Aktuelle Veranstaltungen

Ob auf der Arbeit oder zu Hause: Anhaltender Lärm verursacht häufig Stress und schadet der Gesundheit. Beim Innenausbau werden Wände daher oft mit sogenannten Schallabsorbern verkleidet. Die offenporige Oberfläche der Dämmelemente nimmt den Schall auf und kann so die Raumakustik verbessern. Die Platten bestehen jedoch in der Regel aus Mineralfasern oder Kunststoffschäumen, die wenig nachhaltig sind und sich nur schwer recyceln lassen. Forschende am Fraunhofer-Institut für Umwelt-, Sicherheits- und Energietechnik UMSICHT entwickeln derzeit gemeinsam mit dem Fraunhofer-Institut für Bauphysik IBP eine biobasierte und damit umweltfreundliche Alternative.

Schallabsorber aus Pilzen

„Im Rahmen der Materialentwicklung stehen pflanzliche Substrate und Pilzmyzel im Fokus“, erklärt Julia Krayer, Projektleiterin am Fraunhofer UMSICHT in Oberhausen. Aktuell arbeiten sie und ihr Team an Schallabsorbern aus Pilzmyzel. Dabei handelt es sich um ein sehr feines Geflecht von Pilzfäden, das in der Natur unterirdisch wächst und je nach Pilzart eine Größe von über einem Quadratkilometer erreichen kann. Für die Herstellung der pilzbasierten Akustikelemente wird das Pilzmyzel im Labor auf einem pflanzlichen Substrat gezüchtet.

Pilzmyzel auf pflanzlichem Substrat

Dieses Substrat ist ein Mix aus Stroh, Holz und Abfällen aus der Lebensmittelproduktion „Daraufhin wird das gesamte Substrat von den Myzel-Fäden durchwachsen und bildet so eine feste Struktur“, so Krayer. In einem 3D-Drucker kann das Substrat in einer beliebigen Form gedruckt werden. Um die Pilze abzutöten, wird das Material im Ofen getrocknet.

Porentiefe per 3D-Druck optimieren

Wie herkömmliche Schallabsorber verfügt das biobasierte Pendant an der Oberfläche über offene Zellwände. Diese können den Schall aufnehmen. In Kombination mit gedruckten Porenstrukturen ist das Material als Schallabsorber bestens geeignet. Im Vergleich zu herkömmlichen Akustikplatten sind die pilzbasierten Elemente nicht nur genauso leistungsfähig, sondern auch noch nachhaltig und umweltfreundlich. Aber nicht nur das: „Durch die feste, vom Pilzmyzel durchwachsene Struktur wären in Zukunft Schallabsorber aus deutlich dünneren Schichten möglich“, so Roman Wack vom Fraunhofer IBP in Stuttgart. Außerdem kann mit Hilfe des 3D-Druckes die Porentiefe des Materials bestimmt werden. Das ermöglicht eine ständige Optimierung des Schallabsorbers. Derzeit sind verschiedene Prototypen des pilzbasierten Schallabsorbers in der Entwicklung.

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Bei der dritten Ausgabe der Wissenschaftsjahr-Diskussionsreihe „Karliczek. Impulse.“ standen diesmal die industrielle Biotechnologie und ihre kleinen Helfer im Rampenlicht. Der Talk mit dem Titel „Biotechnologie macht‘s möglich – Innovationen für mehr Nachhaltigkeit“ fand am 16. Juni als kostenloses Online-Event statt. In der von Andrea Thilo moderierten Gesprächsrunde sprach Bundesforschungsministerin Anja Karliczek mit drei Fachleuten aus Forschung und Praxis. Mehr als 200 Interessierte verfolgten den Livestream.

„In vielen Produkten des Alltags steckt Biotechnologie, ohne dass wir es ahnen“, so die Ministerin. „Sie sorgt dafür, dass wir Wäsche waschen können, damit die Brötchen knuspriger werden oder dass wir gegen Corona geimpft werden können.“ Die sogenannte weiße Biotechnologie verwende Biomoleküle und Mikroorganismen für die industrielle Produktion, sagte die Bundesforschungsministerin. „Biotechnologie ist daher eine tragende Säule der Bioökonomie. Und mehr Bioökonomie ermöglicht mehr Nachhaltigkeit.“

Biotechnologie als tragende Säule der Bioökonomie

Karl-Erich Jaeger, Direktor des Instituts für Molekulare Enzymtechnologie der Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf am Forschungszentrum Jülich, ging es in seinem Impulsvortrag zunächst darum, einige Schlüsselbegriffe zu klären. „Der sperrige Begriff Bioökonomie kurz erklärt: Wir machen Produkte mit biologischen Methoden“, so Jaeger. „Die Biotechnologie ist das größte Puzzlestück der Bioökonomie.“ Die Stars seien hier die Mikroorganismen und deren vielfältige Stoffwechselleistungen. In den meist einzelligen Organismen wie Bakterien und Pilzen seien Enzyme die Leistungsträger. „Enzyme sind in der Zelle die Arbeitspferde, weil sie biochemische Reaktionen beschleunigen“, so Jaeger. Die Bioindustrie nutzt Enzyme als Spezialwerkzeuge. Sie helfen, Rohstoffe zu schonen, Abfallströme zu reduzieren, CO₂-Emissionen und Produktionskosten zu senken. Einer EU-Studie zufolge könne der Einsatz von Enzymen in Waschmitteln, Textilien und Kosmetik bis zu 42 Millionen Tonnen CO₂ einsparen, sagte Jaeger.

