Aktuelle Veranstaltungen

Canada is the second largest country in the world after Russia and very rich in bioresources. The country alone is home to about 9% of the world's forests. The bioeconomy opens up new opportunities for Canada to use biobased resources efficiently and sustainably and to open up new markets.

Mit der Organobalance GmbH wird eines der hiesigen Traditionsunternehmen aus dem Feld der industriellen Biotechnologie vom dänischen Biotech-Riesen Novozymes übernommen. Wie Novozymes vermeldete, sollen die Berliner mit ihrer Expertise in mikrobiellen Screening-Verfahren und Bioassay-Entwicklung das Portfolio des Konzerns aus der Nähe von Kopenhagen stärken. Finanzielle Details der Fusion wurden nicht bekannt. Novozymes ist der weltgrößte Hersteller von Enzymen, das Unternehmen setzt allein mit diesen Biomolekülen für den Einsatz in Lebensmitteln, Futtermitteln oder Waschmitteln rund 1,5 Mrd. Euro um – knapp die Hälfte des Weltmarktes. Knapp 6.500 Mitarbeiter arbeiten weltweit für den Biotech-Konzern.

Standorte in Berlin und Flensburg

Organobalance GmbH hat neben dem Hauptstandort in Berlin-Wedding noch eine Außenstelle in Flensburg. Die 2001 von der Mikrobiologin Christine Lang mitgegründete Firma ist bekannt für ihre umfangreiche Sammlung mikrobieller Stämme, von denen manche bis in die 1920er Jahre zurückreichen. Darunter sind insbesondere Hefen und Milchsäurebakterien. Zudem hat das heute 29 Mitarbeiter zählende Unternehmen seine Expertise bei mikrobiellen Screening-Verfahren und der Entwicklung von Bioassays stark ausgebaut.

Organobalance ist auf die Entwicklung von natürlichen mikrobiellen Lösungen für unterschiedliche Industriezweige spezialisiert, darunter die Nahrungsmittel-, Futtermittel- und Tiergesundheitsindustrie. Ein Produktbeispiel: eine probiotische Zahnpasta mit natürlichen Milchsäurebakterien, mit denen sich Karieserreger beim Zähneputzen entfernen lassen. Das Unternehmen wurde mehrfach durch das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) unterstützt. So koordiniert Organobalance die strategische Allianz GOBI, ein Bioindustrie-Konsortium mit einem Projektvolumen von 9 Mio. Euro. 

Novozymes will Portfolio verstärken

Bei Novozymes will man sich mit den mikrobiellen Technologien der Berliner noch zusätzlich verstärken. „Mit Organobalance können wir unser Verständnis für die Entwicklung neuer, nachhaltiger Lösungen in unterschiedlichen Industriezweigen erweitern und wir eröffnen uns zusätzliche Geschäftsmöglichkeiten“, so Sebastian Søderberg, Vice President für New Business Development, Incubation & Acquisitions bei Novozymes. „Sowohl Organobalance als auch unsere Mitarbeiter und Kunden werden maßgeblich von dieser Entwicklung profitieren“, so Geschäftsführerin Christine Lang, die auch Co-Vorsitzende des deutschen Bioökonomierats ist. Die Mikrobiologie-Professorin wird das Unternehmen auch weiterhin führen.

„Als Teil von Novozymes haben wir künftig Zugang zu einem globalen Forschungs- und Entwicklungs-Netzwerk und einer umfangreichen Infrastruktur zur Markteinführung neuer Produkte. Wenn sich zwei so etablierte Unternehmen wie Novozymes und Organobalance zur biologischen Forschung zusammenschließen, um technologischen und gesellschaftlichen Herausforderungen zu begegnen, dann profitieren davon auch die Menschen und die Bioökonomie in Deutschland.“

Standorte bleiben bestehen

Nach der Übernahme wird Organobalance in die globale Organisation von Novozymes eingegliedert, aber weiterhin in Deutschland seinen Sitz haben, um von den etablierten biotechnologischen Fähigkeiten der Hauptstadtregion profitieren zu können. Auch die engen Beziehungen des Unternehmens zu deutschen Hochschulen, dem innovativen Umfeld und den Märkten sollen damit bestehen bleiben. In der Pressemeldung betonten die beiden Unternehmen, man habe „ähnliche Ziele und Unternehmenskulturen“, nämlich mit innovativen biologische Lösungen dabei zu helfen, viele der größten Probleme der modernen Gesellschaft zu bewältigen.

pg

Während auf der IFA unterm Funkturm die neueste Smartphone-Generation vorgestellt wurde, haben mehr als 400 Wissenschaftler aus der ganzen Welt in Berlin-Dahlem beim Kongress „Electronics goes green“ über eine Stärkung der Kreislaufwirtschaft in der Elektrobranche diskutiert. Drei Tage lang wurden in fünf parallelen Sessions Ansätze zu grünen Innovationen präsentiert sowie ihre Herausforderungen debattiert – im Technologiebereich, in Bezug auf die Verfügbarkeit mineralischer Rohstoffe, auf der Ebene von EU-Regularien zu Elektroschrott und Chemikalien sowie allgemein zu den Möglichkeiten, in der Elektronik-Industrie ein System der Kreislaufwirtschaft zu etablieren. Mit insgesamt 50 Sessions und fast 200 Vorträgen war das Programm der fünften Konferenz der Reihe sehr breit gefächert. Nachhaltige Geschäftsmodelle und Wertschöpfungsketten, Wege für mehr Energieeffizienz, neue technologische Ansätze – all diese Themen wurden umfassend beleuchtet.

