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Prolupin GmbH und PeelPioneers B.V., so heißen die ersten beiden Unternehmen, die vom „European Circular Bioeconomy Fund“ (ECBF) profitieren. Der ECBF ist der erste Venture-Fonds, der sich ausschließlich der Bioökonomie, insbesondere der zirkulären Bioökonomie, in Europa widmet. Eben erst haben vier Investoren 82 Mio. Euro zur ersten Finanzierungsrunde beigetragen und so ermöglicht, Prolupin und PeelPioneers in deren Wachstumsphase zu unterstützen.

Kapital für innovative Bioökonomie-Unternehmen

Der Fonds hat am 1. Oktober 2020 seine Arbeit aufgenommen, nachdem ihn neben dem Hauptinvestor, der Europäischen Investmentbank, auch drei weitere Investoren finanziell ausgestattet haben: PreZero International GmbH, die im Bereich Abfall und Recycling tätig ist, Corbion NV, einer der Weltmarktführer bei biobasierten Chemikalien, und Hettich Beteiligungen GmbH, die in nachhaltige Unternehmungen investiert.

Der ECBF verfolgt das Ziel, Kapitalbeteiligungen in innovative Unternehmen aus den Bereichen der Bioökonomie, speziell der zirkulären Bioökonomie zu investieren. Im Fokus stehen dabei Firmen in ihrer Wachstumsphase, die ein hohes Innovationspotenzial aufweisen, attraktive Renditen versprechen und von denen ein positiver Effekt auf die Umwelt ausgeht.

Prolupin und PeelPioneers unterstützt

Eine der ersten beiden Firmen, die diese Bedingungen erfüllen, ist die deutsche Prolupin GmbH. Die Firma gewinnt aus regional angebauten Lupinen hochwertige pflanzliche Proteine und verarbeitet diese zu Joghurts und anderen Milchersatzprodukten unter der Marke „Made with LUVE“. Künftig will das Unternehmen auch anderen Lebensmittelherstellern die aufbereiteten Proteine der Lupine anbieten. Die zweite Förderung geht an die niederländische PeelPioneers B.V. Die Firma gewinnt aus Orangenschalen Öle, Lebensmittelfasern und Tierfuttermittel. Durch die Nutzung der Reststoffe als Rohstoffe ist sie ein gutes Beispiel für innovative Kreislauflösungen.

Voll ausgestattet soll der ECBF einmal 250 Mio. Euro umfassen. Davon wird die Europäische Investmentbank insgesamt 100 Mio. beisteuern und der Rest durch private Investoren bereitgestellt. Damit soll der ECBF in der Lage sein, wichtige Entwicklungen im Sinne des European Green Deal finanziell zu unterstützen und so dazu beitragen, die Europäische Union bis 2050 klimaneutral werden zu lassen.

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Prolupin GmbH and PeelPioneers B.V. are the first two companies to benefit from the "European Circular Bioeconomy Fund" (ECBF). The ECBF is the first venture fund exclusively dedicated to the bioeconomy, especially the circular bioeconomy, in Europe. Just recently, four investors contributed 82 million euros to the first round of financing, enabling Prolupin and PeelPioneers to support their growth phase.

Capital for innovative bioeconomy companies

The fund began its work on October 1, 2020, after three other investors, in addition to the main investor, the European Investment Bank, had also provided financial resources: PreZero International GmbH, which is active in the field of waste and recycling, Corbion NV, one of the world market leaders in bio-based chemicals, and Hettich Beteiligungen GmbH, which invests in sustainable enterprises.

The ECBF pursues the goal of investing equity in innovative companies from the bioeconomy, especially the circular bioeconomy. The focus is on companies in their growth phase that show a high innovation potential, promise attractive returns and have a positive effect on the environment.

Support for Prolupin and PeelPioneers

One of the first two companies to meet these conditions is the German company Prolupin GmbH. The company extracts high-quality vegetable proteins from regionally cultivated lupines and processes them into yoghurts and other milk substitutes under the "Made with LUVE" brand. In the future, the company also wants to offer the processed lupin proteins to other food manufacturers. The second funding goes to the Dutch PeelPioneers B.V. The company extracts oils, food fibers and animal feed from orange peels. By using the residual materials as raw materials, it is a good example of innovative recycling solutions.

Full-featured, the ECBF is to comprise once 250 million euros. The European Investment Bank will contribute a total of 100 million and the rest will be provided by private investors. This should enable the ECBF to financially support important developments in the sense of the European Green Deal and thus contribute to making the European Union climate neutral by 2050.

Cosmeceutical ist ein Kunstwort, das außerhalb von Branchenkreisen wohl wenig verbreitet ist. Anders sieht es mit dieser Produktgruppe selbst aus, die Zwischendinge zwischen „cosmetics“ und „pharmaceuticals“, also Kosmetik und Pharmazeutika umfasst: Mehr als 40 Mrd. Euro pro Jahr beträgt der globale Markt dieser Kosmetikprodukte, die über einen nachgewiesenen medizinischen Zusatznutzen verfügen. Rund ein Drittel des Marktes entfällt auf Produkte mit antioxidativ wirkenden Inhaltsstoffen. Eine wichtige Quelle dieser biologisch aktiven Substanzen sind neben terrestrischen Pflanzen marine Makroalgen.

