Aktuelle Veranstaltungen

„Europa wird von Afrika technologisch lernen müssen.“ Was in den Ohren vieler Europäer klingt, als hätte jemand Subjekt und Objekt verwechselt, ist Wolfram Schmidts feste Überzeugung – zumindest wenn es um die Herstellung von Beton geht. Denn der wichtigste Baustoff der Erde könnte viel nachhaltiger sein – und das ohne Qualitätseinbußen. In Afrika beginnen die Menschen das aus pragmatischen Gründen zu verstehen. In Europa verhindern Regularien und starre Ansichten, dass die Branche ihre Klimabilanz massiv verbessern kann.

Schmidt ist Materialforscher an der Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM). Es ist nicht Ideologie, die den 43-Jährigen antreibt, für einen nachhaltigeren Beton zu werben – es sind die Erkenntnisse aus jahrelanger Forschung. Eigentlich wollte Schmidt sich in ganz anderer Weise mit Beton befassen, als er es heute tut. „Ab der zehnten Klasse war für mich klar, dass ich Bauingenieur werden wollte. Das Profil des Bauleiters hatte mich sofort gereizt“, erinnert er sich. Als Kölner führte der logische Weg ihn daher nach der Schule an die RWTH Aachen.

Reiz der praxisnahen Forschung

„Ich war begeistert von Leuten, die auf der Baustelle alles koordinieren – aber die Universität öffnete einem auch den Blick für ganz andere Wege“, beschreibt Schmidt, wie sich sein Berufswunsch langsam wandelte. Kurz spielte er mit dem Gedanken, Statiker zu werden. „Aber hier wendet man letztendlich nur Naturgesetze an, hat aber wenig Möglichkeiten aktive Veränderungen zu bewirken.“

Ausschlaggebend für seine letztliche Entscheidung war wohl der parallele Job bei einer Firma, die sich intensiv mit Materialien befasste und an der Schnittstelle zur Serienfertigung keramischer Produkte tätig war. „Da habe ich meine Liebe zum Erarbeiten wissenschaftlicher Fakten und deren Weiterentwicklung zu praktischen Produkten entdeckt“, erzählt der Wissenschaftler. Nach seiner Diplomarbeit über die Optimierung von Betonrezepturen sei für ihn klar gewesen: „Ich bleibe in der Materialforschung.“

„Man kann allein durch die Temperatur und die Mischung so viel am Produkt verändern“, schwärmt Schmidt. „Das ist wie zu Hause in der Küche.“ Tatsächlich sei er auch zu Hause derjenige, der am Wochenende meist für seine Frau und seine beiden Kinder koche – „weil es Spaß macht!“

Leidenschaft für internationale Projekte

Eine passende Stellenausschreibung führte Schmidt direkt nach dem Studium zur BAM. „Damals dachte ich: Zwei Jahre, dann schaue ich nach einem forschungsnahen Job in der Industrie“, erinnert er sich. An der damals noch eher national orientierten Einrichtung trieb Schmidt von Anfang an internationale Projekte voran. „Das hat mir wirklich Spaß gemacht“ - wohl so viel Spaß, dass er parallel an der TU Eindhoven promovierte, um bei der BAM weiter forschen zu können – wo er heute noch ist.

Mit einer immer größeren Zahl an Forschungsfragen sei er in Verbindung gekommen, Afrika und nachwachsende Rohstoffe – ein Thema, das ihn bis heute begleitet – sei nur eines von vielen Themen gewesen. „Eigentlich bin ich verantwortlich für alles mit Rheologie, also versuche ich entsprechende Schnittstellen der Themen zu finden“, schmunzelt er. Zeit für Freizeit bleibt da wenig, mehrere Monate im Jahr verbringt der Forscher im Ausland.

Aber lässt sich an Beton wirklich noch so viel forschen und verbessern? „Beton ist ein höllisch komplexes System mit Partikeln von Nanometern bis Zentimetern, und daraus gießen wir Kubikmeter“, legt Schmidt dar. Um diesen Werkstoff wirklich zu verstehen, habe er als Bauingenieur zunächst die organische und anorganische Chemie bis in die Nanoebene erlernen müssen. „Aber je tiefer man ins Spezialwissen eintaucht, desto intensiver und regelmäßiger stellt man sich die Frage, welchen Nutzen man dabei noch für die Gesellschaft generiert“, sagt der Mann, der Dinge bewegen möchte.

Afrika ist anders

„In Afrika habe ich gesehen, dass die Welt ganz anders ist.“ Zement ist dort bezogen auf die Kaufkraft zwischen 10 und 1000 Prozent teurer als in Europa, Regeln der guten Praxis können aufgrund technischer Unzulänglichkeiten oft nicht adäquat angewandt werden. „In Deutschland können Sie Beton bestellen, und zwei Stunden später ist er in der Wunschkonsistenz da. In Afrika gibt es dafür gar nicht die Infrastruktur“, berichtet Schmidt. Weil das Material extrem teuer ist, Arbeitskraft aber wenig kostet, sind dort andere Wege der Betonherstellung gefragt als in Europa, wo die Situation genau umgekehrt ist.

"Regarding technology, Europe will have to learn from Africa.” For many Europeans, this will sound strange, but it is Wolfram Schmidt's firm conviction - at least when it comes to the production of concrete. After all, the Earth's most important building material could be much more sustainable - without any loss in quality. In Africa, people are beginning to understand this for pragmatic reasons. In Europe, regulations and rigid views prevent the industry from massively improving its climate balance.

Schmidt is a materials researcher at the Federal Institute for Materials Research and Testing (Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung, short BAM). It is not ideology that drives the 43-year-old to promote more sustainable concrete, it is the findings of years of research. Schmidt initially wanted to work with concrete in a completely different way than he does today. "From the tenth grade on, it was clear to me that I wanted to become a civil engineer. The profile of the construction manager immediately appealed to me," he recalls. As a native of Cologne, the logical path led him to RWTH Aachen University after finishing school.

The appeal of practical research

"I was fascinated by the people who coordinate everything on the construction site. But the university also opened my eyes to completely different paths," says Schmidt, describing how his career aspirations were slowly changing. He briefly toyed with the idea of becoming a structural engineer. "But then, in the end, you only apply the laws of nature, with little opportunity to bring about active change.”

The deciding factor for his final decision was probably the parallel job with a company that focused intensively on materials and worked at the interface to the serial production of ceramic products. "There, I discovered my love for developing scientific facts and their further development into practical products," says the scientist. After his diploma thesis on the optimization of concrete formulations, it was clear to him: "I will remain in materials research.”

"The temperature and the mixture alone can change so much about the product," enthuses Schmidt. "It's like at home in the kitchen.” In fact, he is also the one at home who usually cooks for his wife and two children on weekends - "because it's fun!”

Passion for international projects

A fitting job advertisement led Schmidt to the BAM immediately after completing his studies. "At that time, I thought: Two years, then I'll look for a research-related job in the industry," he remembers. From the very start, Schmidt drove international projects forward at the institution, which at the time was still rather nationally oriented. "I really enjoyed it" - so much so that he did his doctorate at the TU Eindhoven at the same time in order to continue his research at BAM, where he still is today.

