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Agriculture and forestry are important industries. According to the BMEL, in 2020, Germany counted almost 263,000 agricultural enterprises and around 29,000 forestry enterprises. Agriculture and forestry are responsible for a large part of the value created in rural areas. Farmers and foresters manage and maintain more than three quarters of the land. Apart from their primary task of growing food and feed, they also produce bio-based raw materials for industry and biomass for the generation of renewable energy. These raw materials include wood, industrial and energy crops such as rapeseed, corn and miscanthus, as well as by-products such as liquid manure and straw. In digestors, agricultural biomass is converted into precursors for bio-based plastics and other sustainable chemicals (see chapter Chemical industry). In biogas plants or combined heat and power plants, this is converted into heat, electricity or fuel (see chapter Energy). Wood from forestry is a significant and versatile resource for the bioeconomy: It can be processed into sawn timber or plywood, wood-based materials or wood-plastic composites, pulp products such as paper or cardboard, pellets or briquettes and many other innovative products. The Forestry & Wood Cluster (excluding the publishing and printing industries) generates a turnover of approximately 131 billion euros through 98,524 companies with 732,140 employees.

Die Kartoffel ist Grundnahrungsmittel für mehr als 1,3 Milliarden Menschen. Doch trotz dieser weltweiten Relevanz werden kaum noch erfolgreich Kartoffeln gezüchtet – vor allem wegen ihres komplexen Genoms, das vierfache anstelle der üblichen zweifachen Chromosomensätze enthält, was die klassische Züchtung erschwert. Dies ist eine Gefahr für die Ernährungssicherheit, denn viele der alten Sorten sind anfällig für Krankheiten und nicht an Klimaveränderungen angepasst. 

Genetischer Pool limitiert

Einem Team um Professor Korbinian Schneeberger von der Ludwig-Maximilians-Universität München (LMU) und dem Max-Planck-Institut (MPI) für Pflanzenzüchtungsforschung ist es gelungen, das Genom von zehn historischen Kartoffelsorten zu rekonstruieren – dies könnte die künftige Züchtung deutlich vereinfachen. „Wir wollten verstehen, wie viel Vielfalt in diesen Kartoffeln vorhanden war, um so zu verstehen, wie hoch das genetische Potenzial unserer Kartoffeln ist“, sagt Studienleiter Korbinian Schneeberger. Es zeigte sich, dass der genetische Pool stark limitiert ist. Die zehn untersuchten Sorten decken bereits 85 % der genetischen Variabilität aller modernen europäischen Kartoffelsorten ab. Gleichzeitig können einzelne Chromosomenkopien sehr unterschiedlich sein – bis zu zwanzigmal mehr als beim Menschen. „Weil der Genpool so limitiert ist, gibt es zwar nicht viele unterschiedliche Chromosomen, aber wenn die Chromosomen unterschiedlich sind, dann in einem Ausmaß, wie wir es bei domestizierten Pflanzen noch nie gesehen haben.“

Effiziente Analyse der Genome

Die Forschenden haben zudem eine Methode entwickelt, mit der sich die Genome der rund 2.000 in der EU registrierten Kartoffelsorten effizient analysieren lassen. Dabei werden leicht zu generierende Daten mit den rekonstruierten Genomen verglichen, um die vorhandenen Chromosomen einer Sorte zu bestimmen. Die Wirksamkeit des Verfahrens konnte erfolgreich am Beispiel der Russet Burbank, der Standardsorte für Pommes frites, demonstriert werden. Laut Schneeberger schafft dieses Wissen über Genomsequenzen eine entscheidende Grundlage für moderne und zukünftige Züchtungsstrategien.

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Wer sein Wohnzimmer streicht, denkt selten darüber nach, was genau in der Farbe steckt, die künftig die Wände ziert. Die Hauptsache ist, dass sie gut deckt, schnell trocknet und nicht unangenehm riecht. Doch diese Farben enthalten meist synthetische Bindemittel, die aus fossilen Rohstoffen gewonnen werden und oftmals gesundheitlich umstritten sind. Forschende des Fraunhofer-Instituts für Verfahrenstechnik und Verpackung (IVV) in Freising haben daher gemeinsam mit der Firma Habich Farben eine umweltfreundliche Alternative entwickelt: „Wir wollten Acrylat-basierte Bindemittel durch biobasierte Alternativen ersetzen, und dazu bieten sich Proteine sehr gut an“, so IVV-Experte Thomas Herfellner.