Zukunftsziel nachhaltige Kreislaufwirtschaft

 „Die Zukunft ist Kreislaufwirtschaft. Wenn wir bis 2045 klimaneutral und nachhaltig wirtschaften wollen, brauchen wir solche Anwendungen“, sagte Karliczek. Deshalb habe das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) frühzeitig die Technologieentwicklung unterstützt. Die Erfahrung zeige, dass man einen langen Atem brauche und gleichzeitig ausgereifte Technologien schnell auf die Straße bringen müsse. Jürgen Eck vertrat in der Diskussionsrunde die wirtschaftliche Perspektive. Der einstige Forschungsvorstand und Chef des Biotechnologie-Unternehmens BRAIN AG ist mittlerweile als Innovationsberater (bio.IMPACT) tätig und ist Mitglied des Bioökonomierats der Bundesregierung.

„Wir stehen am Beginn einer großen wirtschaftlichen Transformation“, sagte Eck. Bisher haben wir lineare Wertschöpfungsketten, die in Abfallströmen und CO₂-Emissionen enden. Wir müssen hin zu einer energie- und ressourcenefffizienten Kreislaufwirtschaft.“ Dafür müsse man neue Wertschöpfungsnetzwerke aufbauen. „Die Gewinner dieser Entwicklung sind nicht länger die Rohstoffinhaber, sondern die Technologieinhaber“, so Eck. Bettina Siebers leitet das Institut für Molekulare Enzymtechnologie und Biochemie an der Universität Duisburg-Essen. Auch sie unterstrich, warum Mikroorganismen und Enzyme als winzige Akteure einer Kreislaufwirtschaft unverzichtbar sind. „Die Biologie funktioniert schließlich in Stoffkreisläufen, alles wird verwertet.“

Extremophilen auf der Spur

Viele potenzielle Technologien von morgen schlummern womöglich noch unerschlossen in der globalen Biodiversität. Das will Bettina Siebers ändern. „Ich bin etwas extrem“, eröffnete sie ihren Impulsvortrag: Die Mikrobiologin erforscht extremophile Archaeen, die sich besonders in heißen Quellen auf Island oder in Schwarzen Rauchern in der Tiefsee wohl fühlen. „Mich hat fasziniert, wie die Mikroben das schaffen, bei 90 Grad Celsius zu leben.“ Ein Grund dafür, so Siebers, sei die biochemische Ausstattung der Zellen mit sogenannten Extremozymen. Sie stellte ein aktuelles Forschungsprojekt mit dem Titel „HotAcidFactory“ vor, in dem die extremophile Mikrobe namens Sulfolobus acidocaldarius auf ihre Eignung als neuartiger Produktionsorganismus für Enzyme und Alkohole untersucht wird. Gefüttert wird die Mikrobe mit Rohglycerin als Reststoff aus der Biodieselherstellung und CO₂.

At the third edition of the Science Year discussion series "Karliczek. Impulse.", the spotlight was on industrial biotechnology and its little helpers. A free online talk entitled "Biotechnology makes it possible - innovations for greater sustainability" was held on June 16. In the roundtable moderated by Andrea Thilo, Federal Research Minister Anja Karliczek spoke with three experts from research and practice. More than 200 interested people followed the livestream.

"Biotechnology is in many everyday products without us being aware of it," she said. "It ensures that we can do laundry, that our bread rolls get crispy or that we can be vaccinated against Corona." So-called white biotechnology uses biomolecules and microorganisms for industrial production, the federal research minister said. "Biotechnology is therefore a cornerstone of the bioeconomy. And more bioeconomy enables more sustainability."

Biotechnology as the foundation of the bioeconomy

Karl-Erich Jaeger, director of the Institute for Molecular Enzyme Technology at Heinrich Heine University in Düsseldorf at the Jülich Research Center, began his keynote speech by clarifying some key terms. "The bulky term bioeconomy in a nutshell: we make products using biological methods," Jaeger said. "Biotechnology is the biggest piece of the bioeconomy puzzle." The real heroes here are microorganisms and their diverse metabolic capabilities. In the mostly unicellular organisms such as bacteria and fungi, enzymes are the high performers because they accelerate biochemical reactions, says Jaeger. The bioindustry uses enzymes as special tools. They help conserve raw materials, reduce waste streams, and cut CO2 emissions and production costs. According to an EU study, the use of enzymes in detergents, textiles and cosmetics could save up to 42 million tons of CO2.

