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Ob Schnitzel, Steak oder Bratwurst: Viele Fleischwaren werden in Kunststofffolien oder -behältern angeboten, damit sie Transporte unbeschadet überstehen und länger haltbar sind. Doch wie kann man Lebensmittelverschwendung und Umweltbelastung durch Kunststoffabfälle reduzieren? Im EU-Projekt MATE4MEAT wollen Forschende vom Fraunhofer-Institut für Verfahrenstechnik und Verpackung IVV gemeinsam mit Partnern aus fünf Ländern neu Maßstäbe für Lebensmittelverpackungen setzen. Im Fokus steht die Entwicklung biobasierter antimikrobieller Verpackungstechnologien, die das Wachstum von unerwünschten Mikroorganismen hemmen und damit die Haltbarkeit der Lebensmittel verlängern.

Biologisch abbaubare Polymere aus Reststoffen

Das Fraunhofer-Team konzentriert sich dabei auf die Nutzung von Reststoffen bei der Herstellung biologisch abbaubarer Polymere. Diese sollen bei sogenannten Vakuum- und Schutzgasverpackungen für Fleisch zum Einsatz kommen. Um die Lebensmittel länger haltbar zu machen, sollen die biobasierten Kunststoffe mit antimikrobiellen Wirkstoffen ausgestattet werden. „Dadurch kann ein hohes Maß an Produktschutz bei gleichzeitiger Müllvermeidung erreicht werden“, heißt es.

Antimikrobielle Wirksamkeit bewerten

Aufgabe der Forschenden ist es zudem, die Wirksamkeit der verschiedenen Entwicklungsstufen unter Laborbedingungen und unter „realitätsnahen“ Anwendungen zu bewerten. Zugleich wird geprüft, ob die Verpackungsmuster die Anforderungen des Lebensmittelrechts erfüllen.

BMFTR fördert Fraunhofer-Forschungsarbeit

Das Projekt MATE4MEAT wird vom europäischen Innovations- und Forschungsprogramm Horizon 2020 von 2024 bis 2027 im Rahmen der Partnerschaft für Forschung und Innovation im Mittelmeerraum (PRIMA) finanziert. Daran beteiligt sind Forschende aus Italien, Spanien, der Türkei, Zypern und Algerien. Die Arbeit des Fraunhofer-Teams wird vom Bundesministerium für Forschung, Technologie und Raumfahrt (BMFTR) gefördert. 

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Billig produzierte Kleidung, die nur kurz getragen wird, sorgt für immer mehr Textilabfälle. Mit Fast Fashion wurde jedoch eine Wegwerfkultur kultiviert, die erhebliche Folgen für die Umwelt hat und Ressourcen vergeudet. Weniger als 1 Prozent der aussortierten Textilien werden bisher recycelt und zu neuen Fasern verarbeitet. Das Gros landet weiterhin auf Deponien, wird verbrannt oder teils auch illegal in der Natur entsorgt. Ein interdisziplinäres Forschungsteam der RWTH Aachen University zeigt, dass es anders gehen kann.

Entwicklung eines biotechnologischen Textilrecyclingkreislaufs

Im Projekt EnzyDegTex haben Biotechnologen, Mikrobiologen und Textiltechniker in den vergangenen Jahren gemeinsam an einem biotechnologischen Textilrecyclingkreislauf geforscht. Das Vorhaben, Teil des Flagschiffprojektes Bio4MatPro, wurde von Januar 2022 bis Juni 2025 vom Bundesforschungsministerium mit insgesamt rund 865.000 Euro gefördert.

„Eine zentrale Herausforderung beim Recycling von Textilien ist, dass diese sehr komplex aufgebaut sind“, erklärt Projektleiterin Ricarda Wissel. „Sie bestehen aus verschiedenen Fasermaterialien, wie Polyester und Baumwolle, die jeweils verschiedene Eigenschaften haben und deshalb andere Recyclingverfahren erfordern.“ Das Problem sind demnach nicht nur der komplexe Fasermix, sondern auch die vielen unterschiedlichen und oft nicht bekannten Substanzen wie Farbstoffe, Additive und Beschichtungen, die das Textilrecycling zusätzlich erschweren.

Mit maßgeschneiderten Enzymen PET-Fasern recyceln

Um diese Hürde zu meistern, setzte das Aachener Team auf eine biotechnologische Lösung, die in verschiedenen Schritten vollzogen und demonstriert wurde. Im Fokus standen hier das Recycling von PET-Fasern, also Kunststofffasern. Diese wurden in einem ersten Schritt mithilfe von Enzymen abgebaut. Zum Einsatz kamen PET-Hydrolasen, konkret Kutinasen, die Wissel zufolge hinsichtlich ihrer enzymatischen Aktivität und Temperaturstabilität durch Protein-Engineering maßgeschneidert wurden.

