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Around a third of global greenhouse gas emissions are caused by the way in which land is farmed and food is produced. Above all, meat consumption and the associated animal husbandry contribute to climate-damaging emissions and require a rethink in agriculture. A global report on the economics of agricultural and food systems shows how the global economy would benefit from a food transition. However, the study, which was written by leading economists and the Food System Economics Commission (FSEC), also makes it clear that current practice destroys more value than it creates and that the political framework conditions for a food transition urgently need to be revised.

Benefits outweigh costs of transformation

According to the researchers, the report "The Economics of the Food System Transformation" is the "most comprehensive study to date on the economics of global agricultural and food systems". "The costs of not actively transforming the malfunctioning food system are likely to exceed the estimates of this report, as the world remains on an extremely dangerous path," says Johan Rockström, Director of the Potsdam Institute for Climate Impact Research (PIK) and initiator of the FSEC. According to the Potsdam researcher, the "only way" to achieve the Paris climate target of 1.5° C, apart from phasing out fossil fuels and protecting nature, is to "transform the agricultural and food system from a source of greenhouse gases to a sink".  The future of the world's population depends on this global food system, emphasizes Rockström.

Not only the climate, environment and health would benefit from a global food transition, according to the report. The researchers have calculated that a comprehensive transformation would bring annual gains of 5 to 10 trillion US dollars. "The costs of this transformation – estimated at 0.2 to 0.4% of global economic output per year – are small compared to the benefits that would result, which economically amount to several trillion dollars per year," says Hermann Lotze-Campen, FSEC commission member and head of the Climate Resilience research department at PIK.

Modeling two future scenarios

The effects of two possible future scenarios for the global food system were modeled for the report. One is the path of current trends and the other is the path of food system transformation. The 'business as usual' pathway predicts that, even if policymakers deliver on all current commitments, malnutrition and obesity will continue to increase in some parts of the world until 2050, food production will be more vulnerable to climate change and food systems will continue to be responsible for a third of global greenhouse gas emissions, leading to an increase in global warming to 2.7 degrees by the end of the century.

Erdöl ist nach wie vor einer der wichtigsten fossilen Rohstoffe und wird sowohl als Energieträger, als auch als Ausgangsstoff für die chemische Industrie genutzt. Nachwachsende Rohstoffe für die Produktion von Energie und Chemikalien sind eine wichtige Alternative zu fossilen Quellen – allerdings nicht die einzige. In dem vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) geförderten Projekt „BEFuel – Gekoppelte bioelektrochemische Produktion von E-Treibstoffen und hochwertigen Chemikalien aus Abgasen und Abwässern“ sollen Abgase und Nährstoffe aus Kläranlagen für die bioelektrochemische Produktion von E-Treibstoffen und hochwertigen Chemikalien nutzbar gemacht werden. Das Fraunhofer-Institut für Umwelt-, Sicherheits- und Energietechnik (UMSICHT) koordiniert das Vorhaben, an dem vier weitere Forschungs- und Industriepartner beteiligt sind.

CO2 und Nährstoffe aus Kläranlagen

Bioelektrochemische Produktionsverfahren kombinieren elektrochemische Synthesen und biotechnologische Synthesen durch Mikroorganismen. Im Projekt BEFuel sollen verschiedene solcher Syntheseprozesse miteinander gekoppelt werden. Die dafür benötigten Ausgangsstoffe stammen zum Großteil aus Kläranlagen: CO2 aus Rauch- oder Biogasen sowie Nährstoffe aus kommunalen Abwässern und organischen Abfällen. Als weiterer Rohstoff für die Syntheseprozesse dient Rohglyzerin, ein Reststoff aus der Biodieselproduktion. „Diese Kopplung bioelektrischer Systeme für die gleichzeitige Biokonversion mehrerer Abfallströme ist einzigartig. Sie ermöglicht die parallele Produktion mehrerer hochwertiger Güter, senkt die Betriebskosten und erhöht gleichzeitig die Energieumwandlungseffizienz“, erklärt Projektkoordinator Daniel Siegmund vom Fraunhofer UMSICHT.