Sustainable circular economy as the future goal

 "The future is circular economy. If we want to have a climate-neutral and sustainable economy by 2045, we need these kinds of applications," Karliczek said. That's why the German Federal Ministry of Education and Research (BMBF) supported technology development at an early stage, she said. Because experience shows that you need stamina and mature technologies that you can get on the road quickly. Jürgen Eck represented the economic perspective in the panel discussion. The former research director and head of the biotechnology company BRAIN AG now works as an innovation consultant (bio.IMPACT) and is a member of the German government's Bioeconomy Council.

"We are at the beginning of a major economic transformation," Eck said. So far, we have linear value chains that end in waste streams and CO2 emissions. We need to move toward an energy- and resource-efficient circular economy." To do that, he said, we need to build new value networks. "The winners of this development are no longer the raw material owners, but the technology owners," Eck said. Bettina Siebers heads the Institute for Molecular Enzyme Technology and Biochemistry at the University of Duisburg-Essen. She, too, emphasized why microorganisms and enzymes are indispensable players in a circular economy. "Biology ultimately works in material cycles, everything is recycled."

On the trail of extremophiles

Many potential technologies of tomorrow may still lie untapped in global biodiversity. Bettina Siebers wants to change that. "I'm a bit extreme," she opened her keynote lecture: the microbiologist researches extremophilic archaea that feel particularly at home in hot springs on Iceland or in black smokers in the deep sea. "I was fascinated by how the microbes manage to live at 90 degrees Celsius." One reason, Siebers said, is that the cells are biochemically equipped with so-called extreme enzymes. She presented a current research project called "HotAcidFactory," in which the extremophilic microbe called Sulfolobus acidocaldarius is being studied for its suitability as a novel production organism for enzymes and alcohols. The microbe is fed with crude glycerol as a residue from biodiesel production and CO2.

Spätestens seit 2018 bildet die Bioökonomie an der Universität Greifswald einen Schwerpunkt: Seitdem koordiniert die Hochschule Forschungsgruppen aus der Biotechnologie, Pharmazie, Landschaftsökonomie und -ökologie, Paludikultur und der Geographie im Forschungsbündnis Plant³, dessen Ziel die hochwertige Veredelung pflanzlicher Roh- und Reststoffe ist. Das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) fördert das Netzwerk im Rahmen des Programms WIR! – Wandel durch Innovation in der Region. Jetzt erhält die Universität Greifswald aus diesem Topf mehr als 1 Mio. Euro, um damit Großgeräte anzuschaffen und damit die Infrastruktur für diese und weitere Forschungsvorhaben in der Bioökonomie auszubauen.

Strukturwandel in Mecklenburg-Vorpommern

„Mit der neuen Infrastruktur haben wir die Möglichkeit, in unserem WIR!-Bündnis Plant³ weitere innovative Projekte an der Schnittstelle von Wissenschaft und Wirtschaft auf den Weg zu bringen, die bislang nur mit aufwändigeren Methoden oder durch Beauftragung externer Einrichtungen durchführbar waren“, freut sich Bündnissprecher Daniel Schiller. Somit werde auf substantielle Weise der durch das Plant³-Bündnis vorangetriebene innovationsbasierte Strukturwandel im nordöstlichen Mecklenburg-Vorpommern gestärkt. Die neuen Geräte sollen sowohl neue Methoden als auch neue Möglichkeiten der Zusammenarbeit zwischen Forschungsgruppen erschließen.

Sieben konkrete Anschaffungen im Blick

Zugeordnet werden die Investitionen dem Institut für Pharmazie sowie dem Institut für Botanik und Landschaftsökologie. Ersteres erhält eine Photobioreaktoranlage, um darin Mikroalgen und marine Mikroorganismen zu kultivieren, sowie einen Gaschromatographen mit Massenspektrometer, um Enzyme zu charakterisieren, die komplexe Polysaccharide abbauen können. Darüber hinaus ist ein sogenannter Phyto-Container vorgesehen, in dem mit Heilpflanzen experimentiert werden soll, sowie eine Pilotanlage zur Aquaponik. Das Institut für Botanik und Landschaftsökologie freut sich auf neue Messgeräte, um die klimarelevanten Stoffströme auf Paludikulturflächen zu erfassen und um Photosyntheseaktivitäten und damit die Produktivität pflanzlicher Biomasse zu studieren. Nicht zuletzt soll eine LIDAR-fähige Drohne genutzt werden, um wiedervernässte Moorflächen zu analysieren.

Auch Studierende profitieren

Einen weiteren Nutzen sieht die Hochschule über die Forschungsaktivitäten hinaus auch für die Lehre: Studierende des im Aufbau befindlichen Master-Studiengangs „Bioeconomy“ können so praxisnah und mit modernen Methoden ausgebildet werden.

