Aktuelle Veranstaltungen

Die Natur ist von jeher eine Triebfeder für technische Entwicklungen. Auch Silvia Vignolini lässt sich bei ihrer Forschungsarbeit von der Natur inspirieren. Am Max-Planck-Institut für Kolloid- und Grenzflächenforschung (MPIKG) in Potsdam-Golm hat die Spitzenphysikerin zu Jahresbeginn die Leitung einer neuen Abteilung übernommen, die sich mit der Entwicklung nachhaltiger und bioinspirierter Materialien befasst. Ihr Ziel: künstliche Materialien sollen sich von natürlichen Materialien nicht unterscheiden. Dazu taucht die Forscherin tief in die Details von Strategien ein, die die Natur nutzt, um Materialien zu strukturieren. Ein Schwerpunkt ihrer Arbeit ist die Erforschung und Entwicklung optischer Funktionen wie die Farbgebung bei Pflanzen. Erste Erfolge gibt es bereits.

Nature has always been a driving force for technical developments. Also Silvia Vignolini draws inspiration from Nature in her research work. At the Max Planck Institute of Colloids and Interfaces (MPIKG) in Potsdam-Golm, the top physicist took over at the beginning of the year as Head of a newly established Department that focuses on the development of sustainable and bio-inspired materials. Her goal: artificial materials should be indistinguishable from natural materials. To achieve this, the researcher dives deep into the details of strategies that Nature uses to structure materials. One focus of her work is researching and developing optical functions such as coloration in plants. Initial successes have already been achieved.

Um die Erträge pro Fläche zu erhöhen, werden in der Landwirtschaft oft große Mengen an Düngemittel eingesetzt. Diese Praxis ist jedoch seit langem umstritten, weil Böden, Umwelt und Klima gleichermaßen geschädigt werden. Hinzukommt: Hitze und Dürre setzen Böden und Pflanzen immer mehr zu und sorgen für Ernteverluste. Wie kann man das Austrocknen der Böden verhindern und gleichzeitig den Ertrag steigern, um die Lebensmittelversorgung auch künftig zu sichern? Eine Studie unter der Leitung des Leibniz-Zentrums für Agrarlandschaftsforschung (ZALF) liefert dazu vielversprechende Ergebnisse.

Feldversuch mit künstlich hergstelltem amorphem Silikat

Ein Team um Jörg Schaller hat darin erstmals die Auswirkungen von Silizium-Dünger auf Weizenerträge untersucht. In einem Feldversuch in Brandenburg wurde der Acker mit künstlich hergestelltem „amorphen Silikat“ gedüngt. Dabei handelt es sich um eine Silizium-Verbindung, die in natürlichen Böden in geringem Maße von etwa ein bis sechs Prozent vorkommt. Diese hochreaktive Substanz wird bei der Verwitterung von Gestein gebildet und von den Pflanzen aufgenommen, wo sie Blatt und Stängel die nötige Stabilität verleiht und Fraßfeinde abhält. Aber nicht nur das: Das amorphe Silikat sorgt vor allem für bei den Pflanzen für eine verbesserte Nährstoff- und Wasserverfügbarkeit.  

Weizenertrag um 80 % gesteigert

Auf Äckern, die über Jahrzehnte intensiv bewirtschaftet wurden, sind diese kostbaren Silizium-Verbindungen jedoch kaum noch vorhanden. Im Rahmen des Feldversuches wurde daher eine geringe Menge des künstlich hergestellten Silikat-Düngers auf ein Weizenfeld aufgebracht und der Effekt mit einem konventionell bewirtschafteten Feld verglichen. Das Ergebnis war eindeutig:  Schon eine geringe Menge an Silizium-Dünger genügte, um den Weizenertrag um über 80% zu steigern. „Wenn die oberen 20 Zentimeter der Bodenschicht ein Prozent mehr Silikat haben, haben wir circa 40 % mehr pflanzenverfügbares Wasser“, erklärt Jörg Schaller.

Hohe Wasserverfügbarkeit hilft, Dürrephasen zu überbrücken

Den Forschenden zufolge wirkt das amorphe Silikat wie ein Schwamm. Es kann das Sieben- bis Achtfache seines eigenen Gewichts an Wasser speichern und an Pflanzen im Boden wieder abgeben. Infolge der deutlich gestiegenen Wasserverfügbarkeit könnten so Dürrephasen überbrückt und Ernteverluste vermieden werden. Die Forschenden sind überzeugt, dass die Silizium-Düngung schon bei einmaliger Anwendung einen jahrzehntelangen Effekt hat und damit die Pflanzenproduktion nachhaltiger und umweltfreundlicher machen kann. Dadurch, dass die Pflanze mehr Biomasse produziert, würde zudem mehr organischer Kohlenstoff in Form von Stroh in den Boden gelangen, der dort fixiert werde, und damit die Bodenfruchtbarkeit verbessere, schreiben die Forschenden.