Kreislaufwirtschaft in der Elektronik-Industrie umsetzen

„Wir wollen die Wirtschaft hin zur Kreislaufwirtschaft verändern und an einer nachhaltigen Zukunft der Branche arbeiten“, unterstrich Miquel Ballester Salvà im Eröffnungsvortrag der Veranstaltung, die vom Fraunhofer-Institut für Zuverlässigkeit und Mikrointegration (IZM) in Kooperation mit der Technischen Universität Berlin organisiert wurde. Salvà ist Geschäftsführer der niederländischen Firma Fairphone, die sich zum Ziel gesetzt hat, Mobiltelefone unter fairen Bedingungen herzustellen und deren Teile einzeln repariert werden können. Doch er gab sich kritisch bezüglich der eigenen Branche: „Wir produzieren viele coole Produkte und ersetzen sie jedes Jahr durch neue coole Produkte – nur vielleicht etwas zu früh.“ Mit dem Hinweis von Norbert Zonneveld vom Europäischen Verband der elektronischen Recyclingindustrie EERA, dass „es Abfall nur gibt, wenn unsere Kreativität versagt“, wurden die Teilnehmer schließlich in Kleingruppen entlassen, um themenspezifisch weiter zu diskutieren.

Herausforderung Smartphonisierung der Gesellschaft

Vor allem der nachhaltige Umgang mit den kurzlebigen mobilen Endgeräten, die alle zwei Jahre gegen neue, schnellere und technisch optimierte Versionen ausgetauscht werden, stand im Vordergrund des Kongresses. Wie lässt sich die „Smartphonisierung“ der Gesellschaft überhaupt nachhaltiger gestalten? Selbst für die hochintegrierten Smartphones und Tablets sind modulare Produktionskonzepte auf dem Vormarsch, wie Karsten Schischke vom IZM in der Session Green ICT aufzeigte. Die innovativsten Umsetzungen werden dabei von kleineren Firmen kommen, nachdem Google sich von seinem modularen Smartphone Ara just vor der Konferenz wieder verabschiedete. Sein Kollege Nils Nissen betont: "Die Modularität in der Elektronikindustrie gab es bei ganz alten PCs - die konnte man noch drei Jahre lang nachrüsten. Bei den modernen Varianten ist das fast ausgestorben. Und nun versucht man, in noch wachsende Produkte - Smartphones und Tablets - so etwas wieder einzubauen."

Ansätze für modulare Systeme sollen Abfall reduzieren

Wie das konkret geschehen kann, wurde unter anderem anhand von Firmen wie Fairphone deutlich. Ihr Ansatz ist klar: Sie bieten modulare Produkte, bei denen Einzelteile flexibel ausgetauscht werden können. Neben der längeren Lebensdauer wird auch eine sozial verantwortlichere Produktion der Telefone angestrebt. Mehr Transparenz innerhalb der Lieferkette soll zudem verhindern, dass durch den Kauf ausgewählter metallischer Rohstoffe Konflikte in rohstoffreichen Ländern finanziert werden. Das finnische Startup Circular Devices wurde für sein modulares Smartphone-Konzept „Puzzlephone“ mit dem Green Electronics Council Catalyst Award ausgezeichnet, ebenso wie der US-amerikanische Chiphersteller Advanced Micro Devices (AMD).  Dieser zählt zu den größten Halbleiterherstellern der Welt. Das US-Unternehmen ist mit seinen x86-Prozessoren der größte Konkurrent von Intel und fertigt einen Teil seiner Chips in Dresden. Die Auszeichnung wurde für seine Energieeffizienzinitiative vergeben. Während die erste Gewinnerbekanntgabe selbst auf der Elektronikmesse IFA stattfand, wurden die Preisträger im Rahmen der Konferenz während eines Dinnerabends im Wasserwerk nochmals feierlich geehrt.

Herausforderung Recycling von Elektronikschrott

Über die Frage der Verfügbarkeit solcher Mineralien wurde in Berlin ebenso diskutiert wie über generelle Ansätze zur Kreislaufwirtschaft. Vor allem die Trennung von Produkt und Abfall sei eine Herausforderung, hieß es von Experten. Zwar gebe es strikte Recyclingvorgaben, doch zu selten würden die recycelten Materialien wieder in Form neuer, hochwertiger Produkte auf den Markt gebracht. So machte Arjen Wittekoek – Geschäftsführer des niederländischen Recyclingunternehmens Coolrec – deutlich, dass mehr Produktinformationen der Hersteller unabdingbar für die Recyclingbranche sind, die herrschende Informationsarmut die Arbeit erheblich erschwert und gar die Sicherheit gefährdet. Die Produzenten nahm auch Kyle Wiens, Geschäftsführer der Onlineplattform “iFixit“ (ich reparier’s) aus den USA, in die Pflicht. Denn statt zu schrauben, kleben sie viele Bauteile in den Elektronikgeräten zusammen. Das mache es schwierig, sie auseinanderzunehmen und zu reparieren, so Wiens. iFixit stellt sich dennoch der Herausforderung. Die Onlineplattform bietet viele tausend kostenlose Reparaturanleitungen für elektronische Geräte vom Toaster über das Smartphone bis hin zum Auto.

Komplexer rechtlicher Rahmen

Mit Blick auf die neuen Herausforderungen beklagen viele Experten aber auch einen Personalmangel: Für eine vollendete Kreislaufwirtschaft gebe es zu wenig Designer oder Marketing Manager, die das Produkt wieder für den Konsumenten attraktiv machen. Als weitere Herausforderung wurden schwankende Schwellenwerte und zunehmende Verbote von Substanzen im Rahmen von EU-Vorgaben wahrgenommen. Nicht zuletzt aufgrund der komplexen Vorgaben wachse der illegale Export wertvoller Materialien aus Europa.