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„nakt – alles andere kannst du dir abschminken“, so war es auf dem Kapuzenpulli von Sebastian Seibert zu lesen, der gemeinsam mit Louisa Wenkemann am 23. Juni 2021 zufrieden lächelnd die Bühne der Sennebogen-Pyramide in Straubing betrat. Mit ihrem Jungunternehmen „nakt“ aus Darmstadt hatten die beiden soeben die vierte Auflage des Start-up-Wettbewerbs „PlanB – Biobasiert.Business.Bayern“ gewonnen. Ihr Produkt, das die Jury überzeugte, ist eine funktionalisierte Faser aus Grünabfällen. „nakt“ hat daraus als erste Anwendung ein Mehrweg-Abschminktuch hergestellt. Es verspricht eine porentiefe Reinigung allein mit Wasser, soll monatelang wiederverwendbar und maschinenwaschbar sein sowie zudem kompostier- sowie recycelbar. Als Preis erhält „nakt“ 6.000 Euro und für ein Jahr eine kostenlose Mieteinheit im Technologie- und Gründerzentrum Straubing.

Funktionalisierbare Pflanzenkohle und grünes Erdgas

Die Fachjury war sich einig, dass die Top Fünf des Wettbewerbs noch nie so dicht beieinander lagen, wie in diesem Jahr. „Gefühlt sind heute alle Sieger“, sagte Wettbewerbssprecherin Mirja Wehner. Den zweiten Platz und ein Preisgeld von 4.000 Euro erhielt „Circular Carbon“ aus Würzburg. Aus Abfällen der Lebensmittelproduktion wie Schokobohnenschalen und Weintrester erzeugt das Start-up Prozessdampf und funktionalisierbare Pflanzenkohle, mit der landwirtschaftliche Böden verbessert werden können. Platz drei und 3.000 Euro gingen an „Microbify“ aus Regensburg. Die Hochschulausgründung verfolgt das Ziel, alte Erdgasspeicher zu nutzen, um mikrobiell grünes Erdgas zu produzieren.

Zellstoff, Nebel-Bewässerung und Lebensmittelverpackungen

„eco:fibr“ aus Bonn erzeugt aus Reststoffen der Ananasernte Zellstoff. Das reichte für den vierten Platz und den Publikumspreis. Fünfter im Finale wurde „Lite+Fog“ aus Berlin, das Technologien fürs Vertical Farming entwickelt, darunter eine Nebel-Bewässerung. Den Sonderpreis für die beste Entwicklungsleistung erhielt „Protegg“, das Eimembranen als Vorlage nutzen will, um Lebensmittel zu verpacken. Volker Sieber vom Campus Straubing der TU München, übergab diesen Preis und resümierte: „Wir glauben: Ohne Start-ups klappt die Bioökonomie nicht.“

Von der Idee zum marktfähigen Produkt

Der Gründerwettbewerb „PlanB – Biobasiert.Business.Bayern.“ wird veranstaltet von der BioCampus Straubing GmbH und gefördert durch das Bayerische Staatsministerium für Wirtschaft, Landesentwicklung und Energie. Außerdem begleiten mehrere Firmen den Wettbewerb als Sponsoren und Unterstützer. PlanB wird seit 2014 alle zwei Jahre durchgeführt und soll biobasierte Geschäftsideen auf den Weg zum marktfähigen Produkt führen.

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On June 23, 2021, Sebastian Seibert and Louisa Wenkemann won the fourth edition of the start-up competition "PlanB - Biobased.Business.Bavaria" with their young company "nakt" from Darmstadt. They convinced the jury with a functionalized fiber made from green waste. "nakt" has produced a reusable makeup wipe from it as its first application. It promises deep pore cleansing with water alone, is said to be reusable and machine washable for months, and is also compostable as well as recyclable. As a prize, "nakt" will receive 6,000 euros and a free rental unit in the Straubing Technology and Start-up Center for one year.

Functionalizable vegetable carbon and green natural gas

The expert jury agreed that the top five in the competition have never been as close as this year. "It feels like everyone is a winner today," said competition spokeswoman Mirja Wehner. Second place and prize money of 4,000 euros went to "Circular Carbon" from Würzburg. From food production waste such as chocolate bean shells and wine pomace, the start-up generates process steam and functionalizable plant carbon that can be used to improve agricultural soils. Third place and 3,000 euros went to "Microbify" from Regensburg. The university spin-off aims to use old natural gas storage facilities to produce microbial green natural gas.

Pulp, mist irrigation and food packaging

"eco:fibr" from Bonn produces pulp from pineapple harvest residues, which was enough for fourth place and the audience award. Fifth in the final was "Lite+Fog" from Berlin, which develops technologies for vertical farming, including fog irrigation. The special prize for the best development achievement went to "Protegg," which wants to use egg membranes as a model to package food. Volker Sieber from the Straubing Campus of the Technical University of Munich, presented this award and summed up: "We believe: Without start-ups, the bioeconomy won't work."

From the idea to the marketable product

The start-up competition "PlanB - Biobased.Business.Bavaria." is organized by BioCampus Straubing GmbH and sponsored by the Bavarian Ministry of Economic Affairs, Regional Development and Energy. In addition, several companies accompany the competition as sponsors and supporters. PlanB has been held every two years since 2014 and aims to guide bio-based business ideas on the path to become marketable products.