„Eine große Herausforderung war, dass das PET – wenn es in Faserform vorliegt – hochkristallin ist. Dies erschwert die Anlagerung von Enzymen an das Polymer und die enzymatische Zerlegung in dessen Einzelmonomere.“ Doch dafür fand das Team eine Lösung: Das PET wurde mithilfe eines speziellen Aufschmelzverfahrens vorbehandelt, das die Kristallinität senkte. Durch die geänderten Eigenschaften des Polymers konnten die maßgeschneiderten Enzyme aktiv und die PET-Fasern in ihre einzelnen Monomere – Terephthalsäure und Ethylenglykol – aufspalten werden.

Mikroben verwandeln PET in Biopolymer 

„Im zweiten Schritt haben unsere Mikrobiologen Bakterienstämme entwickelt, welche die PET-Monomere als Nährsubstrat verwerten können“, berichtet Wissel. Die Mikroben nutzten die Textilmonomere als Futter und produzierten unter definierten Bedingungen einen biobasierten und biologisch abbaubaren Speicherstoff – das Biopolymer Polyhydroxybutyrat (PHB). Es dient den Mikroorganismen als Energiespeicher und liegt in den Zellen als proteinumhülltes Granulat vor. Das daraus extrahierte und aufgereinigte PHB wurde dann zu Textilfilamentgarnen versponnen. „Damit haben wir versucht, neue Fasern und Textilien herzustellen“, berichtet Wissel, die am Institut für Textiltechnik der RWTH Aachen University als wissenschaftliche Mitarbeiterin tätig ist.  

Doch ganz so leicht war das nicht. Im klassischen Schmelzspinnverfahren ließ sich das PHB nicht zu einem Garn verarbeiten. „Dieses Problem haben wir gelöst, indem wir einen Polymerblend mit dem Biopolymer PLA entwickelt haben. Damit konnten wir Garne spinnen und Textilien – also einen Demonstrator – fertigen“, berichtet die Projektleiterin.

Funktionalität der Prozesskette bewiesen

Letztlich konnten die Aachener Forschenden beweisen, dass die von ihnen entwickelte Prozesskette funktioniert. „Im Prinzip ist es die Transformation von einer klassischen Chemiefaser hin zu einem Textil aus Biopolymeren“, resümiert Wissel. Auch wenn dieses Projekt im Juni 2025 endete: Für die Aachener Forschenden bleibt das Thema Bioökonomie im Textilrecycling hochaktuell. „Ein großes Thema ist Elastan. Die Fasern machen in vielen Recyclingprozessen Probleme.“ Als Nächstes soll das Upscaling der entwickelten Prozesskette vorangetrieben und die Bandbreite der textilen Ausgangsstoffe erweitert werden.

Für Wissel und ihr Team ist klar, dass ein passgenaues Recyclingverfahren die Textilindustrie nachhaltiger machen kann. „Dieser biotechnologische Ansatz hat den Vorteil, dass die Umgebungsbedingungen im Vergleich zu anderen Recyclingverfahren umweltfreundlicher sind. Hier brauchen wir nicht so hohe Temperaturen und Drücke wie bei anderen chemischen Recyclingverfahren.“

Autorin: Beatrix Boldt

Die Nutzung von Kohlendioxid (CO₂) als alternative Kohlenstoffquelle gilt als vielversprechender Ansatz, um industrielle Chemieproduktionsprozesse klimafreundlicher und nachhaltiger zu gestalten. Mit der Landesstrategie Nachhaltige Bioökonomie hat Baden-Württemberg den Weg geebnet, um eine biogene Kohlenstoffkreislaufwirtschaft aufzubauen. Im Rahmen des Europäischen Fonds für regionale Entwicklung (EFRE) Baden-Württemberg ist nun eine Ausschreibung gestartet, um Innovationen auf dem Gebiet des CO₂-Recyclings voranzubringen.

Der Förderaufruf mit dem Titel „BIO-CO₂-Recycling“ hat zum Ziel, CO₂ sowie weitere Kohlenstoffverbindungen aus Gasgemischen und Abgasen als Rohstoffe nutzbar zu machen. Im Fokus steht die Umwandlung von CO₂ in industriell nutzbare Produkte wie Basis – oder Spezialchemikalien.