He had come into contact with an increasing number of research questions. Africa and renewable resources - a topic that has stayed with him to this day - was just one of many topics. "Technically, I am responsible for everything to do with rheology, therefore I try to find relevant interfaces between the topics," he smiles. This leaves little time for leisure; the researcher spends several months a year abroad.

But is there really still so much that can be researched and improved in concrete? "Concrete is a hell of a complex system with particles ranging from nanometers to centimeters, and we pour cubic meters from it," Schmidt explains. In order to really understand this material, as a civil engineer he first had to learn organic and inorganic chemistry down to the nano level. "But the deeper you immerse yourself in specialist knowledge, the more intensively and regularly you ask yourself the question of what other benefits you will generate for society," says the man who wants to move things forward.

Africa is different

"In Africa, I have seen that the world is completely different." In terms of purchasing power, cement is between 10 and 1000 percent more expensive there than in Europe. Good practice rules often cannot be adequately applied due to technical shortcomings. "In Germany you can order concrete, and two hours later it is there in the requested consistency. In Africa, there is no infrastructure for this," reports Schmidt. Because the material is extremely expensive, but labour costs little, other ways of producing concrete are in demand than in Europe, where the situation is exactly the opposite.

"The basics of chemistry and physics are the same everywhere, but you have to adapt concrete production to local conditions," the materials researcher describes his goals. It is crucial for Africa that, due to the poor infrastructure, only local production can be economically viable. Short transport distances benefit the climate - and this would also be true outside of Africa. To this end, Schmidt relies on bio-based raw materials. In Africa, he and his colleagues from Nigeria found the shell of the manioc root to be the ideal concrete ingredient. Due to its indigestibility, this unused waste material is unsuitable as animal feed, but is produced in rough quantities, because manioc is the world's most important source of starch after corn and rice. "In Europe, building materials are regulated in such a way that concrete can only be optimized in small steps. Leap innovations are still possible in Africa," says Schmidt. This is why he is convinced that Europe will learn from Africa in a few years' time.

Awarded with innovation prize

In Africa, he was consistently supported by Professor Herbert Uzoegbo of the University of the Witwatersrand in Johannesburg, even though Uzoegbo could no longer be active in research for health reasons. "The regulations and administrative conditions in Europe and Africa don't mesh so well", jokes Schmidt, Uzoegbo has always "built bridges across the continents" in this regard. "And I learned from him that in Africa you can't afford the luxury of being a specialist, but that you have to be an all-rounder." Together with Kolawole Olonade from the University of Lagos, Schmidt was recently awarded the German-African Innovation Prize by Federal Research Minister Anja Karliczek for his work.

Holzkohle ist noch immer der gängigste Energieträger in Afrika. Rund 80% der Bevölkerung nutzt Holzkohle oder Holz im Alltag. Das Problem: Das dafür genutzte Holz stammt von Bäumen, die gerodet werden müssen. Drei Absolventen der Hochschule Koblenz wollen das ändern. Dominik Kagerer, Tobias Löwe und Sebastian Czaplicki entwickelten eine Technologie, die Holzreste zur Herstellung von Holzkohle nutzt und so die massive Rodung afrikanischer Wälder verhindern kann.

Die Idee dazu kam dem Trio im Rahmen eines Projektes in Nigeria. Die Tatsache, dass zur Holzkohle-Herstellung, Wälder abgeholzt werden müssen, erschien den Studenten nicht mehr zeitgemäß. Zugleich fiel dem Trio auf, dass Nigeria enorme Mengen Holzkohle exportiert, obwohl sie im eigenen Land dringend gebraucht wird. Allein in der Sub-Sahara-Region Afrikas werden jährlich 32 Millionen Tonnen Holzkohle konsumiert, während in Europa der Verbrauch bei nur knapp einer Million Tonnen liegt.

Biomüll zu Biokohle verarbeiten

Die Idee der Studenten mündete in die Gründung des Start-ups Sustainable Carbon Cycle Industries (SSC-Industries) und wurde bereits im Wettbewerb der KVTC Biomass Challenge ausgezeichnet. „Wir sind stolz, mit unserem ganzheitlichen Ansatz zur Herstellung von Holzkohle als junges und innovatives Team einen so großen Wettbewerb gewonnen zu haben. Diese Anerkennung zeigt uns, dass wir auf dem richtigen Weg sind“, so Tobias Löwe. Darüber hinaus konnte das Trio ein Gründerstipendium des Landes Nordrhein-Westfalen ergattern. Die monatliche Unterstützung mit 1.000 Euro über ein Jahr hinweg gibt ihm die Chance, seine Geschäftsidee voranzutreiben.

Sauberer Strom aus Verkohlungsprozess

Zunächst will das Start-up seine Idee in Tansania umsetzten. Aus bisher ungenutzten Holzresten, die im Sägewerk vor Ort anfallen, soll die grüne Holzkohle entstehen. Auch aus der Abhitze und den Abgasen des Verkohlungsprozesses soll sauberer Strom erzeugt werden. Für diese nachhaltige Stromgewinnung erhält das Team sogenannte Emissionsrechte, deren Verkauf wiederum zur Subventionierung des lokalen Verkaufspreises der Holzkohle vor Ort in Tansania dienen und bei der Bekämpfung des weltweiten Klimawandels helfen soll.  

Grüne Holzkohle in Afrika für Afrika

Ziel des Start-ups ist es, eine nachhaltige Holzkohleproduktion in Afrika für Afrika zu etablieren. „Wir achten bewusst darauf, dass der Produktionsprozess nicht komplett automatisiert stattfindet, sondern viele eher niedrig qualifizierte Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter integriert werden, da diese meist die schlechtesten Chancen auf dem Arbeitsmarkt haben“, so Dominik Kagerer.

Bauschäume zum Montieren, Füllen oder Abdichten bestehen meist aus Polyurethan, das in der Regel aus erdölbasierten Stoffen hergestellt wird. Eine nachhaltige Alternative ist Bauschaum aus Holz. Am Fraunhofer-Institut für Holzforschung WKI wurden Bauschäume entwickelt, die zu 100% aus dem nachwachsenden Rohstoff bestehen. Die holzeigenen Bindungskräfte machen den Einsatz synthetischer Klebstoffe überflüssig. Auch wegen seiner wärme- und schallisolierenden Eigenschaften ist Holzschaum besonders umweltfreundlich.

Holzschaum mit Metallschwamm kombiniert

Um das Einsatzspektrum der Holzschäume zu erweitern, haben sich Werkstoffforscher um Frauke Bunzel für einen neuartigen Materialmix entschieden. Gemeinsam mit Fraunhofer-Forschern vom Institut für Fertigungstechnik und Angewandte Materialforschung IFAM entwickelte das Braunschweiger Team einen neuartigen Hybridwerkstoff, der Holzschaum und Metallschwamm kombiniert. Im Projekt „HoMe-Schaum“ untersuchten sie, ob die verschiedenen Materialen zusammenpassen.