Nachhaltige Produktion von Biogas, Biodiesel und Biotensiden

Ausgangspunkt des Verfahrens ist die mit erneuerbaren Energien betriebene Elektrolyse. Dabei werden chemische Verbindungen durch elektrischen Strom aufgespalten, der von der Kathode zur Anode fließt. An der Kathode wird das Klärwasser elektrolytisch gespalten, es entsteht grüner Wasserstoff. Diesen können die Mikroorganismen als Energiequelle nutzen, um CO2 zu binden und organische Säuren herzustellen. Die Säuren werden abgetrennt und angereichert und können dann als Ausgangsstoff für die Herstellung von Biodiesel und Biogas verwendet werden. An der Kathode wird Rohglyzerin elektrolytisch oxidiert. Die dabei entstehenden Oxidationsprodukte können von Mikroorganismen als Nährstoffe zur Herstellung von Biotensiden genutzt werden.

Umfassende Bewertung des Anwendungspotenzials

Ziel des Projektes ist nicht nur die Umsetzung des komplexen Zusammenspiels von Elektrolyse, biotechnologischer Verarbeitung und Produktisolierung, sondern auch eine umfassende ökonomische und ökologische Bewertung des Prozesses. Dazu gehören unter anderem Treibhausgasemissionsbilanzen, Kostenberechnungen und soziale Aspekte, um das Potenzial für eine industrielle Anwendung zu ermitteln. Beteiligt ist ein interdisziplinäres Team aus Expertinnen und Experten der Ruhr-Universität Bochum, der SolarSpring GmbH, der Emschergenossenschaft und des Instituts für Automation und Kommunikation. Das BMBF fördert das Projekt im Rahmen der Maßnahme „Klimaneutrale Produkte durch Biotechnologie – CO2 und C1-Verbindungen als nachhaltige Rohstoffe für die industrielle Bioökonomie (CO2BioTech)“.

dpd

Unkräuter sind für viele landwirtschaftliche Betriebe eher ein Ärgernis. Mit schwerem Gerät und Herbiziden versucht die konventionelle Landwirtschaft, den ungeliebten Pflanzen den Garaus zu machen oder sie in Schach zu halten. Das wollen Forschende des Technologie- und Förderzentrums (TFZ) in Straubing ändern. Sie setzen im Kampf gegen die sogenannten Beikräuter auf nachwachsende Rohstoffe, die sich zudem selbst abbauen. Konkret arbeitet das Team an einem biobasierten und biologisch abbaubaren Mulchmaterial. Dabei handelt es sich um eine Flüssigkeit aus Rapsöl, Stärke und Wasser, die auf das Unkraut gesprüht wird.

Mikroorganismen bauen Mulchmaterial ab

Die Wirksamkeit des innovativen Spritzmittels wurde bereits im Obst- und Weinbau in Deutschland, Österreich und Südtirol erfolgreich getestet. Die Forschenden fanden heraus, dass das Mulchmaterial eine ähnliche Wirkung bei der Unkrautunterdrückung hat wie Herbizide. „Das Mulchmaterial bildet eine physikalische Barriere und unterdrückt damit die Keimung und das Wachstum von Beikräutern“, sagt Michael Kirchinger, Wissenschaftler am TFZ. Aber nicht nur das: Im Gegensatz zu Herbiziden wird das biobasierte Mulchmaterial zudem bis zum Ende einer Vegetationsperiode von Mikroorganismen abgebaut, so dass keine Rückstände im Boden verbleiben.

Feldversuche im Obst- und Weinanbau

Doch wie funktioniert das neue Verfahren? Nach Angaben der Forschenden wird das aus zwei Komponenten bestehende Mulchmaterial im Unterstockbereich von Obst- und Weinstöcken ausgebracht, wo es nach kurzer Zeit geliert und aushärtet. Für die Ausbringung der Flüssigkeit hat das Straubinger Team einen Prototypen entwickelt. Dabei werden die beiden Flüssigkeiten in getrennten Tanks gelagert. Über zwei miteinander verbundene Düsen werden die Komponenten dann vermischt. Die Vermischung erfolgt erst beim Auftragen, um ein vorzeitiges Aushärten zu verhindern. Die optimale Schichtdicke des Materials liegt laut Kirchinger zwischen zwei und fünf Millimetern, wobei die Wirkungsdauer je nach Standort variieren kann.