Grünalge mit interessanten Inhaltsstoffen

Doch auch Mikroalgen sind reich an interessanten Inhaltsstoffen. Darüber hinaus wachsen sie schneller als Landpflanzen und lassen sich biotechnologisch vermehren. Bislang sind Mikroalgen als industrielle Produktionssysteme kaum etabliert. Das gilt auch für die Grünalge Tetradesmus wisconsinensis. Claudia Grewe, Forschungsleiterin der Salata AG in Potsdam, hatte erstmals während ihrer Dissertation mit dem Einzeller zu tun. Schon damals fiel ihr auf, dass dieser Organismus ein bestimmtes Carotinoid in hoher Konzentration bildet. Jetzt will die Forscherin in einem gemeinsamen Projekt mit der Arbeitsgruppe von Carola Griehl von der Hochschule Anhalt einen Prozess entwickeln, um aus dieser Grünalge einen Extrakt zu gewinnen, der als Rohstoff für Cosmeceuticals wirtschaftlich interessant ist. Gefördert wird das Vorhaben im Rahmen des Programms KMU-innovativ-19 vom Bundesministerium für Bildung und Forschung mit rund 1,1 Mio. Euro.

„TEWICOS - Verfahrensentwicklung zur Gewinnung von lipophilen und hydrophilen Extrakten aus der MikroalgeTetradesmus wisconsinensis als Rohstoffe für Cosmeceuticals im industriellen Maßstab“ heißt das Projekt, das vom Juni 2017 bis April 2021 läuft. „Mikroalgen sind noch nicht so gut untersucht in ihrer Stoffwechseldiversität“, erläutert Grewe den Ansatz. „Da könnten sich noch viele interessante Produkte verbergen.“ Insbesondere Antioxidantien dürften die Mikroalgen produzieren, da sie Photosynthese betreiben und somit empfindliche Stoffwechselprodukte vor Sauerstoffradikalen schützen müssen.

Die Landwirtschaft ist neben der Industrie ein bedeutender Wirtschaftsfaktor im Land Brandenburg. Knapp ein Drittel der gesamten Bodenfläche wird gegenwärtig landwirtschaftlich genutzt. Dabei fallen riesige Mengen Reststoffe an, die sowohl stofflich als auch energetisch genutzt werden können. Die landwirtschaftliche Biomasse als Rohstoff zu etablieren und besser zu nutzen, ist ein Grundpfeiler der Bioökonomie. Knapp 25 Mio. Euro will nun das Land Brandenburg in die bioökonomische Zukunft investieren. Unter der Leitung des Leibniz-Instituts für Agrartechnik und Bioökonomie (ATB) in Potsdam soll in den kommenden sechs Jahren ein bundesweit einzigartiger Modellbetrieb für biobasierte Kreislaufwirtschaft entstehen. Die Gelder stammen aus dem Zukunftsinvestionsfonds des Landes, mit dem Brandenburg gezielt Projekte fördert, die landespolitisch von herausragender Bedeutung sind. 

Landwirtschafts- und Bioraffineriekonzepte kombinieren

Aufgabe des Modellbetrieb wird es sein, zukunftsweisende und praktikable Ansätze für eine klimafreundliche und nachhaltige Biomasseerzeugung und -nutzung zu entwickeln und Interessierten zu demonstrieren. „Mit diesem Modellbetrieb, der Landwirtschafts- und Bioraffineriekonzepte kombiniert, bieten sich umfangreiche Möglichkeiten, den integrativen Forschungsansatz des Instituts für eine biobasierte Kreislaufwirtschaft gemeinsam mit Partnern aus Wissenschaft und Wirtschaft weiterzuentwickeln und bioökonomische Innovationen auch im Hinblick auf Praktikabilität und Umweltwirkung zu erproben und zu bewerten", so Barbara Sturm, die seit dem 1. Oktober neue wissenschaftliche Direktorin und Vorstandsvorsitzende des ATB ist. 

Modellbetrieb soll Forschungslandschaft stärken

„Dieses geplante Transferzentrum ist mehr als ein wissenschaftliches Schaufenster – es gewährt einen Blick in die Zukunft. Und Zukunft wird in Brandenburg gemacht”, sagte Brandenburgs Wissenschaftsministerin Manja Schüle anlässlich der Amtseinführung. Zugleich würdigte die Ministerin die Forschungsarbeit des Instituts als „einen der Leuchttürme” der wissenschaftlichen Kompetenz im Bereich der Nachhaltigkeit sowie die internationale, aber auch regionale Bedeutung der Agrarforschung. Institutschefin Sturm zeigte sich zuversichtlich, dass der geplante Modellbetrieb dazu beitragen werde, Brandenburgs Forschungslandschaft weiter zu stärken.

bb

Der Klimawandel macht sich schon heute im Weinberg bemerkbar. Durch Extremwetterereignisse und zunehmende Trockenheit im Sommer führt er zu Ertrags- und Qualitätseinbußen. Hinzu kommen sich ändernde Verbraucherprioritäten und wirtschaftliche Zwänge, welche den Weinbau vor neue Herausforderungen stellen. Hierzu zählen eine zunehmende Sensibilisierung der Verbraucher für eine nachhaltige Lebensmittelproduktion oder auch eine Abnahme an verfügbaren (Saison-)Arbeitskräften, wodurch die Mechanisierung vorangetrieben wird. „Wir greifen im Projekt NoViSys diese Herausforderungen und sich ändernden Rahmenbedingungen auf und bieten durch die Erforschung des Anbauverfahrens ‚Minimalschnitt im Spalier‘ Handlungshilfen auf Basis der Versuchsergebnisse“, sagt Projektkoordinatorin Katja Herzog vom Julius-Kühn-Institut.

Von Klima, Wettbewerb und Schädlingen

Doch auch Krankheiten setzen dem Weinbau zu. So sind traditionelle Rebsorten (z. B. Riesling) hoch anfällig gegenüberüber den beiden bedeutendsten Schaderregern im Weinbau, dem Echten Mehltau (Erysiphe necator) sowie dem Falschen Mehltau der Rebe (Plasmopara viticola). Der Anbau erfordert deshalb einen sehr intensiven Pflanzenschutz. EU-weit entfallen ca. 58% der insgesamt ausgebrachten Pflanzenschutzmittel gegen pilzliche Schadorganismen (Fungizide) auf den Weinbau. Dabei entspricht sein Flächenanteil an der landwirtschaftlichen Gesamtfläche gerade einmal 5%. „Der Weg in die Nachhaltigkeit geht folgerichtig nur unter Einbeziehung neuer Rebsorten mit Widerstandskraft gegenüber den wichtigsten Schaderregern“ sagt Katja Herzog. Daher untersuchten die Forschenden im interdisziplinären Verbund über sechs Jahre das Zusammenwirken der geänderten Anbauform des Minimalschnitts im Spalier (MSS) in Verbindung mit neuen Rebsorten.