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Seit Ende des vergangenen Jahres hat Deutschland wieder einen Bioökonomierat. Das 20-köpfige Fachgremium wählte die Hohenheimer Agrarforscherin Iris Lewandowski gemeinsam mit Daniela Thrän zu seinen Vorsitzenden. Im Interview spricht Iris Lewandowski über erste Themenschwerpunkte des Rates, über die Vernetzung auf internationaler Ebene, die Hochschulausbildung und persönliche Highlights des Wissenschaftsjahres 2020/21 – Bioökonomie.

Since the end of last year, Germany has once again had a Bioeconomy Council. The 20-member expert body elected Hohenheim agricultural researcher Iris Lewandowski as its chairperson together with Daniela Thrän. In this interview, Iris Lewandowski talks about the council's initial thematic priorities, networking at the international level, university education and personal highlights of the Bioeconomy Science Year 2020/21.

Damit eine Bioökonomie in großem Maßstab nachhaltig wirtschaftlich sein kann, müssen sich ihre Rohstoffe zu erheblichen Teilen aus Rest- und Recyclingstoffen zusammensetzen. Forschende der Hochschule Hof haben nun für Lignin, einen zentralen Holzbestandteil, eine neue Reststoffquelle erschlossen. Das Team hat ein Verfahren entwickelt, um Abfälle der Papierindustrie stofflich nutzbar zu machen.

In Rohform nicht stofflich verwendbar

Bei der Papierherstellung wird Lignin abgetrennt, da es zum Vergilben des Papiers führen würde. „Das so gewonnene Kraftlignin macht 85 Prozent der weltweiten Ligninproduktion aus“, erläutert Kübra Aslan von der Hochschule Hof, und bemängelt: „Es wird derzeit aber nur zu etwa fünf Prozent genutzt.“ Der Rest diene lediglich der Energieerzeugung. Dabei ist Lignin als nachwachsender Rohstoff eine wichtige Alternative zu Erdöl, um chemische Wertstoffe zu produzieren. Doch Kraftlignin lässt sich in seiner natürlichen Form nicht schmelzen und somit nicht formen und verarbeiten.

Elektronenbestrahlung erzeugt die nötige Struktur

Im Projekt „LigNutz“ untersuchten die Forschenden daher, wie sich Kraftlignin so verändern lässt, dass es stofflich nutzbar wird. Chemische Methoden wurde dabei ausgeschlossen, um die biologische Abbaubarkeit zu erhalten. „Darum haben wir uns für das Experimentieren mit einer Elektronenbestrahlung entschieden“, erklärt Aslan. Dabei entstünden an der Oberfläche freie Radikale, die sich bei der Compoundierung – einem Aufbereitungsverfahren der Kunststofftechnik – mit einem anderen Biopolymer verbänden und die chemische Struktur in der gewünschten Weise veränderten. „Der neue Biokunststoff auf der Basis von Kraftlignin kann nun durch eine formgebende Düse gepresst und somit gestaltet werden. Das entsprechende Verfahren nennt sich Extrusion“, berichtet Aslan.

Schlauchfolie als Prototyp bewährt

Das Projektteam an der Hochschule Hof hat so zum Beispiel Schlauchfolien hergestellt. Die mechanischen Eigenschaften der auf diese Weise erzeugten Produkte umfassen eine hohe Zugfestigkeit und eine hohe Bruchdehnung. Außerdem besitzt die neue Ligninverbindung eine hohe thermische Stabilität. Allerdings weist das Material einen leichten Brandgeruch auf, was die Verwendungsmöglichkeit einschränkt. Weitere Forschung könnte das vielleicht noch ändern, hofft das Team. Gegenwärtige Anwendungsmöglichkeiten sehen die Fachleute beispielsweise bei Agrarfolien, Verpackungsfolien und Müllbeuteln.

Das Projekt „LigNutz“ wird vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie im Rahmen des Zentralen Innovationsprogramms Mittelstand (ZIM) gefördert.

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Terpene sind Naturstoffe, die in vielen Pflanzen enthalten sind. Diese weitverbreiteten chemischen Verbindungen besitzen vielfältigste Eigenschaften, die vor allem in der Pharma- und Kosmetikbranche begehrt sind. Dazu gehören neben ätherischen Ölen, Aromastoffe und Wirkstoffe, die entzündungs- und krebshemmend sind. Die Nachfrage nach solchen Naturstoffen ist groß. Terpene im Labor nachzubilden, ist jedoch mühsam – denn der Syntheseweg ist aufwendig und die Ausbeute am Ende eher gering. Hier setzt das Projekt BioFlex an, das im Rahmen der Fördermaßnahme „Maßgeschneiderte biobasierte Inhaltstoffe“ vom Bundesministerium für Bildung und Forschung von 2017 bis 2020 mit insgesamt 900.000 Euro gefördert wurde.

Ziel des Projektes war die Entwicklung eines Verfahrens, das eine flexible und effiziente Bioproduktion von Terpenen ermöglicht. An dem Vorhaben beteiligt waren die Dechema - Gesellschaft für Chemische Technik und Biotechnologie, das Fraunhofer-Institut für Fertigungstechnik und Angewandte Materialforschung (IFAM) sowie als Industriepartner, die Phytowelt Green Technologies GmbH.