Förderung von Pilot- oder Demonstrationsanlagen 

Gefördert werden daher Projekte zur Errichtung und Erprobung von Pilot- oder Demonstrationsanlagen, die das biologische oder biotechnologische Recycling von CO₂ und weiteren Kohlenstoffverbindungen aus Gasgemischen und Abgasen adressieren. Der Schwerpunkt liegt dabei auf modularen, biointegrierten oder bioinspirierten Technologien, die den Kohlenstoffkreislauf schließen und unter realen Bedingungen demonstriert werden können. Voraussetzung für eine Förderung: Die Pilot- beziehungsweise Demonstrationsanlage muss sich in Baden-Württemberg befinden.

Carbon fibres are lightweight, extremely stable and resistant, making them particularly suitable for lightweight construction. This high-tech material is not only used in aerospace. Wind turbines and many sports equipment items such as skis and tennis rackets are also made from it. Until now, however, carbon fibres have been made from acrylonitrile, a key petroleum-based raw material used in the manufacture of lightweight products. A research team led by biotechnologist Thomas Brück from the Technical University of Munich (TUM) has now succeeded in producing these high-performance fibres from renewable raw materials. The CarbonGreen project was funded by the Federal Ministry of Research, Technology and Space (BMFTR). In addition to TUM, the Fraunhofer Institute for Interfacial Engineering and Biotechnology IGB and the companies SGL Carbon and Airbus were also involved.

Algae oils converted into glycerine

The TUM team laid the foundation for the innovation by extracting oils from photosynthetically active microalgae. ‘Through photosynthesis, microalgae bind the greenhouse gas CO₂, among other things in the form of algae oils,’ explains project coordinator Brück. Glycerine was then extracted from the algae oils using a chemical process.

New process for producing sustainable carbon fibres

The glycerine was then catalytically converted into acrylonitrile, an important raw material for carbon fibre production, using a process developed by Fraunhofer IGB. ‘This has enabled us to create the conditions for producing sustainable carbon fibres that have the same high-performance properties as conventionally manufactured carbon fibres,’ says Arne Roth, department head at Fraunhofer IGB.  According to the researchers, the process is now so advanced that it is ‘ready for the next scaling step, industrial application.’

Biogenic carbon fibres pass test flight

The industrial partner SGL Carbon took over the production of the sustainable carbon fibres. The company used them to manufacture carbon fibre-reinforced plastics, known as composite laminates. After successful tests in terms of technology and life cycle assessment, the biogenic carbon fibres were processed by aircraft manufacturer Airbus in a ‘flying device’ and their suitability for aviation was proven in a test flight with a research helicopter.

The consortium now wants to further optimise the technology and bring it into widespread industrial use. ‘Our GreenCarbon value creation route thus offers new potential for the raw materials transition in the chemical industry, especially in the production of carbon-based high-performance materials,’ says Brück. According to the researchers, the process can also be used to produce sustainable acrylic acid, an important component of plastics, paints and adhesives.

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Carbonfasern sind leicht, extrem stabil und widerstandsfähig und daher für den Leichtbau besonders geeignet. Nicht nur in der Luft- und Raumfahrt kommt das Hightech-Material zum Einsatz. Auch Windräder und viele Sportartikel wie Skier und Tennisschläger werden daraus gefertigt. Bisher bestehen Carbonfasern jedoch aus Acrylnitril, einem zentralen, aber erdölbasierten Ausgangsstoff zur Herstellung der Leichtgewichte. Einem Forschungsteam um den Biotechnologen Thomas Brück von der Technischen Universität München (TUM) ist es nun gelungen, diese Hochleistungsfasern aus nachwachsenden Rohstoffen herzustellen. Das Projekt CarbonGreen wurde vom Bundesministerium für Forschung, Technologie und Raumfahrt (BMFTR) gefördert. Daran beteiligt waren neben der TUM, das Fraunhofer-Institut für Grenzflächen- und Bioverfahrenstechnik IGB sowie die Unternehmen SGL Carbon und Airbus.

Algenöle in Glycerin umgewandelt 

Mit der Gewinnung von Ölen aus photosynthetisch aktiven Mikroalgen hatte das TUM-Team die Grundlage für die Innovation gelegt. „Über die Photosynthese binden die Mikroalgen das Treibhausgas CO₂, unter anderem in Form von Algenölen“, erläutert Projektkoordinator Brück. Mithilfe eines chemischen Prozesses konnte aus den Algenölen dann Glycerin gewonnen werden.

Neues Verfahren zur Produktion nachhaltiger Carbonfasern

Das Glycerin wurde wiederum in einem vom Fraunhofer IGB entwickelten Verfahren katalytisch in den zur Carbonfaserherstellung wichtigen Ausgangsstoff Acrylnitril umgewandelt. „Damit haben wir die Voraussetzung zur Produktion nachhaltiger Carbonfasern geschaffen, welche die gleichen Hochleistungseigenschaften wie konventionell hergestellte Carbonfasern aufweisen“, sagt Arne Roth, Abteilungsleiter am Fraunhofer IGB.  Den Forschenden zufolge ist der Prozess mittlerweile so weit fortgeschritten, dass er „bereit für den nächsten Skalierungsschritt, die industrielle Anwendung, ist“.