Trotz der positiven Ergebnisse sind noch sich einige Forschungsfragen offen – vor allem, was die negativen Auswirkungen der Silizium-Düngung betrifft. Denn auch hier kommt es auf die richtige Düngemenge an.

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In agriculture, large quantities of fertilizers are often used to increase yields per unit area. However, this practice has long been controversial because it damages soils, the environment and the climate alike. In addition, heat and drought are putting increasing pressure on soils and crops, leading to crop failures. How can we prevent soils from drying out while increasing yields to ensure food security in the future? A study led by the Leibniz Center for Agricultural Landscape Research (ZALF) provides promising results.

Field test with artificial amorphous silicate

A team led by Jörg Schaller has studied the effects of silicon fertilizer on wheat yields for the first time. In a field trial in Brandenburg, the field was fertilized with artificially produced "amorphous silicate". This is a silicon compound that occurs in natural soils in small amounts of about one to six percent. This highly reactive substance is formed during the weathering of rock and is taken up by plants, where it gives leaves and stems the necessary stability and keeps away predators. And that's not all: the amorphous silicate also improves the availability of nutrients and water to plants.

Wheat yield increased by 80%

On fields that have been intensively cultivated for decades, however, these precious silicon compounds are hardly present. In the field trial, a small amount of the artificially produced silicate fertilizer was applied to a wheat field and the effect was compared with a conventionally managed field. The result was clear: even a small amount of silicon fertilizer was enough to increase wheat yield by over 80%. "If the top 20 centimeters of the soil layer have one percent more silicate, we have about 40% more water available to plants," explains Jörg Schaller.

High water availability helps bridge periods of drought

According to the researchers, the amorphous silicate acts like a sponge. It can store seven to eight times its own weight in water and release it to the plants in the soil. The significantly increased water availability could bridge periods of drought and prevent crop failures. The researchers believe that silicon fertilization, even when applied once, can have a decades-long effect and make crop production more sustainable and environmentally friendly. The fact that the plant produces more biomass also means that more organic carbon in the form of straw enters and is sequestered in the soil, improving soil fertility, the researchers write.

Despite the positive results, there are still some unanswered questions - especially regarding the negative effects of silicon fertilization, which depend on the right amount of fertilizer.

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Pilze sind längst mehr als nur ein Lebensmittel. Aus ihnen werden neben Käse und Bier auch Medikamente, Enzyme und Biokraftstoffe hergestellt. Sogar Textilien, Möbel sowie Bau- und Verbundwerkstoffe können daraus entstehen. Dass Pilze der Baustoff der Zukunft sein können, davon können sich Interessierte ab sofort im Reallabor MY-CO-PLACE in Berlin überzeugen. Die temporäre Ausstellung auf der Mittelinsel des Ernst-Reuter-Platzes wurde von der Berliner Biotechnologin Vera Meyer und dem Architekten Sven Pfeiffer von der Hochschule Bochum initiiert. Dafür wurde das BHROX Bauhaus reuse als Ort für Pilze und Materialien umgestaltet.

Forschung zu pilzbasierten Materialien erlebbar machen

Die Forschung an pilzbasierten Materialien ist ein Schwerpunkt der Arbeit von Vera Meyer. Mit der Ausstellung will die Biotechnologin Forschungsergebnisse erlebbar machen und so die Öffentlichkeit frühzeitig für dieses innovative Material begeistern.
 
Schon im Eingangsbereich werden die Besuchenden von flachen Dachpaneelen aus Pilzen empfangen, die schwebend von der Decke hängen. Auf verschiedenen Säulen sind neben verschiedenen Pilzkulturen auf Nährstofflösung auch innovative Verbundstoffe zusehen.

Verbundstoffe und Farbpigmente aus Pilzen

Zur Herstellung des pilzbasierten Baustoffs verwendeten die Forschenden das Myzel des Zunderschwamms. Bei dem Myzel handelt es sich um ein sehr feines Geflecht von Pilzfäden, das in der Natur unterirdisch wächst. Für die Herstellung der Verbundstoffes wurde das Pilzmyzel beispielsweise auf pflanzlichen Reststoffen gezüchtet. Aber auch auf Hanf und Beton ließen die Forschenden das filigrane Geflecht wachsen. So entstanden beispielsweise Verbundstoffe aus Zunderschwamm, Hanf und mineralischen Baustoffen, aber auch in Kombination mit Bioplastik.
 
Dass man mit Pilzen auch färben kann, zeigen im Ausstellungsraum Stoffe aus Wolle oder Baumwolle, die mit Pilzpigmenten eingefärbt wurden. Darüber hinaus gibt das MY-CO-PLACE Auskunft, wie Pilzmyzel gezüchtet wird, wie das Geflecht im Baustoff wirkt und welche Vorteile die Herstellung im Vergleich zur Herstellung von Zement oder Styropor hat.

