Modellregion Bioökonomie im Rheinischen Revier

Das Rheinische Revier ist das größte der drei noch aktiven Braunkohlereviere in Deutschland. Es erstreckt sich westlich des Rheins im Dreieck Düsseldorf-Köln-Aachen. Die drei noch aktiven Braunkohletagebaue im Rheinischen Revier heißen Garzweiler, Hambach und Inden. Die Kohle ist die Basis für die fünf Kohlekraftwerke, die in der Region Strom erzeugen und zahlreiche energieintensive Industrien mit Energie versorgen. Außerdem zählen zur Region bereits renaturierte Abbaugebiete sowie für den weiteren Abbau genehmigte Kohlelagerstätten. Insgesamt leben im Rheinischen Revier auf etwa 5.000 Quadratkilometern rund 2,4 Mio. Bürgerinnen und Bürger.

Mit dem Inkrafttreten des Kohleausstiegsgesetzes am 14. August 2020 steht das schrittweise Ende der Stromerzeugung aus Braunkohle in Deutschland bis Ende 2038 fest. Damit ist für die Region klar: Nachdem allein seit 1930 mehr als 7,8 Milliarden Tonnen Braunkohle aus dem Boden geholt worden sind, wird es nach fast 200 Jahren, in denen die Kohle einen zentralen Teil der regionalen Industrie geprägt hat, in den nächsten Jahren zu einem massiven Strukturwandel kommen.

Die Konsequenzen aus dem Ausstieg aus der Kohleverstromung werden durch das Strukturstärkungsgesetz Kohleregionen (StStG) abgefedert. Damit wird der erforderliche 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 soll Teil der Entwicklung einer Modellregion für geschlossene Stoffkreisläufe und Kreislaufwirtschaft sein und neue Wertschöpfungen im Bereich der Bioökonomie ermöglichen (StStG, Anlage 3). Das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) fördert im Rahmen der Nationalen Bioökonomiestrategie sowie des Strukturstärkungsgesetzes eine breite Vielfalt von vielversprechenden Forschungs-, Entwicklungs- und Innovationsvorhaben aus dem Bereich der Bioökonomie im Rheinischen Revier. Welche das sind, beleuchtet dieses Themendossier.

Wie genau dieser Strukturwandel aussehen wird, koordiniert die vom Land Nordrhein-Westfalen gegründete Zukunftsagentur Rheinisches Revier. Genau genommen ist dieser Wandel jedoch längst im Gange, denn NRW und insbesondere das Städtedreieck Düsseldorf-Köln-Aachen beherbergen zahlreiche moderne Industrien. Der Lebensmittelsektor, die Chemie-, die Textil- sowie die Papierindustrie und nicht zuletzt die Landwirtschaft sind etablierte starke Akteure vor Ort.

Hinzu kommen mehrere Hochschulen und Spitzenforschungseinrichtungen. Neben der Bioökonomie stehen weitere Themen im Fokus – etwa Digitalisierung, CO₂-neutrale Industrieprozesse und Innovationen im Energiesektor – insbesondere beim Thema Wasserstoff, die ebenfalls Anknüpfungspunkte zur Bioökonomie haben.

Bioökonomie steht für ein nachhaltiges und biobasiertes Wirtschaften, mit dem Ziel, eine Kreislaufwirtschaft zu etablieren. Vier zentrale Ziele, zu denen Bioökonomie beitragen kann, sind die Ernährungssicherung, die Rohstoffversorgung, die Kreislaufwirtschaft und die Energiewende. Das Rheinische Revier bietet sehr gute Voraussetzungen, um eine Bioökonomie zu realisieren.

Hochproduktive Landwirtschaft

Trotz Tagebaus verfügt die Region über große landwirtschaftlich genutzte Flächen mit sehr fruchtbaren Böden (Bördelandschaft) und immer noch sehr guten Klimabedingungen. Hier wird intensive und hoch produktive Landwirtschaft betrieben. Der Schwerpunkt des Anbaus liegt auf der Nahrungs- und Futtermittelproduktion. Zu den wichtigsten angebauten Ackerfrüchten zählen Zuckerrübe, Weizen, Mais und Raps. Für die Land- und Ernährungswirtschaft im Rheinischen Revier weist eine Studie des Prognos-Instituts im Rahmen des BMBF-geförderten Starterprojekts BioökonomieREVIER weitere 53.900 Erwerbstätige mit einer Bruttowertschöpfung von 2,75 Mrd. Euro im Jahr 2016 aus. Indirekt hängen daran weitere rund 30.000 Arbeitsplätze.