Biogene Carbonfasern bestehen Testflug

Die Produktion der nachhaltigen Carbonfasern übernahm der Industriepartner SGL Carbon. Das Unternehmen stellte daraus kohlenstofffaserverstärkte Kunststoffe, sogenannte Verbundlaminate, her. Nach erfolgreichen Tests hinsichtlich Technologie und Ökobilanz wurden die biogenen Carbonfasern vom Flugzeugbauer Airbus in einem „fliegenden Gerät“ verarbeitet und die Eignung für die Luftfahrt bei einem Testflug mit einem Forschungshubschrauber bewiesen.

Als Nächstes will das Konsortium die Technologie weiter optimieren und in die breite industrielle Anwendung bringen. „Unsere GreenCarbon-Wertschöpfungsroute bietet damit neue Potenziale für die Rohstoffwende in der chemischen Industrie, speziell in der Produktion kohlenstoffbasierter Hochleistungsmaterialien“, so Brück. Den Forschenden zufolge kann das Verfahren auch zur Produktion von nachhaltiger Acrylsäure genutzt werden, einem wichtigen Bestandteil von Kunststoffen, Lacken oder Klebstoffen.  

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The BMFTR-funded research project Power2Polymers, coordinated by RWTH Aachen University, demonstrates how industrial waste gases can be put to good use. Project partner Prefere Paraform has now succeeded in processing two tonnes of sustainable methanol into paraformaldehyde. This will result in novel polyhydric alcohols (polyols) that can be used in adhesives, coatings, lubricants and sealants.

The methanol was obtained in a resource-efficient manner from the industrial waste gases of a steelworks as part of the BMFTR-funded Carbon2Chem project. This project, in turn, is currently developing and scaling up processes for converting CO₂ from industrial waste gases into methanol using hydrogen. Both projects are interlinked and aim to demonstrate what a sustainable value chain of the future could look like – from waste gas to the raw material methanol and intermediate products to the finished product.

The basis for a CO₂ circular economy

‘We want to replace fossil raw materials and have demonstrated the feasibility of this: CO₂ can become a raw material for new products,’ says Guido Schroer, project manager of Power2Polymers. ‘Our success with polyols is a concrete step forward for climate protection and the circular economy.’

These newly developed PME polyols (polyoxymethylene ethers) can now be produced on an industrial scale using paraformaldehyde. They are not only environmentally friendly, but also offer technical advantages that make them attractive for further applications. For example, they are said to be more compatible with materials, dry faster and be easier to recycle.

Industrial partner Jowat SE is supporting application development in the field of adhesives. A spin-off company is also to help bring the developments to market quickly. Power2Polymers aims to help reduce the chemical industry's significant CO₂ emissions. While plastics have so far been based almost exclusively on petroleum, the project is showcasing an alternative for the future.

Key project for energy transition

In addition to RWTH Aachen University, Prefere Paraform GmbH and Jowat SE, the Max Planck Institute for Chemical Energy Conversion (MPI CEC) is also involved in the project, providing scientific support.

Power2Polymers is linked to the Kopernikus project P2X, another key project for the energy transition. The BMFTR is supporting so-called power-to-X technologies to permanently store volatile electricity.

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Wie sich Industrieabgase sinnvoll nutzen lassen, zeigt das BMFTR-geförderte Forschungsprojekt Power2Polymers, das durch die Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule (RWTH) Aachen koordiniert wird. Nun ist es dem Projektpartner Prefere Paraform gelungen, zwei Tonnen nachhaltiges Methanol zu Paraformaldehyd zu verarbeiten. Daraus sollen neuartige mehrwertige Alkohole (Polyole) entstehen, die in Klebstoffen, Beschichtungen sowie Schmier- und Dichtstoffen eingesetzt werden können. 

Gewonnen wurde das Methanol ressourcenschonend im Rahmen des BMFTR-geförderten Projekts Carbon2Chem aus den Industrieabgasen eines Stahlwerks. Dieses Projekt wiederum entwickelt und skaliert derzeit Verfahren, mit denen CO₂ aus Industrieabgasen mit Wasserstoff zu Methanol umgewandelt werden kann. Beide Projekte greifen ineinander und sollen demonstrieren, wie eine nachhaltige Wertschöpfungskette der Zukunft aussehen kann – vom Abgas über den Rohstoff Methanol und Zwischenprodukte bis hin zum fertigen Produkt.