Um eine Kreislaufwirtschaft in der Elektroindustriebranche zu fördern, fordern Vertreter der Elektro-Industrie daher klare Regeln für den Einkauf und grenzüberschreitenden Handel mit verschiedenen recycelten Rohstoffen sowie eine Unterstützung für mehr recycelte Materialien in neuen Produkten. Des weiteren wurde ein regelmäßiger Austausch zwischen der Recycling-Industrie und der Politik hinsichtlich neuer Gesetzgebungen in der Branche angeregt. In vier Jahren soll die nächste „Electronics goes green“-Konferenz stattfinden.

lg

Sie heißen Ackerwinde, Ambrosie oder Quecke - aber auch Mohn oder Kornrade zählen dazu. Für den Landwirt sind es Unkräuter, Naturschützer sprechen von Wildkräutern oder "Ackerbegleitflora". Viele Unkräuter sind zunehmend gegen Unkrautvernichtungsmittel resistent und behindern so das Wachstum der angebauten Nutzpflanzen. Die Folgen sind bereits heute durch Ernteverluste sichtbar.

Unkraut ohne Herbizide bekämpfen

Um auch zukünftig Nahrungsmittelsicherheit zu garantieren, wollen Wissenschaftler aus Deutschland, Norwegen und Dänemark im Projekt „Sweedhart“ nun gemeinsam gegen die wilden Pflanzen vorgehen und so die weltweite Unkraut-Belastung der Äcker reduzieren. „Wir adressieren die Problematik, indem wir untersuchen, wie der Unkrautbefall der Felder auch ohne Herbizide gehemmt werden kann“, erklärt Christoph Glasner von Fraunhofer UMSICHT, der das im Mai gestartete Forschungsprojekt koordiniert.

Unkrautsamen im Mähdrescher desinfizieren

„Sweedhart“ ist eines von 14 europäischen Vorhaben, die von der EU im Rahmen von FACCE SURPLUS (Sustainable and Resilient agriculture for food and non-food systems) mit insgesamt 1,45 Mio. Euro gefördert wird. Hierbei steht jedoch nicht die radikale Vernichtung der meist unbeliebten Unkräuter im Fokus der Forschung, sondern auch dessen Potenzial. Denn bei der Ernte fallen etwa 25 Prozent Heu und Stroh und auch energiereiche Unkräuter an. Diese Biomassequelle geht jedoch ohne richtige Behandlung verloren und wird meist auf dem Feld gelassen, wo die nächste Generation der Unkräuter gedeihen kann.  Das wollen die Forscher ändern. „Ein Ziel von Sweedhart ist es deshalb, die Unkrautsamen bereits während der Ernte durch die Abwärme des Mähdreschers thermisch zu desinfizieren und so die Keimung des Unkrauts zu unterbinden“, erklärt Glasner.

Pilze wie der falsche Mehltau oder der Grauschimmelpilz machen Hobbygärtnern und Landwirten gleichfalls das Leben schwer. Aber es gibt aber auch viele Pilze, die in Symbiose mit Pflanzen leben und sich so gegenseitig bereichern. Mehr als 80 % aller Landpflanzen gehen solch eine enge Lebensgemeinschaft mit arbuskulären Mykorrhizapilzen (AM-Pilze) ein, die ihr Wachstum fördern. Da Pilze keine Photosynthese betreiben können, erhalten sie von der Pflanze die lebensnotwendigen Kohlenhydrate. Im Gegenzug versorgt der Pilz die Pflanze mit Wasser sowie Nährstoffen wie Stickstoff und Phosphat und schützt sie von Schädlingen. Das Besondere: weder nährstoffarme Böden noch andere Stressfaktoren können die Symbiose beeinträchtigen.

Außergewöhnliche Anpassungsfähigkeit

Doch wie kommt diese freundschaftliche Bindung zustande? Diese Fragen haben sich Forscher vom  Botanischen Institut am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) gestellt. Unter der Leitung von Natalia Requena untersuchte eine Arbeitsgruppe die molekularen Prozesse bei der Ausbildung der Symbiose. „Die Ausbildung einer Symbiose mit arbuskulären Mykorrhiza-Pilzen verlangt von Pflanzen eine außergewöhnliche und genau gesteuerte Anpassung“, erklärt Natalia Requena.

Genschalter steuert Wurzelrindenentwicklung

Wie die Wissenschaftler im Fachjournal Current Biology berichten, ist dafür ein Gen verantwortlich, das von den AM-Pilzen gezielt aktiviert wird und die Entwicklung der Pflanzenwurzel beeinflusst. Dabei handelt es sich um den Transkriptionsfaktor MIG1. Er verändert die Wurzelrindenentwicklung, indem er dafür sorgt, dass mehr und größere Wurzelrindenzellen entstehen, sodass der Durchmesser der Wurzeln deutlich zunimmt. Wurde die Aktivität von MIG1verringert, kam es hingegen zu missgebildeten Arbuskeln, wie die Studie ergab.