Ob Heu, Stroh, Holz- oder Pflanzenreste: In der Land- und Forstwirtschaft fallen enorme Mengen Reststoffe an. Die Bioökonomie strebt die effiziente und nachhaltige Verwertung solcher Rohstoffe an, um Kreisläufe zu schließen und damit Ressourcen und Umwelt zu schonen. Diese wertvollen Nebenprodukte der land- und forstwirtschaftlichen Produktion werden zum Teil bereits energetisch zur Stromerzeugung als auch stofflich zur Herstellung neuer biobasierter Produkte genutzt werden. Weder stofflich noch energetisch ist das Potenzial allerdings ausreichend ausgeschöpft. Hier setzt das Projekt „Die neue Bioraffinerie - Valorisierung von Kondensatströmen aus der Torrefizierung von Biomasse – VALORKON“ an.

In dem Verbundvorhaben „Die neue Bioraffinerie – Valorisierung von Kondensatströmen aus der Torrefizierung von Biomasse“ haben Forschende in den vergangenen Jahren ein neues Bioraffinerie-Konzept entwickelt, das Reststoffe aus der Land-und Forstwirtschaft – vor allem Holzreste – besser verwertet. „Wir wollten ein Verfahren entwickeln, das möglichst flexibel ist, möglichst viele Reststoffe behandeln kann, und viele Produkte generiert“, erklärt Projektleiter Antoine Dalibard vom Fraunhofer Institut für Grenzflächen- und Bioverfahrenstechnik (IGB). Das Projekt wurde von 2019 bis 2022 vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) im Rahmen der Technologie-Initiative Bioraffinerien mit rund 474.000 Euro gefördert. Daran beteiligt waren neben dem IGB auch Forschende der Hochschule Reutlingen sowie die Heckmann Metall- und Maschinenbau GmbH als Praxispartner.

Thermochemische Zerstetzung statt Fermentation

Die energetische Verwertung der Biomasse in Biogasanlagen erfolgt gewöhnlich in Fermentern mithilfe von Mikroorganismen. Das Projektteam wählte jedoch einen anderen Weg: Zur Aufbereitung der lignocellulosehaltigen Biomasse wurde überhitzter Wasserdampf als Prozessgas genutzt. Diese fermentationsfreie Methode hatten Forschende vom IGB gemeinsam mit dem Industriepartner Heckmann bereits in vorherigen Projekten entwickelt.

Agriculture and forestry produce enormous quantities of residual materials such as hay, straw, wood or plant residues. The bioeconomy strives for the efficient and sustainable utilization of such raw materials in order to close cycles and thus conserve resources and the environment. Some of these valuable by-products of agricultural and forestry production are already being used to generate energy and materials for the production of new biobased products. However, neither the material nor the energy potential has been sufficiently exploited. The project "The new biorefinery - valorization of condensate streams from the torrefaction of biomass - VALORKON" starts here.

In the joint project "The new biorefinery - valorization of condensate streams from the torrefaction of biomass", researchers have developed a new biorefinery concept that makes better use of residues from agriculture and forestry - especially wood residues. "We wanted to develop a process that is as flexible as possible, can treat many residues, and generates many products," explains project leader Antoine Dalibard of the Fraunhofer Institute for Interfacial Engineering and Biotechnology (IGB). The project was funded by the German Federal Ministry of Education and Research (BMBF) from 2019 to 2022 as part of the Biorefineries Technology Initiative with around 474,000 euros. In addition to the IGB, researchers from Reutlingen University and Heckmann Metall- und Maschinenbau GmbH as a practical partner were also involved.

Thermochemical decomposition instead of fermentation

Biomass is usually recovered for energy in biogas plants in fermenters with the aid of microorganisms. However, the project team chose a different approach: superheated steam was used as a process gas to treat the lignocellulosic biomass. This fermentation-free method had already been developed by researchers from the IGB together with industrial partner Heckmann in previous projects.

Formiat, auch bekannt als Ameisensäure, ist für viele mikrobielle Stoffwechselprozesse eine wichtige Kohlenstoffquelle. Ein Forschungsteam vom Max-Planck-Institut für terrestrische Mikrobiologie in Marburg hat nun das Modellbakterium E. coli so verändert, dass es Formiat aus CO₂ herstellen und zu Formaldehyd weiter verstoffwechseln kann. Möglich wurde das durch die Konstruktion eines synthetischen Stoffwechselwegs, über den das Team von Tobias Erb im Fachjournal "Nature Communications" berichtet.