Bakterium als Terpenproduzent

Als Biofabrik zur Herstellung der Terpene diente dem Team der vielseitige Mikroorganismus Cupriavidus necator. Das Besondere des Bakteriums: Im Vergleich zu anderen in der Bioproduktion etablierten Organismen kann c. necator mit verschiedenen Kohlenstoffquellen arbeiten. „Normale Bakterien brauchen dafür in der Regel Zucker. C. necator hat den großen Vorteil, dass er mit Zucker und Kohlendioxid (CO₂) gleichermaßen arbeiten kann.  Wenn man also einen Organismus hat, der nicht nur CO₂ einsparen, sondern sogar verbrauchen kann, ist das von Vorteil für die Biokatalyse und kann gleichzeitig einen Beitrag leisten, die Erderwärmung zu bremsen“, erklärt Guido Jach von der Phytowelt. Der Organismus nutzt also Kohlenstoffquellen wie CO₂ als Energiequelle, um daraus Biomasse wie Terpene herzustellen.

Im Fokus des Projektes stand die Produktion von Humulen – einem Terpen-Molekül, das über Aroma-Eigenschaften, aber auch entzündungs- und krebshemmende Eigenschaften verfügt und somit als Aroma- und Pharmawirkstoff, sowie Lebensmittelzusatzstoff interessant ist. Bislang gibt es jedoch noch kein Verfahren, das dieses Terpen in ausreichender Menge produziert. Dieser Herausforderung stellte sich das BioFlex-Team.

Pflanzliche Biokatalysatoren identifiziert

Aufgabe der Forschenden um Jach war es, die geeigneten pflanzlichen Biokatalysatoren zur Herstellung der Terpene zu charakterisieren und den Syntheseweg zu optimieren. „Das ist ein fünfstufiger Syntheseweg. Und für jeden Schritt haben wir geschaut, welche Enzyme aus welcher Pflanze am besten funktionieren und wie sie sich kombinieren lassen, damit das ganze System optimal läuft“, erläutert Jach. Bei der Auswahl der pflanzlichen Enzyme konzentrierte sich Phytowelt, als Spezialist für pflanzliche Biokatalysatoren, auf jene Pflanzen, von denen bereits bekannt war, dass sie Terpene herstellen können.  Entscheidend war hier, dass C. necator mithilfe der Enzyme das für die Terpen-Herstellung erforderliche Zwischenprodukt Isopentenyl-Pyrophosphat ausgehend von Acetyl-CoA produziert.

Elastin ist eines der wichtigsten Spurenproteine, die in Geweben und Organen des menschlichen Körpers für Elastizität und Spannkraft sorgen. Diese Fasern sind ein Hauptbestandteil des Bindegewebes und können mit zunehmendem Alter, durch Umwelteinflüsse oder Unfälle ihre Elastizität verlieren und damit die Wundheilung beeinträchtigen. Diese nachlassende Elastizität erschwert vor allem bei großflächigen und chronischen Wunden die Heilung. Forschende vom Fraunhofer Institut für Mikrostruktur von Werkstoffen und Systemen IMWS haben dafür eine Lösung parat. Sie entwickelten eine neuartige Wundauflage, die aus natürlichem Elastin besteht und den Heilungsprozess verbessert. Dafür wurde das Team von matriheal mit dem IQ Innovationspreis Halle ausgezeichnet. Damit verbunden ist ein Preisgeld von 5.000 Euro.

Natürliches Elastin aus Lebensmitteln nutzbar gemacht

Christian Schmelzer, Tobias Hedtke und Marco Götze sind die Entwickler dieser preisgekrönten Innovation. Sie haben ein spezielles Verfahren entwickelt, das die Nutzung von natürlichem Elastin ermöglicht. Dieses wird aus Nebenerzeugnissen der Lebensmittelindustrie gewonnen, kann aber normalerweise in Rohform nicht verarbeitet werden. Das matriheal-Team wandelt das Elastin jedoch in ein wasserlösliches Derivat um, was wiederum zu resorbierbaren Wundauflagematerialien in Form von Nanofaservliesen und Proteinschwämmen verarbeitet wird.

Verbesserte Wundheilung

Den Forschenden zufolge imitieren die entwickelten Materialien die mechanischen und biochemischen Eigenschaften der Haut durch die Kombination von natürlichen, biologisch abbaubaren Bestandteilen mittels sehr gut skalierbarer Herstellungsverfahren. Demnach sind die biobasierten Nanofaservliese auf Grund ihrer Mikrostruktur besonders gut zur Heilung von großflächigen Wunden wie Brandwunden geeignet, während das Quellvermögen der Proteinschwämme defektes Gewebe und tiefe Wunden füllen kann.