Starke Chemie-Industrie und Lebensmittelbranche

Schon heute arbeiten laut einer Studie des nova-Instituts zu den Potenzialen des Rheinischen Reviers rund 50.000 Menschen in 400 Betrieben in für die Bioökonomie relevanten Industriesektoren. Die wichtigste Branche ist dabei die Chemie- und Kunststoffindustrie, die bislang von der stabilen und günstigen Verfügbarkeit von Energie in der Braunkohle-Region profitiert hat. 2018 waren 163 Betriebe in dieser Branche aktiv.

Ergänzt wird dies um Unternehmen der Lebensmittelbranche (123 Betriebe), der Papierindustrie (56), der Textilwirtschaft (39), der holzverarbeitenden Industrie (25) und der pharmazeutischen Industrie (8). Die 400 Betriebe erzielten in den Jahren 2014 bis 2018 einen durchschnittlichen Gesamtumsatz von 22,4 Mrd. Euro. Die Region ist wirtschaftlich stark vernetzt mit den umliegenden Ballungsräumen Köln, Bonn und Düsseldorf. Die Großstädte sind Quellen von biobasierten Abfällen und Abwässern, die ebenfalls wertvolle Ressourcen für eine kreislaufbasierte Bioökonomie darstellen. Rund 1,17 Millionen Tonnen Biomasse aus Rest- und Abfallstoffen könnte das Rheinische Revier jährlich für die Bioökonomie bereitstellen. Allein an kommunal gesammelten Bio- und Grünabfällen kamen 2017 mehr als 300.000 Tonnen zusammen.

Doch Bioökonomie bedeutet nicht nur den Ersatz von petrochemisch-basierten Rohstoffen durch biobasierte Ressourcen. Bioökonomie bedeutet auch die Biologische Transformation von Industrien - das Einbringen bio-inspirierter Funktionalitäten in und auf Materialien. Die Biologische Transformation stellt zusammen mit der Digitalisierung den nächsten großen Entwicklungssprung für die Industrie dar. Dazu müssen heutige Produktkonzepte neu gedacht und eine angepasste Produktionstechnik entwickelt werden. Die dabei entstehenden Innovationen führen zu Produkten, die eine zirkuläre Kreislaufwirtschaft ermöglichen und Produkte mit hoher Wertschöpfung hervorbringen.

Dichte Bioökonomie-Forschungslandschaft

Nicht minder groß sind die Potenziale der Forschung. Die 19 Universitäten, Fachhochschulen und Forschungseinrichtungen der Region bieten 238 Studiengänge mit Bezug zur Bioökonomie an. Außerdem ist hier das Bioeconomy Science Center (BioSC) angesiedelt. Seit rund zehn Jahren treibt das Bioeconomy Science Center die Bioökonomie im Rheinischen Revier voran. Angesiedelt ist die Geschäftsstelle am Forschungszentrum Jülich. Finanziell unterstützt wird das BioSC durch die NRW-Landesregierung. Die wissenschaftliche Exzellenz der Region zeigt sich auch in den drei Exzellenzclustern mit Bezug zur Bioökonomie: CEPLAS – Exzellencluster zu Pflanzenwissenschaften; PhenoRob – Agrorobotik und digitale Landwirtschaft und das Fuel Science Center. Das Institut für Arbeit und Technik der Westfälischen Hochschule Gelsenkirchen (IAT) hat die Wissenslandschaft zur Bioökonomie im Rheinischen Revier ebenfalls in einer Studie beleuchtet.

Weitere Potenziale erschließen

Obwohl viele bioökonomische Sektoren im Rheinischen Revier bereits gut etabliert sind, bietet die Entwicklung der gesamten Region ein noch viel größeres Potenzial. Zunächst einmal ist da die Landwirtschaft als Erzeugerin von biobasierten Rohstoffen und Teil der Kreislaufwirtschaft, die sich nicht nur im Rheinischen Revier im Wandel befindet: Digitalisierung, moderne Pflanzenzüchtung, Präzisionslandwirtschaft, autonome und vernetze Feldroboter oder auch vertikale Landwirtschaft in geschlossenen Systemen versprechen steigende Erträge bei sinkenden Umweltbelastungen. Bioraffinerien mit unterschiedlichsten Konzepten und einer Kaskadennutzung bieten landwirtschaftlichen Betrieben ebenso wie Chemieunternehmen, aber auch der Lebensmittel- und der Papierindustrie neue und nachhaltige Entwicklungsmöglichkeiten.

Die Biotechnologie ermöglicht neue Produkte und Produktionsprozesse, die mit weniger Energie und Umweltbelastungen einhergehen als ihre oftmals erdölbasierten Alternativen. Außerdem bieten sich zahlreiche Synergien an, beispielsweise die Einbindung von CO₂ aus Industrieprozessen als Rohstoff oder die Mehrfachnutzung landwirtschaftlicher Flächen zur gleichzeitigen Stromerzeugung mittels Photovoltaik.