Mulchmaterial schützt Boden vor Verdunstung

Die Feldversuche haben zudem gezeigt, dass auch der Boden von dem neuartigen Mulchmaterial profitiert, da das Wasser im Boden besser vor Verdunstung geschützt wird. „Gerade in trockenen Anbaugebieten könnte das den Pflanzen zusätzlich zugutekommen“, sagt Kirchinger. Auch in anderen Bereichen wie dem Gemüsebau könnte das biobasierte Mulchmaterial zum Einsatz kommen. Die Praxistauglichkeit wird derzeit in Zusammenarbeit mit Landmaschinenherstellern in einem weiteren Projekt getestet. Die Entwicklung des biobasierten Mulchmaterials wurde vom Bayerischen Staatsministerium für Ernährung, Landwirtschaft, Forsten und Tourismus gefördert.

bb

Algen sind aufgrund ihrer vielfältigen Inhaltsstoffe nicht nur für die Lebensmittel-, Kosmetik- und Pharmaindustrie interessant. Sie können auch zum Färben von Textilien und als Rohstofflieferant für die Herstellung von Biopolymeren genutzt werden. Das Berliner Start-up Vyld nutzt erstmals das Potenzial von Meeresalgen für die Herstellung nachhaltiger Hygieneprodukte. Ziel ist die Entwicklung von Menstruationsartikeln. In einer Frühphasen-Finanzierungsrunde konnte sich das gemeinnützige Unternehmen nun frisches Kapital von Investoren sichern.

Weiterentwicklung von Hygieneprodukten gesichert

Bei dem Investment handelt es sich um einen „niedrigen siebenstelligen Betrag“, wie bioökonomie.de auf Nachfrage von Vyld-Gründerin Ines Schiller erfuhr. Mit dem eingeworbenen Geld will das Start-up die Produktion vorantreiben – unter anderem des weltweit ersten Tampons aus Algen. Das sogenannte Tangpons wurde bereits im Herbst 2023 erfolgreich von Konsumentinnen getestet. Die ersten Algentampons will Vyld noch in diesem Jahr auf den Markt bringen.

Mit einer kompostierbaren Binde mit Algenkern namens „Vyndel“ ist bereits das zweite Menstruationsprodukt in der Entwicklung. Die Pilotphase mit Verbrauchertests in 50 Haushalten hat begonnen. Die benutzten Binden werden laut Vyld anschließend unter kontrollierten Bedingungen kompostiert und zum Pflanzen eines kleinen Waldes verwendet. Dazu kooperiert das Berliner Start-up mit dem Projekt Windelwald, das Windeln zu Humusdünger kompostiert.

Neuartiges Finanzierungsmodell für nachhaltiges Wirtschaften

Vyld wurde 2021 von Ines Schiller in Berlin gegründet und ist ein Unternehmen in „Verantwortungseigentum“, das weder einem Investor noch der Gründerin gehört und mit dem Future Profit Partnership Agreement (FPPA) auf ein innovatives Finanzierungsinstrument setzt, das auf selbstbestimmtes und nicht profitorientiertes Handeln und damit auf langfristige Nachhaltigkeit – auch wirtschaftlich – ausgerichtet ist. Darüberhinaus setzt das Team auf Förderungen des Bundes und der EU, um seine Vision eines „Algaeverse“ – eines Universums nachhaltiger Algenprodukte – zu verwirklichen.

„Eine notwendige Frage für mich war und ist, wie Vyld die Themen Eigentum, Macht und Finanzierung bespielt. Businessmodels schaffen Realitäten und extraktive Modelle bedrohen nicht nur Umwelt und Gesundheit, sondern reproduzieren ausbeuterische Standards und antidemokratische Tendenzen. Wir wollen dem ein Modell entgegensetzen, das Kreation statt Konsum, Qualität statt Quantität und Triple Top Line statt Hypergrowth fördert”, erläutert Ines Schiller.

Investments auch ohne Gewinnmaximierung möglich

Das neuartige Finanzierungsmodell überzeugt Vyld zufolge vor allem Investorinnen und Investoren, „die ihr Geld regenerativ anlegen wollen und Wirtschaften nach dem Maximalprinzip kritisch hinterfragen“. „Vyld zeigt, dass es weder Shareholder Value-getriebenes Venture Capital noch ungebremstes Wachstum braucht, um erfolgreich nachhaltige Ideen umzusetzen, die wirklich einen Unterschied für unseren Planeten und unsere Gesellschaft machen“, betont Investor Kai Viehof.

bb

Due to their diverse ingredients, algae are not only interesting for the food, cosmetics and pharmaceutical industries. They can also be used to dye textiles and as a raw material supplier for the production of biopolymers. The Berlin start-up Vyld is the first to use the potential of seaweed for the production of sustainable hygiene products. The aim is to develop menstrual products. The non-profit company has now secured fresh capital from investors in an early-stage financing round.

