarde“, ein Investitions- und Zukunftsprogramm, „damit sich Landwirte dem Systemwechsel stellen können, nachhaltiger werden“, aber weiterhin in der Lage seien, unsere Nahrungsmittel zu produzieren – „in guter Kombination mit Umwelt- und Klimaschutz“.

Mittels Digitalisierung Zielkonflikte auflösen

Klöckner riss außerdem die Ergebnisse einer Machbarkeitsstudie zu einer staatlichen Datenplattform für die Landwirtschaft an. Daraus werde erkennbar, dass die Betriebe sich weniger Bürokratie wünschen, die Hoheit über ihre Daten behalten und staatliche Informationen einfacher finden möchten. Außerdem würden maschinenlesbare Schnittstellen für den Datenaustausch benötigt. Seitens der Behörden werde eine stärke Vernetzung staatlicher Stellen gewünscht. Für die Bundesministerin stellt die Digitalisierung der Landwirtschaft zudem eine Chance dar, Zielkonflikte aufzulösen, beispielsweise zwischen der Notwendigkeit des Pflanzenschutzes und dem ökologischen Anspruch, weniger chemische Pflanzenschutzmittel einzusetzen.

In den nachfolgenden Impulsvorträgen und Debatten ging es um eine Bestandsaufnahme, wie weit die Digitalisierung in der Landwirtschaft bereits vorangekommen ist, welche Ideen und Lösungen auf ihre Umsetzung warten und welche Herausforderungen noch gemeistert werden müssen. So verwies Klaus Josef Lutz von der BayWa AG darauf, dass die Daten des europäischen Fernerkundungssystems Copernicus bereits intensiv in der Landwirtschaft genutzt werden, oftmals auch von Start-ups. Landwirtin Marlene Biß schilderte ihre Erfahrung mit dem „Klimacheck“ der Genossenschaft Arla, bei dem der CO₂-Fußabdruck des eigenen Hofs berechnet werden kann, wonach eine externe Beratung individuelle Verbesserungsvorschläge einbringt. Biolandwirt Jan Plagge betonte, dass gerade ökologisch wirtschaftende Betriebe auf technische Innovationen angewiesen seien, um ohne Herbizide und Pestizide zu arbeiten – beispielsweise kamerageführte Systeme, die Unkraut mechanisch entfernen. „Wir müssen vielleicht auch mit weniger Erträgen rechnen. Darum brauchen Landwirte finanzielle Anreize für nachhaltige Praktiken, aber auch mehr Beratung, um die Hintergründe zu verstehen“, forderte Plagge.

Nachhaltiges Wirtschaften als Zusatzeinkommen

Georg Goeres von der Indigo AG präsentierte einen Ansatz, den CO₂-Eintrag in den Boden in Form der Humusbildung zu erfassen und zu zertifizieren und über diese Zertifikate ein Zusatzeinkommen aus dem nachhaltigen Wirtschaften zu generieren. Ökonomin Julia Köhn von der Pielers GmbH stellte eine Art internetbasierten „Peer-to-peer-Lebensmittelmarkt“ zur Direktvermarktung vor. Dort sei auch mehr Raum als auf Verpackungen, um die eigenen Nachhaltigkeitsbemühungen zu präsentieren und so neben der Imagearbeit die Akzeptanz für höhere Preise zu schaffen, ohne Marge an den Handel abzugeben. Die meisten Betriebe seien dafür offen, hätten aber Angst vor „digitalen Dingen“ wie digitalen Bezahlmethoden oder der Bedienung einer Website.

Schleswig-Holsteins Landwirtschaftsminister Jan Philipp Albrecht verwies auf die Bedeutung der Forschungsförderung, beispielsweise um durch veränderte Fütterung die Treibhausgasemissionen von Rindern zu verringern. Zentral sei für ihn, CO₂-Emissionen auch in der Landwirtschaft ein Preisschild zu verpassen, „sodass die, die sparsam wirtschaften, davon auch profitieren“. Norbert Lins, Vorsitzender des Landwirtschaftsausschusses im Europaparlament, betonte, dass von Innovationen nicht nur große Betriebe profitieren dürften, sondern dass es auch Lösungen brauche „für Betriebe wie in der süddeutschen Landwirtschaft“. Dabei dürften Kooperationen wie „Maschinenringe“ künftig eine große Rolle spielen. Die EU sehe er gefordert bei der Standardisierung von Schnittstellen und der Verfügbarkeit landwirtschaftlicher Basisdaten. „Mit unseren hohen Datenschutzanforderungen stehen wir uns auch selbst etwas im Weg“, befand der Abgeordnete.