Das Ziel: nachhaltige Alternativen zu Acrylaten

Bisher basieren die meisten Dispersionsfarben – typische Wand- und Deckenfarben – auf Acrylaten, künstlich hergestellte Stoffe, aus denen zum Beispiel Kleber, Lacke oder Kunststoffe hergestellt werden. Sie sorgen in der Farbrezeptur dafür, dass die Farbpigmente gut an der Wand haften und der Anstrich haltbar bleibt. Doch Acrylate haben einen großen ökologischen Fußabdruck und stehen im Verdacht, gesundheitsschädlich zu sein. 

Die alternative Idee, pflanzliche Proteine als Bindemittel zu nutzen, ist nicht neu. Schon in der Antike wurden Eiweiße aus Milch oder Pflanzen für Farben und Lacke verwendet. Doch moderne Dispersionsfarben müssen strengen Anforderungen genügen: Sie sollen beispielsweise stabil, wasserbeständig und einfach zu verwenden sein. Hier setzten die Forschenden mit dem Projekt DisPro an und untersuchten, wie sich pflanzliche Proteine modifizieren lassen, um mit synthetischen Bindemitteln mitzuhalten. 

„Proteine sind Knäuel, aus denen an der Oberfläche Aminosäurereste herausragen“, veranschaulicht Herfellner. „Wir hängen an diese Reste enzymatisch oder durch eine chemische Reaktion funktionelle Gruppen an, um spezielle Eigenschaften einzustellen.“ Unter funktionellen Gruppen verstehen Chemiker bestimmte Atomgruppen innerhalb eines Moleküls, die dessen chemische Eigenschaften und Reaktivität maßgeblich bestimmen.

Für jede Anwendung ein neuer Prozess

Welche funktionellen Gruppen für bestimmte Eigenschaften infrage kommen, ist in der Chemie grundsätzlich bekannt. Die Herausforderung besteht jedoch jedes Mal aufs Neue darin, für die jeweilige Anwendung die Prozesse zu entwickeln, um diese Modifikationen vorzunehmen. „Für eine Holzlasur oder einen Klebstoff wäre das Verfahren anders“, erklärt Herfellner.

Zunächst erfolgen die Experimente im Ein-Liter-Maßstab im Labor. „Man probiert systematisch einen Baukasten an Substanzen aus und optimiert immer wieder Konzentration, Temperatur, pH-Wert und mehr“, beschreibt er das Vorgehen. „Jeder Versuch wird dann analysiert, etwa wie homogen die Modellrezeptur damit wird, ob sich die Komponenten entmischen oder wie abrieb- und wasserbeständig die Farbe ist.“ Anschließend müssen sich vielversprechende Kandidaten im Technikum im Maßstab von 200 bis 300 Litern beweisen. 

Der Maschinen- und Anlagenbau gehört zu den traditionellen Stärken des Wirtschaftsstandortes Deutschland. Technische Anlagen, Maschinen, Verfahrens- und Prozesstechniken stellen in einer biobasierten Wirtschaft einen zentralen Faktor dar, um ressourceneffizient und nachhaltig zu wirtschaften. Eine besondere Herausforderung für Ingenieurinnen und Ingenieure besteht immer dann, wenn technische und biologische Anforderungen miteinander in Einklang gebracht werden müssen. Je nach Spezifikation müssen Maschinen, Anlagen und Prozesse gezielt für biologische Materialien entwickelt werden. Wichtiger Treiber für Innovationen im Maschinenbau sind Digitalisierung und Automatisierung – etwa Robotiklösungen. Leistungsfähige Technologien werden im Maschinenbau miteinander kombiniert und Maschinen intelligent vernetzt. 