PiWis und MSS

Rebenzüchtung ist eine Generationenaufgabe. Waren es früher Ertrags- und Qualitätsselektionen, die zu den heute verbreiteten Sorten führten, so kommt seit dem Einschleppen der Mehltaupilze und der Reblaus im 19. Jahrhundert eine hohe Widerstandsfähigkeit gegen diese und andere biotische Schadfaktoren als Zuchtziel hinzu. Die aus dieser Resistenzzüchtung entstandenen neuen Sorten werden pilzwiderstandsfähige Rebsorten (kurz PiWis) genannt. In den 1990er Jahren wurden die ersten dieser Sorten in Deutschland zugelassen und mittlerweile sind rund 40 PiWi-Sorten in Deutschland für die Praxis verfügbar oder befinden sich in der Zulassung. Ihre Widerstandskraft gegen Mehltau stammt von nahe verwandten Wildarten aus Amerika und Asien, die im Laufe der Evolution eine natürliche Resistenz entwickelt haben. „Heute sind mehr als 96% der Anbauflächen in Deutschland mit traditionellen Rebsorten bepflanzt“, so Projektkoordinatorin Herzog. „Eine Ausweitung der Anpflanzung von PiWis ist aus Sicht der Rebenzüchtung die beste Strategie, um den Einsatz von Fungiziden im Weinbau nachhaltig zu reduzieren.“

Bei den verbreitetsten Anbausystemen für Wein in Deutschland wachsen die Reben bislang zumeist entlang von Drahtrahmen, die im Spalier am Weinberg stehen. Bei diesem herkömmlichen Erziehungssystem fallen viele manuelle Arbeiten wie Rebschnitt sowie Ausdünnungs-, Binde- und Heftarbeiten an. Neben dem großen Zeitaufwand, den diese Arbeiten erfordern, sind auch viele Fachkräfte für die Durchführung nötig. Die Drahtrahmen im Spalier bleiben beim MSS erhalten, jedoch können die vielen manuellen Arbeiten durch ein bis zwei Laubschnitte jährlich, die maschinell erfolgen, ersetzt werden.

Der Strukturwandel im Rheinischen Revier verlangt zukunftsfähige Konzepte. Mit dem BioökonomieREVIER soll dort eine Modellregion für nachhaltiges Wirtschaften entstehen. „Die Menschen im Revier haben jetzt die einzigartige Gelegenheit, ihre Zukunft selbst in die Hand zu nehmen,“ so Christian Klar, Leiter der Koordinierungsstelle BioökonomieREVIER. „Wir wollen diese Aufbruchsstimmung nutzen und Wissenschaft, Wirtschaft, Kommunen und Zivilgesellschaft zusammenbringen, um gemeinsam Bioökonomie-Lösungen auf Basis der regionalen Stärken umzusetzen.“ Das Bundesforschungsministerium fördert dazu das Projekt „BioökonomieREVIER_KOM“ mit knapp 4 Mio. Euro. Die Koordinierungsstelle ist Teil des Projekts und am Institut für Pflanzenwissenschaften des Forschungszentrums Jülich angesiedelt.

Tausendsassa Bioökonomie: neue Pfade gehen

Die Bioökonomie im Rheinischen Revier - quasi ein Selbstläufer? „Ganz so einfach ist es nicht“, berichtet Christian Klar. „Wir brauchen ein neues Bewusstsein, was durch Bioökonomie alles möglich ist. Die Transformation erfordert ein Umdenken althergebrachter Muster, wie Wirtschaft funktioniert. Wir müssen Forschungsbereiche zusammenbringen und Wirtschaftssektoren integrieren, die vielleicht bisher noch nie Berührungspunkte hatten. Hier können ganz neue Wertschöpfungsketten und ein Wirtschaften in Kreisläufen entstehen“, so Klar weiter. Vernetzung ist Kern seiner täglichen Arbeit. So hat er etwa Landwirte mit einem Chemikalienhersteller bekannt gemacht. Dabei geht es darum, Disteln anzubauen, die Öle als Rohstoff für dessen Produktion liefern. Und auch Vertreter der Energie- und Kunststoffwirtschaft sind miteinander im Gespräch. Sie wollen Methan als Rohstoffquelle nutzen, um Biopolymere für Einweggeschirr zu entwickeln. Hier muss noch weiter geforscht werden, daher ist die Wissenschaft als Partner mit an Bord.

Die Bioökonomie soll helfen, die UN-Nachhaltigkeitsziele zu erreichen. Doch die biobasierte Wirtschaftsform ist vielschichtig und komplex. Am Beispiel des Themas Flächenkonkurrenz wird deutlich, dass der Beitrag der Bioökonomie zur Nachhaltigkeit stetig beobachtet werden muss. Deshalb wurde 2016 gemeinsam von den Bundesministerien für Forschung, Wirtschaft und Landwirtschaft ein Bioökonomie-Monitoring gestartet. Das Bundesforschungsministerium fördert dazu den Verbund „Systemisches Monitoring und Modellierung der Bioökonomie", kurz SYMOBIO.