Bremsender Datenschutz und fehlendes Risikokapital

Auch Unternehmerin Köhn mahnte einen ausgewogenen Umgang mit dem Datenschutz an: „Wir versäumen es in Europa, unsere Daten monetarisierbar zu machen.“ Die Datenerhebung würde die Landwirtschaft effizienter machen, Betriebe könnten rückvergütet werden für die Dateneinstellung, und Politik und Wissenschaft könnten diese für positive externe Effekte nutzen. „Das passiert in den USA, Israel und auch China schon, aber dann in geschlossenen Plattformen, die nicht der Allgemeinheit dienen.“ Sie wünschte sich zudem: „Wir brauchen mehr risikobereites Kapital in Europa“ – Ideen und Technologien sowie die Bereitschaft der Landwirtschaft seien da, „aber nicht die Mittel, das auszurollen“.

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Einkaufstüten aus Kunststoff gehören seit Jahrzehnten zum Alltag. Doch die Bilder von durch Plastikmüll verunreinigte Strände und Meere haben ein Umdenken in der Gesellschaft angestoßen: Viele Kunden bringen eigene Tragetaschen zum Einkauf mit, der Handel bietet Alternativen wie Papiertüten oder Mehrwegtaschen und verlangt für jede verkaufte Plastiktüte einige Cent. Mit Blick auf Umweltschutz und Ressourcenschonung hatte Bundesumweltministerin Svenja Schulze im November 2019 einen Gesetzentwurf zum Plastiktütenverbot auf den Weg gebracht. Nun hat der Bundestag der Novelle zugestimmt. Ab 1. Januar 2022 soll der Verkauf von Plastiktüten in Deutschland danach verboten sein. Die Einwilligung des Bundesrates steht jedoch noch aus.

Mehrweg statt Einweg

Die Plastiktüte sei der Inbegriff der Ressourcenverschwendung, argumentiert die Bundesumweltministerin. „Wenige Minuten genutzt und im schlimmsten Fall jahrzehntelang in der Umwelt. Diese Hopp-und-weg-Mentalität ist nicht mehr zeitgemäß.“ Wegwerfartikel aus anderen Materialien wie Papiertüten seien aber keine Alternative, sagt Schulze. Sie verrotten zwar schneller, wenn sie in die Umwelt gelangen. Bei der Produktion würden aber vergleichsweise viele CO₂-Emissionen entstehen und viel Wasser verbraucht, das in der Folge aufwendig gereinigt werden müsse. Die beste Alternative sind daher Mehrwegtaschen wie Stoffbeutel, Rucksäcke, Körbe oder andere wiederverwertbare Behältnisse. Dazu gehören auch Plastikboxen für Frischwaren von der Fleischtheke oder Salatbar.

Noch keine Alternativen für dünne Obstbeutel

Erhalten bleiben hingegen die hauchdünnen Obst-und Gemüsebeutel, weil es dafür noch keine überzeugenden Alternativen gibt. Ein Verbot dieser sogenannten Hemdchenbeutel würde womöglich mehr (Vor-)Verpackungen auf den Markt bringen, was zu einer Zunahme des Verpackungsmülls führen könnte, argumentiert die Ministerin. Auch Kunststofftragetaschen mit einer Wandstärke von mehr als 50 Mikrometern oder aus Polyester sind von dem Verbot ausgeschlossen, weil sie stabiler sind und daher häufiger genutzt werden können. Hier gilt das Prinzip: Je mehr eine Tragetasche genutzt werden kann, desto umweltfreundlicher ist sie.

Weniger Plastik, mehr Recycling

Auch wenn der Verbrauch seit Jahren zurückgeht: Noch immer werden in Deutschland jährlich rund 1,6 Milliarden Plastiktüten genutzt. Das entspricht einem Pro-Kopf-Verbrauch von rund 20 Plastiktüten. Das Gesetz zum Verbot von Plastiktüten soll die 2015 zwischen Bundesregierung und Handel geschlossene freiwillige Vereinbarung, Plastiktüten nicht mehr kostenlos abzugeben, ersetzen und die Trendwende hin zu weniger Plastik und mehr Recycling vorantreiben.

