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Lignin ist neben Cellulose der wichtigste pflanzliche Rohstoff. Seine strukturgebenden Eigenschaften machen den Holzinhaltsstoff gerade für die Bioökonomie interessant. Vor allem die chemische Industrie setzt auf Lignin als Ausgangsstoff für neue biobasierte Kunststoffe und Materialien. Derzeit wird das Biopolymer aber noch vor allem zur Energiegewinnung genutzt. Als Nebenprodukt der Zellstoff- und Bioethanol-Produktion wurde Lignin auf Grund seines hohen Schwefelanteils bisher kaum verwendet und daher verbrannt. Das Hamburger Start-up LignoPure hat eine Technologie entwickelt, die eine Nutzung des Holzabfallstoffs auf breiter Ebene ermöglicht.

Markteintritt Lignin-basierter Produkte beschleunigen

Mit Mitteln aus dem High-Tech Gründerfonds, dem Innovationsstarter Fonds Hamburg GmbH (IFH) und der Swiss Holding Tanovis AG konnte sich das LignoPure-Team nun 2,2 Mio. Euro für eine Seed-Finanzierungsrunde sichern. „Diese erste Finanzierungsrunde wird ein Eckpfeiler für das Erreichen unserer nächsten Meilensteine ​​sein. Sie wird uns helfen, den Markteintritt zu beschleunigen und uns als Pioniere bei der Verwendung von Lignin in Produkten für den menschlichen Verzehr zu positionieren“, sagt Joana Gil, Mitgründerin und Geschäftsführerin der LignoPure GmbH.

Lignin-Pulver für Kosmetika maßschneidern

Lignin-basierte Produkte für den Endverbraucher nutzbar zu machen, ist das Ziel des 2019 gegründeten Unternehmens. Dabei geht es nicht nur darum, neue Produkte auf dem Markt zu etablieren und fossile Rohstoffe zu ersetzen. Das Hamburger Team will auch als Bindeglied zwischen den Bioraffinerien und den verarbeitenden Industrien im Material- und Life-Science-Bereich fungieren und maßgeschneidertes Lignin-Pulver für neue Anwendungen anbieten. Mit Hilfe des Investments will LignoPure zunächst die Produktion von „100 % natürlichen, ultrafeinen, hochwertigen Ligninpartikeln“ der Marke LignoBase für den Einsatz in der Kosmetikindustrie ankurbeln. Im Fokus steht erstmals eine Großproduktion des Lignins im „Tonnenmaßstab“.

„Wir freuen uns, LignoPure auf seinem Weg zu einem Unternehmen mit wichtigen Auswirkungen auf unsere Umwelt zu unterstützen“, so Juri Bach und Stefan Fasbender vom High-Tech Gründerfonds. Das LignoPure-Team habe mit seinem umfassenden Branchenwissen und einer aufregenden Technologie beeindruckt, die das Potenzial habe, die Nachhaltigkeit von Produkten in vielen Branchen zu verbessern.

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Next to cellulose, lignin is the most important plant raw material. Its structure-giving properties make the wood ingredient particularly interesting for the bioeconomy. The chemical industry in particular relies on lignin as a starting material for new bio-based plastics and materials. At present, however, the biopolymer is still used primarily for energy production. As a by-product of cellulose and bioethanol production, lignin has hardly been used so far due to its high sulfur content and has been burned instead. The Hamburg-based start-up LignoPure has developed a technology that enables the waste wood material to be used on a broad scale.

Accelerating the market entry of lignin-based products

With funding from High-Tech Gründerfonds, Innovationsstarter Fonds Hamburg GmbH (IFH) and Swiss Holding Tanovis AG, the LignoPure team has now secured €2.2 million for a seed financing round. "This first round of financing will be a cornerstone for reaching our next milestones. It will help us accelerate our market entry and position us as pioneers in the use of lignin in products for human consumption," says Joana Gil, co-founder and CEO of LignoPure GmbH.

Tailoring lignin powder for cosmetics

Making lignin-based products available to end consumers is the goal of the company, which was founded in 2019. The aim is not only to establish new products on the market and replace fossil raw materials, the Hamburg-based team also wants to act as a link between biorefineries and the processing industries in the materials and life science sectors and offer customized lignin powder for new applications. With the help of the investment, LignoPure intends to boost production of "100% natural, ultra-fine, high-quality lignin particles" under the LignoBase brand for use in the cosmetics industry. The focus is on a first-time production of the lignin on a "ton scale".

"We are pleased to support LignoPure on its way to becoming a company with an important impact on our environment," said Juri Bach and Stefan Fasbender of High-Tech Gründerfonds. They said the LignoPure team has impressed with its extensive industry knowledge and an exciting technology that has the potential to improve the sustainability of products in many industries.