Das alles zeigt aber auch: Um die Potenziale der Bioökonomie im Rheinischen Revier optimal zu nutzen, ist eine gut koordinierte Vernetzung aller Akteure, insbesondere auch zwischen Forschung, Wirtschaft, Anwendung und Ausbildung notwendig. Es fehlen zudem berufliche Bildungsangebote mit Bezug zur Bioökonomie im nichtakademischen Bereich. Vielversprechend könnten hier duale Berufsausbildungen sein.

Wertschöpfungsketten der Zukunft bauen auf biobasierten Rohstoffen und Prozessen auf und bringen Akteure aus Wissenschaft und Wirtschaft auf neue Weise zusammen. Dank der vorhandenen Bioökonomie-Ressourcen und -akteure birgt das Rheinische Revier das große Potenzial, sich im Zuge des Strukturwandels zu einer Modellregion für nachhaltiges Wirtschaften mit internationaler Strahlkraft zu entwickeln – und somit zum Vorbild für andere zu werden. Der Strukturwandel soll für die Menschen vor Ort zukunftsfähige Arbeitsplätze bieten und zugleich nachhaltig mit Umwelt, Klima und Ressourcen umgehen.

Neue Wertschöpfungsketten und Geschäftsmodelle etablieren

Ein Reallabor für nachhaltiges biobasiertes Wirtschaften schaffen: Mit diesem Ziel wurde im Jahr 2018 die Strukturwandelinitiative BioökonomieREVIER gegründet. Maßgeblich vorangetrieben wurde die Initiative vom Team um Prof. Ulrich Schurr, Direktor des Instituts für Pflanzenwissenschaften am Forschungszentrum Jülich auf Basis einer BMBF-Förderung im Sofortprogramm für die Kohleregionen. Auf Basis biogener Ressourcen und biologischer Innovationen werden im Rahmen von BioökonomieREVIER neue Wertschöpfungsketten und Geschäftsmodelle für die Region erprobt und etabliert. Der Fokus liegt dabei auf der schnellen wirtschaftlichen Umsetzbarkeit. Die Initiative versteht sich als akteursoffene Plattform – aus der Region, für die Region. Gemeinsam mit Beteiligten aus Wirtschaft, Landwirtschaft, Forschung, Bildung, Kommunen und Öffentlichkeit entstehen Handlungsempfehlungen für ein nachhaltiges BioökonomieREVIER.

Startphase für das BioökonomieREVIER

Das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) begann im Jahr 2019 damit, den Aufbau der Modellregion BioökonomieREVIER Rheinland mit Mitteln aus dem Sofortprogramm des Strukturstärkungsgesetz Kohleregionen zu unterstützen (mehr dazu im Kapitel 1 dieses Dossiers).

• Koordination und Kommunikation: Gefördert wurde die Einrichtung einer Koordinierungsstelle BioökonomieREVIER am Forschungszentrum Jülich als Vernetzungsplattform für Wissenschaft und Wirtschaft, Bioökonomie-Potenzialstudien, Öffentlichkeitsarbeit, Bürgerbeteiligung und Ausarbeiten einer Regionalstrategie (BioökonomieREVIER_KOM: Fördersumme: rund 4 Mio. Euro)
• Innovationslabore: 15 Bioökonomie-Forschungsprojekte als Innovationslabore. (BioökonomieREVIER_Inno, Fördersumme: rund 21 Mio. Euro)

Mehr Informationen in Kapitel 4 dieses Dossiers. Auch das Bundeswirtschaftsministerium hat die Initiative im Rahmen des Bundesmodellvorhabens Unternehmen Revier gefördert (BioREVIER).

BMBF-Forschungsprogramm „Modellregion Bioökonomie im Rheinischen Revier“

Am 1. Januar 2022 begann eine neue Phase der Förderung, die bis ins Jahr 2026 reicht. Im Rahmen des BMBF-Forschungsprogramms Modellregion Bioökonomie im Rheinischen Revier werden direkte Forschungsvorhaben unterstützt. Die Mittel stammen aus dem Regelprogramm des Strukturstärkungsgesetzes Kohleregionen. Unter dem Dach des Forschungsprogramms gibt es drei große Verbundprojekte – darunter zwei Flaggschiff-Konsortien und ein Vorhaben zur Begleitforschung. Die Gesamtförderung des neuen Forschungsprogramms beläuft sich auf 71,7 Mio. Euro.

Die geförderten Projekte werden in den Kapiteln 5) bis 7) näher beleuchtet.