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Plastic shopping bags have been part of people's everyday lives for a long time. However, in recent years, the images of beaches and seas polluted by plastic waste have triggered society's rethinking: Many customers bring their own bags for shopping. Likewise, retailers offer reusable alternatives or paper bags, and charge a few cents for each plastic bag sold. With regards to environmental protection and resource conservation, Federal Environment Minister Svenja Schulze launched a draft law banning plastic bags in November 2019. Now the Bundestag has approved the amendment. From 1 January 2022, the sale of plastic bags will be prohibited in Germany. However, the approval of the Bundesrat is still pending.

Reusable instead of disposable

The plastic bag is synonym for the waste of resources, argues the Federal Environment Minister. "Used for just a few minutes, only to be in the environment for decades. This mentality is no longer up to date". However, disposable articles made of other materials such as paper bags are not an alternative, says Schulze. They do rot faster when they are released into the environment. However, the production process produces comparatively high levels of CO2 emissions and uses a lot of water, which then has to be expensively cleaned. The best alternative is therefore reusable bags such as cloth bags, backpacks, baskets or other recyclable containers. This also includes plastic boxes for fresh produce from the meat counter or salad bar.

No alternatives for fruit bags yet

The ultra-thin bags for fruit and vegetable, however, will remain because there are no convincing alternatives yet. A ban on these would possibly bring more (pre-)packaging onto the market, which could lead to an increase in packaging waste, the Minister argues. Plastic bags with a wall thickness of more than 50 micrometres or made of polyester are also excluded from the ban because they are more durable. Here the principle applies: the more often a bag can be used, the more environmentally friendly it is.

Less plastic, more recycling

Even though consumption has been declining for years, around 1.6 billion plastic bags are still used in Germany every year - this amounts to 20 plastic bags per person per year. The law banning plastic bags is intended to replace the voluntary agreement concluded between the German government and the trade sector in 2015 to no longer distribute plastic bags free of charge and to promote the trend towards less plastic and more recycling.

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Die Biotechnologie ist längst kein junges Feld mehr, und doch entstehen immer wieder neue innovative Prozesse, die Aussicht auf eine Marktreife haben, für die aber noch keine industrielle Umsetzungsroutine existiert. Bioelektrochemische Prozesse gehören in diese Sparte neuer biobasierter Umsetzungen. Der Kern der mikrobiellen Bioelektrochemie ist die Interaktion von Mikroorganismen mit Elektroden. Einige Bakterien können mit Elektroden atmen: Elektronen, die bei der Produktion eines Wertstoffs anfallen, werden von diesen Organismen in der Atmung dann nicht auf Sauerstoff übertragen, sondern direkt an eine Elektrode weitergeleitet. Damit kann die Wertstoffproduktion mit einer Bereitstellung elektrischer Energie als Nebenprodukt gekoppelt werden. Aber lässt sich so ein Prozess industriell umsetzen und skalieren?

Kontinuierlicher Bioprozess für Acetoin

Die Antwort möchte das Forschungsprojekt „Conti-Bio-Elect“ liefern, das im Rahmen des Förderprogramms „Mikrobielle Biofabriken“ vom Bundesministerium für Bildung und Forschung unterstützt wird. Auf akademischer Seite erhalten das Engler-Bunte-Institut und das Institut für Angewandte Biowissenschaften am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) zusammen rund 800.000 Euro. Seitens der Wirtschaft ist die Eisenhuth GmbH und Co. KG aus Osterode beteiligt. Das gemeinsame Ziel: einen kontinuierlich betriebenen Bioreaktor entwickeln, in dem das Proteobakterium Shewanella oneidensis aus Glukose Acetoin produziert und dazu auf einer Elektrode wächst, die anstelle von Sauerstoff die freiwerdenden Elektronen aufnimmt. Acetoin wird bislang zur Herstellung von Aromen vor allem chemisch synthetisiert und ist eine der 30 wichtigsten Plattformchemikalien.

„Anaerobe Bakterien erzeugen weniger Biomasse und haben potentiell höhere Produktausbeuten“, nennt Projektleiter Harald Horn vom KIT ein wichtiges Argument für das angestrebte kontinuierliche Verfahren. Denn anders als bei Batchverfahren wird hier der Reaktor nicht alle ein, zwei Tage komplett angehalten, gereinigt und wieder angefahren. Vielmehr sollen die Bakterien innerhalb des Reaktors für mehrere Wochen oder gar Monate fixiert an Oberflächen leben, das Substrat auf der einen Seite einströmen und das Produkt am anderen Ende entnommen werden – pausenlos. Das macht das kontinuierliche Verfahren wirtschaftlich sehr attraktiv, führt aber zu Problemen, wenn die Mikroorganismen sich zu schnell vermehren und neben dem Produkt auch überschüssige Biomasse ausgeschleust werden muss.