Pflanze übernimmt Regie für Symbiose

Welche Rolle das Gen spielt, zeigte sich den Forschern um Requena bei der Untersuchung einer Pflanzenart aus der Gattung der Schneckenklees, Medicago truncatula. „Die Pflanze aktiviert ihre genetischen Programme für eine solche Symbiose noch vor dem ersten physischen Kontakt mit dem Pilz, sobald sie einen von diesem abgesonderten Signalstoff empfängt“, berichtet Natalia Requena. Die Regie für die Ausbildung der Symbiose übernimmt im folgenden weitestgehend die Pflanze, wie die Untersuchung ergab. Dabei ist die Besiedlung von Pflanzenwurzeln durch AM-Pilze auf das Abschlussgewebe und die Rinde beschränkt. Die Zellfäden des Pilzes, die sogenannten Hyphen, dringen tief in die Wurzelrinde ein und bilden weitverzweigte Strukturen, sogenannte Arbuskeln. Die Lebenspartnerschaft wird besiegelt, in dem die Pflanze mit einer eigens synthetisierten periarbuskulären Membran (PAM) diese Arbuskeln umhüllt. 

bb

Die Molekularbiologen Kirstin Gutekunst von der Universität Kiel und Ulrich Schwaneberg von der RWTH Aachen erhalten in diesem Jahr den Forschungspreis der Initiative „Nächste Generation biotechnologischer Verfahren – Biotechnologie 2020+“. Bereits zum dritten Mal hat das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) den Forschungspreis vergeben. Jeweils ausgestattet mit einer Millionenförderung können die Biotechnologen in den kommenden fünf Jahren ein Team mit mehreren Mitarbeitern finanzieren, um ihre ambitionierten Ziele umzusetzen. Anlässlich des Heiligenstädter Kolloquiums stellten die Preisträger am 19. September ihre Forschungsvorhaben erstmals vor.

Cyanobakterien in Wasserstoff-Fabriken verwandeln

Kirstin Gutekunst möchte an der Christian-Albrechts-Universität zu Kiel Cyanobakterien in effiziente Wasserstoff-Fabrik verwandeln. Das Cyanobakterium Synechocystis betreibt Photosynthese. Diesen Stoffwechselprozess will die Forscherin nutzen, um sogenannten solaren Wasserstoff  als Energieträger zu gewinnen. In den vergangenen  Jahren hat die Kieler Forscherin mehrere Stoffwechselwege aufgedeckt, die für die Wasserstoffproduktion wichtig sind. So hat sie bereits Bakterienstämme konstruiert, die weit mehr Wasserstoff liefern. Der Plan: Die Biologin will den Wirkungsgrad allein bei der photosynthetischen Wasserstoffproduktion von derzeit 0,3 % auf 12 % steigern.

Synthetische Biofilme für die Produktion nutzen

Forschungspreisträger Ulrich Schwaneberg, Biotechnologie-Professor an der RWTH Aachen, entwickelt eine Technologie-Plattform, um etablierte Produktionsorganismen für die Stoffproduktion in organischen Lösungsmitteln nutzbar zu machen. Damit könnten die chemische Synthese und die biotechnologische Produktion zusammenwachsen und völlige neue Produktionswege und Substanzen entstehen. Beispiele dafür sind Medikamente wie Entzündungshemmer, Duftstoffe oder Kunststoffe. Normalerweise überleben Mikroorganismen nicht in organischen Lösungsmitteln. Schwaneberg entwickelte Nanogele, die an Zellen haften. Dadurch entstehenden synthetische Biofilme, die wie ein Schutzfilm für die Zellen wirken. Als Produktionsorganismus dient Schwanebergs Team das gut erforschte Bakterium E. coli. In den Mikroben soll besonders die Funktion von P450-Monooxygenasen näher untersucht und moduliert werden.

Forschungspreis will Durchbrüche ermöglichen

Mit der Auszeichnung sollen herausragende Forschungsresultate anerkannt werden, die in Hochschulen, Forschungseinrichtungen oder auch in Unternehmen erzielt wurden und die das Potenzial für wissenschaftliche Durchbrüche für die biobasierte Produktion der Zukunft bergen. Um das aufgebaute Know-how zu sichern und auszubauen, wird den Preisträgern eine Forschungsgruppe über bis zu fünf Jahre finanziert. Die Erkenntnisse sollen dann in die Entwicklung einer nächsten Generation von biotechnischen Produktionsverfahren münden. In der ersten Ausschreibungsrunde 2012 waren Udo Kragl von der Universität Rostock und Falk Harnisch vom Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung in Leipzig als Forschungspreisträger gekürt worden. Kragl beschäftigt sich mit dem Einsatz von Enzymen in Ionischen Flüssigkeiten, Harnisch erforscht das Feld der mikrobiellen Bioelektrotechnologie. In der zweiten Ausschreibungsrunde im Jahr 2014 hatte der Zellingenieur Stefan Schiller aus Freiburg die Fachjury überzeugt.

pg

Windkrafträder und Solaranlagen sind ein Treiber der Energiewende. Doch die Nutzung wertvoller Ackerflächen zur Erzeugung Erneuerbarer Energien kollidiert oft mit den Interessen der Landwirtschaft, Nahrungsmittel anzubauen. Salat, Weizen oder Kartoffeln unter Solarmodulen zu plazieren, könnte da eine Lösung sein. Das Konzept der „Agrophotovoltaik“ wurde bereits in den 80er Jahren vom Gründer des Fraunhofer Institutes für Solare Energiesysteme ISE in Freiburg, Adolf Goetzberger, entworfen, um Land doppelt zu nutzen- und zwar sowohl für die Produktion von Energie als auch von Nahrung. 2011 wurde der Vorschlag von ISE-Forschern wieder aufgegriffen und im Rahmen des Projektes „Innovationsgruppe APV-RESOLA: Agrophotovoltaik“ erstmals umgesetzt.