Mechanical and process plant engineering has always been one of the mainstays of the German economy. In a bio-based economy, technical systems, machines and process technology are essential for resource-efficient and sustainable management. The particular engineering challenge lies in having to reconciliate technical and biological requirements. Depending on the specification, biological materials require dedicated machines, plants or processes. Digitalisation and automation – such as robotic solutions – drive innovation in mechanical engineering and combine mechanical engineering and machines in smart networks. 

Mit rund 6.000 Unternehmen und 645.000 Beschäftigten gehört die Ernährungsindustrie zu den größten Industriezweigen in Deutschland. Der Gesamtumsatz lag nach Angaben der Bundesvereinigung der Deutschen Ernährungsindustrie (BVE) im Jahr 2023 bei rund 230 Mrd. Euro. Die Branche ist stark durch kleine und mittelständische Unternehmen geprägt, 90 % der Branchenunternehmen haben weniger als 250 Beschäftigte. 

Darunter finden sich viele traditionsreiche Familienunternehmen und international erfolgreiche Hersteller deutscher Spezialitäten, die eng mit ihrem Standort verbunden sind. Wichtige Teilbranchen der Ernährungsindustrie sind die Fleisch- und Fleischwarenindustrie, die Milchwirtschaft, die Süß- und Backwarenindustrie, die Getränkeherstellung sowie die Verarbeitung von Obst- und Gemüse. Dies spiegelt sich auch in der großen Vielfalt an Produkten wider. Für die Bioökonomie ist der Ernährungssektor ein wichtiger Teilbereich – rund 80 % der Agrarproduktion in Deutschland werden von der Ernährungsindustrie zu hochwertigen Lebensmitteln verarbeitet. Zunehmend wichtiger werden Strategien, die Abfallprodukte aus der Ernährungs- und Futtermittelindustrie weiterverwerten.

With around 6,000 companies and 645,000 employees, the food industry is one of the largest sectors in Germany. According to the Federation of German Food and Drink Industries (BVE), the total turnover in 2023 was almost 230 billion euros. The sector is very much characterised by small and medium-sized enterprises, with 90% of the companies employing fewer than 250 people.  

Many of the operations are family businesses with a long tradition or manufacturers of regional German specialities with a strong international client base. The most important sub-sectors of the food industry are the meat and meat products industry, the dairy industry, the confectionery and bakery industry, beverage production and the processing of fruit and vegetables. The wide variety of products reflects this diversity. For the bioeconomy, the food sector is an important sub-sector. Around 80% of agricultural produce in Germany is processed into high-quality food products. Strategies for recycling waste products from the food and feed industries are becoming increasingly important.  

Jedes Jahr gibt ein deutscher Haushalt laut Statistischem Bundesamt etwa 31.000 Euro für den privaten Konsum aus. Neben Bekleidung und Lebensmitteln zählen Körper- und Pflegemittel zu den umsatzstärksten Bereichen. In Deutschland wurden im Jahr 2020 mit diesen Produkten rund 14 Mrd. Euro erwirtschaftet. Im Bereich Wasch- und Reinigungsmittel wurden rund 4,6 Mrd. Euro ausgegeben. In der Konsumgüterindustrie hat die Bioökonomie längst ihren Weg in den Alltag gefunden. In vielen Bereichen werden natürliche Rohstoffe oder biobasierte Verfahren im industriellen Herstellungsprozess genutzt. 

Im Bereich der Wasch-, Pflege- und Reinigungsmittel ist der Einsatz biobasierter Verfahren schon heute vergleichsweise hoch. Mehr als ein Drittel der hierfür in Deutschland im Jahr 2019 eingesetzten 525.000 Tonnen Inhaltsstoffe werden vollständig oder teilweise biobasiert hergestellt (IKW Nachhaltigkeitsbericht). Dazu gehören Tenside, alkoholische Lösungsmittel, Enzyme oder Zitronensäure. Letztere wird schon heute vollständig biotechnologisch von Schimmelpilzen auf Basis von Melasse produziert – einem Nebenprodukt aus der Zuckerrübenverarbeitung.