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Weg von erdöl- und hin zu biobasierten Produkten und einem nachhaltigen Wirtschaften – das ist das Ziel des Konzepts Bioökonomie. Für den Wandel hin zu einer solchen Wirtschaftsweise auf der Basis biologischer Ressourcen ist ein Umdenken gefragt, das einen gesellschaftlichen Wandel nach sich zieht. In dem neuen Forschungsprojekt „BioKompass“ wollen Fraunhofer-Forscher den gesellschaftlichen Transformationsprozess hin zur Bioökonomie erforschen sowie durch partizipative Formate den Dialog gesellschaftlicher Akteure befördern. Im Zentrum stehen Zukunftsvorstellungen und Szenarien einer künftigen Bioökonomie. So soll ein vertieftes gemeinsames Verständnis einer zukünftigen, biobasierten Wirtschaftsweise bei allen Beteiligten geschaffen und konkrete Anwendungsfelder der Bioökonomie nähergebracht werden.

Zukunft stellt neue Herausforderungen

Die wachsende Zahl an biobasierten Produkten und industriellen Fertigungen ist zwar ein ressourcenschonender und daher erfreulicher Trend, doch er stellt auch einige neue Herausforderungen an das Wirtschaftssystem und die Gesellschaft. Um diese frühzeitig zu erkennen und zu bewältigen, fördert das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) noch bis ins Jahr 2020 das Projekt „BioKompass“. Das Fraunhofer-Institut für System- und Innovationsforschung ISI leitet das Projekt. Zu den Projektpartnern gehören zudem das Fraunhofer-Institut für Chemische Technologie ICT, das Fraunhofer-Institut für Graphische Datenverarbeitung IGD sowie die Senckenberg Gesellschaft für Naturforschung (SGN) und das ISOE-Institut für sozial-ökologische Forschung.

Workshop bringt Bürger und Experten zusammen

Am 23. Januar 2018 führt das Fraunhofer ISI im Senckenberg Naturmuseum in Frankfurt einen ersten BioKompass-Zukunftsdialog durch. Hier soll es darum gehen, Zukunftsvorstellungen zur Bioökonomie aufzuspüren. Sowohl Bürger als auch Fachleute aus Industrie, Gesellschaft und Wissenschaft kommen in einem Workshop zusammen, um über Vorstellungen, Strategien und Konzepte zu diskutieren. Das Event soll außerdem dazu beitragen, die Öffentlichkeit mehr für das Thema Bioökonomie zu sensibilisieren.

Der allgemeine Insektenschwund hat viele Ursachen, nicht zuletzt Umwelttoxine und den Klimawandel. Doch für das Bienensterben der vergangenen Jahre gibt es noch einen weiteren Schuldigen: die Varroa-Milbe. Dieser Parasit ist zum Untermieter nahezu aller Bienenvölker geworden. Die Milben saugen an Larven und Bienen und schwächen sie. Zudem überträgt die Varroa-Milbe auch Krankheitserreger.

Forschern der Universität Hohenheim und der Martinsrieder Firma Sitools Biotech ist auf der Suche nach einem potenten biologischen Anti-Milben-Wirkstoff auf der Basis von RNA-Interferenz nun ein Zufallsfund geglückt: Die Chemikalie Lithiumchlorid, die die Forscher eigentlich nur als Reagenzie verwendeten, tötet die Milben effektiv. Die Forscher berichten über ihre überraschende Entdeckung im Fachmagazin „Scientific Reports“.