Hybridwerkstoff mit höherer Funktionalität

Das Ergebnis: Der neuartige Materialmix harmoniert perfekt und zeichnet sich durch eine höhere Funktionalität aus. Neben sehr guter Dämmeigenschaften weist der neuartige leichte Werkstoff eine höhere Biegefestigkeit auf, die durch die Verstärkung des Holzschaumes mittels des Metallskeletts erreicht wurde. „Damit bietet sich der HoMe-Schaum als Kernwerkstoff in Sandwichkonstruktionen oder aber als selbsttragendes Leichtbau-Halbzeug an“, erklärt Frauke Bunzel vom Fraunhofer WKI. Darüber hinaus könnte der Werkstoff für versteifende und akustisch dämmende Bauteile wie etwa in der Automobilindustrie eingesetzt werden. Durch das Einbringen des Metallschwammes ist das neue Hybridmaterial zudem elektrisch leitfähig.

Herstellungsprozess straffen

Derzeit arbeiten die Forscher daran, den Prozess der Holzschaumherstellung zu straffen und den Holzschaum einfacher und schneller in den Metallschwamm zu bringen. Bisher wird das Metallskelett noch mittels Klopftechnik mit Holzschaum gefüllt.

Für die überlebenswichtige Photosynthese benötigen Pflanzen Chlorophyll – je mehr von dem grünen Farbstoff vorhanden ist, desto besser funktioniert auch die Sauerstoffherstellung. Um Chlorophyll zu bilden, benötigen die Pflanzen allerdings Eisen, das häufig nur in schwerlöslicher Form im Boden vorliegt. Pflanzenforscher um Christian Hertweck vom Jenaer Leibniz-Institut für Naturstoff-Forschung und Infektionsbiologie – Hans-Knöll-Institut (HKI) fanden im Genom des Bakteriums Paraburkholderia graminis nun Hinweise auf ein neuartiges Eisenaufnahmesystem.

Gramibactin bindet Eisen auf neue Weise

Wie die Wissenschaftler im Fachjournal „Nature Chemical Biology“ berichten, handelt es sich dabei um ein neues Siderophor, einen Eisenträger. Dieses Molekül wird von Bakterien gebildet, die im Wurzelbereich von Mais und Weizen leben. Da diese Erzeugerbakterien vor allem mit den Wurzeln von Süßgräsern – den Gramineen – vergesellschaftet sind, haben die Forscher es Gramibactin genannt. Es bindet das schwerlösliche Eisen aus der Umgebung und bringt es in den bakteriellen Stoffwechsel ein. Dadurch können Nutzpflanzen mehr Eisen aufnehmen und infolgedessen auch mehr Chlorophyll bilden. Das Überraschende: Gramibactin bindet Eisen auf eine bisher unbekannte Art. „Es ist immer wieder faszinierend zu sehen, wie vielfältig chemische Probleme in der Natur gelöst werden“, sagt Hertweck. „Wir hoffen, dass unsere Erkenntnisse einen Beitrag dazu leisten, die Fitness und Gesundheit dieser wichtigen Kulturpflanzen auf natürlichem Weg zu steigern.“

Die Forscher fanden heraus, dass das ringförmige Molekül zur Substanzfamilie der Lipodepsipeptide gehört. Die Untersuchungen ergaben auch, dass Gramibactin die Eisen(III)-Ionen mit einer sehr hohen Bindekraft fixiert. Als Bindungspartner dienen zwei ungewöhnliche N-Nitrosohydroxylamin-Gruppierungen, die aus der Ringstruktur herausragen und bislang noch nicht in natürlichen Eisentransportern beobachtet wurden. Somit ist Gramibactin der erste Vertreter einer neuen Klasse von Siderophoren.

Bis zu 50% mehr Chlorophyll durch Gramibactin

Die Jenaer Forscher konnten beweisen, dass Pflanzen von der Eisenbindung durch Gramibactin deutlich profitieren. Maßgebend hierfür war die Bildung von Chlorophyll. Das Ergebnis: Die Maispflanzen bildeten bis zu 50% mehr Chlorophyll, wenn die Nährlösung den Gramibactin-Eisen-Komplex enthielt.

Mehr Chlorophyll und mehr Photosynthese bedeuten auch besseres Wachstum und höhere Erträge der Pflanzen. Die deutliche Zunahme an Chlorophyll durch die Eisenbereitstellung der Gramibactin-Bakterien verdeutlicht, wie wichtig ein ausbalanciertes und natürliches Wurzelmikrobiom für Pflanzenwachstum und hohe Erträge ist.

jmr

Not only humans rely on photosynthesis by plants for the coveted oxygen. For plants themselves photosynthesis is an essential metabolic pathway. And for it to work well, they require chlorophyll – the green “blood” of plants. However, in order to produce enough chlorophyll, plants require iron, which in turn is often hardly soluble from the soil. Now, plant researchers from the Leibniz Institute for Natural Product Research and Infection Biology – Hans-Knöll-Institut (HKI) in Jena found evidence for a new kind of iron transporter in the genome of the bacterium paraburkholderia graminis.

Gramibactin binds iron via novel mechanism

The researchers report in the journal “Nature Chemical Biology” that they discovered a new siderophore ("iron carrier"). The molecule is produced by bacteria that live in the root area of maize and wheat. Since the bacteria that produce it are associated with the roots of sweet grasses – the Gramineae – the researchers named it gramibactin. It binds to iron from the environment that is otherwise mostly insoluble in water and introduces it into the bacterial metabolism. The grain plants benefit from this because they can absorb the iron that is mobilised by the bacteria and form more chlorophyll. Surprisingly, gramibactin binds iron in a way not previously observed in nature. "It is always fascinating to see the different ways in which chemical problems are solved in nature", says Hertweck. "We hope that our findings will contribute to improving the fitness and health of these important crops in a natural way.”

According to the researchers, the ring-shaped molecule belongs to the family of lipodepsipeptides. Moreover, it appears as if Gramibactin fixes iron (III) ions with a very high affinity through two unusual N-nitrosohydroxylamine groups that protrude from the ring structure. This has not previously been observed in natural iron transporter molecules and therefore makes gramibactin the first representative of an entirely new class of siderophores.

50% more chlorophyll due to gramibactin

To test whether gramibactin can actually improve the iron supply of plants, the researchers used the production of chlorophyll as a read-out. Chlorophyll is the green pigment that is required for photosynthesis and it can only be synthesized if sufficient iron is present. The team was able to demonstrate that corn plants produced up to 50% more chlorophyll in the presence of the gramibactin-iron complex.

These results show that iron provided through bacterial activities can have a beneficial effect on plant growth. Thus, a balanced and natural colonisation of the plant root area with microorganisms – the so-called root microbiome – is an essential factor for plant growth and therefore high crop yields.

jmr

Pflanzen holen sich ihre benötigten Nährstoffe aus dem Boden und nehmen sie über ihre Wurzeln auf. Doch viele Nährstoffe sind schwer löslich und können nicht ohne weiteres in ausreichenden Mengen aufgenommen werden. Deswegen gehen viele Pflanzen Symbiosen mit Pilzen ein, die bei der Nährstoffaufnahme helfen. Tatsächlich leben über 70% der höheren Pflanzen in Symbiose mit den sogenannten arbuskulären Mykorrhiza-Pilzen, die vermutlich mehr als 400 Millionen Jahre alt sind. Die Pilze besiedeln die Wurzeln der Pflanzen, dadurch können diese beispielsweise Phosphat besser aufnehmen – ein wichtiger, aber knapper Nährstoff. Zusätzlich schützen die Mykorrhiza-Pilze die Pflanzen gegen biotische und abiotische Stressfaktoren, wie Schädlingsbefall, Krankheitserreger und Trockenheit.