Further development of hygiene products secured

The investment is a "low seven-figure sum", as bioökonomie.de learned from Vyld founder Ines Schiller. The start-up intends to use the money raised to drive forward production - including of the world's first tampon made from algae. The so-called Tangpons were already successfully tested by consumers in the fall of 2023. Vyld plans to launch the first algae tampons on the market this year.

The second menstrual product, a compostable sanitary pad with an algae core called "Vyndel", is already in development. The pilot phase has begun with consumer tests in 50 households. According to Vyld, the used sanitary pads are then composted under controlled conditions and used to plant a small forest. To this end, the Berlin start-up is cooperating with the Windelwald project, which composts diapers into humus fertilizer.

Innovative financing model for sustainable management

Vyld was founded in 2021 by Ines Schiller in Berlin and is a "responsibly owned" company that is not owned by an investor or the founder and, with the Future Profit Partnership Agreement (FPPA), relies on an innovative financing instrument that is geared towards self-determined and non-profit-oriented action and thus towards long-term sustainability - also economically. The team is also relying on federal and EU funding to realize its vision of an "Algaeverse" - a universe of sustainable algae products.

"A necessary question for me was and is how Vyld plays on the themes of ownership, power and financing. Business models create realities and extractive models not only threaten the environment and health, but also reproduce exploitative
standards and anti-democratic tendencies. We want to counter this with a model that promotes creation instead of consumption, quality instead of quantity and triple top line instead of hypergrowth," explains Ines Schiller.

Investments also possible without profit maximization

According to Vyld, the innovative financing model is particularly appealing to investors "who want to invest their money in a regenerative way and critically question economic activity based on the maximum principle". "Vyld shows that neither shareholder value-driven venture capital nor unbridled growth is needed to successfully implement sustainable ideas that really make a difference for our planet and our society," emphasizes investor Kai Viehof.

bb

Der Anbau von Reinkulturen wie Mais, wenn sie als Monokultur angebaut werden, ist nicht immer umweltfreundlich. Die Nährstoffe werden dabei sehr einseitig genutzt, sodass die Pflanzen anfälliger für Schädlinge sind und Dünger sowie Pflanzenschutzmittel ausgebracht werden müssen. Ein kombinierter Anbau mit Leguminosen wie Erbsen und Bohnen gilt seit langem als vielversprechender Ansatz, um die Landwirtschaft nachhaltiger zu machen.

Forschende der Hochschule für Wirtschaft und Umwelt Nürtingen-Geislingen (HfWU) haben nun den Mischanbau von Mais und Stangenbohnen und den Maisreinanbau nach pflanzenbaulichen, ökologischen und betriebswirtschaftlichen Aspekten untersucht. Im Mittelpunkt der Bewertung stand die Nutzung der jeweiligen Biomasse als Silage für Biogasanlagen und als Futtermittel.

Einsparung bei Umweltkosten durch Nährstoffgewinn

Leguminosen sind aktive Bodenverbesserer, da sie über ihre Wurzeln mit Hilfe von Bakterien Stickstoff aus der Luft binden können. So können Nahrungspflanzen auf natürliche Weise mit dem wichtigen Nährstoff versorgt werden. Dies zeigt auch die aktuelle Studie. Nach Angaben der Forschenden konnte die Mais-Bohnen-Mischung zwar beim Ertrag nicht mithalten.

Dafür gingen aber deutlich weniger Nährstoffe verloren als beim reinen Maisanbau. So waren die Phosphorverluste um 12 % und die Stickstoffverluste (N) um bis zu 25 % geringer als bei der Volldüngung. Durch diese geringeren Nährstoffverluste können wiederum hohe Umweltkosten eingespart werden – zum Beispiel bei der Trinkwasseraufbereitung, um Stickstoff- und Phosphorverbindungen aus Grundwasser, Bächen und Seen herauszufiltern.

Höhere Biodiversität

Darüber hinaus führte der Mais-Bohnen-Anbau auch zu einer höheren Biodiversität. Nach Angaben der Forschenden profitierten vor allem Hummeln von der langen Blütezeit der Bohnen.  Auch Feldvögel und Brutplätze wurden vermehrt auf dem Mais-Bohnen-Feld gesichtet. Bei Insekten wie Laufkäfern, Spinnen, Mücken, Fliegen oder Kurzflügelkäfern blieb die Anzahl zwar gleich. Hier verweisen die Forschenden auf andere Projekte, bei denen der Biodiversitätsgewinn signifikant war.