Der erste Bericht zum deutschen Bioökonomie-Monitoring

Wo und unter welchen Bedingungen werden biogene Rohstoffe erzeugt und verbraucht? Wie trägt die Bioökonomie zu Beschäftigung und Wertschöpfung, aber auch zu globaler Ernährungssicherung bei? Welchen Nutzen und welche Auswirkungen hat sie für Klima und Umwelt? Der Verbund SYMOBIO hat dazu im Juni 2020 erste Ergebnisse vorgelegt. Dabei haben sich die Forschenden vornehmlich an den Nachhaltigkeitszielen orientiert und liefern eine Übersicht über die wichtigsten Stoffströme in der Land- und Forstwirtschaft beispielsweise von Getreide, Zucker, Fisch und Holz. Berücksichtigt wurden auch internationale Verflechtungen. Zudem zeigt der Bericht Innovationspotenziale, die sozioökonomische Entwicklung und Treiber der Bioökonomie auf. Insgesamt in fünf ökologischen Fußabdrücken (Material, Agrar, Forst, Wasser und Klima) gehen die Forschenden detailliert darauf ein, wie sich die Bioökonomie auf Klima und Umwelt auswirkt.

Der Pilotbericht bietet eine Grundlage für eine breite öffentliche Diskussion. Als nächster Schritt werden Reaktionen und Kommentare von unterschiedlichen gesellschaftlichen Gruppen eingeholt. Sie werden ausgewertet und für die Weiterentwicklung des Monitorings genutzt. Der Pilotbericht stellt eine Momentaufnahme der Entwicklung hin zur biobasierten Wirtschaft da

Eine Wertschöpfungskette in der Bioökonomie umfasst zum Beispiel den Landwirt, der den nachwachsenden Rohstoff erzeugt, ein Unternehmen, das diesen Rohstoff verarbeitet und ein Produkt erzeugt, und einen Käufer, der von der Ware überzeugt sein muss. Um eine biobasierte Wirtschaft als festen Bestandteil einer nachhaltigen Industriegesellschaft zu etablieren, ist ein umfassender gesellschaftlicher Wandel notwendig. „Bislang wurden etliche bioökonomische Wertschöpfungsketten grundlegend analysiert, dennoch ist viel mehr möglich, als bislang gemacht wird“, sagt Simon Glöser-Chahoud vom Karlsruher Institut für Technologie.

Wo liegen Risiken und Hemmnisse?

Daher untersucht der Wirtschaftsingenieur im Forschungsprojekt CoBiVal die Möglichkeiten, neue biobasierte Wertschöpfungsketten zu entwickeln und bereits bestehende Wertschöpfungsketten zu optimieren. Mit welchen Maßnahmen, Konzepten und Geschäftsmodellen lassen sich die Akteurinnen und Akteure zur Partizipation an Wertschöpfungsketten motivieren? Dabei richtet er, anders als bisher üblich, den Blick nicht nur auf eine Wertschöpfungskette als Ganzes, sondern auf die einzelnen Kettenglieder. Denn die Transformation der industriellen Produktion hin zu mehr Nachhaltigkeit könne nur funktionieren, wenn die Einzelnen gleichermaßen profitieren und Risiken wie auch Gewinne fair verteilt werden.

Was muss passieren, damit einzelne Akteure zusammenarbeiten? Glöser-Chaoud führt aus: „In den Wertschöpfungsketten sollen Akteure zusammenkommen, die bislang nicht viel miteinander zu tun hatten.“ Zum Beispiel arbeiten dann Landwirte, Forstwirte oder Kommunen Hand in Hand mit der verarbeitenden Industrie. Damit sind sie in der Rolle von Zulieferern etwa für die Automobil-, Textil- oder Chemieindustrie. „Wie können wir Kooperationen entlang von Wertschöpfungsketten entwickeln?“, lautet eine der zentralen Fragen des Projektes CoBiVal. Die Abkürzung steht für Cooperation and Competition in Bioeconomy Value Chains.

Interviews und Fragebögen liefern Daten

Das Bundesforschungsministerium fördert das Projekt unter dem Dach der Fördermaßnahme „Bioökonomie als gesellschaftlicher Wandel“. Über die Dauer von drei Jahren, bis Mitte 2022, stellt es eine Fördersumme von 333.000 Euro zur Verfügung.

Doktorand Raphael Heck, ebenfalls Wirtschaftsingenieur, will für das Projekt „ganz vorne beginnen, auf dem Acker, dann kommen die verarbeitenden Betriebe und hinten raus geht es bis zum Marketing“. Als ersten Schritt ermittelt er, welche Flächen zur Verfügung stehen könnten. Unter welchen Bedingungen würden Besitzerinnen und Besitzer Grünland, Wald oder etwa verbuschte Flächen für bioökonomische Nutzungskonzepte zur Verfügung stellen oder selbst bewirtschaften?

Antworten liefern systematische empirische Untersuchungen durch Datenerhebungen über Interviews und Fragebögen. Damit erfragt der Wissenschaftler Anreize und Hemmnisse und identifiziert regionale Besonderheiten. In Baden-Württemberg sind zum Beispiel aufgrund der alten Erbteilung viele Grundstücke, die kleiner als zwei Hektar sind, in Privatbesitz. In den östlichen Bundesländern sind dagegen die Anbauflächen meist sehr groß. Die regionalen Unterschiede stellen eine besondere Herausforderung für die Entwicklung neuer Kooperationen und Geschäftsmodelle dar, mit denen man innovative Verwertungspfade etablieren möchte.

Methoden zur Bewertung von Wertschöpfungsketten

In weiteren Schritten dienen die erhobenen Daten einer quantitativen Modellierung unterschiedlicher Wertschöpfungsketten. Schließlich möchte Glöser-Chahoud „als Wirtschaftsingenieur Methoden zur Bewertung von Prozessketten entwickeln“. Dies ist das ambitionierte, übergeordnete Ziel des Projektes CoBiVal. Für den Leiter der Forschungsgruppe „Nachhaltige Wertschöpfungsketten“ am Karlsruher Institut für Technologie wäre eine allgemeine Methodik, wie man die Sicht einzelner Akteure einbinden kann, auch ein bedeutendes Instrument für die Kreislaufwirtschaft insgesamt. So soll etwa mit Hilfe computergestützter Simulationen die Wirkungsweise verschiedener Anreize und Rahmenbedingungen auf das Verhalten einzelner Akteure untersucht werden.