Mykorrhiza-spezifische Veränderungen in Blättern sichtbar

Ob der Pilz vorhanden ist und Pflanzen in Symbiose mit ihm leben, konnte bisher aber nur durch das Ausgraben der Wurzeln festgestellt werden. Dabei wurde jedoch meist die Pflanze zerstört. Wissenschaftler am Max-Planck-Institut für chemische Ökologie in Jena haben nun erstmals in den Blättern der Tabakart Nicotiana attenuata Substanzen identifiziert, die eine Besiedelung mit den Mykorrhiza-Pilzen anzeigen. Wie die Pflanzenforscher im Fachjournal „eLIFE“ berichten, haben sie für ihre Untersuchungen die Inhaltsstoffe aus den Blättern mit einem hoch empfindlichen Verfahren analysiert und mit denen aus Pflanzen verglichen, die nicht in Symbiose mit Mykorrhiza-Pilzen leben. „Durch gezielte, hochempfindliche Massenspektrometrie haben wir Mykorrhiza-spezifische Veränderungen auch in oberirdischen Teilen von Pflanzen entdeckt", beschreibt Ming Wang, Erstautor der Studie, die Ergebnisse.

Diese Mykorrhiza-spezifischen Veränderungen, die sogenannten Blumenol-C-Derivate, sind schon länger ein eindeutiger Marker für die Besiedelung mit dem Pilz. Bisher konnten sie allerdings nur in den Wurzeln nachgewiesen werden. „Die Blumenole werden höchstwahrscheinlich lokal in der Wurzel produziert und anschließend zu anderen Pflanzenteilen transportiert", erklärt Martin Schäfer, Mitautor der Studie, die Resultate.

Plants get their nutrients from the ground via their root network. However, many nutrients are nearly insoluble or very rare. Therefore, many plants live in symbiosis with root fungi that facilitate the plants’ nutrient uptake and help them thrive under extreme conditions. In fact, more than 70% of higher plants establish an association with these fungi, so-called mycorrhiza, which are believed to be more than 400 million years old. The mutualistic association allows the plant to better absorb nutrients, such as phosphate – an especially important but rare nutrient. Moreover, the symbiosis makes the plants more tolerant regarding biotic and abiotic stresses, such as insect attacks, pathogens and drought.

Mycorrhiza colonization metabolites identified in leaves

Thus, many farmers and plant breeders welcome the symbiosis. Yet, thus far, the presence of the fungi could only be detected by excavating the plant roots, which often destroys the plant. Now, researchers at the Max Planck Institute for Chemical Ecology in Jena, Germany, identified substances that accumulate in the leaves when arbuscular mycorrhizal fungi successfully colonize plant roots. The researchers describe their findings in the journal “eLIFE“: It has been known for a while that so-called blumenol C derivates are produced in the roots exclusively after colonization with the mutualistic fungi. However, until now, all attempts to find a reliable and specific leaf marker have failed. For their studies, the researchers analyzed the leaf substances with a highly sensitive technique and compared them to leaf compounds from plants without the fungal symbiosis. “Through targeted and highly sensitive mass spectrometry, we were able to find mycorrhizal-specific changes also in above-ground parts of the plants,” Ming Wang from the Jena Max Planck Institute and first author of the study describes the findings. “The blumenols are most likely produced in the roots and then transported to other parts of the plants,” adds Martin Schäfer, co-author of the study.

Kosmetik- und Textilindustrie, aber auch Medizinprodukte-Hersteller nutzen bereits die Seiden-Biopolymere von AMSilk. Mit dem europäischen Flugzeughersteller Airbus konnte das Biotechnologie-Unternehmen aus Martinsried nun einen weiteren Großkunden für seine künstlich erzeugten Spinnenseiden-Fasern gewinnen. Beide Unternehmen haben soeben ihre Partnerschaft mit einem Kooperationsvertrag besiegelt und damit eine neue Ära in der Luft-und Raumfahrttechnik eingeläutet. „Wir bei AMSilk haben uns zum Ziel gesetzt, Materialien zu produzieren, die sowohl leistungsstark als auch nachhaltig sind. Die derzeitige Partnerschaft mit Airbus ist eine Chance, einen neuen, stärkeren und nachhaltigeren Kurs für die gesamte Luft- und Raumfahrtindustrie zu setzen“, sagt Jens Klein, CEO von AMSilk.

Neuer Verbundwerkstoff mit Biosteel-Fasern

Ziel des Bündnisses ist es, auf Basis der von AMSilk hergestellten Faser namens Biosteel einen neuen Verbundwerkstoff zu entwickeln, der Flugzeuge leichter macht, wodurch diese weniger Treibstoff benötigen. Im Rahmen der Zusammenarbeit sollen daher die Möglichkeiten der neuartigen Faser hinsichtlich eines neuen Designs und der Konstruktion von Flugzeugen ausgelotet werden.

Flugzeuge leichter und sparsamer machen

Die Kooperation läuft zunächst bis Ende 2019. Dann soll bereits ein Prototyp des neuen Verbundwerkstoffes präsentiert werden. Das mit der Biosteel-Fasertechnologie von AMSilk hergestellte Material könnte eine Alternative zu den Carbonfaser-Verbundwerkstoffen sein, welche immer öfter zum Bau von Rumpf und Flügeln bei Flugzeugen eingesetzt werden, um Gewicht zu reduzieren.

Die Biosteel-Faser ist für den Leichtbau bestens geeignet. Sie ist flexibel, extrem belastbar und könnte wiederholten Stößen problemlos standhalten. Damit würden sich auch Reparaturzeiten reduzieren, sodass Flugzeuge schneller wieder abheben können.

Synthetic silk biopolymers developed by the German biotechology company AMSilk, headquartered near Munich, have found their way into many a industry application. Now, it will even become a part of future lightweight planes in an attempt to save fuels: Airbus and AMSilk have entered into a joint cooperation agreement to develop new composites for use in the aerospace industry.

Composite material based on AMSilk’s Biosteel® fiber technology

In recent years, the aerospace industry has shifted from metal and steel fuselage and wings to carbon fiber composite materials, primarily in an effort to decrease the plane’s weight and save fuel over time. Airbus, committed to remaining at the forefront of aerospace innovation, is the first in the industry to experiment with this new material. The new composite material will be built using AMSilk’s Biosteel® fiber technology, which enables lightweight construction with multiple shock resistance and flexibility. As demand for air travel continues to increase, the need for larger, more flexible planes that spend less time in the shop and more time in the sky will continue to grow.

Launch planned for 2019

AMSilks trademark Biosteel® fiber is made from a biopolymer based on natural spider silk, a material known for its strength, flexibility and toughness and is produced via a closed-loop biotechnological process that renders the product highly sustainable, with no petroleum inputs. AMSilk and Airbus are aiming to launch a prototype composite material in 2019.