Künstlicher Stoffwechselweg erzeugt

Die Max-Planck-Forschenden haben für ihre Studie einen künstlichen Stoffwechselweg entwickelt, der zunächst CO₂ mittels künstlicher Photosynthese nutzt. Die Energie dazu stammt nicht aus Sonnenlicht, sondern von Elektronen, die in Form von Ökostrom dem Prozess zugeführt werden. Auf diese Weise bildet das Bakterium zunächst Ameisensäure.

Ameisensäure ist eine von mehreren möglichen Kohlenstoffquellen, von denen mikrobielle Stoffwechsel zu höherwertigen chemischen Verbindungen führen. Viele alternative Kohlenstoffquellen sind jedoch für Lebewesen giftig – etwa Kohlenmonoxid, Formaldehyd und Methanol – oder bereiten andere Probleme – wie etwa das Treibhausgas Methan. Ameisensäure ist hingegen ungiftig, wenn sie als Formiat vorliegt.

Reaktionsschritt mit energetischer Barriere

„Ameisensäure ist eine Kohlenstoffquelle mit Zukunft,“ sagt daher Maren Nattermann, die maßgeblich an der Entwicklung des künstlichen Synthesewegs beteiligt war. „Aber die Umwandlung zu Formaldehyd im Reagenzglas war bisher recht energieaufwändig. Es gibt eine gravierende chemische Barriere zwischen den beiden Molekülen, die wir durch biochemische Energie – ATP – überbrücken müssen, bevor wir die eigentliche Reaktion durchführen können.“ Formaldehyd wäre eine Verbindung, aus der Bakterien unmittelbar eine Reihe weiterer Wertstoffe bilden können.

Je mehr Energie das Bakterium jedoch in die Umwandlung stecken muss, desto weniger bleibt ihm für Wachstum und nachfolgende Syntheseschritte hin zu den höherwertigen Produkten. Die Forschenden haben daher Enzyme gesucht, die Formiat zu Formaldehyd umwandeln, und diese Enzyme optimiert. „Wenn man Enzymstruktur und -Mechanismus kennt, weiß man, wo einzugreifen ist, um es anzupassen. An diesem Punkt profitieren wir maßgeblich von Vorarbeiten aus der Grundlagenforschung“, erläutert Erb.

Vierfache Leistungssteigerung nach 4.000 Varianten

Durch gezielte Mutationen und mittels Labor-Evolution im Hochdurchsatzverfahren erreichte das Team sein Ziel: „Nach etwa 4.000 Varianten erzielten wir eine vierfache Verbesserung der Produktion,“ berichtet Nattermann. „Damit haben wir die Grundlage geschaffen, den Modellorganismus E. coli, das mikrobielle Arbeitspferd der Biotechnologie, auf Ameisensäure wachsen zu lassen.“

Allerdings können die aktuellen Stämme Formaldehyd vorerst nur produzieren, nicht weiter umsetzen. Das wäre nun der nächste Schritt, der bereits in Arbeit ist. Denn das langfristige Ziel der Forschenden ist eine „All-in-one-Plattform“, die aus CO₂ elektrobiotechnologisch hochwertige Produkte von Biodiesel bis Insulin erzeugen kann.

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Fleischersatzprodukte aus Erbsen-, Soja- oder Weizenproteinen haben sich längst auf dem Markt etabliert. Damit noch mehr Menschen alternative Fleischprodukte konsumieren, müssen die Produkte nicht nur geschmacklich, sondern auch hinsichtlich Textur und Mundgefühl mit dem tierischen Original mithalten. Hier gibt es jede Menge Forschungsbedarf. An der TU Berlin nimmt daher Anja Maria Wagemans die Strukturbildung solcher innovativen Lebensmittel in den Blick. Für ihre Forschung wurde die Lebensmitteltechnologin und Juniorprofessorin mit dem mit 10.000 Euro dotierten Nachwuchspreis des Berliner Wissenschaftspreises geehrt. Die Auszeichnung wurde im Mai von Berlins Regierendem Bürgermeister Kai Wegner übergeben.

Strukturbildung der Proteine aufklären

Bei ihrer Forschung an neuartigen Biomaterialien konzentriert sich Wagemans vor allem auf die Strukturbildung von alternativen pflanzlichen und mikrobiologischen Biopolymeren. Dazu gehören hochfunktionelle und neuartige Proteine sowie Polysaccharide, die in vielen Lebensmitteln die Technofunktionalität – etwa Löslichkeit und pH-Wert – bestimmen. Struktur und Funktionalität der Proteine sind nicht nur modifizierbar. Die Proteine können für nachhaltigere Produkte auch aus alternativen Ressourcen gewonnen werden.