Unternehmensgründung geplant

Um das innovative Material auf den Markt zu bringen, ist die Gründung eines Unternehmens geplant. „Wir sind überzeugt davon, dass diese hallesche Innovation künftig eine wichtige Ergänzung bei der medizinischen Versorgung leisten kann und damit das Leben von vielen Menschen verbessern wird“, sagt Egbert Geier, Bürgermeister der Stadt Halle (Saale). Der IQ Innovationspreis wird von der Stadt, der Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg und der Technologie- und Gründerzentrum Halle GmbH vergeben.

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Elastin is one of the most important trace proteins that provide elasticity and resilience in tissues and organs of the human body. These fibers are a main component of connective tissue and can lose their elasticity with age, due to environmental influences or accidents, and thus impair wound healing. This decreasing elasticity makes healing more difficult, especially in the case of large-area and chronic wounds. Researchers at the Fraunhofer Institute for Microstructure of Materials and Systems IMWS have a solution for this. They developed a novel wound dressing made of natural elastin that improves the healing process. For this, the matriheal team was awarded the IQ Innovation Prize Halle. This comes with prize money of 5,000 euros.

Natural elastin from food

Christian Schmelzer, Tobias Hedtke and Marco Götze are the developers of this award-winning innovation. They have developed a special process that makes it possible to use natural elastin. This is obtained from by-products of the food industry, but cannot normally be processed in its raw form. However, the matriheal team converts the elastin into a water-soluble derivative, which in turn is processed into absorbable wound dressing materials in the form of nanofiber fleeces and protein sponges.

Improved wound healing

According to the researchers, the developed materials mimic the mechanical and biochemical properties of skin by combining natural biodegradable components using highly scalable manufacturing processes. Consequently, the microstructure of the biobased nanofiber nonwovens makes them particularly well suited for healing large-area wounds such as burns, while the swelling capacity of the protein sponges can fill defective tissue and deep wounds.

Business formation planned

In order to bring the innovative material to market, the founding of a company is planned. "We are convinced that this Halle innovation will be able to make an important addition to medical care in the future and thus improve the lives of many people," says Egbert Geier, mayor of the city of Halle (Saale). The IQ Innovation Prize is awarded by the city, Martin Luther University Halle-Wittenberg and Technologie- und Gründerzentrum Halle GmbH.

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Das Ziel: Ziel der neuen Förderinitiative „BioKreativ – Kreativer Nachwuchs forscht für die Bioökonomie“ ist es, mithilfe des wissenschaftlichen Nachwuchses neuartige Anwendungsfelder und innovative Anwendungen für die Bioökonomie aufzuzeigen, in denen der Nachhaltigkeitsgedanke von Beginn an stringent mitgedacht wird. Es sollen neue Synergien zwischen dem kreativen Nachwuchs und etablierten Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern erzeugt werden, um den Nachwuchsgruppen Unterstützung und Stärkung bei zu erwartenden organisatorischen und thematischen Herausforderungen zu bieten. Darüber hinaus wird die Ausbildung und Qualifizierung des forschenden Nachwuchses im Bereich der Bioökonomie angestrebt.

Das Thema: Zuwendungszweck der neuen Förderinitiative ist es, Nachwuchswissenschaftlerinnen und wissenschaftlern aus den Natur- und Ingenieurwissenschaften sowie der Informationstechnologie ein verlässliches und attraktives Umfeld zu bieten, um sich intensiv mit Themen der Bioökonomie zu beschäftigen und sich mit eigenständigen und ambitionierten Forschungsarbeiten weiter zu qualifizieren. Wagemutiger Forschergeist und neuartiges offenes und kreatives Denken von Nachwuchswissenschaftlerinnen und -wissenschaftlern soll unterstützt und für neue, innovative und risikoreiche Forschungsansätze im Sinne einer nachhaltigen Bioökonomie genutzt werden.

Die im Projekt verfolgten Lösungsansätze zur Realisierung der Bioökonomie müssen sich deutlich an den Zielen für nachhaltige Entwicklung (SDGs) orientieren und diese aufgreifen, damit die Bioökonomie einen wesentlichen Beitrag zur Erreichung der Ziele leistet.

Die Förderung: Gefördert werden Forschungs-, Entwicklungs- und Innovationsvorhaben von Nachwuchsgruppen aus den Natur- und Ingenieurwissenschaften sowie der Informationstechnologie an Hochschulen, außerhochschulischen Forschungseinrichtungen sowie an Unternehmen der gewerblichen Wirtschaft. Die Zusammensetzung der Nachwuchsgruppen ergibt sich aus der jeweiligen Themenstellung. Sozial-, Politik- und/oder Wirtschaftswissenschaftler/-innen können bei Bedarf in die Gruppe integriert werden.

Es können sich Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler bewerben, die promoviert sind, aber noch keine Professur oder eine sonstige leitende Funktion innehaben. Antragsberechtigt sind Hochschulen, außeruniversitäre Forschungs- und Wissenschaftseinrichtungen, Landes- und Bundeseinrichtungen mit Forschungsaufgaben sowie Unternehmen der gewerblichen Wirtschaft, darunter insbesondere auch kleine und mittlere Unternehmen (KMU).