Umstieg auf Mais-Bohnen-Anbau fördern

Allein aufgrund der geringeren Umweltkosten lohne es „aus gesellschaftlicher Sicht“, den Umstieg vom Mais- auf den Mais-Bohnen-Anbau zu fördern“, so das Fazit der Forschenden. Sie schlagen eine Förderung des Gemenges von 500 Euro pro Hektar in Kombination mit einer reduzierten Stickstoffdüngung vor. Eine Unterstützung von 130 Euro pro Hektar, wie sie im Rahmen eines Förderprogramms gezalt wurde, sei häufig zu gering gewesen, um das Defizit des Landwirtes aufzufangen, heißt es.

Auch was den Ertrag beim Mais-Bohnen-Gemenge betrifft, so blicken die Forschenden optimistisch in die Zukunft: „Die Züchtungsfortschritte der letzten Jahre bei Mais und Bohne sind enorm und weitere Verbesserungen scheinen möglich. Ich halte deshalb eine Ertragsgleichheit zwischen beiden Anbausystemen auf den weniger gut nährstoffversorgten Standorten perspektivisch für durchaus denkbar. Dort wäre das Mais-Bohnen-Gemenge dann sogar ohne Förderung eine echte Alternative“, sagt Projektleiterin Maria Müller-Lindenlauf.

bb

The cultivation of pure crops such as maize, when grown as a monoculture, is not always environmentally friendly. The nutrients are used very one-sidedly, so that the plants are more susceptible to pests and fertilizers and pesticides have to be applied. Combined cultivation with legumes such as peas and beans has long been considered a promising approach to making agriculture more sustainable.

Researchers at the Nürtingen-Geislingen University of Applied Sciences (HfWU) have now examined the mixed cultivation of maize and runner beans and the pure cultivation of maize in terms of plant cultivation, ecological and economic aspects. The evaluation focused on the use of the respective biomass as silage for biogas plants and as animal feed.

Saving on environmental costs through nutrient gain

Legumes are active soil improvers, as they can bind nitrogen from the air via their roots with the help of bacteria. In this way, food plants can be supplied with this important nutrient in a natural way. This is also shown by the current study. According to the researchers, the maize-bean mixture was not able to keep up in terms of yield.

However, significantly fewer nutrients were lost than with pure maize cultivation. For example, phosphorus losses were 12% lower and nitrogen (N) losses up to 25% lower than with full fertilization. These lower nutrient losses can in turn save high environmental costs – for example in drinking water treatment to filter out nitrogen and phosphorus compounds from groundwater, streams and lakes.

Higher biodiversity

In addition, the maize-bean cultivation also led to greater biodiversity. According to the researchers, bumblebees in particular benefited from the long flowering period of the beans. Field birds and breeding sites were also sighted more frequently in the corn and bean field. The number of insects such as ground beetles, spiders, mosquitoes, flies and short-winged beetles remained the same. Here, the researchers refer to other projects in which the biodiversity gain was significant.

Promoting the switch to corn and bean cultivation

The researchers conclude that the switch from maize to maize-bean cultivation is worthwhile "from a social point of view" simply because of the lower environmental costs. They propose a subsidy of 500 euros per hectare in combination with reduced nitrogen fertilization. A subsidy of 130 euros per hectare, as was paid as part of a support program, was often too low to make up for the farmer's deficit, they say.

The researchers are also optimistic about the future when it comes to the yield of the maize-bean mixture: "The breeding progress made in maize and beans in recent years is enormous and further improvements seem possible. I therefore believe that equal yields between the two cultivation systems on sites with a lower nutrient supply are quite conceivable in the future. There, the maize-bean mixture would be a real alternative even without subsidies," says project manager Maria Müller-Lindenlauf.

bb

Der weltweit steigende Bedarf an Palmöl – sei es für Nahrungsmittel oder Biodiesel – belastet durch den zunehmenden Anbau nachweislich die Umwelt. Heimische Ölpflanzen wie Raps und Sonnenblumen sind Studien zufolge jedoch keine Alternative, um das begehrte Öl zu ersetzen, da die Ausbeute eher gering ist. Das Hamburger Start-up COLIPI entwickelt eine klimafreundliche Alternative zu Palmöl. Dafür konnte das 2022 gegründete Unternehmen nun Investoren gewinnen. 1,8 Mio. Euro haben sich die Jungunternehmer in einer Frühphasenfinanzierungsrunde für die Weiterentwicklung ihres CO2-neutralen "Climate Oil" gesichert.