Neuer Wirkmechanismus ohne Nebenwirkungen

Die Varroa-Milbe zählt weltweit zu den gefährlichsten Bienenschädlingen. Imker haben bisher nur wenig effektive Gegenmittel zur Wahl, um die Milbe einzudämmen. Bisher befallene Bienenstöcke werden entweder mit aggressiven organischen Säuren wie die Ameisensäure oder chemischen Milbenbekämpfungsmitteln behandelt, die Rückstände verursachen und Resistenzprobleme auslösen. Der neue Wirkstoff Lithiumchlorid hingegen habe einen komplett anderen Wirkmechanismus, sei einfach anzuwenden und habe laut der Forscher auch keine gefährlichen Nebenwirkungen für die Bienen, Imker oder Verbraucher. „Lithiumchlorid kann man Bienen in Zuckerwasser aufgelöst füttern. Bei unseren Versuchen haben bereits geringe Mengen der Salzlösung ausgereicht, um innerhalb weniger Tage die auf den Bienen aufsitzenden Milben abzutöten – ohne Nebenwirkungen für die Bienen“, erklärt Peter Rosenkranz, der in Hohenheim die Landesanstalt für Bienenkunde leitet.

Leicht verfügbar und gesundheitlich unbedenklich

Ein weiterer Vorteil des Wirkstoffes ist seine Verfügbarkeit: Der weltweite Lithiumvorrat wird auf über 40 Millionen Tonnen geschätzt. Und Lithiumchlorid-Salz liegt in Salzlaugen, Salzseen und Heilquellen in teilweise erstaunlich hohen Konzentrationen vor. Auf Grund seiner Unbedenklichkeit wird es außerdem in der Humanmedizin bereits seit Mitte des 20. Jahrhunderts als Antidepressivum verwendet.

Industrielle Anwendung absehbar

Einer endgültigen Zulassung als Bienenmedikament stehen allerdings noch einige abschließende Test bevor. So muss noch die beste Dosierung bestimmt werden und Nebenwirkungen für Bienen und Anwender sowie das Risiko von Rückständen vollständig ausgeschlossen werden. Einige Unternehmen haben bereits ihr Interesse angemeldet und wollen diese Fragen nun gemeinsam mit den Forschern klären.

jmr/pg

The wide-spread disappaerance of insects has many causes, including environmental toxins and climate change. But regarding the high bee mortality of the past years, there is another culprit: the Varroa mite. This parasite has infected almost all bee colonies. The mites suck at the larvae and bees and weaken them. In addition, the Varroa mite also transmits pathogens.

Researchers at the University of Hohenheim and the Martinsried-based company Sitools Biotech have now found a new potent biological anti-mite remedy: the chemical lithium chloride, which the researchers initially used as a solvent, kills the Mites effective. The researchers report on their discovery in the scientific journal "Scientific Reports".

New mechanism - zero side effects 

The Varroa mite is one of the world's most dangerous bee pests. Beekeepers have had only few effective antidotes to choose from. Previously, infested beehives are either treated with aggressive organic acids such as formic acid or chemical miticides that cause residue and resistance problems. The new drug lithium chloride, however, has a completely different mechanism of action, is easy to use and, according to the researchers, there are no dangerous side effects for bees, beekeepers or consumers. "Lithium chloride can be used to feed bees in sugar water. In our experiments, even small amounts of saline solution were sufficient to kill the mites sitting on the bees within a few days - without side effects for the bees," explains Peter Rosenkranz, who heads the Landesanstalt für Bienenkunde in Hohenheim.

Easily available and harmless to health

Another advantage of the active ingredient is its availability: The global lithium supply is estimated at over 40 million tons. And lithium chloride salt is present in brines, salt lakes and healing springs in sometimes astonishingly high concentrations. Because of its safety, it has also been used in human medicine since the mid-20th century as an antidepressant.

Foreseeable industrial application 

Before a final approval as a bee medicine, however, there are still some final tests neccessary. For instance, the best dosage must be determined and side effects for bees and users and the risk of residues have to be excluded completely. Some companies have already registered their interest and now want to clarify these issues together with the researchers.

jmr

Über die enormen Mengen an Plastikabfall durch Verpackungen und die Verschmutzung der Gewässer als direkte Folge wird derzeit wieder viel berichtet. Doch auch kleinste Kunststoffpartikel, das sogenannte Mikroplastik, richtet erheblichen Schaden an. Trotzdem werden sie noch immer zuhauf vor allem in kosmetischen Pflegeartikeln wie Peelings eingesetzt. Forscher des Fraunhofer-Instituts für Mikrostruktur von Werkstoffen und Systemen IMWS in Halle an der Saale haben eine biobasierte und vor allem biologisch abbaubare Alternative entwickelt.