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Entlang der bundeseutschen Fernstraßen gibt es 39.500 Brücken. Davon bestehen 87%  aus Spannbeton oder Stahlbeton. Im Jahr 2019 befand das Bundesverkehrsministerium, dass zwölf Prozent aller Straßenbrücken in einem „nicht ausreichenden“ oder „ungenügenden“ Zustand waren. Bei vier von fünf untersuchten Großbrücken bleibt wohl nur noch der Neubau. Künftig könnte jedoch durch fortlaufende Reparaturen die Lebensdauer von Brücken und anderen Betonbauten deutlich verlängert werden. Möglich machen das Mikroorganismen, die Calciumcarbonat (Kalk) absondern, und damit genutzt werden können, um Risse und Poren im Beton zu schließen. Das würde Folgeschäden verhindern.

Umweltfreundliche Alternative zu Kunststoffen

Ein Bakterium, das diese Fähigkeit besitzt und weitverbreitet ist, ist Sporosarcina pasteurii. Bislang scheitert ein großflächiger Einsatz des Mikroorganismus’ als Betondoktor jedoch daran, die Einzeller in ausreichend großen Mengen zu wirtschaftlichen Konditionen zu produzieren. Ein Forschungsteam der Hochschule München hat deshalb gemeinsam mit drei Industriepartnern das Projekt „MicrobialCrete“ gestartet, gefördert vom Bundesministerium für Bildung und Forschung. Das Ziel ist es, eine nachhaltige Alternative zu kunststoffbasierten Instandhaltungsmaßnahmen für Betonstrukturen zu schaffen. Mineralische Ausscheidungen der Bakterien wären umweltfreundlich und basierten überwiegend auf nachwachsenden Rohstoffen.

Bakterien besser verstehen

Die größte Herausforderung für die Wissenschaft ist derzeit noch, dass man einfach zu wenig darüber weiß, wie diese Kalkabsonderungen zustande kommen und unter welchen Kultivierungsbedingungen sich S. pasteurii am schnellsten vermehrt. Nicht zuletzt müssen die Bakterien in der Lage sein, im Beton mit hohen pH-Werten oder auch hohen Chlorid-Konzentrationen zurechtzukommen.

Fünffach produktiverer Prozess

Im Hochdurchsatzverfahren in automatisierten Mikrobioreaktoren testet das Münchener Team deshalb zahlreiche Kombinationen aus Bakterienstämmen und Nährmedium-Zusammensetzungen. Einen ersten großen Erfolg präsentieren die Forschenden um Robert Huber nun im Fachjournal „Scientific Reports“: Ihnen ist es gelungen, ein Verfahren zu entwickeln, mit dem im Vergleich zu bisherigen Methoden die fünffache Menge an Bakterien produziert werden kann. Die Kosten des Nährmediums erhöhten sich dabei nur um vier Prozent.

Neben der Betonsanierung sind die Mikroorganismen grundsätzlich auch geeignet, Schadstoffe wie Schwermetalle zu immobilisieren, Staub im Tagebau zu kontrollieren oder Böden zu verfestigen. Auch diese Einsatzzwecke sollen im Verlauf des Projekts optimiert werden.

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There are 39,500 bridges along Germany's trunk roads. Of these, 87% are made of prestressed concrete or reinforced concrete. In 2019, the German Federal Ministry of Transport found that twelve percent of all road bridges were in "insufficient" or "inadequate" condition. Four of five major bridges inspected will most likely need to be redone. In the future, however, ongoing repairs could significantly extend the service life of bridges and other concrete structures. This could be made possible by microorganisms that secrete calcium carbonate (lime) and can thus be used to close cracks and pores in the concrete. This would prevent consequential damage.

Eco-friendly alternative to plastics

One bacterium that possesses this ability is Sporosarcina pasteurii. So far, however, area-wide use of the microorganism as a concrete cure has failed because the single-celled organism cannot be scaled at economic conditions. A research team from Munich University of Applied Sciences, together with three industrial partners, has therefore launched the "MicrobialCrete" project, funded by the German Federal Ministry of Education and Research. The aim is to create a sustainable alternative to plastic-based maintenance for concrete structures. Mineral excretions of the bacteria would be environmentally friendly and based predominantly on renewable raw materials.

Better understanding bacteria

The biggest challenge for science at the moment is that there is simply too little known about how these lime secretions come about and under which cultivation conditions S. pasteurii reproduces most rapidly. After all, the bacteria must be able to cope with high pH values or even high chloride concentrations in concrete.

Five times more productive process

In a high-throughput process in automated microbioreactors, the Munich team is therefore testing numerous combinations of bacterial strains and nutrient medium compositions. The researchers led by Robert Huber have now presented their first major success in the scientific journal „Scientific Reports“: They have succeeded in developing a process that can produce five times the amount of bacteria compared to previous methods. The cost of the culture medium increased by only four percent.

In addition to concrete remediation, the microorganisms are also suitable for immobilizing pollutants such as heavy metals, controlling dust in open-cast mines or solidifying soils. These applications are also to be optimized in the course of the project.

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