Paradebeispiel für das Potenzial der Bioökonomie

Zu den Investoren gehören der High-Tech Gründerfonds (HTGF), der Innovationsstarter Fonds Hamburg (IFH), die Nidobirds Ventures GmbH und Stefan De Loecker. „Die COLIPI-Gründer sind mit ihrer hohen technischen Kompetenz in der Biotechnologie und ihren wirklich innovativen Ansätzen zur nachhaltigen Lösung einer großen Herausforderung ein Paradebeispiel für das Potenzial der Bioökonomie“, sagt Nik Raupp, Senior Investment Manager beim HTGF.

Öl-Herstellung mithilfe von Hefen

COLIPI, eine Ausgründung der Technischen Universität Hamburg, will die Kosmetik- und Lebensmittelindustrie revolutionieren. Das Start-up setzt bei der Ölherstellung auf die Fermentation mithilfe von Hefen, die Zucker aus industriellen und landwirtschaftlichen Reststoffen wie Melasse oder anderer Biomasse verwerten und so ihren Stoffwechsel am Laufen halten. Ein Überangebot an Kohlenstoff sorgt dabei für die Bildung von Lipiden, die anschließend isoliert werden und je nach Hefeart pflanzlichen Ölen sehr ähnlich sind. Das dabei entstehende CO2 will das Start-up ebenfalls nutzen.

Großes Potenzial für neue Biomaterialien

„Climate Oil soll eine klimaneutrale Alternative zu Palm- und Erdöl werden, die der Industrie hilft, Klimaziele leichter zu erreichen durch Reduktion von GHG Scope 3 und die Umwelt zu schützen. Wir glauben fest daran, dass unser Gas-Fermentations-Prozess ein Meilenstein für Bioprozesse darstellt, mit dem riesigen Potenzial, Biomaterialien wie Öle massenhaft zu günstigen Preisen und ohne umweltschädliche Einflüsse zu produzieren“, sagt Maximilian Webers, Co-Founder und CEO von COLIPI.

Bei der Entwicklung der klimafreundlichen Palmöl-Alternative wurde das Hamburger Start-up 2022 durch das EXIST Forschungstransfer Programm des Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz unterstützt.

bb

Pipettenspitzen, Reaktionsgefäße, Petrischalen – in vielen Forschungslaboren geht es nicht mehr ohne Einwegplastik. Eine Schätzung geht von rund 5,5 Millionen Tonnen Kunststoff aus, die jährlich in den Life-Science-Laboren weltweit anfallen. Material, das nicht recycelt werden kann und deshalb verbrannt wird. Das Start-up Elephant Green Biotech bietet nun 96-Well-Mikrotiterplatten aus Biokunststoff an, die die erdölbasierten Produkte ersetzen und dadurch Emissionen einsparen sollen.

Polymilchsäure aus Maisstärke

Mikrotiterplatten gehören zu den am häufigsten verwendeten Einwegprodukten im Labor und werden hauptsächlich für die Hochdurchsatzanalyse verwendet. Üblicherweise bestehen sie aus Polystyrol, einem Kunststoff auf Erdölbasis. Green Elephant Biotech setzt bei der Herstellung seiner Mikrotiterplatten stattdessen auf Maisstärke. Daraus wird der Biokunststoff Polymilchsäure – oder Polylactid (PLA) – hergestellt, aus dem die Platten gefertigt werden. „Wir sind stolz darauf, das weltweit erste Unternehmen zu sein, das Einweg-Labormaterialien aus PLA im Spritzgussverfahren herstellt“, kommentiert Mitgründer und Co-Geschäftsführer Joel Eichmann.

Alternatives Material spart CO2

Im Vergleich zur Herstellung von Polystyrol ist der Produktionsprozess von PLA weniger energieintensiv. Zwar entsteht auch bei der Entsorgung von PLA-Platten das Treibhausgas CO2, doch die Emissionen entsprechen dem, was die Maispflanzen ursprünglich aus der Atmosphäre aufgenommen haben. Nach Angaben des Unternehmens verursacht der Lebenszyklus seiner 96-Well-Platten daher die Hälfte der CO2-Emissionen herkömmlicher Platten.