Technologische Prozesse im Blick

Zudem befasst sich Wagemans mit den technologischen Prozessen für die Produktion solcher innovativen Lebensmittel wie der sogenannten Extrusion. Aktuell liegt der Forschungsfokus auf kultiviertem Fleisch und pflanzenbasierten Milch-, Fisch- und Fleischalternativen. Dazu arbeitetet die Berliner Lebensmitteltechnologin mit Unternehmen in den Niederlanden und Brasilien sowie kleinen und mittleren Unternehmen und auch mit Berliner Start-ups wie Project Eaden zusammen. Diese Vernetzung war ein wichtiges Kriterium für die Vergabe des Nachwuchspreises. Die Jury würdigte zudem, dass Wagemans künftig gemeinsam mit Forschenden aus Mikrobiologie, Verfahrenstechnik und dem Bereich Künstliche Intelligenz die Entwicklung innovativer Lebensmittel vorantreiben will.

Mit dem Berliner Wissenschaftspreis werden seit 2008 in Berlin entstandene hervorragende wissenschaftliche Leistungen zielgerichtet gefördert. Damit will Berlin auch eine Basis für die weitere wirtschaftliche Entwicklung in der Hauptstadt schaffen. Mit dem Nachwuchspreis werden insbesondere innovative Forschungsansätze in einem Berliner Zukunftsfeld mit besonderem Nutzen für den Wissenschafts- und Wirtschaftsstandort Berlin gewürdigt.

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Meat substitute products have long been established on the market. To encourage even more people to eat alternative meat products, the products must be able to compete with the animal original not only in terms of taste, but also texture and mouthfeel. At the TU Berlin, Anja Maria Wagemans studies the structure formation of such innovative foods. For her research, the food technologist and junior professor was awarded the Young Scientist Award, which comes with 10,000 euros in prize money. The award was presented in May by Berlin's Governing Mayor Kai Wegner.

Elucidate protein structure formation

In her research on novel biomaterials, Wagemans is primarily concerned with the structure formation of alternative plant and microbiological biopolymers. These include highly functional and novel proteins as well as polysaccharides that determine technofunctionality - such as solubility and pH - in many foods. Not only is the structure and functionality of the proteins modifiable. The proteins can also be derived from alternative resources for more sustainable products.

Technological processes at a glance

Wagemans also studies the technological processes for producing such innovative foods, such as extrusion. Her research focuses on cultured meat and plant-based milk, fish and meat alternatives. To this end, the Berlin-based food technologist collaborates with companies in the Netherlands and Brazil, as well as with small and medium-sized enterprises, and also with Berlin-based start-ups such as the Eaden project. This networking was an important criterion for the Young Scientist Award. The jury also recognized that Wagemans intends to collaborate with researchers from microbiology, process engineering and the field of artificial intelligence in the future to drive the development of innovative foods.

The Berlin Science Award has been promoting outstanding scientific achievements in Berlin since 2008. With this, Berlin aims to create a basis for further economic development. In particular, the Young Scientists Award recognizes innovative research approaches with special benefits for Berlin as a location for science and business.

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Das Kürzel „BonaRes“ steht für „Boden als nachhaltige Ressource für die Bioökonomie“. Bei dieser vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) im Jahr 2015 gestarteten Förderinitiative steht die nachhaltige Nutzung der knappen Ressource Boden im Vordergrund. Ziel der derzeit zehn interdisziplinäre Projektverbünde und des BonaRes-Zentrums ist es, das wissenschaftliche Verständnis von Bodenökosystemen zu erweitern und die Produktivität der Böden und ihre anderen Funktionen zu verbessern sowie neue Strategien für eine nachhaltige Nutzung und Bewirtschaftung von Böden zu entwickeln.

„Nachhaltige Spuren hinterlassen“

Zum zweiten Mal kam die Bodenforschungsszene nun vom 15. bis 17. Mai zur großen BonaRes-Konferenz zusammen. Hans-Jörg Vogel aus dem Koordinationsteam der Fördermaßnahme begrüßte die mehr als 300 Teilnehmenden, darunter auch viele internationale Gäste, im Mercure Hotel MOA Berlin im Stadtteil Moabit. „Wir wollen hier die Ergebnisse unserer Arbeit der vergangenen Jahre diskutieren und nachhaltige Spuren für die Bodenforschung der Zukunft hinterlassen“, sagte Vogel mit Blick auf die im nächsten Jahr auslaufende öffentliche Förderung.

Mehr als 100 Mio. Euro für die Bodenforschung

Katja Zboralski, die zusammen mit Christina de Wit das BMBF-Referat „Nachhaltiges Wirtschaften; Bioökonomie“ leitet, machte in ihrem Grußwort klar, dass Boden eine Schlüsselressource für ein biobasiertes Wirtschaften ist. Daher habe die Bodenforschung auch einen hohen Stellenwert in der Forschungs- und Innovationsförderung des BMBF.
Seit 2015 seien 108 Mio. Euro allein in die Fördermaßnahme BonaRes geflossen. Gute Nachrichten hatte sie auch für die im Jahr 2020 aufgelegte Fördermaßnahme „Rhizo4Bio“, deren sechs Projektverbünde die Pflanzenwurzeln und Bodenökosysteme in den Blick nehmen. „Bisher wurden sie mit mehr als 10 Mio. Euro gefördert. Nun befindet sich Rhizo4Bio im Übergang in die zweite Förderphase“, sagte Zboralski. Zudem seien viele Bodenforschungsteams auch in Projekte der EU-Forschungsnetzwerks EJP SOIL eingebunden.