Ein wichtiger Fokus in der Startphasenförderung war die Erkundung der Potenziale der Bioökonomie in der Region und deren Vernetzung. Dies war wesentliche Aufgabe der Koordinierungsstelle BioökonomieREVIER am Forschungszentrum Jülich (Projekt BioökonomieREVIER_KOM: rund 4 Mio. Euro Fördervolumen durch das BMBF). Das Team der Koordinierungsstelle wird neben Prof. Ulrich Schurr als wissenschaftlicher Koordinator von Dr. Christian Klar als Leiter der Koordinierungsstelle geleitet. Die Koordinierungsstelle versteht sich als Vernetzungsplattform, Informationsbörse und ist Ansprechpartner für Kommunikation und Öffentlichkeitsarbeit. Es wurde der auf Bioökonomie ausgerichtete Akzellerator BIOBoosteRR aufgesetzt.  Im Rahmen der BMBF-Förderung der Koordinierungsstelle von 2019 bis 2021 entstanden unter anderem die bereits erwähnten Bioökonomie-Potenzialstudien, die Bürgerbeteiligung und das Ausarbeiten einer Regionalstrategie.

Bürgerbeteiligung

Strukturwandel einer Region kann nur gelingen, wenn er die betroffenen Menschen einbezieht und überzeugt – auch in der Bioökonomie. Die Bürgerbeteiligung als Kooperationspartner begleitet und gestaltet hat das Team um Dr. Jan-Hendrik Kamlage vom Centrum für Umweltmanagement, Ressourcen und Energie, CURE an der Ruhr-Universität Bochum (zuvor Kulturwissenschaftliches Institut, KWI, Essen).

In Bürgerversammlungen wurden zu Naturschutz, Landwirtschaft, Wirtschaft und Arbeit sowie Wohnen und Leben durch 48 zufällig ausgewählte Bürgerinnen und Bürger des Rheinischen Reviers zunächst 40 Empfehlungen erarbeitet. Dabei halfen Leitfragen wie „Wie sieht für Sie ein lebenswertes Rheinisches Revier aus, in dem Sie in Zukunft gerne wohnen und arbeiten möchten?“, „Welche Rolle spielen dabei Landwirtschaft, Naturschutz, Klimaschutz und Landwirtschaftsschutz?“ oder „Wie können wirtschaftliche, ökologische und soziale Interessen dabei in Einklang gebracht werden?“. Anschließend beschloss das Gremium jene 21 Empfehlungen rund um Bioökonomie und Nachhaltigkeit mit der größten Zustimmung.

Innovationslabore

Der zweite Teil des initialen Förderprogramms, „BioökonomieREVIER_INNO“, beinhaltete 15 Forschungsverbünde und wurde vom BMBF mit rund 21 Mio. Euro ausgestattet. Die sogenannten Innovationslabore stehen für erfolgversprechende Forschungsansätze mit guten Umsetzungsmöglichkeiten. Sie sollten Keimzellen für Kooperation und Wertschöpfung im Rheinischen Revier werden. Die Innovationslabore stehen Landwirten und Wirtschaftsunternehmen offen und bauen auf den bereits vorhandenen Stärken der Region in der Land- und Ernährungswirtschaft, der Chemie- und Kunststoffindustrie und der ausgeprägten bioökonomischen Forschung auf. Die Labore decken ein weites Spektrum an Forschungsvorhaben ab und zeigen damit die ganze Breite der Bioökonomie, darunter Elektrobiotechnologie, integrierte Bioraffinerien, Abwassereinigung durch Algen und landwirtschaftliche Innovationen wie Agrarrobotik und Agrarphotovoltaik.

Im Januar 2022 ging das Flagschiff-Konsortium „Innovationscluster BioökonomieREVIER“ an den Start. Hier engagieren sich regionale Universitäten, Forschungseinrichtungen und Unternehmen für die Modellregion Bioökonomie im Rheinischen Revier. Das interdisziplinäre Forschungskonsortium wird vom BMBF bis Ende 2026 mit insgesamt mit 38,5 Mio. Euro gefördert. 14 sogenannte Innovationslabore fungieren als Keimzellen für Kooperation und Wertschöpfung. So sollen für unterschiedliche Branchen neue regionale Wertschöpfungsketten geschaffen werden, um darauf neue Geschäftsmodelle zu etablieren. Die Innovationslabore sind dabei im Wesentlichen Fortführungen der Innovationslabore aus der ersten Förderphase (siehe Kapitel 4). Für die Gesamtkoordination ist Prof. Ulrich Schurr vom Forschungszentrum Jülich zuständig. Die drei Innovationscluster und ihre Innovationslabore im Überblick:

Innovationscluster Innovative Landwirtschaft

Die Koordination des Innovationsclusters übernimmt Prof. Ulrich Schurr. Insgesamt umfasst der Innovationscluster Innovative Landwirtschaft (InnoLa) sechs Forschungsvorhaben, die im Wesentlichen Fortführungen der Innovationslabore aus der ersten Förderphase darstellen. Schwerpunkte liegen dabei auf der Digitalisierung der Landwirtschaft, der Verknüpfung mit erneuerbaren Energien sowie der Entwicklung neuer Märkte.