Grundlage für eine CO₂-Kreislaufwirtschaft

„Wir wollen fossile Rohstoffe ersetzen und haben hiermit die Machbarkeit demonstriert: CO₂ kann zum Rohstoff für neue Produkte werden“, sagt Guido Schroer, Projektleiter von Power2Polymers. „Unser Erfolg mit Polyolen ist ein konkreter Fortschritt für Klimaschutz und Kreislaufwirtschaft.“

Diese neu entwickelten PME-Polyole (Polyoxymethylether) lassen sich auf Basis von Paraformaldehyd nun im industriellen Maßstab herstellen. Sie sind nicht nur umweltfreundlich, sondern haben auch technische Vorteile, die sie für weitere Anwendungen attraktiv machen. So sollen sie etwa materialverträglicher sein, schneller trocknen und sich besser recyceln lassen.

Der Industriepartner Jowat SE unterstützt die Anwendungsentwicklung im Bereich Klebstoffe. Eine Ausgründung soll zudem helfen, die Entwicklungen schnell auf den Markt zu bringen. Power2Polymers soll dazu beitragen, die erheblichen CO₂-Emissionen der Chemieindustrie zu verringern. Während Kunststoffe bislang fast ausschließlich auf Erdöl basieren, zeigt das Projekt eine Alternative für die Zukunft auf.

Schlüsselvorhaben für die Energiewende

Beteiligt sind neben der RWTH Aachen, der Prefere Paraform GmbH und Jowat SE das Max-Planck-Institut für Chemische Energiekonversion (MPI CEC), welches das Projekt wissenschaftlich begleitet.

Power2Polymers ist an das Kopernikus-Projekt P2X angedockt, ein weiteres Schlüsselvorhaben für die Energiewende. Das BMFTR unterstützt hiermit sogenannte Power-to-X-Technologien, um flüchtigen Strom dauerhaft zu speichern.

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Das Bundeskabinett hat am 31. Juli die neue Hightech-Agenda beschlossen. Damit richtet die Bundesregierung ihre Forschungs-, Technologie- und Innovationspolitik neu aus, um Deutschland für die Zukunft handlungs- und wettbewerbsfähig zu machen. „Wir bringen Deutschland auf das nächste Level – ´Made in Germany´soll weltweit für technologische Exzellenz stehen“, so Dorothee Bär, Bundesministerin für Forschung, Technologie und Raumfahrt (BMFTR).

Mit der Agenda sollen Technologien und Innovationen „Made in Germany“ wieder zum Markenzeichen Deutschlands werden. „Das soll durch eine schnellere Erforschung, Entwicklung und Verwertung von Technologien und durch die konsequente Ausrichtung auf den Aufbau von Technologiekapazitäten in Deutschland und Europa gelingen“, heißt es.

Die Bundesregierung konzentriert sich dabei auf insgesamt sechs Schlüsseltechnologien, die durch Investitionen gezielt vorangebracht werden sollen. Neben Künstlicher Intelligenz setzt die Bundesregierung auf die Biotechnologie – eine Schlüsseltechnologie der Bioökonomie. Ferner stehen Quantentechnologie, Mikroelektronik, Fusion und klimaneutrale Energieerzeugung sowie Technologien für die klimaneutrale Mobilität im Fokus. Für jede Schlüsseltechnologie wurden sogenannte Flaggschiff-Initiativen festgelegt, die gefördert werden sollen.

Biotechnologie als Schlüsseltechnologie wettbewerbsfähig machen

Mit Investitionen in die Biotechnologie soll Deutschland zum „weltweit innovativsten Standort für die Biotechnologie“ ausgebaut und damit „eine ressourceneffiziente, wettbewerbsfähige Industrie“ gestaltet und „die Wertschöpfung Deutschlands erhöht“ werden. Im Fokus stehen hier vor allem die Nutzung „disruptiver Ansätze der industriellen Biotechnologie, insbesondere an den Schnittstellen zur Künstlichen Intelligenz und den Ingenieurswissenschaften und als Schlüsseltechnologie für die Bioökonomie“. Dazu findet bereits im November die Konferenz „BioKI – KI als Katalysator für die Bioökonomie“ statt. Hier werden Stakeholder über die Potenziale dieser Technologie diskutieren. Erste Projekte sollen im ersten Quartal 2027 starten.

Transfer von Forschungsleistungen in die Industrie verbessern

Zugleich soll die biobasierte Wertschöpfung der industriellen Produktion von Materialien und Chemikalien gesteigert werden und hierfür sollen im ersten Quartal 2026 Public-Private-Partnerships unter Industrieführung anlaufen. „Mit der Hightech Agenda Deutschland ergreifen wir Maßnahmen für einen besseren Transfer von Forschungsleistungen in die Industrie. Wir machen Gründungen einfacher und bauen Bürokratie ab. Diese Maßnahmen helfen dabei, dass Investitionen ihre volle Schubkraft entfalten“, so Bundesforschungsministerin Bär.