Auch im Kontext der Bodenforschung sei es wichtig, ein großes Spektrum neuer Technologien zu nutzen und den Transfer in Anwendungen mit Relevanz für die Bioökonomie zu forcieren. Das sei auch ein Anliegen der Zukunftsstrategie Forschung und Innovation der Bundesregierung. Zudem hob Katja Zboralski auch die Rolle des BonaRes-Zentrums für Bodenforschung hervor, das am UFZ in Halle (Saale) angesiedelt ist. Eine Besonderheit sei, das Bonares im Jahr 2023 erstmals die Schirmherrschaft für den „Boden des Jahres“ übernommen habe – und zwar für den Ackerboden.

Holz ist als vielseitiger Rohstoff für die Bioökonomie von entscheidender Bedeutung. Die Nutzung der heimischen und nachwachsenden Ressource ist längst nicht mehr nur auf Brennstoff-, Möbel- oder Bauindustrie begrenzt. Auch Textilhersteller und Kunststoffproduzenten setzen zunehmend auf den Rohstoff Holz. Wie vielschichtig die Einsatzmöglichkeiten von Holz sind und welche innovativen Technologien die Branche nachhaltiger machen können, davon konnten sich Besuchende der Weltleitmesse für Maschinen, Anlagen und Werkzeuge zur Holzbe- und -verarbeitung LIGNA in Hannover überzeugen.

1.300 Unternehmen aus 50 Ländern zeigten vom 15. bis 19. Mai 2023 auf dem Messegelände in Hannover ihre Lösungen. Im Fokus standen die Megatrends Nachhaltigkeit und Digitalisierung. Nach Angaben des Veranstalters Deutsche Messe kamen etwa 80.000 Besuchende aus 160 Ländern zur diesjährigen LIGNA, um sich über smarte Maschinen und ressourcenschonende Produktionsverfahren zu informieren. Auch Innovationen aus der Bioökonomie-Forschung hatten hier ihren Platz.

Stand-up-Paddleboard aus nachwachsenden Leichtbaumaterialien

So war das Fraunhofer-Institut für Holzforschung, Wilhelm-Klauditz-Institut WKI gleich mit mehreren Forschungsprojekten auf der LIGNA vertreten. Zu sehen waren innovative Produkte und Verfahren rund um die Nutzung von Holz und anderen nachwachsenden Rohstoffen in Werkstoffen. So präsentierte das Projekt ecoSUP ein Stand-up-Paddleboard aus vollständig nachwachsenden Leichtbaumaterialien. Der Kern des Boards besteht aus recyceltem Balsaholz, das von ausgedienten Rotorblättern von Windkraftanlagen stammt.

Bisher wurden die Rotorblätter am Ende der Nutzungsdauer verbrannt. Bei der Hülle des Boards kommt wiederum ein neuartiger Bio-Verbundwerkstoff zum Einsatz. Dieser besteht unter anderem aus Itaconsäure, die biotechnologisch aus fermentiertem Zucker gewonnen wird, und Flachsfasern aus europäischem Anbau als Verstärkung. Die Entwicklung des Öko-Stand-up-Paddleboard wurde vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) im Rahmen des Ideenwettbewerbs "Neue Produkte für die Bioökonomie" gefördert und könnte künftig erdölbasierte Kunststoffe wie Epoxid-Harz in Wassersportgeräten ersetzen. Aber auch beim Bau von Gebäuden, Autos, Schiffen und Zügen könnte das biobasierte Material zum Einsatz kommen.

Langlebige Leichtbaubrücke aus Laubholz

Die Einsatzmöglichkeiten von Laubholz demonstrierten die Fraunhofer-Forschenden anhand einer langlebigen Fußgänger- und Fahrradbrücke. Die Brücke besteht aus einem frei formbaren Lagenwerkstoff aus Laubholzfurnieren. Die für den Lagenwerkstoff verwendeten Hybridwerkstoffe wurden aus einer Kombination von frisch geschälten, feuchten und damit noch flexiblen Laubholzfurnieren in Verbindung mit Natur- und insbesondere Basaltfasern hergestellt.