Mikroplastik – vom Deo in die Nahrungskette

Nicht nur in Körperpeelings, sondern auch in Deodorants oder Zahnpasta ist häufig Mikroplastik aus Polyethylen oder Polypropylen enthalten. Sie sollen auf sanfte Art abgestorbene Hautschuppen oder Plaque entfernen. Wegen ihrer chemischen Beständigkeit und ihrer Farb-, Geruchs- sowie Geschmacklosigkeit werden sie außerdem auch häufig als Stabilisatoren und Füllmittel eingesetzt. Das Problem: Polyethylen und Polypropylen basieren meist auf fossilen Ressourcen sind nicht biologisch abbaubar. Auf Grund ihrer Größe können sie aber auch nicht in Kläranlagen herausgefiltert werden, sondern gelangen ungehindert in die Umwelt und letztlich sogar in unsere Nahrungskette.

Optimierung der Cellulosepartikel

Das vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) geförderte Projekt „KosLigCel“ war Teil des mitteldeutschen Spitzenclusters BioEconomy. Fraunhofer-Forscher haben gemeinsam mit der CFF GmbH, einem Zellstoffverarbeiter aus Gehren in Thüringen, sowie der Skinomics GmbH aus Halle, erfolgreich Alternativen aus biologisch abbaubaren Materialien entwickelt. Das Ziel: Die kostengünstige Herstellung biologisch abbaubarer Cellulosepartikel aus Buchenholz, Hafer, Weizen und Mais, die die Anforderungen an Schleif- und Reinigungsleistung in Zahn- und Hautpflege-Produkten erfüllen. Um dies zu erreichen, mussten zunächst die Cellulosepartikel so bearbeitet werden, dass ihre Größe, Form, Härte und Oberflächenstruktur zu den gewünschten Produkteigenschaften führt. Dieser Optimierungsprozess wurde durch Mikrostrukturanalytik am Fraunhofer IMWS begleitet.

Viele zukünftige Einsatzmöglichkeiten

„Wir haben nach zweijähriger Forschungsarbeit mit den Projektpartnern sehr gute Ergebnisse erzielt: eine Testzahnpasta mit den optimierten Buchenholz-Cellulosepartikeln zeichnet sich durch eine geringe Abrasionswirkung, aber dennoch gute Reinigungsleistung aus“, berichtet Sandra Sarembe, Projektkoordinatorin am Fraunhofer IMWS. Laut dem Forscherteam zeigen Cellulose-Partikel in Kosmetikprodukten als Ersatz für Polyethylen vergleichbare Wirkungen. Zudem sind sie im Wasser biologisch abbaubar und können kostengünstig hergestellt werden. Und auch als Füllstoff in aluminiumfreien Deodorants kommen die Cellulose-Partikel infrage. In Zukunft Cellulose als biobasierter Füllstoff auch für medizinische Produkte eingesetzt werden.

jmr

Huge amounts of packaging waste accrue every day and much of it ends up polluting our oceans. However, not only the large pieces of plastic are dangerous to the environment but also the much smaller pieces of microplastic. And yet, they are still widely used in cosmetic care products such as scrubs and wash peelings. Researchers at the Fraunhofer Institute for Microstructure of Materials and Systems IMWS now developed a bio-based and – perhaps even more importantly – biodegradable alternative. 

Microplastic cannot be filtered out

Microplastic is not only used in body scrubs in order to gently remove dead skin, but also in toothpaste where its supposed to remove plaque. Moreover, due to their chemical resistance and their color-, odor- and tastelessness, they are also often used as stabilizers and fillers, for instance in deodorants. Microplastic are made of polyethylene or polypropylene, neither of which is biodegradable. Unfortunately, due to their size, microplastics can not be filtered out in sewage treatment plants either, and thus they enter into the fresh water and in the end even into our food chain without any hindrance. 