“We are excited to be working with Airbus, the world leader in performance airplanes, to create a fundamentally new material,” said Jens Klein, CEO of AMSilk. “At AMSilk, we are committed to producing materials that are both high- performing and sustainable, and the current partnership with Airbus is an opportunity to set a new, stronger and more sustainable course for the entire aerospace industry.”

jmr

Die Biotechnologie liefert den Werkzeugkasten, um biobasierte Ressourcen effektiv und nachhaltig zu nutzen. Damit ist sie ein wichtiger Innovationstreiber bei der Gestaltung einer biobasierten Wirtschaft. Biologisches Grundlagenwissen in die Anwendung zu bringen, ist ein zentrales Anliegen der Bundesregierung. Im Koalitionsvertrag haben sich die Parteien daher verpflichtet, die Nutzung von Prinzipien der Natur voranzutreiben und eine ressortübergreifende Agenda „Von der Biologie zur Innovation“ gemeinsam mit der Wirtschaft, Wissenschaft und der Zivilgesellschaft zu erarbeiten.

Schnelle Umsetzung der Biotechnologie-Agenda gefordert

Welche Bedeutung die Bundesregierung der Biotechnologie beimisst, wurde bei den diesjährigen Deutschen Biotechnologietagen deutlich. Bundeswirtschaftsminister Peter Altmaier machte klar: „Wir brauchen jetzt eine Biotech-Agenda, die der digitalen Agenda entspricht”. Die Agenda „Von der Biologie zur Innovation“ hat einen festen Platz in der kürzlich vorgestellten Hightech-Strategie 2025, in der die Innovations- und Forschungsziele der Bundesregierung für die kommenden Jahre festgeschrieben sind. Ziel der Agenda ist es demnach, biologisches Wissen sowie biotechnologische und bioinspirierte Verfahren noch stärker in alle Bereiche des täglichen Lebens und Wirtschaftens zu integrieren.

Industrieverband: Leitlinien definieren

Nach dem Ende der politischen Sommerpause drängt der Industrieverband BIO Deutschland auf eine zügige Implementierung der Agenda „Von der Biologie zur Innovation“ und gibt der Politik Empfehlungen für die Ausgestaltung. Die BIO Deutschland verweist in ihrer aktuellen Stellungnahme darauf, dass die Biotechnologie „die Brücke von den Erkenntnissen der Biologie zum Einsatz dieser Erkenntnisse für Innovationen“ darstellt und das Fundament für den Aufbau der Bioökonomie sei. „Im Rahmen dieser Agenda sollten die Leitlinien für den Einsatz der Biotechnologie in unserer Gesellschaft definiert werden, mit dem Ziel einer nachhaltigen, umweltschonenden und CO₂-neutral produzierenden Wirtschaft. Ein wichtiger Baustein der Agenda muss die Wirtschafts- und Innovationspolitik sein“, so der Vorstandsvorsitzende von BIO Deutschland, Peter Heinrich.

Positionspapier zur Digitalisierung von Bioprozessen

Auch die Gesellschaft für Chemische Technik und Biotechnologie DECHEMA weist in einem neuen Positionspapier auf das Innovationspotenzial Biotechnologie in der digitalen Ära hin: In dem Papier „Neuer Schub für die Biotechnologie“ zeigen Autoren der Fachgesellschaft das Potenzial von Automatisierung, Miniaturisierung und Digitalisierung für die Forschung und die Entwicklung biotechnologischer Verfahren auf. Deutschland habe die Möglichkeit, die Biotechnologie als weiteres Standbein der Industrie zu etablieren, um das volkswirtschaftliche Potenzial dieser Technologie für eine nachhaltige innovative Wirtschaft und zum Nutzen der Bevölkerung in Deutschland zu heben, schreiben die Autoren.

Im Oktober vergangenen Jahres gab Clariant seine Pläne zum Bau der Bioraffinerie-Anlage in Rumänen bekannt. Kaum ein Jahr später, am 12. September 2018, wurden mit dem ersten Spatenstich die Bauarbeiten feierlich begonnen. In Podari bei Craiova im Südwesten des Landes entsteht in den kommenden Monaten die erste Großanlage zur Herstellung von Biosprit aus Agrarresten. Dabei kommt die von Clariant entwickelte Sunliquid-Technologie zum Einsatz.

Clariant investiert 100 Mio. Euro

„Nach mehr als zehn Jahren Forschungs- und Entwicklungsarbeit investiert Clariant über 100 Mio. Euro in ihre erste Sunliquid-Anlage. Diese Technologie ist nicht nur in Europa, sondern weltweit zukunftsweisend“, so Clariant-Vorstandsmitglied Christian Kohlpaintner. Mit dem Bau der Bioraffinerie in Rumänien will das Unternehmen Wettbewerbsfähigkeit und Nachhaltigkeit der Sunliquid-Technologie unter Beweis stellen. Bis zu 250.000 Tonnen Weizen- und anderes Getreidestroh sollen hier jährlich zu 50.000 Tonnen Cellulose-Ethanol verarbeitet werden. Anfallende Nebenprodukte werden dabei zur Erzeugung von erneuerbarer Energie verwendet, damit die Anlage unabhängig von fossilen Energieträgern läuft.

Entwickelt hat das Sunliquid-Verfahren ursprünglich ein Team um Andre Koltermann von der Süd-Chemie in München, die mittlerweile zu Clariant gehört. Das Prinzip: Mikrobielle Enzyme verwandeln die Pflanzenfasern aus dem Stroh in Zuckermoleküle, die wiederum durch Hefen zu Ethanol vergoren werden. Im niederbayerischen Straubing betreibt Clariant bereits seit 2012 eine Demonstrationsanlage, um Bioethanol aus Stroh und anderen Feldabfällen zu gewinnen. Die Anlage produziert 1.000 Tonnen Ethanol im Jahr. Das Pilotprojekt wurde vom Bundesministerium für Bildung und Forschung und der bayerischen Landesregierung gefördert.

EU unterstützt Bau der Großanlage

In Rumänien kommt die Sunliquid-Technologie nun erstmals bei einer industriellen Großproduktion von Biosprit zum Einsatz. Der Bau der Anlage wird mit rund 40 Mio. Euro von der Europäischen Union über das siebte Rahmenprogramm für Forschung, technische Entwicklung und Demonstration sowie durch das Forschungs- und Innovationsprogramm Horizon 2020 unterstützt.

Nach Fertigstellung der Bioraffinerie-Anlage will das Unternehmen etwa 300 Arbeitsplätze in Gewerbebetrieben im Umland sowie bis zu 120 Mitarbeiter in der Anlage selbst beschäftigen. Die Stellen sollen dabei mit Arbeitnehmern aus der Region besetzt werden. Die Ausbildung der neuen Mitarbeiten soll jeweils in den Laboren bei München und auch in der Pilotanlage in Straubing erfolgen. Die Biospritanlage schafft aber nicht nur neue Arbeitsplätze in der Region. Die Bauern aus Craiova können erstmals ihre bisher kaum genutzten Agrarreststoffe auch industriell vermarkten.

Methan ist eine wichtige Energiequelle und das Hauptprodukt bei der Biogasherstellung. Es wird in Biogasanlagen meist durch die Vergärung von Biomasse, beispielsweise Holzabfälle, produziert. Dieses Synthesegas, eine Mischung aus Wasserstoff, Kohlenstoffmonoxid und Kohlenstoffdioxid, kann anschließend über eine Methanisierung zu hochwertigem Methan umgewandelt werden. Forschern des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) und der Forschungsstelle des Deutschen Vereins des Gas- und Wasserfaches (DVGW) ist es gelungen, diese Methaniserung so weit zu verbessern, dass ein hochwertiges und gleichzeitig nachhaltiges Methan entsteht, das qualitativ mit fossilem Erdgas mithalten kann.