Im BrainergyLab werden neue robotische Systeme für die Landwirtschaft erprobt. Das Forschungsprojekt stellt in Jülich eine solche Fläche samt schneller Dateninfrastruktur bereit, auf der autonome Roboter Unkräuter entfernen oder Drohnen den Zustand eines ganzen Feldes detailliert überwachen können. Hinzu kommen Simulationen mit digitalen Zwillingen, in denen neue Maschinen realitätsnah, aber zunächst virtuell getestet werden, bevor es an die Realisierung geht.

Unter dem Titel DG-RR entwickeln die Beteiligten ein digitales Geoinformationssystem für das Rheinische Revier. Dieses Geosystem erfasst die Zustände, Entwicklungen und Prozessabläufe im gekoppelten Geo-Ökosystem in nahezu Echtzeit räumlich und zeitlich hochgenau – und das nahezu parzellenscharf vom Untergrund über die Landoberfläche bis in die Atmosphäre.

Das Projekt CircularPhytoRevier ist ein Vorhaben zur Wertschöpfung aus heimischen Kräuter-, Heil- und Medizinalpflanzen. Ein kontrollierter Anbau auf Ackerflächen setzt jedoch voraus, dass die Pflanzen von Interesse dort auch gedeihen und die gewünschten Inhaltsstoffe in hoher Konzentration bilden. Das Projekt untersucht diese Fragen am Beispiel Arnika und entwickelt dazu auch Sensoren, die erfassen, welche Blüten einen besonders hohen Wirkstoffgehalt aufweisen.

Im AgroInnovationsLab werden Feldlabore für eine ressourceneffiziente Pflanzenproduktion und alternative Landwirtschaftsformen aufgebaut. Die Randbereiche von Tagebauen bieten nur eine marginale Versorgung mit Nährstoffen und Wasser und sind daher ideale Flächen, um zu erproben, wie sich hier möglichst viel Biomasse erzeugen lässt.

Im Projekt AgriFEe geht es darum, die landwirtschaftliche Pflanzenproduktion effizient mit der Stromerzeugung durch Photovoltaik zu koppeln. Die Anlagen dienen als Agri-Horti-PV Demonstratoren, die angepasst werden an die Bedarfe der Pflanzenproduktion im Rheinischen Revier.

Die Forschenden im Projekt AlgaeFertilizerBoxes entwickeln sechs Meter lange, mobile Container, um darin mithilfe von Algen aus nährstoffbelasteten landwirtschaftlichem oder kommunalen Abwässern Phosphat und Nitrat herauszufiltern und daraus Dünger zu produzieren.

Innovationscluster Integrierte Bioraffinerie

Im Fokus des Innovationsclusters „Integrierte Bioraffinerie“ (InBIO) steht die Entwicklung neuer Prozesse für Bioraffinerien, um Biomasse und Reststoffe aus der Lebensmittelindustrie und der Agrarproduktion weiterzuverwenden und aufzuwerten. Dabei werden sowohl regionale Anwendungsszenarien umgesetzt als auch neue Konzepte, beispielsweise die Verknüpfung mit der Nutzung erneuerbarer Energien, erprobt. Prof. Andreas Jupke vom Lehrstuhl für Fluidverfahrenstechnik von der RWTH Aachen ist Koordinator des Innovationsclusters. Neben drei bereits existierenden Innovationslaboren gibt es ein neues Vorhaben.

Das Projekt UpRePP verwendet Reststoffe aus der Zucker-, Marmeladen- und Schokoladenproduktion in einer Bioraffinerie als Nahrung für Mikroorganismen, die daraus Ausgangsstoffe für biobasierte Kunststoffe bilden. Im Fokus steht dabei zunächst die Itaconsäure, die als eine der zwölf wichtigsten Plattformchemikalien gilt.

Mit der Produkt-Aufreinigung beschäftigen sich die Forschenden im Projekt ZeTa: Werden Carbonsäuren – unter anderem Ausgangsstoffe für Biokunststoffe – biotechnologisch hergestellt, müssen die Moleküle aus der mikrobiellen Nährlösung herausgeholt und von Produktionsrückständen befreit werden. Die Projektbeteiligten wollen die Aufreinigung elektrochemisch vollziehen. Am Ende des Projekts soll eine Demonstrationsanlage entstehen, die Bioraffinerien noch nachhaltiger macht.