Die selbsttragenden 3D-Freiformflächen wurden in einem speziellen Vakuumtrocknungs- und Infusionsverfahren gefertigt. Dieser neue Werkstoff könnte vor allem beim Bau leichter Holzbrücken zum Einsatz kommen – beispielsweise in Belag- und Deckschichten oder Vorhangschalen. Die Entwicklung wurde vom Bundesministerium für Ernährung und Landwirtschaft (BMEL) gefördert und könnte eine umweltfreundliche Alternative zum Betonbrückenbau darstellen.

Sie sind jung und haben innovative Ideen parat: Kinder und Jugendliche im Alter bis 21 Jahre, die ihre Talente im MINT-Wettbewerb Jugend forscht unter Beweis stellen. Am 21. Mai wurden die diesjährigen Preisträgerinnen und Preisträger in Bremen im Beisein der Bundesministerin für Bildung und Forschung, Bettina Stark-Watzinger, gekürt. Für das diesjährige Bundesfinale hatten sich insgesamt 173 junge MINT-Talente in sieben Fachbereichen mit 108 innovativen Forschungsprojekten qualifiziert. Zu den Siegerteams zählten auch drei Schülerinnen der Gustav-Heinemann-Schule in Rüsselsheim am Main für eine biobasierte Innovation.

Reißfeste Bioeinwegtüte aus Hanffasern

Die Gymnasiastinnen aus Hessen räumten mit ihrer umweltfreundlichen Plastiktasche den mit 2.500 Euro dotierten ersten Preis im Fachbereich Arbeitswelt ab. Seyma Celik, Anja Armstrong und Jennifer Boronowska entwickelten einen Biokunststoff, der vollständig kompostierbar ist. Als Materialbasis nutzten die Jungforscherinnen ein durch Hanffasern verstärktes Biopolymer aus Glycerin, Essigsäure, Stärke und Wasser. Daraus stellte das Team schließlich eine reißfeste Folien her und verarbeitete diese zu einer Bioeinwegtüte.

Versuche zeigten, dass die Tragetaschen aus dem biobasierten Plastik tatsächlich gut kompostierbar sind. Der Jury zufolge hatten Mikroorganismen nach drei Wochen den größten Anteil des Stärkepolymers im Kompost abgebaut. Übrig blieben demnach nur noch Reste der Hanffasern. „Ihre kompostierbaren Einwegtüten zeigen eindrucksvoll das große Potenzial für einen nachhaltigen und praktischen Einsatz im Alltag“, hieß es in der Laudatio. Die Jury würdigte insbesondere, dass sich die 18- und 19-jährigen Gymnasiastinnen „intensiv mit chemischen Zusammensetzungen und Materialprüfungen“ auseinandergesetzt hatten. Beeindruckt zeigte sich die Jury vom „besonderen Ideenreichtum, konzeptionellem Vorgehen und dem möglichen breiten Einsatz ihrer Entwicklung“.

Junge MINT-Talente entdecken und fördern

Jugend forscht ist Deutschlands bekanntester Nachwuchswettbewerb. Die gemeinsame Initiative von Bund, Ländern, stern, Wirtschaft, Wissenschaft und Schulen zielt darauf ab, Kinder und Jugendliche bis 21 Jahre für Mathematik, Informatik, Naturwissenschaften und Technik (MINT) zu interessieren, Talente frühzeitig zu entdecken und sie gezielt zu fördern.

Höhepunkt der Wettbewerbsrunde ist der Bundeswettbewerb. Hier treffen die Siegerinnen und Sieger der jeweiligen Landeswettbewerbe zusammen und müssen sich mit den Besten in den jeweiligen Fachgebieten messen. Der Preis wird in insgesamt sieben Fachbereichen vergeben – Arbeitswelt, Chemie, Biologie, Physik, Mathematik/Informatik, Geo-und Raumwissenschaften sowie Technik. Pro Jahr gibt es mehr als 120 Wettbewerbe, die mit Geld- und Sachpreise im Wert von mehr als einer Million Euro unterstützt werden. Der 58. Bundeswettbewerb wurde von der Stiftung Jugend forscht e. V. gemeinsam mit den Unternehmensverbänden im Lande Bremen e. V. ausgerichtet.

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They are young and they have innovative ideas in store: kids and young people aged up to 21 who put their talents to the test in the STEM competition Jugend forscht. This year's winners were announced in Bremen on May 21 in the presence of the Federal Minister of Education and Research, Bettina Stark-Watzinger. A total of 173 young STEM talents qualified for this year's national finals in seven subject areas with 108 innovative research projects. Three students from the Gustav Heinemann School in Rüsselsheim am Main were among the winning teams for a biobased innovation.

A tear resistant disposable bag made from organic hemp fiber

With their environmentally friendly plastic bag, the high school girls from Hesse won the first prize of 2,500 euros in the category "world of work". Seyma Celik, Anja Armstrong and Jennifer Boronowska developed a bioplastic that is fully compostable. The young researchers used a biopolymer of glycerin, acetic acid, starch and water reinforced with hemp fibers as the material base. From this, the team ultimately produced a tear-resistant film and processed it into a disposable biobag.