Mehr Effektivität durch wabenförmigen Katalysatorträger

Wie effektiv die neuartige Methanherstellung ist, zeigen die Ergebnisse einer Pilotanlage, die das Team um KIT-Forscher Siegfried Bajohr im schwedischen Köping aufgebaut hat. Herzstück der Methanisierungsanlage sind wabenförmige Katalysatorträger, die Bajohr entwickelt und für den Einsatz in der Methanisierung optimiert hat. „Die metallischen Nickel-Katalysatoren wandeln in einem einstufigen Prozess Wasserstoff und Kohlenstoffmonoxid und bei ausreichender Versorgung mit Wasserstoff auch Kohlenstoffdioxid zu Methan und Wasser um“, erklärt Bajohr.

Pilotanlage wandelt Synthesegas in nachhaltiges Methan

Die Pilotanlage wurde in Köping an einen Biomassevergaser gekoppelt, der die für die chemische Reaktion notwendigen kohlenstoffhaltigen Gase liefert. Wie die Forscher berichten, wandelte die Karlsruher Methanisierungsanlage über mehrere Wochen zuverlässig Synthesegas in Methan um. „Das so nachhaltig erzeugte synthetische Methan kam anschließend sehr erfolgreich beim schwedischen Projektpartner Cortus AB als Kraftstoff in den firmeneigenen Erdgas-Fahrzeugen zum Einsatz“, berichtet Bajohr.  Das Methan ist aber nicht nur als Treibstoff für Erdgasfahrzeuge geeignet, sondern auch als Brennstoff für Blockheizkraftwerke und Heizungsanlagen. Den Forschern zufolge könnte das nachhaltige Methan ohne Einschränkungen in das existierende europäische Erdgasnetz eingespeist werden und so schon heute vielerorts fossiles Erdgas ersetzen.

Im Jahr 2015 haben die Vereinten Nationen 17 Nachhaltigkeitsziele (Sustainable Development Goals - SDGs) formuliert. Die Ziele sollen helfen, die Armut zu beenden, den Planeten zu schützen und Wohlstand für alle zu erreichen. Die Leibniz-Gemeinschaft richtete deshalb am 14. September in Berlin eine eintägige Konferenz rund um dieses Thema aus. Experten aus Politik und Wissenschaft waren eingeladen, den aktuellen Stand der Forschung zu den SDGs und deren Umsetzung vorzustellen und zu diskutieren. Knapp 200 Teilnehmer waren ins Haus der Leibniz-Gemeinschaft gekommen. Zusätzlich zu den Plenar-Vorträgen und der anschließenden Podiumsdiskussion stellten mehr als 40 Wissenschaftler in insgesamt zehn parallelen Themenrunden ihre neuesten Forschungsergebnisse rund um die SDGs vor.

Die Zukunft der Menschheit steht auf dem Spiel

Matthias Kleiner, Präsident der Leibniz-Gemeinschaft, begrüßte die Teilnehmer der Konferenz mit einem flammenden Appell: „Hier geht es um nichts geringeres, als die Zukunft der Menschheit!“ Umso mehr freue er sich, dass auf der Konferenz so viele verschiedene Forschungsdisziplinen aufeinandertreffen. Denn nur gemeinsam könne man die anstehenden Aufgaben lösen, so Kleiner. Auch Ottmar Edenhofer, designierter Co-Direktor des Potsdamer Leibniz-Instituts für Klimafolgenforschung, fand deutliche Worte: „Es ist wichtig, die Naturwissenschaften mit den Geistes- und Sozialwissenschaften zu einen und gemeinsam an einem Strang zu ziehen." Laut Edenhofer sei das sogenannte „Carbon Pricing“, also die zusätzliche Belegung von Kohlenstoffemissionen mit Kosten, ein wichtiger Schritt, um von der erdölbasierten zu einer nachhaltigeren Industrie zu kommen. Eine Ausweitung der Förderung von nachwachsenden Rohstoffen sei jedoch keine adäquate Lösung: Durch eine Investition in nachwachsende Rohstoffe sinke demnach zwar zunächst der Bedarf und das Interesse an kohlenstoffbasierten Erzeugnissen. Edenhofer zufolge reagiere der Markt darauf jedoch mit fallenden Preisen, wodurch der Verbrauch solcher Materialien wieder steigt. „Durch den Rebound effect hätte die Investition in die Verwendung nachwachsender Rohstoffe einen steigenden Verbrauch fossiler Energieträger zur Folge. Das können wir nur durch Carbon Pricing stoppen“, so Edenhofer.

Der Markt als treibende Kraft

Ganz anderer Meinung war hingegen Klaus Töpfer, ehemaliger Exekutivdirektor des Umweltprogramms der Vereinten Nationen und Bundesminister für Umwelt und Reaktorsicherheit von 1987 bis 1994. Seiner Ansicht nach sind fiskale Ansätze fehl am Platz. Töpfer sieht vielmehr die Politik als Gesetzgeber und Vorreiter in der Pflicht. Gleichzeitig gab er zu bedenken: „Was kann die Politik heute noch ausrichten? Der Markt ist die treibende Kraft.“ Und auch die Wissenschaft habe trotz eindeutiger Forschungsergebnisse nur wenig Einfluss auf die Politik. „Forscher sammeln immer mehr Daten, die den Klimawandel und dessen gravierende Folgen belegen. Dennoch hat noch nicht eine Industrienation, die das Pariser Klimaabkommen unterzeichnet hat, dessen Forderungen erfüllt“, mahnte Töpfer.

In der anschließenden Podiumsdiskussion lieferten sich Edenhofer und Töpfer einen munteren Schlagabtausch: „Ich bin mir sicher, dass Pariser Klimaabkommen wird ohne Carbon Pricing versagen“, so Edenhofer. Töpfer erwiderte: „Wenn die Politik es wirklich ernst meint mit dem Klimaschutz, muss sie entsprechende Gesetze erlassen. Alles andere ist nicht erfolgsversprechend.“

Katharina Helming vom Leibniz-Zentrum für Agrarlandschaftsforschung (ZALF) lenkte den Fokus der Diskussionsrunde auf aktuelle, greifbare Geschehnisse und deutete eine positive Veränderung an: „Die Dürre in diesem Sommer hat Politik und Wissenschaft definitiv zusammenrücken lassen.“ Politiker hätten die Türen ihres Instituts geradezu eingerannt auf der Suche nach neuen Lösungsansätzen.

Umdenken in der Gesellschaft nötig

Die nachmittäglichen Programmblöcke der Konferenz waren in zehn Themenrunden geteilt, im Rahmen derer sämtliche Nachhaltigkeitsziele behandelt wurden. Dabei wurde immer wieder deutlich, dass die einzelnen SDGs nur miteinander, als komplementäre Ziele erreicht werden können. Außerdem belegten die Vorträge abermals, dass in der Gesellschaft ein Umdenken hin zu einer nachhaltigen Wirtschaft – von der Ernährung bis zur Kleidung – nötig ist.