Im September wurde nun in der Region Bodensee- Oberschwaben die erste APV-Pilotanlage eröffnet. Das bis 2019 dauernde Forschungsprojekt wird vom Fraunhofer ISE geleitet und vom Bundesforschungsministerium (BMBF) im Rahmen des Programms „FONA – Forschung für nachhaltige Entwicklung“ mit insgesamt 2,8 Mio. Euro gefördert. Projektpartner sind neben dem Fraunhofer ISE, die Universität Hohenheim, das Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) sowie der Energieversorger EWS-Schönau, der Landwirtschaftsbetrieb BayWa sowie die Demeter Hofgemeinschaft Heggelbach.

Vier Pflanzenarten im Solarmodultest

Die Solardachkonstruktion überspannt dabei etwa ein Drittel des 2,5 Hektar großen Testgeländes auf dem Demeter Bauernhof. Der Rest dient als Referenzfläche, um die Erträge der Nutzpflanzen ohne Agrophotovoltaik-Technik zu vergleichen. Hier wollen Forscher in den kommenden Jahren testen, welche Kulturpflanzen sich für den Anbau unter Solarpanelen eignen. „In den nächsten zwei Jahren werden wir Kleegras, Winterweizen, Kartoffeln und Sellerie in einer Fruchtfolge testen, die an den Betrieb angepasst ist“, erklärt Petra Högy vom Fachgebiet Pflanzenökologie und Ökotoxikologie der Universität Hohenheim. Kriterien für die Bewertung sind etwa die Pflanzenhöhe, die Blattfläche, die Gesundheit der Pflanzen, die Erträge und die Ertragsqualität.

Geringerer Ernteertrag unter Solarpanelen erwartet

Die Biobauern in Heggelbach blicken voller Erwartung auf die erste Ernte im kommenden Jahr.  „Wir sind gespannt auf den Praxistest der APV-Pilotanlage. Für uns ist entscheidend, dass die Anlage einfach zu handhaben ist und ein Ernteertrag von mindestens 80 Prozent im Vergleich zum Referenzfeld ohne PV-Module erzielt werden kann“, so die Erwartungen von Thomas Schmid von der Demeter-Hofgemeinschaft Heggelbach.

Lebensmittelverpackungen haben vielfältige Funktionen: das Produkt muss vor Feuchtigkeit und Oxidation, aber auch gegen mechanische Belastungen geschützt werden. Behälter oder Tüten – ob aus Kunststoff oder Papier – werden daher oft mit einem speziellen Material versehen, das aus mehreren dünnen Schichten verschiedener verklebter Kunststoffe besteht und somit eine stabile Mauer gegenüber äußeren Einflüssen bildet. Damit weder Wasserdampf noch Sauerstoff die Qualität von Wurst, Fleisch oder Käse beeinträchtigen, sind bis zu sieben Schichten nötig. Das Problem: Die für diesen Mehrschichtverbund benutzten Klebstoffe wie Polyurethan sind in der Regel erdölbasiert und bilden keine gute Sauerstoffbarriere. Forscher vom Fraunhofer-Institut für Verfahrenstechnik und Verpackung (IVV) in Freising haben nun eine pflanzliche Alternative entdeckt – die mehr kann.

Die Entdeckung der Klebrigkeit von Proteinen

Im Rahmen des Verbundprojektes „Barriereklebstoff für Lebensmittelverpackungen auf Basis von pflanzlichen Mizellenproteinen“ nahm das Team um Andreas Stäbler dafür Agrarreststoffe als Rohstoffquelle ins Visier. Schon länger ist nämlich bekannt, dass Proteine eine gute Sauerstoffbarriere aufweisen. Auf die Klebewirkung kamen die Fraunhofer-Forscher eher durch Zufall. „Nach der Fällung extrahierter Proteine schimpften die Techniker beim Reinigen der Anlagen,  dass das Zeug so klebrig ist“, berichtet Projektleiter Andreas Stäbler. Dieser unangenehme Nebeneffekt sollte sich als äußerst nützlich erweisen. Die Idee, einen pflanzenbasierten Klebstoff mit Barrierefunktion zu entwickeln, war geboren.

Agrarrohstoffe für Proteingewinnung testen

Das auf drei Jahre angelegte Forschungsvorhaben wird im Rahmen des Ideenwettbewerbs „Neue Produkte für die Bioökonomie“ seit 2014 vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) mit insgesamt 300.000 Euro unterstützt. Für die Sondierungsphase von August 2014 bis April 2015 galt es zunächst, ein bestehendes Proteingewinnungsverfahren auf verschiedene Rohstoffe zu testen. Im Anschluss konnte mit dem entstandenen Produkt eine erste Klebstoffformulierung  entwickelt werden.

Lupinen-Proteine als Vorbild

Ausgangspunkt der Forschungsarbeiten war dabei eine in früheren Projekten optimierte Methode, um Mizellenproteine aus der Lupine zu gewinnen. Hierbei wurden die mithilfe einer Salzlösung extrahierten Proteine zur Fällung schlagartig verdünnt. „Durch den Ionenschock ändert das Protein seine Struktur und akkumuliert zu runden Aggregaten – sogenannten Mizellen. Durch diese strukturelle Umfaltung kommt die Klebrigkeit zustande“, erläutert Stäbler.

Foodstuffs packaging has a variety of functions: The product has to be protected against humidity and oxidation, but also against mechanical stresses. Therefore containers or bags – whether of plastic or paper – are often coated with a special material consisting of several thin layers of different glued plastics to form a durable protection against external influences. To ensure that neither water vapour nor oxygen impair the quality of meat or cheese, up to seven layers are needed. The problem: The adhesives used to keep these layers together, such as polyurethane, are generally mineral oil based and do not make a good barrier against oxygen. Researchers from the Fraunhofer Institute for Process Engineering and Packaging (Fraunhofer-Institut für Verfahrenstechnik und Verpackung, IVV) in Freising have now discovered a plant-based alternative – that actually performs better.