Die erste Wertschöpfungskette, die Doktorand Heck unter die Lupe nimmt, umfasst Miscanthus, das Chinaschilf. Das widerstandsfähige, schnellwüchsige Gewächs benötigt vergleichsweise wenig Dünger und liefert bei geringen Anbaukosten große Mengen Biomasse. Hier fragt das Projekt exemplarisch ab, was einen Landwirt von einem Anbau abhalten könnte. So weiß Glöser-Chahoud etwa, dass die Miscanthus-Ernte mit einem hohen Maschinenverschleiß einhergeht. Genossenschaften könnten hier Abhilfe schaffen, da sich Investitionskosten auf mehreren Schultern verteilen. In ihnen sieht der Wirtschaftsingenieur auch eine Möglichkeit, dass die einzelnen Zahnräder besser ineinandergreifen: „Genossenschaften genießen hohes Vertrauen." Sie könnten die Interessen von Akteursgruppen gebündelt vertreten, mit Industriepartnern verhandeln und dadurch ein weiteres Hemmnis beseitigen. Die Produzentinnen und Produzenten von nachwachsenden Rohstoffen fürchten unter anderem langfristige Abhängigkeiten von den Käufern der Ware.

Bioplastik aus Chinaschilf

Chinaschilf kann Energie liefern, aber auch Rohstoff für weitere Industrieprodukte sein. Ein spannendes Forschungsfeld und wichtiges Element einer bioökonomischen Wertschöpfungskette sind Bioraffinerien, mit deren Hilfe die möglichst vollständige stoffliche Verwertung von Biomasse angestrebt wird. Chinaschilf enthält vor allem Lignocellulose, deren Nutzung derzeit die nahegelegene Universität Hohenheim intensiv erforscht. Dort entstand ein Bioraffinerie-Technikum, das erstmals in einem kontinuierlichen Prozess aus Chinaschilf ein Ausgangsprodukt für Biokunststoffe herstellen wird.

Neben Chinaschilf sind für den Doktoranden Heck „viele weitere Anbau-Szenarien denkbar“. Das Projekt CoBiVal erforscht dafür, welche Wertschöpfungsketten Potenzial bieten. Sein Wunsch ist, dass im Sinne der Artenvielfalt eine „standortspezifische, mosaikartige Bewirtschaftung entsteht, die kleinteilig Wälder, Äcker oder verbuschtes Land einschließt“.

Für den Projektleiter Glöser-Chahoud ist die Übertragbarkeit der Ergebnisse und eine übergreifende Methodik der Schlüssel, um Maßnahmen, Konzepte und Geschäftsmodelle zu identifizieren und zu bewerten, mit denen man Akteure zur Partizipation motivieren kann. So bekommt der Technologietransfer weiteren Anschub und mehr biobasierte Produkte, Prozesse und Wertschöpfungsketten finden ihren Weg in die Praxis.

Autorin: Ulrike Roll

Ob Lebensmittelreste oder Grünschnitt: In Städten fallen täglich tausende Tonnen biogener Reststoffe an, die zum großen Teil im Abfall landen. Die Entwicklung innovativer Konzepte zur Produktion, Nutzung und Verwertung biogener Roh- und Reststoffe im städtischen Raum stand im Fokus des Ideenwettbewerbs beim nunmehr 9. Deutschen Nachhaltigkeitspreis Forschung, der vom Bundesforschungsministerium ausgelobt wird. Nach einem "Makeathon" im Juni in Berlin wählte eine Jury die besten drei Ideen aus. Mit Waste-to-Resource-Unit, loopsai und Urban Pergola stehen die Finalisten des Ideenwettbewerbs nun fest. Ab sofort kann der Gewinner online gewählt werden.

Eine mobile Bio-Raffinerie für Lebensmittelreste

Das fünfköpfige Team von Waste-to-Resource-Unit überzeugte die Jury mit der Idee einer modularen Bio-Raffinerie, die die Umwandlung von Lebensmittelabfällen in hochwertige Ressourcen ermöglichen soll. Lebensmittelabfälle wie Obst- und Gemüseschalen oder tierische Produkte werden hier direkt vor Ort in Kantinen oder anderen Einrichtungen hygienisch aufgearbeitet und in ihre Bestandteile wie Stickstoff- und Kohlenstoffverbindungen zerlegt. Diese werden dann im Bio-Reaktor zur Kultivierung von Mikroalgen genutzt, aus denen wiederum Lebensmittel hergestellt werden können.

Aufgrund ihrer Container-Bauweise kann die Bio-Raffinerie modular zusammengesetzt werden und ist somit flexibel einsetzbar sowie mobil. „Die Waste-to-Resource-Unit könnte erfolgreich den Kreislauf zwischen Lebensmittelabfällen, wie sie in großen Mengen im städtischen Umfeld vorkommen, und der Lebensmittelproduktion, die zumeist fernab der Städte stattfindet, schließen“, urteilte die Jury. Sie ermögliche eine hochwertige Verwertung von Nahrungsmittelresten und reduziere Transportwege auf ein Minimum.