Konkurrenzfähiges Produkt

Laborprodukte müssen hohen Qualitätsansprüchen genügen. Die Mikrotiterplatten von Green Elephant Biotech können inzwischen jedoch mit ihren erdölbasierten Pendants mithalten: „Die Herstellung des ersten Produkts, das den hohen technischen Standards von Laborverbrauchsmaterialien entspricht, war mit vielen Herausforderungen verbunden, wie zum Beispiel der Gewährleistung einer hohen Transparenz für optische Anwendungen. Die Tests haben jedoch gezeigt, dass unsere Platten in dieser Hinsicht mit herkömmlichen Kunststoffen konkurrenzfähig sind, was beweist, dass Qualität nicht auf Kosten der Nachhaltigkeit gehen muss“, so Eichmann.

Seit Ende Januar ist das Produkt im Online-Shop des Start-ups erhältlich, das derzeit 14 Mitarbeiter in Berlin und Gießen beschäftigt. Co-Geschäftsführer Felix Wollenhaupt und Joel Eichmann gründeten Green Elephant Biotech 2021 als Spin-off der Technischen Hochschule Mittelhessen.

dpd

Zwei Millionstel Millimeter – so klein sind die Werkzeuge von Jürgen Meinhardt. Der Forscher arbeitet mit Patrick Witzel und Marina Gárdonyi am Fraunhofer ISC gemeinsam mit Partnern vom Fraunhofer IME sowie des Institutes für Sensor- und Aktortechnik ISAT der Hochschule Coburg in dem Projekt BioQuant daran, neuartige Sensoren für kleinste Moleküle zu entwickeln. Damit soll unter anderem die Wasserqualität überprüft werden.

Chemische Belastungen des Wassers nicht einfach zu analysieren

„In das Abwasser gelangen immer mehr Stoffe aus dem medizinischen Bereich“, erzählt Meinhardt. „Nach einer Sportverletzung schmiere ich vielleicht eine Salbe drauf und nach dem Duschen gelangen Wirkstoffe wie Diclofenac ins Wasser.“ Ein anderes Beispiel ist das Hormon Östrogen, das zur Verhütung durch die Pille aufgenommen und in hoher Konzentration wieder ausgeschieden wird. „Für viele dieser Substanzen gibt es keine einfachen analytischen Methoden, die direkt am Ort der Probenentnahme benutzt werden können“, berichtet der Projektleiter. „Aber sie sind eine Umweltbelastung und für Tiere und Menschen nicht gesund.“

So haben Forschende im Grundwasser Östrogen nachgewiesen. Eine erhöhte Aufnahme über längere Zeit könne krebserregend sein, warnt Witzel. Weil schädliche Effekte oft vom Verhältnis der Menge zum Körpergewicht abhängen, ist die Wirkung auf Wasserorganismen wie Fische oder Kröten noch viel größer. „Aber eine entsprechende Wasseranalytik macht man nur in größeren Intervallen, weil die Proben in spezialisierte Labore gebracht werden müssen“, erläutert der Forscher.

Analyseplattform für Kläranlagen oder mobile Testkits

BioQuant will eine Alternative schaffen: eine einfache Analyseplattform, die sich in einer Kläranlage sogar im Dauerbetrieb einsetzen ließe, sodass Betreiber Probleme in Echtzeit erkennen und darauf reagieren können. Alternativ könnte man ein kompaktes Testkit mit in die Umwelt nehmen, um ohne große Vorkenntnisse Gewässerproben zu analysieren. „Unsere Motivation für dieses Projekt ist es gewesen, neuartige Sensorkonzepte zu entwickeln, damit auch Labore mit einfacher Grundausstattung und wenig geschultem Personal solche Diagnosewerkzeuge haben, um Wasser zu überwachen“, schildert Meinhardt die Ausgangssituation.

Und neuartig ist der Ansatz der Projektbeteiligten. Er setzt auf sogenannte DNA-stabilisierte Metall-Quantencluster. „Metall-Quantencluster kann man sich vorstellen wie eine kleine Ansammlung Atome, etwa 6 bis 20 Metallatome“, beschreibt Witzel. „Diese Cluster haben sehr gute elektronische Eigenschaften und eine starke Fluoreszenz, aber sind alleine nicht stabil. Sie brauchen ein Templat, damit sie sich bilden und nicht einfach zerstört werden.“ Im Projekt dient dazu DNA. „Wir können die Basenabfolge der DNA beliebig programmieren und günstig synthetisch herstellen“, begründet der Forscher die Wahl.