The participants in the project, which has been running since the beginning of 2024, have now met to discuss the next steps.

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Die Teilnehmenden des Projekts, welches seit Anfang 2024 läuft, trafen sich nun, um die weiteren Schritte zu besprechen. 

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Enzyme können einige Überraschungen bereithalten, wie die Kohlenhydrat-Esterasen zeigen. Diese Biokatalysatoren entfernen chemische Gruppen von komplexen Zuckerstrukturen und bereiten sie so für den Abbau durch andere Enzyme vor. Nun ist es dem Team um Uwe Bornscheuer vom Institut für Biochemie der Universität Greifswald gelungen, mithilfe von Röntgenkristallographie die vollständige Struktur zweier Vertreter der Enzymfamilie CE20 und deren Funktion zu entschlüsseln.

Wassermolekül übernimmt Schlüsselfunktion im Enzym

Bei den beiden Enzymen Fl8CE20_II und PpCE20_II ist das aktive Zentrum, das die chemischen Reaktionen ausführt, ungewöhnlich aufgebaut. „Normalerweise besteht dieses Zentrum aus drei genau platzierten Aminosäuren, die zusammenarbeiten“, erklärt Michelle Teune, Erstautorin der Studie. In den untersuchten Enzymen fehlte jedoch ein entscheidender Bestandteil dieser sogenannten katalytischen Triade. „Statt einer direkt beteiligten Aminosäure haben wir ein präzise eingebundenes Wassermolekül identifiziert, das die Funktion übernehmen kann.“

Die Aminosäuren Serin und Histidin sind in der Triade zwar vorhanden, die sonst typische Aspartat-Seitenkette jedoch wird durch ein koordiniertes Wassermolekül ersetzt. Dieses übernimmt die elektronische Polarisierung des Histidins während der Katalyse und wird durch ein benachbartes Aspartat stabilisiert. Die Forschenden bezeichnen diese neuartige Anordnung als wasservermittelte katalytische Triade – ein bisher nicht beschriebener Mechanismus, der das Verständnis enzymatischer Reaktionen grundlegend erweitert. Untersuchungen an verschiedenen Enzym-Mutanten zeigten, dass dieses Wassermolekül eine zentrale Rolle für die Aktivität spielt.

Neuer Mechanismus mit praktischer Relevanz

„Diese Studie zeigt, wie vorteilhaft wissenschaftliche Kooperationen sind“, so Bornscheuer. Die im Rahmen der DFG-geförderten Forschungsgruppe POMPU durchgeführte Arbeit wurde in Zusammenarbeit mit Forschenden aus Brasilien realisiert.

Die neuen Erkenntnisse sind nicht nur für die Grundlagenforschung von Bedeutung, sondern eröffnen auch praktische Anwendungsmöglichkeiten: Mithilfe dieser Biokatalysatoren könnten sich aus pflanzlichen und marinen Kohlenhydraten auf nachhaltige Weise wertvolle Produkte gewinnen lassen, etwa für den Einsatz in der Lebensmittelindustrie oder in biotechnologischen Verfahren wie der Herstellung von Biokraftstoffen.

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In der Bioraffinerie wird Biomasse aus pflanzlichen Roh- und Reststoffen in ihre Bestandteile zerlegt und vielfältig verwertet – etwa zur Herstellung nachhaltiger Chemikalien – die erdölbasierte Substanzen in zahlreichen Alltagsprodukten wie Kunststoffe ersetzen können. Doch auch in Bioraffinerien werden zur Trennung der Biomasse teils Lösungsmittel verwendet, die fossilen Ursprung haben. Ein Algorithmus, der die Auswahl der Lösungsmittel zur Trennung von Biomasse optimiert und damit Bioraffinerieprozesse noch nachhaltiger macht, wurde nun von der Körber-Stiftung prämiert.

Biomasse mit grünen Lösungsmitteln trennen

Entwickelt wurde das Verfahren von Laura König-Mattern, ehemals Doktorandin der Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg und seit Anfang des Jahres Gruppenleiterin am Center for the Transformation of Chemistry (CTC) in Leuna. Im Rahmen ihrer Dissertation hatte die Biosystemtechnikerin Trennverfahren untersucht, die auf Lösungsmitteln basieren und die Biomasse für eine ressourceneffiziente Produktion von Chemikalien verfügbar machen sollen.