Mit KI Stoffkreisläufe optimieren

Mit einer Software will das Projektteam von loopsai Stoffkreisläufe schließen. Mit Hilfe künstlicher Intelligenz sollen Stoffströme einzelner Unternehmen wirtschaftlich sinnvoll und maximal ressourceneffizient miteinander vernetzt werden. Sie stellt Fragen wie, wer kauft welche Mengen von welchem Rohstoff ein, ist dies überhaupt nötig oder ließen sich auch Abfallprodukte anderer Unternehmen stattdessen verwenden, und zeigt ein digitales Ebenbild, einen so genannten digitalen Zwilling des Unternehmens, und seine Bedürfnisse. Getestet werden soll die Software in einer Pilzfarm, in der Speisepilze auf Kaffeesatz angebaut werden. „loopsai erscheint als vielversprechende Lösung, um hochkomplexe Stoffströme nicht nur zu erfassen und besser zu verstehen; sie bietet auch die Gelegenheit sie so miteinander zu vernetzen, dass am Ende ein geschlossener Kreislauf entsteht. So könnten nicht nur Angebot und Nachfrage besser bedient, sondern auch wertvolle Ressourcen eingespart und Transportwege verkürzt werden“, so die Begründung der Jury.

Die Entdeckung des revolutionären Werkzeugs der Molekularbiologie - der Genschere CRISPR-Cas9 - wurde mit dem Nobelpreis für Chemie 2020 ausgezeichnet. Für die Entdeckerinnen ist es die Krönung einer Serie hochkarätiger Wissenschaftspreise: die in Berlin forschende Mikrobiologin Emmanuelle Charpentier und die US-Molekularbiolgin Jennifer Doudna sind längst zu Stars der Wissenschaft avanciert.

Emmanuelle Charpentier hat mit dem CRISPR-Cas-System einen einzigartigen Mechanismus entdeckt und damit die Grundlagen für ein revolutionäres Werkzeug der molekularbiologischen Forschung geschaffen. Schon früh hielten Experten das Werkzeug für einen Meilenstein der Biotechnologie (zum Erklärvideo EXPRESS: hier klicken). Auf der ganzen Welt wird mittlerweile daran gearbeitet, wie sich die Genschere sinnvoll nutzen lässt – in der Medizin, aber auch in der Züchtung neuer Pflanzen. 

Charpentier hatte CRISPR-Cas als Teil des Virenabwehrsystems der Bakterien entdeckt. Die Mikroben wehren Attacken ihrer Feinde ab, indem sie deren Erbgut zerschneiden. Nach Stationen in den USA und Österreich wechselte sie 2009 an die Universität in Umeå. 2012 veröffentlichte die Wissenschaftlerin eine komplette Anleitung für den Schneidemechanismus im Fachmagazin Science. Seitdem nutzen Wissenschaftler rund um den Globus das neue Genome-Editing-System.

Der Nobelpreis ist auch ein großer Erfolg für den Forschungsstandort Deutschland: Seit Anfang 2013 ist Charpentier in Deutschland und arbeitete hier zunächst als Humboldt-Professorin am Helmholtz-Zentrum für Infektionsforschung in Braunschweig. Seit 2015 wirkt die Französin in Berlin: Zunächst als Direktorin am Max-Planck-Institut für Infektionsbiologie in Berlin, wo sie die Abteilung für "Regulation in der Infektionsbiologie" leitete. Seit 2017 leitet sie nun die Max-Planck-Forschungsstelle für die Wissenschaft der Pathogene. 

Reaktionen aus der Politik 

Bundesforschungsministerin Anja Karliczek gratulierte Frau Charpentier herzlich zum Nobelpreis für Chemie – und freute sich nach dem Physik-Nobelpreis für Reinhard Genzel vom Vortag über die Doppelehrung für Forschende in Deutschland. „Beide Entscheidungen des Stockholmer Preis-Komitees zeigen, dass der Wissenschaftsstandort Deutschland exzellent und wettbewerbsfähig ist.“ Die Bundesministerin wies auf das Anwendungspotenzial der Genschere CRISPR-Cas9 hin: „Hierdurch ergeben sich umfangreiche Anwendungsmöglichkeiten in vielen Bereichen der Molekulargenetik, zum Beispiel in der Pflanzenzüchtung oder auch in der Medizin. Mit dieser neuen Methode stehen in beiden Disziplinen völlig neue Wege offen. Nutzen und Risiken müssen mit und in der Gesellschaft sorgfältig diskutiert werden.“

Auch Bundeslandwirtschaftsministerin Klöckner betonte das Potenzial der neuen molekularen Werkzeuge: „Die Entscheidung des Nobelpreiskomitees bringt zum Ausdruck, wie fundamental die Entwicklung der Genschere ist, welche Bedeutung ihr zugeschrieben wird – gerade auch für die Landwirtschaft und die weltweite Ernährungssicherung.“ Klöckner sagte weiter: „Die klassische Pflanzenzucht hat schon immer das Erbgut von Nutzpflanzen angepasst. Mit der Genschere kann aber zielgenauer, schneller geforscht werden. Deshalb setze ich Hoffnungen in solche neuen Züchtungsmethoden.“ Diese seien natürlich kein Allheilmittel. „Doch wenn wir Pflanzen wollen und brauchen, die resistent sind gegen Wetterkapriolen und Klimawandel, die weniger Pflanzenschutzmittel benötigen, dann sollten wir verantwortungsvoll über eine differenzierte Zulassung solcher Verfahren für die Pflanzenzucht diskutieren.“

pg

The discovery of the revolutionary tool of molecular biology - the CRISPR-Cas9 gene scissors - was awarded the Nobel Prize for Chemistry 2020. For the discoverers it is the crowning glory of a series of top-class science prizes: microbiologist Emmanuelle Charpentier, who conducts research in Berlin, and US molecular biologist Jennifer Doudna have long become stars of science.

With the CRISPR-Cas system, Emmanuelle Charpentier has detected a unique mechanism and thus laid the foundation for a revolutionary tool in molecular biological research. Early on, experts considered the tool to be a milestone in biotechnology. All over the world, people are now working on how the genetic scissors can be used sensibly - in medicine, but also in the breeding of new plants.