The discovery that proteins stick

As part of the 'Barrier adhesive for foodstuffs packaging based on vegetable micelle proteins' joint project, Andreas Stäbler and his team selected residual matter from agriculture as a potential source of raw materials. For it has been known for some time that proteins form effective barriers against oxygen. But the Fraunhofer researchers happened upon their adhesive properties more or less by chance. "Following precipitation of extracted proteins, the technicians who had to clean the apparatus kept complaining how sticky the stuff is," reports project manager Andreas Stäbler. This irritating secondary effect was to prove highly useful, however. The idea of developing a plant-based adhesive with a barrier function was born.

Testing agricultural raw materials as protein sources

The three-year research programme has been supported by the Federal Ministry for Education and Research (Bundesministerium für Bildung und Forschung) with a total of 300,000 euros since 2014 as part of the 'New products for bio-economics' idea competition. In the pilot phase from August 2014 to April 2015 the work was concentrated on testing an existing protein production method on a range of raw materials. After this, the product that was developed could be used as a basis for an initial adhesive formula.

Lupin proteins as forerunners

The starting point for the research work was a method for producing micelle proteins from lupins that had been optimized in previous projects.  This involves sudden dilution of proteins that have been extracted with the aid of a saline solution. "The resulting ionic shock causes a change in the protein structure. It accumulates to spherical aggregates – so-called micelles. This structural refolding is what causes the stickiness," explains Stäbler.

In investigating agricultural residues, the researchers concentrated their attention especially on oil production waste, such as press cakes from sunflower and rapeseed oil production. At the same time, the new precipitation method was tested on bitter lupins. As a result, however, the researchers found that the protein production method could not be applied as effectively on other raw materials without modification. Thus the sunflower and rapeseed press cakes produced considerably lower yields than the lupins at first. In the meantime, the researchers believe they have found the reason for this. "We think the differing results from the extraction process can be put down to the amino acid structures specific to the raw materials, which lead to individual spatial arrangement patterns," explains project participant and bio-engineer Daniela von der Haar.

Increased micelle yield for rapeseed and sunflowers

"We are now able to achieve high quantities of micelle proteins from rapeseed and sunflower press cakes as well," says project manager Andreas Stäbler. So it proved to be possible to adapt the production process to cater for various raw materials as early as the current feasibility study.

Improving the adhesive properties of the lupin

Regarding the adhesive formula, there is still some work to be done. For instance, the micelle proteins from lupins showed good oxygen barrier values, but their adhesive effect was not as good as that of mineral oil based polyurethane systems. The researchers are now concentrating their efforts on improving the adhesive effect. In this respect, softeners such as glycerine or sorbitol show some promise. "By now we have been able to achieve a very good bond between paper and plastic. So far, though, when it comes to sticking plastic to plastic the residual water does not dry off sufficiently – we need to optimize this more," reports Stäbler.

The researchers hope that by the end of the two-year feasibility study in the coming year they will have solved this problem as well. "We have a functioning water-based system. But in the end we want to develop an adhesive system that can be used in other packaging systems as well," says von der Haar. To this end, the Fraunhofer team is working together with the Technical University of Munich and the Detmold adhesives manufacturer Jowat SE.

Reducing adhesive layers and costs

As well as the participating adhesives manufacturer from Detmold, other companies in that sector as well as firms from the packaging and film treatment industry are showing interest in the plant-based barrier adhesive. But the bio-adhesive would be suitable for more than just the protection of foodstuffs.  It would also provide a natural means of protecting electronic components from oxidation. "We want to combine the properties of barrier adhesive, bonding agent and oxygen barrier in a single material. This would allow us to reduce the number of layers needed from currently seven to three, namely paper, barrier adhesive and plastic layers. That would amount to cost savings of up to 40 percent," explains Andreas Stäbler.

Author: Beatrix Boldt

Um die Bioökonomie dauerhaft als zukünftige Wirtschaftsform zu etablieren, müssen nicht nur technologische Innovationen entwickelt werden, sondern auch geeignete Voraussetzungen auf politischer, wirtschaftlicher und gesellschaftlicher Ebene geschaffen werden. Dieser Anforderung widmet sich der Förderschwerpunkt „Bioökonomie als gesellschaftlicher Wandel“.  In der ihm zugehörigen Fördermaßnahme „Neue Formate der Kommunikation und Partizipation in der Bioökonomie“ geht es darum, die Gesellschaft aktiv in die Gestaltung der Bioökonomie miteinzubeziehen und sich somit noch stärker mit den aus gesellschaftlicher Perspektive als relevant betrachteten Aspekten der Bioökonomie auseinanderzusetzen.

Es sollen neuartige Formate, Instrumente und Methoden entwickelt und erprobt werden, die dazu beitragen, eine fundierte öffentliche Debatte über die Ziele und die Ausgestaltung der Bioökonomie zu fördern und damit möglichst breite Teile der Gesellschaft stärker einzubinden und/oder bürgerschaftliches Engagement zu stärken. Eine besondere Herausforderung liegt dabei im Umgang mit der Vielschichtigkeit, der Abstraktheit, der Offenheit der Entwicklung und dem teilweise kontroversen Charakter der Bioökonomie. Die durchgeführten Maßnahmen sollen gleichzeitig wissenschaftlich evaluiert werden, um zusätzlich – auch in andere Themenbereiche übertragbares – Wissen bezüglich der Erfolgsfaktoren von innovativen Kommunikations- und Partizipationskonzepten zu generieren.