Biotechnology is no longer a new field, yet innovative processes are constantly emerging. Many of them could reach market maturity, but there is no industrial implementation routine in place yet. Among these are bioelectrochemical processes. The core of microbial bioelectrochemistry is the interaction of microorganisms with electrodes. Some bacteria can breathe with electrodes: Electrons generated during the production of a recyclable material are then not transferred to oxygen by these organisms during respiration, but are passed directly to an electrode. This means that the production of such materials can be coupled with the provision of electrical energy as a by-product. But can such a process be implemented and scaled industrially?

Continuous bioprocess for acetoin

The research project "Conti-Bio-Elect", which is supported by the Federal Ministry of Education and Research within the framework of the "Microbial Biofabrics" funding program, aims to provide the answer. On the academic side, the Engler-Bunte Institute and the Institute for Applied Biosciences at the Karlsruhe Institute of Technology (KIT) are participating and together will receive around 800,000 euros. On the business side, Eisenhuth GmbH und Co. KG from Osterode is on board. The common goal is to develop a continuously operated bioreactor in which the proteobacterium Shewanella oneidensis produces acetoin from glucose and grows on an electrode that absorbs the released electrons instead of oxygen. Acetoin has been mainly chemically synthesized to produce flavors and is one of the top 30 platform chemicals.

"Anaerobic bacteria produce less biomass and have potentially higher product yields," says KIT project manager Harald Horn, citing an important argument for the continuous process envisaged. Unlike batch processes, the reactor is not completely stopped, cleaned, and restarted every one or two days. Rather, the bacteria live inside the reactor for several weeks or even months fixed to surfaces, the substrate flowing in at one end and the product being removed at the other - non-stop. The continuity makes the process economically very attractive, but leads to problems if the microorganisms multiply too quickly and excess biomass has to be removed in addition to the product.

Haben Sie schon einmal darüber nachgedacht, dass auch der Nikolaus sein Haus nachhaltig winterfest machen sollte? Oder wie er seine Rentiere ohne Zaun im Zaum halten kann, oder ob man Saatgut und Pflanzensorten aus Nächstenliebe als Gemeinschaftsgut nutzen sollte? Der diesjährige Adventskalender des Bundesministeriums für Bildung und Forschung (BMBF) will genau solche Fragen anregen und Antworten liefern: Im Wissenschaftsjahr Bioökonomie steht daher auch die Vorweihnachtszeit ganz im Zeichen einer nachhaltigen Lebens- und Wirtschaftsweise.

Bioökonomie als Zukunftsthema

„Bioökonomie ist ein Schlüssel für ein nachhaltiges Leben und eine zukunftsfähige Wirtschaft. Dieses Jahr hat die Bundesregierung die Nationale Bioökonomiestrategie verabschiedet. Das Wissenschaftsjahr 2020|21 hat dieses Zukunftsthema in den vergangenen Monaten verstärkt in die Öffentlichkeit gebracht. Denn in der bioökonomischen Forschung steckt enormes Potenzial und das gilt es, immer wieder aufzuzeigen“, so Bundesforschungsministerin Anja Karliczek.

Die Welt der Bioökonomie in 24 Tagen erleben

Jede geöffnete Kalendertür – vom 1. bis zum 24. Dezember – liefert Antworten auf Fragen, die im Zusammenhang mit einer nachhaltigen Lebens- und Wirtschaftsweise stehen und gibt damit Einblicke in die faszinierende Welt der Bioökonomie. Dazu gehören unter anderem auch die „Biopioniere“, die beispielgebend für ihre Branche schon heute nachhaltige Wege beschreiten.  

Adventskalender in den sozialen Medien

Ganz im Sinne des Wissenschaftsjahres will das BMBF mit dem Adventskalender die Öffentlichkeit einmal mehr für bioökonomische Themen begeistern. Lassen Sie sich jeden Tag aufs Neue inspirieren – mit dem Adventskalender zur Bioökonomie auf Twitter, Facebook und Instagram.

BMBF/bb