Es sind drei Auswahlrunden vorgesehen (in den Jahren 2024, 2025 und 2026). In der Regel werden Einzelprojekte oder im Ausnahmefall Verbundprojekte – auch mit internationalen Partnern – bis zu fünf Jahre gefördert. Die Größe der Nachwuchsgruppe sollte mindestens vier und maximal sieben Personen umfassen.

Projektskizzen für die vierte Auswahlrunde können bis zum 15. April 2024 eingereicht werden. Der Projektträger Jülich wurde mit der Abwicklung der Fördermaßnahme beauftragt. Ansprechpartnerin ist Eva Graf (ptj-biokreativ@fz-juelich.de).

Ihre Ziele teilt die Bioökonomie unter anderem mit dem „Europäischen Green Deal" und dessen Aktionsplan zur Förderung einer effizienteren Ressourcennutzung durch den Übergang zu einer sauberen und kreislauforientierten Wirtschaft und zur Wiederherstellung der Biodiversität und zur Bekämpfung der Umweltverschmutzung. Auf nationaler Ebene wurde mit dem Kohleausstiegsgesetz vom August 2020 und dem damit umfassten „Kohleverstromungsbeendigungsgesetz" (KvbG) ein wichtiger Schritt innerhalb der Energiewende und hin zu einem klimaneutralen Wirtschaften vollzogen. Der Ausstieg aus der Kohleverstromung wird komplementiert durch das „Strukturstärkungsgesetz Kohleregionen" (StStG), das den erforderlichen Strukturwandel in den vom Ausstieg aus der Kohleverstromung besonders betroffenen Regionen unterstützt. Es fördert nicht nur alternative Energiequellen, sondern den Umbau treibhausgasintensiver und den Aufbau neuer, besonders klimaeffizienter Industrien. Hierzu ermöglicht es Investitionen in nachhaltige industrielle Produktionsweisen und zukunftsgerichtete Arbeitsplätze.

Eine der im Gesetz konkret genannten Maßnahmen ist der Aufbau einer „Modellregion Bioökonomie" im Rheinischen Revier (§ 17 Nr. 12). Diese trägt zur im Leitbild für das Rheinische Zukunftsrevier genannten Entwicklung einer Modellregion für geschlossene Stoffkreisläufe und Kreislaufwirtschaft bei, die neue Wertschöpfungen im Bereich der Bioökonomie etabliert (StStG, Anlage 3). Das Bundesministerium für Bildung und Forschung fördert im Rahmen der Nationalen Bioökonomiestrategie sowie des Strukturstärkungsgesetzes eine breite Vielfalt von vielversprechenden Forschungs-, Entwicklungs- und Innovationsvorhaben (FuEuI) aus dem Bereich der Bioökonomie im Rheinischen Revier.

Das Ziel: Ziel der vorliegenden Förderrichtlinie "Begleitforschung zur Modellregion Bioökonomie im Rheinischen Revier" ist es, die Entwicklung der Modellregion Bioökonomie insgesamt sowie insbesondere das Zusammenspiel und die Hürden bei der Anwendung neuen Wissens kontinuierlich zu verfolgen, zu analysieren und die gesammelten Erfahrungen für andere Regionen und Anwendungskontexte zur Verfügung zu stellen. Die begleitende Forschung ist ein wichtiger Beitrag zur konkreten Ausgestaltung von Innovationen im Zusammenspiel unterschiedlicher Akteure im Kontext des Strukturwandels zu einer nachhaltigeren Wirtschafts- und Lebensweise.

Das Thema: Gefördert wird ein Verbund aus öffentlichen und privaten Einrichtungen für Forschung und Wissensverbreitung, Transfer und Innovationsvermittlung, der die Entwicklung der Modellregion Bioökonomie begleitet und ihre Fortschritte mit Blick auf wirtschaftliche Kennzahlen, Nachhaltigkeit und Klimaschutz sowie hinsichtlich des Erreichens strategischer Ziele der Nationalen Bioökonomiestrategie und des Strukturstärkungsgesetzes Kohleregionen kontinuierlich beobachtet und analysiert. Gefördert wir ein Verbund, der Fragen beantwortet und Aspekte bearbeitet und erforscht, die für den Erfolg der Modellregion Bioökonomie von besonderer Bedeutung sind. Der geförderte Verbund soll Ergebnisse aus den FuEuI-Projekten in der Modellregion Bioökonomie aufgreifen und deren Wirkung auf den Strukturwandel untersuchen. Die Ergebnisse der Förderung sollen dabei auch über die Region hinausweisen und Impulse für andere Regionen mit ähnlicher Ausrichtung als auch für das Feld der Bioökonomie insgesamt liefern.

Die Förderung: Die Förderdauer für den Forschungsverbund beträgt zunächst bis zu fünf Jahre. Abhängig von einer Zwischenbegutachtung frühestens nach drei Jahren und der weiteren Entwicklung der Modellregion sind weitere Förderphasen möglich. Einreichungsfrist war der 31. Mai 2021.