Um ein möglichst breites – und interdisziplinäres – Spektrum von Sichtweisen aufzugreifen, sollten sich dazu Akteure aus unterschiedlichen Tätigkeitsfeldern zu Verbünden zusammenschließen. Idealerweise sollten WissenschaftlerInnen (bspw. aus den Sozial-, Politik-, Geistes-, Wirtschafts- und/oder Naturwissenschaften) mit VertreterInnen der organisierten Öffentlichkeit (bspw. Verbänden, NGOs) und AkteurInnen mit besonderen Vermittlungs- bzw. Kommunikationskompetenzen (bspw. aus den Bereichen Medien, Ausstellungswesen, Kunst/Design) zusammenarbeiten.

Innovationen sind der Treiber auf dem Weg in eine biobasierte Wirtschaft. Ideen gibt es viele, doch nicht immer finden kreative Köpfe auch die passenden Partner in Wissenschaft, Wirtschaft und Gesellschaft, um diese auch umsetzen zu können. Mit dem neuen Förderkonzept „Innovationsräume Bioökonomie“ will das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) den Strukturwandel von einer erdölbasierten hin zu einer nachhaltigen, biobasierten Wirtschaft beschleunigen.

Innovationsbündnisse zur Bioökonomie schmieden

Im Rahmen eines Wettbewerbs werden Innovationsbündnisse gesucht, in denen Partner aus Wissenschaft, Wirtschaft und Gesellschaft Ideen für die Bioökonomie branchenübergreifend entwickeln und umsetzen. Innovationsraum-Konzepten, die in einem mehrstufigen Auswahlprozess punkten können, winkt ein Förderbudget von bis zu 20 Millionen Euro über fünf Jahre. Der Umfang der Förderung hängt jedoch von der Höhe der von den Projektpartnern aus der Privatwirtschaft aufgewendeten Mitteln ab.

Mit dem neu aufgelegten Förderformat soll eine Innovationskultur geschafften werden, die neue Formen der Zusammenarbeit auf dem Feld der biobasierten Wirtschaft definiert, gestaltet und aufgebaut. Die „Innovationsräume“ sollen allen Akteuren Freiräume schaffen, um Ideen und Vorhaben leichter anzukurbeln und umzusetzen. Hier könnten Partner von Hochschulen und Universitäten leichter mit Vertretern der Wirtschaft in Kontakt treten, um Ideen zu präsentieren. Im Gegenzug erhalten Unternehmen die Chance, frühzeitig einen Einblick in neue wissenschaftlich-technologische Entwicklungen zu nehmen.

Allianzen thematisch offen

Die Einbindung von Mittelstand und Großindustrie spielt in dieser neuen Innovationskultur eine entscheidende Rolle. „Denn für einen Wandel zur biobasierten Wirtschaft müsse die Bioökonomie eine breitere Palette von Verfahren, Produkten und Dienstleistungen entwickeln und Unterstützer und Anwender derselben finden“, heißt es im Ausschreibungstext der Fördermaßnahme. Eine Besonderheit: Thematisch gibt es für die Innovationsräume keine Vorgaben. Inhaltliche Leitplanken sind allenfalls die Handlungsfelder der "Nationalen Forschungsstrategie BioÖkonomie 2030", das Konzept "Bioökonomie als gesellschaftlicher Wandel" und der "Wegweiser Bioökonomie".

Mit dem Wettbewerb „Innovationsräume Bioökonomie“ werden die besten Ideen ausgewählt und gefördert. Der Weg zur Förderung umfasst mehrere Schritte:

• Die Ideen müssen zunächst nur kurz skizziert werden (Skizzenphase)
• Erst in der nächsten Phase erfolgt eine detaillierte Ausarbeitung der Konzeptideen (Konzeptionsphase)
• In der zweiten Phase der Förderung werden von den Partnern des Innovationsraums bis zu fünf Jahre lang Forschungs- und Entwicklungsvorhaben durchgeführt (Umsetzungsphase)

Bis zu 20 Mio. Euro Förderbudget

In der Umsetzungsphase stehen je Innovationsraum bis zu 20 Mio. Euro zur Verfügung. Die Einzel- oder Verbundprojekte können dabei über einen Zeitraum von fünf Jahren gefördert werden. Projekte von Hochschulen und Forschungseinrichtungen werden mit bis zu 100 Prozent, die von Unternehmen bis zu 50 Prozent von BMBF gefördert. Die unternehmerische Förderung ist jedoch an einen Eigenanteil von mindestens 50 Prozent der Kosten gebunden. In diesem Fall werden für jeden Euro Eigenmittel Fördergelder in Höhe von 1,50 Euro gewährt.

Mit der Administration der Fördermaßnahme „Innovationsräume Bioökonomie“ hat das BMBF den Projektträger Jülich (PtJ) betraut. Projektskizzen können bis zum 17. Februar 2017 beim Projektträger Jülich eingereicht werden.

Leichte Fahrzeuge, die im Verbrauch sparsam sind und so die Umwelt weniger belasten – so sollen die Autos der Zukunft aussehen. In der Autostadt Wolfsburg wurde jetzt der Grundstein für die übernächste Generation der Fahrzeugtechnik gelegt. Im Beisein von Bundesforschungsministerin Johanna Wanka wurde in Nähe des VW-Stammsitzes der LeichtbauCampus Open Hybrid LabFactory eingeweiht. Die Forschungsfabrik ist ein Aushängeschild privat-öffentlicher Investitionen. Rund 60 Mio. Euro haben das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF), das Land Niedersachsen, die Stadt Wolfsburg sowie die Industriepartnern, allen voran die Volkswagen AG, bisher in Bau und Ausstattung des viergeschossigen Neubaus in der Hermann-Münch-Straße investiert.