Die größte Hürde zum Erreichen vom Nachhaltigkeitsziele ist demnach die Anwendung und die Umsetzung neuer Forschungsergebnisse. Denn während die Wissenschaft bereits Unmengen an Datensätzen beispielsweise für eine effizientere und zugleich nachhaltigere Landwirtschaft, Abfallvermeidung oder biobasierte Produktionsansätze erarbeitet hat, mangelt es fast überall an der Implementierung dieser Ergebnisse – in der Industrie ebenso wie im täglichen Leben.

Erfolgsgeschichten machen Mut

Wie könnte die Implementierung also vorangetrieben werden? Laut Stefan Sieber, Experte für die Nahrungsmittelsicherung in Entwicklungsländern am ZALF, kann dies nur über positive Beispiele und Erfolgsgeschichten sowie mit dem Willen der Gesellschaft gelingen. „Die Gesellschaft muss sich ändern wollen. Eine gute Bildung und positive Beispiele sind dabei der Schlüssel, um die Menschen zu überzeugen“, so Sieber. Gemeinsam mit Kollegen hatte Sieber Öfen für Hütten in Tansania entwickelt, die weniger Holz für die gleiche Kochleistung benötigen. Da weniger Holz benötigt wird, bleibt den Frauen, deren Aufgabe das Holzsammeln ist, nun mehr Zeit für andere Dinge. Siebers zufolge sind es solch positive Entwicklungen, die es ihm und seinen Kollegen in Zukunft erleichtern, Menschen vor Ort von neuen Ideen und Techniken zu überzeugen.

jmr

In 2015, the United Nations formulated 17 Sustainable Development Goals (SDGs). The goals are intended to help end poverty, protect the planet and achieve prosperity for all. The Leibniz Association therefore hosted a one-day conference on this topic in Berlin on 14 September. Experts from politics and science were invited to present and discuss the current state of research regarding the SDGs and their implementation. Almost 200 participants came to the Leibniz Association headquarter. In addition to the plenary lectures and the subsequent panel discussion, more than 40 scientists presented their latest research results on SDGs in a total of ten parallel sessions, each focussing on specific SDGs.

The future of mankind is at stake

Matthias Kleiner, President of the Leibniz Association, welcomed the participants of the conference with urging words: "We are concerned with no less than the future of mankind!" Therefore, he continued, he was pleased to see so many different research disciplines come together at the conference. "Only together can we solve the tasks at hand," said Kleiner. Ottmar Edenhofer, designated Co-Director of the Potsdam Institute for Climate Impact Research, also didn't hold back: "It is important to unite the natural sciences with the humanities and social sciences and to pull together!" According to Edenhofer, so-called "carbon pricing", i.e. the additional allocation of costs to carbon emissions, is an important step towards moving from a petroleum-based industry to a more sustainable one. In contrast, a mere expansion of the production of renewable raw materials was not an adequate solution: an investment into renewable raw materials would initially reduce the demand for and interest in carbon-based products. According to Edenhofer, however, the market would react to this with falling prices, which will in turn once again increase the consumption of these materials. "Due to the rebound effect investmening in the use of renewable raw materials would result in an increasing consumption of fossil fuels. We can only stop this through carbon pricing," said Edenhofer.

The market as the driving force

On the other hand, Klaus Töpfer, former Executive Director of the United Nations Environment Programme and Federal Minister for the Environment and Nuclear Safety from 1987 to 1994, had a completely different opinion: According to him, fiscal approaches won't work. Instead, Töpfer calls for politics as the legislator and pioneer on duty. At the same time he pointed out: "But what power does politics have today? The market is the driving force." And also science has little influence on politics despite clear-cut research results. "Researchers are collecting more and more data to prove climate change and its serious consequences. Nevertheless, not one industrial nation that has signed the Paris Climate Agreement has yet fulfilled its demands," warned Töpfer. "It is obvious that politics is not dancing to the beat of scientific drums."

In the subsequent panel discussion, a lively debate between Edenhofer and Töpfer ensued: "I am convinced that the Paris Climate Agreement will fail without carbon pricing," said Edenhofer. Töpfer replied: "If politicians are serious about climate protection, they must pass the appropriate laws. Anything else won't work."

Katharina Helming of the Leibniz Centre for Agricultural Landscape Research (ZALF) turned the focus of the discussion back to current, tangible events and hinted at a recent positive change: "This summer's drought has definitely brought politics and science closer together. Politicians nearly kicked down our doors looking and asking for new solutions."

Society needs to change

The afternoon of the conference offered ten paralell session, each focusing on specific sustainability goals. The sessions one again underlined that the individual SDGs can only be achieved in joint reasearch endeavours treating them as complementary goals. In addition, the presentations once again demonstrated that society as a whole needs to rethink its approach towards a sustainable economy - from nutrition to clothing.

The biggest hurdle to achieving the sustainability goals is therefore the application and implementation of new research results. Because although science has already gathered vast amounts of data for instance for amore efficient and sustainable agriculture or waste avoidance or biobased production approaches, there is an obvious lack of implementation of these results almost everywhere - in industry as well as in everyday life.

Success begets success

Thus, the question becomes: how could the implementation of research results be advanced? According to Stefan Sieber, an expert on food security in developing countries at ZALF, this can only be achieved through positive examples and success stories as well as the will of society. "Society must want to change. Good education and positive examples are the key to convincing people," said Sieber. Together with colleagues, Sieber had developed ovens for huts in Tanzania that require less wood for the same cooking output. Since less wood is needed, the women whose job it was to collect the wood, now have more time for other things. According to Siebers, such positive developments will make it easier for him and his colleagues to convince local people of new ideas and techniques in the future.

jmr

Die Forstwirtschaft ist nach der Landwirtschaft der wichtigste Wirtschaftszweig, der Rohstoffe für die Bioökonomie bereitstellt. In Wäldern wächst die kostbare Ressource Holz, der sowohl stofflich als auch energetisch genutzt werden kann. Auf dem Weg in eine Bioökonomie besteht die Herausforderung, den Wald als Ressource zu schützen und Konflikte zwischen Naturschutz und Ressourcennutzung zu minimieren.

Hier will die Initiative „Bioeconomy in the North“ (BiN) ansetzen. Es handelt sich um ein 2017 gegründetes Netzwerk von Ministerien und Fördereinrichtungen aus Deutschland, Finnland und Norwegen, die ihre fortgeschrittenenen Forschungsaktivitäten zur Bioökonomie bündeln wollen. Im Rahmen der BiN-Initiative hat das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) nun den Start einer erste Förderrunde zum Thema Waldholznutzung bekanntgegeben.

Transnationaler Verbundvorhaben mit Fokus auf Waldholznutzung

Die Fördermaßnahme adressiert primär Forschungsverbünde mit mindestens zwei Partnern aus Deutschland, Finnland und Norwegen, die im Ergebnis zu neuen Produkten und Dienstleistungen aus Non-Food-/Non-Feed-Biomasseressourcen führen und einen regionalen Bezug zu Nordeuropa haben. Gefördert werden transnationale Verbundvorhaben, die nachfolgende Schwerpunkte bedienen:

die Produktion von Biomasse aus der Forstwirtschaft wie die verbesserte Produktion schnellwachsender Baumarten oder neue Zucht-und Anbaustrategien

die Umwandlung von Lignocellulose aus Biomasseressourcen wie die Herstellung neuer Chemikalien und Fasern
die Valorisierungs- und Governance-Strategien sowie politische Instrumente für die Entwicklung einer nachhaltigen Bioökonomie wie die Anpassung von Angebot und Nachfrage nach Biomasse oder die Entwicklung neuer Märkte

Forests are extremely important for the implementation of the bio-economy. Here, the precious raw material wood grows, which has its uses both from a material as well as an energy standpoint. Moreover, forests are indispensable as suppliers of oxygen and for storing CO₂. The bio-economy therefore faces the challenge of protecting forests as a resource and minimising the conflict between nature conservation and resource use.