Charpentier had discovered CRISPR-Cas as part of the bacteria's viral defense system. The microbes fend off attacks by their enemies by cutting up their genetic material. After working in the US and Austria, she moved to the University of Umeå in 2009. In 2012, the scientist published a complete manual for the cutting mechanism in the journal Science. Since then, scientists around the world have been using the new genome editing system.

The Nobel Prize is also a great success for Germany as a research location: Charpentier has been in Germany since the beginning of 2013, initially as Humboldt Professor at the Helmholtz Centre for Infection Research in Braunschweig. Since 2015, the Frenchwoman is working in Berlin: first as Director at the Max Planck Institute for Infection Biology in Berlin, where she headed the Department of "Regulation in Infection Biology". Since 2017, she is now head of the Max Planck Unit for the Science of Pathogens.

Reactions from politics

Federal Research Minister Anja Karliczek congratulated Ms. Charpentier warmly on winning the Nobel Prize in Chemistry and - after the Nobel Prize in Physics for Reinhard Genzel the previous day - was delighted about the double honor of researchers in Germany. "Both decisions of the Stockholm Prize Committee show that Germany is an excellent and competitive location for science". The Federal Minister pointed out the application potential of the CRISPR-Cas9 gene scissors: "This opens up extensive application possibilities in many areas of molecular genetics, for example in plant breeding or even in medicine. This new method opens up completely new paths in both disciplines. Benefits and risks must be carefully discussed with and within society".

Federal Minister of Agriculture Julia Klöckner also emphasized the potential of the new molecular tools: "The decision of the Nobel Prize Committee expresses how fundamental the development of the genetic scissors is, what significance is attributed to it - especially for agriculture and global food security". Klöckner went on to say: "Classical plant breeding has always adapted the genome of crops. But with the genetic scissors, research can be conducted more precisely and more quickly. That is why I have high hopes for such new breeding methods". These are of course not a panacea. "But if we want and need plants that are resistant to capricious weather conditions and climate change, that require less pesticides, then we should discuss responsibly about a differentiated approval of such methods for plant breeding."

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Auf dem Einkaufszettel der Tester standen Tintenfisch, Austern, Garnelen, Krabben und Sardinen. Wie die Forscher im Fachblatt "Environmental Science&Technology" berichten, sind sie in jeder einzelnen Probe fündig geworden.

The testers' shopping list included squid, oysters, shrimps, crabs and sardines. As the researchers report in the journal "Environmental Science&Technology", they found what they were looking for in each individual sample.

Gerade in der Zeit des Corona-Lockdowns im Frühjahr haben viele Menschen die Welt der Spiele neu oder wieder für sich entdeckt – ob als Brettspiel oder in digitaler Form. Spiele machen nicht nur Spaß, sondern sind auch hervorragend geeignet, einen Zugang zu komplexen Themen wie der Bioökonomie zu erlangen.

Spielemacher und -designer haben inzwischen vielfach Themen wie die Landwirtschaft, grüne Wirtschaft oder Biodiversität für sich entdeckt. Damit machen sie die Bioökonomie auf eine ganz neue Weise erlebbar.

In diesem Dossier stellt Martin Reich aus dem Team von bioökonomie.de – selbst passionierter Spieler – eine Auswahl von Bioökonomie-Spielen vor. 

Ob fliegende Insekten oder Wildpflanzen: Die Artenvielfalt ist bedroht und nimmt immer mehr ab – nicht nur in Deutschland, sondern auch weltweit, wie der Weltbiodiversitätsrat in seinem ersten globalen Bericht 2019 resümiert. Sollte der Mensch seine Lebensweise nicht ändern, könnten den Experten zufolge etwa 1 Million der derzeit bekannten acht Millionen Tier- und Pflanzenarten im Laufe der nächsten Jahre aussterben. Vor allem die Landwirtschaft, die als Mitverursacher des Biodiversitätsverlustes seit langem in der Kritik steht, ist vom Artenrückganges stark betroffen. In einer aktuellen Stellungnahme nehmen daher die deutschen Wissenschaftsakademien die biologische Vielfalt in der Agrarlandschaft ins Visier. Daran beteiligt waren die Nationale Akademie der Wissenschaften Leopoldina, acatech – Deutsche Akademie der Technikwissenschaften sowie die Union der deutschen Akademien der Wissenschaften.

Acht Vorschläge zur Förderung der Artenvielfalt

Das 80 Seiten umfassende Papier „Biodiversität und Management von Agrarlandschaften“ gibt einen Überblick über den aktuellen Stand des Wissens zum Biodiversitätsverlust sowie seinen Ursachen und Folgen. Die Autoren lassen keinen Zweifel daran, dass akuter Handlungsbedarf besteht. Der Artenrückgang werde zukünftig die Funktionsfähigkeit der Agrarökosysteme einschränken und spürbare Folgen für Mensch und Umwelt haben, heißt es. Der Zustand der Biodiversität in der Agrarlandschaft erfordere rasches Handeln von allen Beteiligten und insbesondere von der Politik mutige Entscheidungen, arumentieren die Forschenden.

Die Autoren stellen aber auch klar, dass sich der Wert der Biodiversität nicht nach „rein ökonomischen Kriterien" bemessen lässt, sondern durch ein „Zusammenspiel vieler Faktoren" wie intensivierte Landnutzung und biologisch-technische Innovationen zur Produktionssteigerung bestimmt wird. In ihrer Stellungnahme zeigen die deutschen Wissenschaftsakademien daher acht konkrete Maßnahmen auf, mit denen sich der Rückgang der biologischen Vielfalt in der Agrarlandschaft aufhalten oder sogar umkehren lassen würde.

Kurswechsel in der Agrarpolitik

Dazu gehört vor allem eine veränderte Agrarpolitik auf nationaler und Europäischer Ebene. Es müssten Rahmenbedingungen geschaffen werden, die Landwirte aktiv unterstützen, biodiversitätsfreundlich zu wirtschaften, heißt es. Eine besondere Rolle spielen hier die Subventionszahlungen der Europäischen Union. Nach Ansicht der Forschenden sollten diese zukünftig stärker an „tatsächlich erbrachte und messbare Ökosystemleistungen geknüpft werden”.