Bislang sind die meisten Bioraffinerien Großanlagen, deren benötigte Rohstoffe in großen Mengen und teils über weite Strecken angeliefert werden müssen. Das Projekt DeMoBio entwickelt daher dezentrale modulare Bioraffinerien im Containerformat, die weitgehend autonom arbeiten. Sie sollen in der Lage sein, Restströme zu verarbeiten.

Ganz neu gefördert wird seit 2022 das Projekt GasValor. Dessen Ziel ist die Verwertung von Methan und Kohlendioxid, die im Rheinischen Revier in Biogasanlagen, Kläranlagen und Industrieprozessen in große Mengen an. Die Projektbeteiligten wollen zum einen das Methan als Nährstoff für Mikroorganismen nutzen, deren Proteine Futtermittel aufwerten könnten. Außerdem erzeugen die Mikroben Polyhydroxyalkanoate. Diese können als Bausteine für bioabbaubare Biokunststoffe dienen. Das Kohlendioxid soll zusammen mit grünem Wasserstoff in einer Gasfermentation unter anderem zu Acetat umgesetzt werden.

Innovationscluster Biotechnologie und Kunststofftechnik

Das Innovationscluster „Biotechnologie & Kunststofftechnik“ (BioTech) entwickelt Technologieansätze und innovative Systemlösungen, um aus biobasierten Rohstoffen hochwertige Produkte zu erzeugen. Die Koordination des Innovationsclusters Biotechnologie & Kunststofftechnik übernimmt Prof. Michael Bott vom Institut für Biotechnologie am Forschungszentrum Jülich.

Das Projekt AutoBioTech möchte ein automatisiertes Verfahren entwickeln, das die Entwicklung mikrobieller Hochleistungsstämme für die industrielle Biotechnologie deutlich beschleunigt. Erprobt wird es an industriell etablierten Zellfabriken, deren Genom gut bekannt ist: Escherichia coli, Corynebacterium glutamicum und Pseudomonas putida.

Ein ähnliches Thema behandelt das Projekt SenseUp_Prot: Bei der schrittweisen Optimierung von Produktionsstämmen müssen Forschende immer wieder jene identifizieren, die die höchste Konzentration des gesuchten Produkts bilden, um diese Stämme dann für den nächsten Optimierungsschritt zu verwenden. Im Projekt statten die Beteiligten die Mikroorganismen mit Biosensoren aus, die um so stärker leuchten, je mehr Produkt vom Bakterium gebildet worden ist. Mittels eines laserbasierten Zellsortierers können so geeignete Kandidaten im Hochdurchsatz analysiert und ausgewählt werden.

Um Mikroplastik geht es im Projekt PlastiQuant. Das Forschungsprojekt hat das Ziel, spezielle Peptide zu entwickeln, die selektiv bestimmte Sorten Mikroplastik binden. Da die Peptide zudem mit Magnetkügelchen verbunden sind, können sie gemeinsam mit dem Mikroplastik aus der Flüssigkeit gefischt werden. So kann der Kunststoff aus Trinkwasser oder Getränke entfernt und anschließend sortenrein abgebaut und recycelt werden.

Im ProtLab wiederum steht der Pflanzenschutz im Fokus. Chemische Pflanzenschutzmittel, die auf die Pflanzen gesprüht wurden, wäscht der Regen oft ab. Das verringert die Schutzwirkung in spült die Chemikalien letztlich verstärkt ins Grundwasser. Die Projektbeteiligten wollen daher Peptide entwickeln, die die Anhaftung der chemischen Pflanzenschutzmittel an den Blättern verbessern und diesen Ansatz zur Marktreife bringen.

„Bio4MatPro“ ist das zweite Flaggschiffkonsortium im neuen BMBF-Förderprogramm zur Modellregion Bioökonomie im Rheinischen Revier. Das Kürzel steht für Kompetenzzentrum zur biologischen Transformation der Materialwissenschaft und Produktionstechnik.

Das Kompetenzzentrum Bio4MatPro bündelt die Expertise von führenden Großunternehmen und KMU, des Technologiezentrums ist Baesweiler sowie der RWTH Aachen. Hier werden Produkte mit einer hohen Wertschöpfung generiert, indem biologische Funktionalitäten und bioinspirierte Prinzipien in und auf Materialien gebracht werden. Um eine skalierbare Produktion zu ermöglichen, wird parallel eine geeignete Produktionstechnologie entwickelt, die auf die Herstellung biologisierter Produkte zugeschnitten ist.