This is the starting point for the initiative "Bioeconomy in the North" (BiN), which was founded in 2017 and unites Finland, Norway and Germany regarding their research activities. As part of this BiN initiative, the Federal Ministry of Education and Research (BMBF) has now launched its first round of funding.

International joint project focussing on forest wood utilisation

The funding initiative primarily addresses research and innovation projects that result in new products and services from non-food/non-feed biomass resources and include a regional connection to Northern Europe. Funding will be provided for international joint projects that serve the following priorities:

the production of biomass from forestry such as the improved production of fast-growing tree species or new breeding and cultivation strategies
the conversion of lignocellulose from biomass resources such as the production of new chemicals and fibres
valorisation and governance strategies and policy instruments for the development of a sustainable bio-economy, such as the adaptation of supply and demand for biomass or the development of new markets

The results of each project should also contribute to the implementation of the National Research Strategy Bioeconomy (NFSB) 2030.

Project duration up to three years

The duration of funding can be up to three years. In addition to universities and non-university research institutions, small and medium-sized enterprises (SMEs) based in Germany are also eligible to apply.

Project outlines can be submitted until 17 January 2019 via the federal funding portal easy-Online.

Andauernde Hitze und Trockenheit werden auch in Mitteleuropa immer häufiger. Besonders für Pflanzen hat das gravierende Auswirkungen. Deshalb ist die Züchtung trockentoleranter Arten enorm wichtig. Die Robinie drängt unter diesen Aspekten immer mehr in den Vordergrund, denn sie wächst auch auf Böden minderer Qualität, bringt aber dennoch beachtliche Erträge und eine sehr gute Holzqualität.

Aussagekräftige Biomarker bei einjährigen Pflanzen

Pflanzenforscher bemühen sich deshalb, biochemische Muster, sogenannte Biomarker, zu identifizieren, die die besondere Trockentoleranz der Robinien anzeigen. Im Projektverbund FastWOOD III identifizierten Wissenschaftler des Forschungsinstituts für Bergbaufolgelandschaften (FIB) und des Landeskompetenzzentrums Forst Eberswalde nun genau solche Biomarker. Diese sind in der Lage, Toleranz gegenüber Trockenheit, Nährstoffveränderungen im Boden und Spätfrost bereits bei einjährigen Robinien vorherzusagen. FastWOOD I bis III sind drei vom Bundesministerium für Ernährung und Landwirtschaft geförderte Verbundvorhaben zur Züchtung schnellwachsender Baumarten.

Fluoreszenz zeigt Trockenheitsstress an

Ein wichtiger Biomarker ist die sogenannte Chlorophyll a-Fluoreszenz. Dieses biochemische Phänomen entsteht, weil Chloroplasten bei der Photosynthese einen Teil der aufgenommenen Energie abstrahlen. Zwar ist diese Fluoreszenz für das menschliche Auge im Tageslicht nicht sichtbar. Sie lässt sich aber mit speziellen Instrumenten wie dem Fluorometer messen. Eine erhöhte Fluoreszenz bedeutet eine nachlassende Photosynthese beispielsweise durch Trockenstress. Je geringer die Fluoreszenz trotz Trockenheit, desto weniger gestresst ist die Pflanze. Das deutet auf eine höhere Trockentoleranz ihres Genotyps hin.

Die Forscher bestimmten die Ausprägung der Biomarker bei sechs am Markt verfügbaren, besonders wuchskräftigen Robinien-Klonen sowie bei Wurzelstecklingen von FastWOOD-Modellflächen in Brandenburg, die unterschiedlichen Wachstumsbedingungen ausgesetzt wurden. „Unangenehme Überraschungen, wie etwa das Versagen eines besonders wuchskräftigen, hochselektierten Klons im praktischen Anbau aufgrund einer geringen Stresstoleranz, lassen sich so vermeiden“, erklärt Projektleiter Dirk Knoche vom FIB. Dadurch könnten in Zukunft neue Linien wesentlich schneller und zuverlässiger gezüchtet werden.

Biomarker auch bei anderen Baumarten vorhanden

Der Züchtungsansatz mittels Biomarkern könnte künftig auch für andere Baumarten angewendet werden. Das belegen erste Versuche mit Fichten, Douglasien und Eichen. „Ich sehe insbesondere Chancen für ein systematisches Screening lokaler Gehölz-Populationen hinsichtlich ihrer Anpassungsfähigkeit an wahrscheinliche Klimaveränderungen. Und nicht zuletzt bei der Gemeinen Esche könnte die Methode helfen, resistente Individuen gegen das so bedrohliche Eschentriebsterben zu identifizieren“, so Knoche.

jmr

Die BRAIN AG hat eine strategische Partnerschaft zur Entwicklung neuer Biokunststoffe auf Basis von Milchsäurebakterien geschlossen. Künftig will das Zwingenberger Biotechnologieunternehmen auf diesem Feld mit der BluCon Biotech GmbH zusammenarbeiten. Laut BRAIN ist die Partnerschaft zunächst auf mehrere Monate angelegt, mit der Option auf Verlängerung.

Biokunststoff PLA konkurrenzfähig machen

Das 2017 gegründete Kölner Unternehmen BluCon Biotech entwickelt ein Verfahren, mit dem L-Milchsäure möglichst günstig hergestellt werden kann, sodass der begehrte Biokunststoff Polylactid – kurz PLA – mit fossilen Kunststoffen konkurrieren kann. Auf Grundlage dieses Verfahrens wollen BRAIN und BluCon spezielle mikrobielle Produktionsstämme für die Produktion hochwertiger Chemikalien, einschließlich Biokunststoffe, identifizieren und entwickeln. Bei der Herstellung der Milchsäure kommen landwirtschaftliche Celluloseabfälle auf Basis eigener Bakterien zum Einsatz. „Wir sind sehr erfreut darüber, dass wir nun in BRAIN einen strategischen Partner für unsere ambitionierten Pläne zur Kommerzialisierung der BluCon-Plattform gefunden haben“, so Albrecht Läufer, CEO der BluCon Biotech GmbH.

BluCon-Plattform optimieren

Im Rahmen der Zusammenarbeit sollen die BluCon-Mikroorganismen mittels klassischer biotechnologischer Verfahren weiter optimiert werden. Die BRAIN AG wird hierfür ihr Bioarchiv sowie ihre Kompetenzen auf dem Gebiet der Stammentwicklung einbringen. „Wir unterstützen unseren Partner BluCon Biotech tatkräftig dabei, die Raum-Zeit-Ausbeute des Produktionsstammes innerhalb kurzer Zeit zu steigern”, sagt Martin Langer, Executive Vice-President Corporate Development der BRAIN AG.