Um optimale Lösungsmittel für jeden Trennschritt zu identifizieren, entwickelte König-Mattern rechnergestützte Optimierungsmethoden und nutzte dafür Verfahren der Quantenchemie und künstlichen Intelligenz. Das neue Trennverfahren machte es möglich, Mikroalgen und Holz unter Einsatz eines „grünen Lösungsmittels“ in ihre Grundbausteine zu zerlegen und für die Produktion nachhaltiger Chemikalien für Bio-Plastik, Fettsäuren und Pigmente verfügbar zu machen.

Studienpreis mit 10.000 Euro dotiert

Für ihre Doktorarbeit erhielt die Forscherin den mit 10.000 Euro dotierten 2. Preis der Körber-Stiftung 2025 in der Sektion Natur- und Technikwissenschaften. Der Deutsche Studienpreis wird im Dezember von Bundestagspräsidentin Julia Klöckner in Berlin verliehen.

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Ob Agrarreststoffe wie Stroh, Lebensmittelabfälle aus der Biotonne oder Mist und Gülle aus der Tierhaltung: In Biogasanlagen werden bundesweit verschiedenste Rest- und Abfallstoffe mithilfe von Mikroorganismen vergoren und zu Biogas und anderen Gärprodukten umgewandelt. Das auf der versiegelten Fläche einer Biogasanlage gesammelte Oberflächenwasser muss jedoch gelagert und gereinigt werden, damit es wieder ins Grundwasser eingeleitet werden kann. Denn es enthält neben Nährstoffen wie Stickstoff und Phosphat auch verschiedene Schadstoffe wie Schwermetalle oder Mineralöle, die aus landwirtschaftlichen Maschinen sowie Reststoffen eingebracht werden.

Mit Mikroalgen Oberflächenwasser von Biogasanlagen reinigen

Im Projekt ÖkoPro haben Forschende um Edmund Maser vom Institut für Toxikologie am Kieler Universitätsklinikum Schleswig-Holstein gemeinsam mit Partnern eine Prozesskette entwickelt, um mithilfe eines Mikroalgen-Cyanobakterien-Mixes das verunreinigte Oberflächenwasser von Biogasanlagen nachhaltig und effektiv zu reinigen. Darüber hinaus sollte die Algenbiomasse gesammelt werden, damit sie hinsichtlich der Herstellung von Tierfutter und Kosmetika erforscht werden kann. Das Vorhaben wurde vom Bundesforschungsministerium im Rahmen der Fördermaßnahme „Innovationsräume Bioökonomie“ von 2020 bis 2024 mit rund 283.000 Euro unterstützt.

Um eine nachhaltige Prozesskette zur Nutzung von landwirtschaftlichen Reststoffen mithilfe von Mikroalgen zu etablieren, mussten nicht nur die Schadstoffe auf ihre toxische Wirkung analysiert werden. Zunächst musste sich das Team einen Überblick verschaffen, welche toxischen Substanzen überhaupt in einer Biogasanlage auftauchen. „Wir haben relevante Schadstoffe untersucht, deren Vorkommen im Oberflächenwasser sowie in der Biomasse als auch den Reinigungseffekt durch die Algenkultivierung“, berichtet Maser. Sämtliche Biomasse-Proben wurden wiederum vom Projektpartner Microganic GmbH hinsichtlich der mikrobiellen Belastung durch Hefen, Schimmelpilze oder E-coli-Bakterien untersucht. Die Keimzahl in den Biomassen konnte durch Autoklavieren – ein Verfahren zur Sterilisation  –deutlich reduziert werden.

Die zur Abwasserreinigung benötigten Algen wurden von Forschenden am Botanischen Institut der Christian-Albrechts-Universität (CAU) zu Kiel kultiviert und für Versuche bereitgestellt. Für die Labortests standen dem Team Proben von Oberflächenwasser aus insgesamt 16 Biogasanlagen in Norddeutschland zur Verfügung.

Algenkultivierung an Biogasanlage

Doch der Reinigungseffekt wurde nicht nur im Labor, sondern auch im Großmaßstab in der Biogasanlage beim Projektpartner B.E.S – Bio Energie Sieringhoek GmbH & Co KG in Bad Bentheim geprüft. „Wir haben dort einen Algenreaktor etabliert, wo das Oberflächenwasser durchlief und die Algen gewachsen sind. Hier haben wir das Wasser abgezapft und kontrolliert und auch die Algenbiomasse untersucht“, so Maser.

Über 120 Millionen Tonnen Textilfasern werden jährlich weltweit produziert – der Großteil besteht aus synthetischen und fossilen Rohstoffen. Die Herstellung der Kleidung verursacht nicht nur erhebliche Mengen an klimaschädlichen Emissionen. Sie geht einher mit hohem Wasser – und Flächenverbrauch und ist mitverantwortlich für Verunreinigungen der Meere durch Mikroplastik.