Forschungseinrichtungen und Unternehmen aus der Textilindustrie, Leichtbau, Medizintechnik und der Kunststoffindustrie sind Teil dieses wachsenden Innovationsnetzwerks, in dem neue Geschäftsmodelle und Arbeitsplätze entstehen. In 23 Verbundprojekten mit rund 50 beteiligten Institutionen und Unternehmen sollen bis Dezember 2026 Beispiele entwickelt werden, wie diese Transformation in unterschiedlichen Branchen gelingen kann. Koordiniert wird das Kompetenzzentrum von Biotechnologie-Professor Ulrich Schwaneberg und Professor Thomas Bergs vom Lehrstuhl für Technologie der Fertigungsverfahren, WZL, der RWTH Aachen.

Zentrale Standorte des Bio4MatPro sind Baesweiler und Aachen. Darüber hinaus sind neun weitere Standorte in NRW und fünf Forschungs- und Unternehmensstandorte außerhalb des Bundeslandes sowie zwei internationale Standorte beteiligt. Bio4MatPro soll nach der fünfjährigen Forschungsphase in einer zweiten fünfjährigen Phase fortgeführt werden. In der zweiten Phase sollen über Launch-Center die Ergebnisse breit in der Industrie verankert werden, und außerdem weitere Industrien in das Innovationsnetzwerk aufgenommen werden.

Drei Forschungsthemenfelder, sechs BoostLabs

Rund 26,3 Mio. Euro an Fördermitteln stehen für die ersten drei der vier Teilprojekte des Kompetenzzentrums bereits zur Verfügung. Sie decken den Aufbau einer Geschäftsstelle am its Baesweiler ab, die das ganze Vorhaben koordiniert und strategisch und inhaltlich weiterentwickelt, die Arbeit des Translationsforschungslabors, in dem Gründerteams und KMU Produktideen validieren und skalieren sollen, sowie 23 Verbundforschungsprojekte. Die Forschungsprojekte sind in sechs sogenannte BoostLabs untergliedert, die sich auf drei Forschungsthemenfelder verteilen.

Das erste Forschungsthemenfeld trägt den Titel „Von lokalen nachwachsenden Rohstoffen zu Wertstoffen“. Darin untersuchen die Forschenden in einem BoostLab mehrere Wertschöpfungsketten lokaler biobasierter Rohstoffe, wie sich darin neue funktionale Zwischenprodukte und recyclingfähige Polymere schaffen lassen. Hier sind in acht F&E-Projekten insgesamt 13 verschiedene Partner involviert.

Im zweiten Forschungsthemenfeld „Zukunftstechnologien“ geht es zum einen darum, biokompatible Produktionstechnik zu entwickeln, um technische Materialien wie Metalle, Kunststoffe, Glas oder Keramik zu funktionalisieren, sodass diese beispielsweise antibakteriell oder superhydrophob werden. Eine Vision des Klebstoff-BoostLabs ist es, dass Elektronikbauteile wie Smartphone-Displays mit schaltbaren Klebstoffen angebracht werden, die so ein Recycling ermöglichen. In diesem Forschungsthemenfeld sind in drei F&E-Projekten insgesamt sieben verschiedene Partner involviert.

Das dritte Forschungsthemenfeld versammelt „Beispiele für Biologische Transformation von Industrien“. So gibt es zwei BoostLabs, die biobasierte Beschichtungen und Ausrüstungen für Medizintechnik und Biotechprodukte sowie für die Textiltechnik und den Leichtbau entwickeln. Zudem nimmt ein BoostLab biotechnologische Lösungen und neue Produktionsprozesse für Kunststoff-Recycling und nachhaltige Additive ins Visier. Hier sind in zwölf F&E-Projekten insgesamt elf verschiedene Partner beteiligt.

Um eine schnelle Translation der Forschungsergebnisse zu erreichen, ist ein Accelerator-Konzept Teil des Kompetenzzentrums Bio4MatPro. Gründerteams und KMU wird hier die Möglichkeit geboten, ihre Produktideen in einem Translationsforschungslabor weiterzuentwickeln und zu skalieren. Als Standort für das Translationsforschungslabor wurde das Gründerzentrum its in Baesweiler gewählt, da hier bereits seit mehr als drei Jahrzehnten Technologie-Start-ups, insbesondere der Biotechnologiebranche optimale Infrastruktur und Unterstützung geboten werden.

Der Bio4MatPro-Accelerator sieht zudem neben einem intensiven Coaching den sehr frühen Kontakt mit Wagniskaptital-Gebern bereits in der Vorgründungsphase vor. Durch internationales Wagniskapital soll der hohe Finanzbedarf gedeckt werden, der häufig mit der Gründung von Biotechnologieunternehmen verbunden ist. Der Bio4MatPro-Accelerator soll mit weiteren rund 10 Mio. Euro Fördermitteln vom Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz sowie vom NRW-Landesministerium für Wirtschaft, Innovation, Digitalisierung und Energie gefördert werden.