Darüber hinaus empfehlen die Autoren die Weiterentwicklung der Umweltpolitik, eine Anpassung des Agrar- und Umweltrechts, die Entwicklung von planungsbasierten, regional differenzierten und gemeinschaftlichen Ansätzen bei der Landschaftsplanung sowie den Ausbau von Monitoring und Forschung. Auch Kommunen, Handel und Märkte sollten demnach stärker in die Pflicht genommen sowie das Bewusstsein in der Bevölkerung gestärkt werden, damit die Nachfrage nach biodiversitätsfreundlicher Produkten  steigt und der Fleischkonsum reduziert wird.

Gesamtgesellschaftlicher Wandel dringend nötig

Der Schutz der Artenvielfalt sei eine „dringende und komplexe Herausforderung”, schreiben die Autoren. Es bedürfe eines gesamtgesellschaftlichen Wandels hin zu einer nachhaltigen Landwirtschaft. Vor allem die ökonomischen, politischen, rechtlichen und gesellschaftlichen Rahmenbedingungen in der Landwirtschaft müssten dabei berücksichtigt werden.

Die Wissenschaftsakademien verweisen auch auf Zielkonflikte, die die Nutzung der Agrarlandschaft mit sich bringt. Doch die Erhaltung der biologischen Vielfalt in Agrarlandschaften steht nicht per se im Widerspruch zu einer zukunftsgerichteten landwirtschaftlichen Produktion. Eine Förderung der biologischen Vielfalt wie etwa durch den Erhalt der Bodenfruchtbarkeit nutze auch der Landwirtschaft, argumentieren die Autoren.

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Im Haushalt fallen täglich große Mengen Plastikmüll an. Auch wenn viele Verpackungen mittlerweile aus Biokunststoffen wie Polymilchsäure (PLA) bestehen: nicht alle Biokunststoffe sind auch biologisch abbaubar und müssen daher aufwendig recycelt werden. Mit dem Biopolymer Polyhydroxyalkanoat (PHA) nehmen Forschende nun einen Kandidaten ins Visier, der bisher wenig Beachtung fand, aber vielversprechend ist. Denn die Biosynthese erfolgt durch Mikroorganismen, die PHA verstoffwechseln. Forschende vom Fraunhofer-Instituts für Grenzflächen- und Bioverfahrenstechnik IGB und des Fraunhofer-Instituts für Verfahrenstechnik und Verpackung IVV wollen nun gemeinsam mit der Universität Stuttgart und der LCS Life Cycle Simulation Verpackungen aus PHA für die Kosmetikindustrie entwickeln.

Bakterien mit Reststoffen füttern

„Im Prinzip geht es uns darum, möglichst neue Strukturvarianten herzustellen, damit dann geprüft werden kann, ob sich der jeweilige Kunststoff als Verpackungsmaterial eignet“, erklärt Susanne Zibek vom IGB in Stuttgart. Im Labor hat Zibek bereits verschiedene Bakterien mit Reststoffen wie Holzabfällen gefüttert, um zu sehen, wie die kohlenstoffbasierten Futterquellen die Bakterien zur PHA-Produktion anregen. Gemeinsam mit ihren Forschungspartnern will Zibek im Rahmen des Projektes SusPackaging neue biologisch abbaubare Plastikalternativen entwickeln und das in einer komplett grünen Wertstoffkette.

PHA-Extraktion ohne Lösungsmittel

Das PHA aus den Mikroorganismen wird gewöhnlich mit Lösemitteln wie Chloroform extrahiert. Dafür hat das IBG-Team eine nachhaltige Alternative parat. „Unser Ziel ist es, von diesen umweltbelastenden Lösemitteln wegzukommen“, erklärt Vásquez-Caicedo, Leiterin des Themenfelds Lebensmitteltechnologie am Fraunhofer IGB. Sie hat eine rein mechanisch-physikalische Methode zum Aufschluss der Zellen, die so genannte Druckwechseltechnik, entwickelt. Das Prinzip: Die Fermentationsbrühe, in der sich die Mikroorganismen befinden, wird zunächst mit einem Arbeitsgas versehen und unter Druck gesetzt, sodass das Gas bis in das Zytoplasma der Zellen eindringt. Wird der Druck in dem Gemisch anschließend abrupt wieder gesenkt, dehnt sich das Gas aus, die Zellen werden gesprengt und das PHA dadurch freigesetzt.

PHA für kleine Einwegverpackungen geeignet

In Form von weißem Pulver wird das extrahierte PHA anschließend am Fraunhofer IVV in Freising zu einem Granulat und dann zu Folien weiterverarbeitet. Auch wenn die dabei erzeugten Mengen noch sehr gering sind, die Ergebnisse geben Hoffnung. „Bei den mechanischen Eigenschaften zeigt sich, dass manche PHA-Typen derzeit noch etwas schwierig zu prozessieren sind. Da müssen wir noch ein wenig nachsteuern." Was die Barriereeigenschaften betrifft, sind die PHAs im Vergleich zu anderen Biopolymeren vielversprechend. Anhand der Ergebnisse des IVV konnte Susanne Zibek die Futterstrategie ihrer Bakterien verändern und so die Qualität von PHA verbessern. Energieeffizienz und Nachhaltigkeit des gesamten Prozesses werden abschließend beim Projektpartner LCS Life Cycle Simulation ermittelt. Doch schon jetzt steht fest: Das Potenzial dieses Biopolymers ist groß. Den Forschenden zufolge könnte es vor allem für kleine Einwegverpackungen eine Alternative zu fossilen Kunstoffen sein.

bb