Tests showed that the disposable bags made from the bio-based plastic actually compost well. According to the jury, after three weeks, the microorganisms had broken down most of the starch polymer in the compost. All that remained were remnants of the hemp fibers. "Their compostable bags impressively demonstrate the great potential for sustainable and practical use in everyday life," the laudation said. The jury particularly appreciated the fact that the 18- and 19-year-old high school girls "intensively studied chemical compositions and material testing." The jury was impressed by the "particular ingenuity, conceptual approach and potential broad application of their development."

Discover and promote young STEM talent

Jugend forscht is Germany's best-known competition for young scientists. The joint initiative of the federal government, the states, stern magazine, business, science and schools aims to get children and young people up to the age of 21 interested in mathematics, computer science, natural sciences and technology, and to discover and promote talent at an early stage.

The highlight is the national competition, where the winners of the respective state competitions meet and have to compete with the best in their field. Prizes are awarded in a total of seven subject areas - the world of work, chemistry, biology, physics, mathematics/computer science, earth and space sciences, and technology. Each year, there are more than 120 competitions with cash and non-cash prizes worth more than one million euros. The 58th national competition was organized by the Jugend forscht e. V. foundation together with Unternehmensverbände im Land Bremen e. V. (business associations in the state of Bremen).

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Erst kürzlich konnte traceless das von ihnen entwickelte Biomaterial in Form eines kleinen Sockenhalters als Pilotprodukt auf den Markt bringen. Fast drei Jahre nach Gründung des jungen Bioökonomie-Start-ups ist nun auch der Weg für eine Produktion im großtechnischen Maßstab frei. Das Team um die beiden traceless-Gründerinnen Johanna Baare und Anne Lamp hat dafür soeben eine Förderung des Bundesumweltministeriums in Höhe von 5 Mio. Euro erhalten.

Demonstrationsanlage in Hamburg geplant

Mit dem Geld will das Start-up erstmals die großtechnische Umsetzung seiner innovativen Technologie beweisen und eine Demonstrationsanlage in Hamburg bauen. Mit der Produktion des Biomaterials im großtechnischen Maßstab will traceless eigenen Angaben zu folge zum ersten Mal demonstrieren, dass das innovative Verfahren in industriellem Maßstab umsetzbar ist. Die Anlage soll jährlich mehrere tausend Tonnen konventionellen Kunststoff substituieren und so dazu beitragen, „in erheblichem Maße CO₂-Emissionen, fossile Ressourcen, Wasser und Agrarflächen einzusparen“. Parallel zur Skalierung der Technologie werde das Team mit seinen Kunden und Partnern weitere Pilotprodukte aus dem traceless-Material entwickeln, verkündete das Start-up.  
 
„Die Expertinnen und Experten des Umweltministeriums und des Umweltbundesamts haben umfassend geprüft, ob unsere Technologie tatsächlich zum Umweltschutz beiträgt. Die Förderzusage ist dafür eine tolle Bestätigung”, so Mitgründerin und Geschäftsführerin Anne Lamp. Mitgründerin Johanna Baare ergänzt: „Um einen echten Beitrag zur Lösung der Plastikverschmutzung und der Klimakrise zu leisten, müssen wir unsere Materialien in industriellem Maßstab produzieren. Die geplante Demonstrations-Produktionsanlage ist der nächste Schritt auf diesem Weg, und die Förderung ein essenzieller Beitrag zu ihrer Finanzierung.”

Biomaterial aus Reststoffen der industriellen Getreideproduktion

Traceless nutzt zur Herstellung des Biomaterials natürliche Polymere aus pflanzlichen Reststoffen der industriellen Getreideverarbeitung. Die neuartige Plastikalternative gibt es in Form eines Granulats. Sie kann mit Standardtechnologien der Kunststoff- und Verpackungsindustrie weiterverarbeitet werden. Optisch gleicht das Biomaterial herkömmlichem Kunststoff, es ist aber komplett kompostierbar und kann damit im Biomüll entsorgt werden. Nach Angaben von traceless werden im Vergleich zu herkömmlichem Kunststoff in Produktion und Entsorgung 91 % der CO₂-Emissionen und 89 % des fossilen Energiebedarfs eingespart. Die Technologie ist mittlerweile zum Patent angemeldet und wurde bereits mehrfach ausgezeichnet – zuletzt mit dem Deutschen Gründerpreis. Für die Weiterentwicklung der Technologie erhielt das 2020 gegründete Jungunternehmen einen Zuschuss vom Europäischen Innovationsrat (EIC) in Höhe von 2,4 Mio. Euro.

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