Während sich die zuvor beschriebenen Forschungsvorhaben mit Technologien und Prozessen befassen, geht es bei der Begleitforschung eher um strukturelle und ökonomische Aspekte der Transformation einer Region hin zur Bioökonomie. Das Förderprojekt trägt daher auch den Titel „Bioökonomie Verstehen.Verbinden.Unterstützen“.

Die Begleitforschung für die Modellregion Bioökonomie im Rheinischen Revier wird durch eine Geschäftsstelle koordiniert werden, die an der RWTH Aachen und am Forschungszentrum Jülich angesiedelt ist. Die Koordination übernimmt Prof. David Antons vom Institut für Technologie- und Innovationsmanagement der RWTH Aachen. Wissenschaftlicher Partner ist neben der RWTH, das Forschungszentrum Jülich und die TU Dortmund.

Die Forschenden beabsichtigen im Förderzeitraum bis Ende 2026, die spezifischen Herausforderungen und Erfolgsfaktoren dieses regionalen Wandels besser zu verstehen und diese Erkenntnisse zugleich anzuwenden, um den erfolgreichen Strukturwandel der Modellregion zu unterstützen.

Dabei untersucht die Begleitforschung die regionalen Auswirkungen einschließlich der ökologischen Effekte und systematisiert die Erkenntnisse, welche sodann allgemein zugänglich gemacht werden sollen. Dies soll helfen eventuelle strukturelle Schwächen der Region oder mögliche Hindernisse für den Transformationsprozess frühzeitig zu identifizieren und so zu beseitigen. Das kann auch über eine inhaltliche Nachjustierung der Forschungsvorhaben geschehen. Weiterhin soll die Politik hinsichtlich der geeigneten Gestaltungsmöglichkeiten informiert und den Beteiligten Werkzeuge an die Hand gegeben werden, mittels derer sich klare Handlungsempfehlungen für spezifische Szenarien ableiten lassen.

Aufgabenfelder sind für die Geschäftsstelle der Begleitforschung sowohl der Wissenstransfer zwischen den unterschiedlichen Akteuren – insbesondere aus der Forschung in die Praxis –, deren Vernetzung, aber auch Kommunikations- und Teilhabekonzepte, um die Bevölkerung der Region in den Wandel einzubeziehen. Schließlich hängt dessen Erfolg auch davon ob, wie die Menschen vor Ort die Veränderungen wahrnehmen, verstehen und akzeptieren.

Unterteilt ist die Begleitforschung in sieben Arbeitspakete, die interdisziplinär agieren. Darin geht es beispielsweise darum, Zukunftsszenarien für das Rheinische Revier zu erarbeiten sowie gemeinsam mit zivilgesellschaftlichen Akteuren Probleme im Bereich des Transformations-Governments zu ermitteln und dafür Lösungen zu finden. Um den Transformationsprozess zu evaluieren, wollen die Forschenden außerdem eine ökologische Bewertungsmetrik entwickeln. Durch Befragungen der Akteure sollen darüber hinaus Gründungsdynamiken untersucht werden, und Analysen von Patentdatenbanken sollen dazu beitragen, Cross-Industry-Innovationen zu identifizieren. Darüber hinaus soll ausgelotet werden, wie die Erkenntnisse aus dem gesamten Förderprogramm Impulse für die Aus- und Weiterbildung geben können.

Die offizielle Auftaktveranstaltung zum BMBF-Förderprogramm „Modellregion Bioökonomie im Rheinischen Revier“ fand am 31. März 2022 am „Indemann“ statt, einer Strukturwandel-Landmarke mit Blick auf den Tagebau Inden. Viele Forschungsprojekte sind dabei, ihr Personal zu rekrutieren, Geschäftsstellen sind im Aufbau, und die Koordinatoren suchen nach Synergien und sinnvollen Kooperationen zwischen den einzelnen Forschungsvorhaben.

Zukünftig sind regelmäßige Treffen zwischen den mehr als 60 beteiligten Institutionen und Unternehmen geplant. Dabei wird es darum gehen, Schnittstellen zwischen den beiden Flaggschiff-Projektteilen „Bio4MatPro“ und „Innovationscluster BioökonomieREVIER“ zu identifizieren und weitere gemeinsame Potenziale zu entwickeln. Zugleich sollen in Zusammenarbeit mit der Begleitforschung Transformationspfade sichtbar gemacht werden. Auf diese Weise soll die umfangreiche Förderprogramm in den kommenden fünf Jahren einen wertvollen Beitrag leisten, damit die Bioökonomie prägender Bestandteil des Strukturwandels im Rheinischen Revier wird.