Textile Wertschöpfungsketten im Fokus

Die Sonderausstellung „BIOTEXFUTURE – Zukünfte der textilen Wertschöpfungskette“ im Zukunftsmuseum Nürnberg zeigt, wie Textilien umweltfreundlich und zukunftsfähig produziert werden können. BIOTEXFUTURE wird über das Förderprogramm Innovationsräume Bioökonomie vom Bundesministerium für Forschung, Technologie und Raumfahrt (BMFTR) im Rahmen der Nationalen Forschungsstrategie BioÖkonomie 2030 unterstützt. Der Innovationsraum besteht aus 19 zukunftsweisenden Vorhaben zur biobasierten Textilforschung und wird von der adidas AG und der RWTH Aachen geleitet.

BIOTEXFUTURE präsentiert Forschungsergebnisse 

Die Ausstellung in Nürnberg stellt die zentralen Ergebnisse der Projekte aus fünf Jahren interdisziplinärer Forschung in den Fokus. Sie zeigt, welche nachhaltigen, biobasierten Alternativen bereits heute erforscht und entwickelt werden, um die Textilindustrie künftig ressourcenschonend und zirkulär zu gestalten.

Die 19 Forschungsprojekte werden auf fünf thematischen Textil-Inseln präsentiert:

• Einführungsinsel: Überblick über den Innovationsraum BIOTEXFUTURE und die textile Wertschöpfungskette
• Zirkuläre Materialströme: Nutzung von Abfällen oder Nebenprodukten als hochwertige Werkstoffe
• Zirkuläre Produkte: Entwicklung kreislauffähiger, wertvoller Ressourcen
• Natürliche Rohstoffquellen: Textilien aus Bohnen, Zuckerrohr und Algen
• Zellbasierte Biofabrikation: Hochleistungsmaterialien aus programmierten Mikroorganismen 

Angesichts globaler Herausforderungen wie Klimawandel, Ressourcenknappheit und nachhaltiger Entwicklung gewinnt die Bioökonomie zunehmend an Bedeutung. Entsprechend wächst der Bedarf an spezialisierten Studiengängen, die interdisziplinäre Kompetenzen an der Schnittstelle von Biowissenschaften, Wirtschaft und Technologie vermitteln. So erweitert auch der Campus Ahlem der Hochschule Hannover zum Wintersemester sein Studienangebot um zwei neue Bachelorstudiengänge: Biotechnologie und Umwelttechnik sowie Future Food Systems – Lebensmittel- und Verpackungstechnologie. 

Entwicklung biotechnologischer Methoden

Der Studiengang Biotechnologie und Umwelttechnik vermittelt naturwissenschaftlich-technologische Grundlagen sowie vertiefte Kenntnisse in Bioverfahrenstechnik und Umwelttechnik, um aktuelle Herausforderungen der Bioökonomie zu adressieren. „Studierenden werden bei uns die idealen Voraussetzungen geboten, um neue Technologien, Verfahren und Produkte zu entwickeln und umzusetzen. So leisten sie einen wichtigen Beitrag, um die Grundversorgung nachhaltig zu sichern und zu einem Gleichgewicht zwischen ökologischen und ökonomischen Herausforderungen beizutragen“, erklärt die Studiengangsverantwortliche Bettina Biskupek-Korell.

Transformation von Lebensmitteln und Verpackungen

Auf Herausforderungen wie Ernährungssicherheit und Ressourcenschonung bereitet gezielt der Studiengang Future Food Systems – Lebensmitteltechnologie und Verpackungstechnologie vor. Er verbindet ingenieurwissenschaftliche, technologische und ökologische Inhalte. Ein besonderes Merkmal ist die ganzheitliche Betrachtung von Lebensmitteln und Verpackungen entlang der gesamten Wertschöpfungskette – von der Rohstoffgewinnung bis zum Recycling. „Wir haben uns mit der Fragestellung auseinandergesetzt, wie ein Studiengang zu gestalten ist, der den gewandelten Interessen und Motivationen der Studierenden ebenso gerecht wird wie den steigenden fachlichen und persönlichen Anforderungen aus der Industrie“, betont Corina Jantke, Vertreterin der Wirtschaftswissenschaften in beiden Studiengängen. 

Beide zulassungsfreien Programme bieten ein praxisorientiertes Studium mit beruflichen Perspektiven in Bereichen wie Umwelttechnik, Bioökonomie, Lebensmitteltechnologie und Verpackungsentwicklung. Bewerbungen sind noch bis zum 31. August 2025 möglich.

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