200 Mio. Euro für die Leichtbauforschung

Der erste Spatenstich erfolgte im Dezember 2014. Auf knapp 5.200 Quadratmetern entstanden nun für knapp 200 Mitarbeiter und 150 Studenten neue Büros, Labore und ein Technikum. In den kommenden 15 Jahren sollen weitere 200 Mio. Euro in Forschungsprojekte am Leichtbaucampus fließen. 30 Mio. Euro stellt dabei das BMBF im Rahmen der Förderinitiative „Forschungscampus – öffentlich-private Partnerschaft für Innovationen“ bereit. „Die Forschungsfabrik ist das weit über Wolfsburg hinaus beachtete Ergebnis einer fruchtbaren Zusammenarbeit von Wissenschaft und Wirtschaft. Hier wird das Auto der Zukunft entwickelt“, äußerte Bundesforschungsministerin Johanna Wanka bei der feierlichen Eröffnung am 22. September in Wolfsburg. Die Forschungsfabrik ermögliche, neue Produkte, Verfahren und Dienstleistungen schneller umzusetzen, so Wanka weiter.

Kompetenzen bündeln

Der LeichtbauCampus demonstriert eine neue Art der Zusammenarbeit von Wissenschaft und Wirtschaft. Hier werden Experten aus Universitäten, Forschungseinrichtungen und Industrie gleichberechtigt zusammenarbeiten und ihre Kompetenzen auf dem Feld der Leichtbauforschung bündeln. Unter der Federführung des Niedersächsischen Forschungszentrums für Fahrzeugtechnik der TU Braunschweig werden neben Volkswagen, die Fraunhofer-Gesellschaft, sowie sieben weitere international tätige Unternehmen und zahlreiche Projektmitglieder unter dem Dach zusammenarbeiten. In der Open Hybrid LabFactory sollen Schlüsseltechnologien für Fahrzeugkarossen und Antriebsysteme der neuen Autogeneration entstehen, die auch kostengünstig in größeren Stückzahlen produziert werden können. „Dieser Campus soll Maßstäbe setzen bei der Entwicklung von emissionsärmeren, sicheren und gleichzeitig kostengünstigeren Fahrzeugen. Er soll wegweisend sein für die Forschung auf dem Gebiet des automobilen Leichtbaus“, erklärte der Vorstandsvorsitzende der Volkswagen AG, Matthias Müller.

Auf dem Weg zur nachhaltigen Automobilindustrie

Bisherige Leichtbaulösungen sind noch teuer und ineffizient in der Ressourcennutzung und daher noch ein Nischenprodukt. Der neu eröffnete Forschungscampus soll das ändern. Dafür wollen die Partner auch die so genannte Hybridbauweise weiter vorantreiben. Dabei soll die gesamte Wertschöpfungskette für hybride Bauteile abgebildet, von der Konzeption über die Herstellung, den Fertigungsprozessen bis hin zum Recycling abgebildet werden. Ziel ist es, verschiedene Werkstoffe wie Metall, Kunststoff und textile Strukturen möglichst zu leichten Bauteilen zusammenzufügen, so dass die neuen Konstruktionen auch in Punkto Sicherheit und Leistung mit den konventionellen Autos mithalten können. „Leichter und dennoch sicher – das sind wichtige Parameter auf dem Weg zu einer nachhaltigen Automobilindustrie“, betonte auch Niedersachsens Ministerpräsident Stephan Weil.

Unter dem Dach der Forschungsfabrik werden gleich drei Fraunhofer-Einrichtungen- das Institut für Fertigungstechnik und Angewandte Materialforschung IFAM, das Institut für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik IWU und das Institut für Holzforschung Wilhelm-Klauditz-Institut WKI, ihre Kompetenzen im Bereich Leichtbau und Elektromobilität einbringen. Von der gebündelten Kompetenz sollen auch Studenten und Nachwuchsforscher profitieren.

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In der Studie wurde untersucht, inwieweit die Eishersteller beim Einsatz von Pflanzenölen und -fetten auf Nachhaltigkeitskriterien setzen. Hauptaugenmerk lag auf Kokosöl, eines der beliebten Ersatzöle für Palmöl.

Befragt wurden die größten Eisproduzenten mit Produktion oder Hauptsitz in Deutschland sowie die Top 5 des Lebensmitteleinzelhandels mit ihren Handels- bzw. Eigenmarken für Speiseeis.

Zwölf von 17 Unternehmen gaben Auskunft. Einige Hersteller haben das im Fokus der öffentlichen Debatte stehende Palmöl durch Kokosnussöl ersetzt. Bei den meisten Befragten fehlt jedoch eine Substitutionsstrategie, die ökologische und soziale Kriterien berücksichtigt.

Palmöl benötigt deutlich weniger Anbaufläche als Kokosöl, da der Ertrag der Ölpalme mit durchschnittlich etwa 3,8 Tonnen Öl pro Hektar weit über dem von Kokosöl (0,7 Tonnen Öl pro Hektar) liegt, teilt der WWF mit. Um einen Stopp der Regenwaldrodungen zu erwirken, fordert die Organisation daher ein Lieferkettengesetz, das Unternehmen dazu verpflichtet, Umweltstandards und Menschenrechte in ihren Produktionsketten zu achten.