Optimising cellulose particles

The project "KosLigCel" funded by the Federal Ministry of Education and Research (BMBF) was part of the BioEconomy Leading-Edge Cluster. Together with CFF GmbH, a company processing pulp in Gehren in Thuringia, and Skinomics GmbH from Halle (Saale), Fraunhofer IMWS researchers have successfully developed alternatives made of biodegradable materials.

The goal was to develop a the cost-effective production of biodegradable cellulose particles from beech wood, oats, wheat and maize, which meet the requirements for grinding and cleaning performance in dental and skin care products. To achieve this, first the cellulose particles had to be processed so that their size, shape, hardness and surface structure led to the desired product properties. This optimization process was accompanied by microstructure analysis at the Fraunhofer IMWS.

Plenty of future applications

"After two years of research work with the project partners, we have achieved very good results: a test toothpaste with the optimized beech wood cellulose particles is characterized by a low abrasion effect, but nevertheless good cleaning performance," says Sandra Sarembe, project coordinator at Fraunhofer IMWS. According to the research team, cellulose particles have in fact comparable effects in cosmetic products as a substitute for polyethylene. In addition, they are biodegradable in the water and can be produced inexpensively. They can even be used as a filler in aluminum-free deodorants. The future holds a wide range of possible applications for cellulose as a bio-based filler  – from cosmetics to medical products. 

jmr

Das Spezialchemieunternehmen Clariant und das Biotechnologieunternehmen Global Bioenergies haben gemeinsam einen Zusatzstoff für Cremes und Lotionen auf der Basis einer biobasierten Version des Polymers Isobuten entwickelt.

Überzeugender Ersatz für erdölbasiertes Isobuten

Das von Global Bioenergies hergestellte erneuerbare Isobuten ist zuckerbasiert und wird momentan noch in kleinen Mengen in der Demonstrationsanlage von Global Bioenergies in Leuna hergestellt. Clariant wird das biobasierte Isobuten für die Erzeugung sogenannter Rheologiemodifizierer verwenden. Das Besondere: das Bio-Isubuten verändert nicht die Viskose- oder Textureigenschaften von Cremes oder Lotionen und ist somit ein direkter und vollständiger Ersatz für erdölbasierte Stoffe, ohne dass der Verbraucher einen Unterschied merkt. Zudem enthält das neue Produkt mehr als 50% regenerativen Kohlenstoff und zählt somit zu der Gruppe der natürlichen und biologischen kosmetischen Inhaltsstoffe und Produkte.

Nachhaltige Zukunft voller Möglichkeiten

Die Hauptkomponente des neuen kosmetischen Inhaltsstoffs von Clariant wird zwar momentan noch in kleinen Mengen in Leuna hergestellt, doch beide Firmen arbeiten bereits an einer Aufskalierung. Marc Delcourt, CEO von Global Bioenergies, ist von dem Potenzial des Bio-Isobutens überzeugt: „Erneuerbares Isobuten ist ein häufig verwendeter Inhaltsstoff in der Kosmetikaherstellung. Wir wollen die Chancen nutzen, die er im Bereich bio-basierter Inhaltsstoffe für Nischenprodukte bietet." Deshalb intensiviere man die Zusammenarbeit mit Clariant, und bereite die Erweiterung der Produktionskapazitäten vor.

Für Ralf Zerrer, Head of Strategic Marketing and Innovation der Geschäftseinheit Industrial & Consumer Specialties bei Clariant, bietet das neue Produkt vor allem eine Vielzahl an Einsatzmöglichkeiten für die Zukunft: „Mit unserem neuen biobasierten Polymer erweitern wir die derzeitigen Möglichkeiten für eine nachhaltigere Formulierung. Anwender können ihre Formulierungen sofort umzustellen, ohne dass Anwendungseigenschaften oder Qualität beeinträchtigt werden.“

jmr/pg