Quantencluster-DNA erst seit 2004 bekannt

Diese Quantencluster-DNA (QC:DNA) wurde im Jahr 2004 entdeckt. Sie zeichnet sich dadurch aus, dass sie ihre Leuchtfarbe ändern kann, je nachdem, ob ein bestimmtes Zielmolekül daran gebunden hat oder nicht. „Wir strahlen Licht einer bestimmten Wellenlänge ein, bekommen Licht mit einer anderen Wellenlänge heraus, messen deren Intensität und können die Konzentration unseres Zielmoleküls berechnen“, erläutert Witzel das Prinzip. Vereinfacht gesagt: Wird eine „nackte“ QC:DNA angestrahlt, leuchtet sie vielleicht blass blau. Sind jedoch viele der QC:DNA-Konstrukte an ihr spezifisches Zielmolekül gebunden, sehen die Forscher stattdessen beispielsweise ein kräftiges Grün.

Über die Gestaltung der DNA-Sequenz und auch über gekoppelte Bausteine wie Peptide oder Antikörper lässt sich das System grundsätzlich an fast jede Art von Zielmolekül anpassen. DNA oder RNA – etwa um die Menge der Coronaviren im Abwasser zu messen und um eine neue Infektionswelle frühzeitig zu erkennen –, bestimmte Schadstoffe, Ionen oder Krebsmarker lassen sich nachweisen. „Die Technologie hat das Potenzial zur weltweit umfangreichsten Sensorplattform“, schwärmt Meinhardt. Aktuell sei die Fraunhofer-Gesellschaft in Deutschland die einzige Organisation, die damit arbeitet.

In Zeiten extremer Klimaveränderungen verringern Pflanzenkrankheiten und Schädlinge weltweit zunehmend die Erträge. Auch eine der wichtigsten Nahrungspflanzen, der Weizen, ist davon betroffen. Vor allem die Pilzkrankheit Weizenblast (Wheat Blast) hat sich in den letzten Jahren immer weiter ausgebreitet und kann zu einer ernsthaften Bedrohung für die globale Weizenproduktion werden. Ein internationales Forschungsteam um den Münchner Agrarwissenschaftler Senthold Asseng hat nun erstmals modelliert, wie sich die verheerende Pilzkrankheit als Folge des Klimawandels auf die Weizenproduktion auswirken wird. Beteiligt waren Forscherinnen und Forscher aus den USA, Brasilien, Mexiko und Bangladesch.

Die Weizenkrankheit wird durch den Pilz Magnaporthe oryzae verursacht. Er verbreitet sich über infiziertes Saatgut oder Ernterückstände sowie über Sporen in der Luft. Vor allem in den tropischen Gebieten Südamerikas und Südasiens sorgt der Schädling seit den 1985er Jahren immer wieder für Ernteausfälle. Verheerend: Die Krankheit befällt direkt die Weizenähre und kann das Korn innerhalb einer Woche unbrauchbar machen. Inzwischen sind auch Länder wie Bangladesch und Sambia von der Weizenkrankheit betroffen.

Bis zu 75 % der Weizenanbauflächen betroffen

Die Modellierung der Klimafolgen auf die weitere Ausbreitung von Wheat Blast zeichnet ein dramatisches Bild: Demnach könnte der Erreger die globale Weizenproduktion bis 2050 um 13 % reduzieren und damit die Sicherung der Welternährung drastisch gefährden. Am stärksten betroffen wären der Studie zufolge Südamerika sowie das südliche Afrika und Asien. Wie das Team im Fachjournal Nature Climate Change berichtet, könnten allein in Afrika und Südamerika künftig bis zu 75 % der Weizenanbauflächen gefährdet sein.

Geringes Risiko für Europa

Selbst in Ländern wie Argentinien, Sambia und Bangladesch, in denen die Weizenkrankheit bisher nur in geringem Umfang auftrat, wird sich der Erreger den Prognosen zufolge künftig weiter ausbreiten. Auch Länder, die der Pilz bisher verschont hat, werden betroffen sein. Dazu gehören Uruguay, Mittelamerika, der Südosten der USA, Ostafrika, Indien und Ostaustralien. Für Ostasien und Europa ergab die Vorhersage – mit Ausnahmen – ein geringes Risiko. So könnte sich die Weizenkrankheit künftig auch in Italien, Südfrankreich, Spanien sowie in den feuchtwarmen Regionen Südostchinas ausbreiten.

Züchtung resilienter Weizensorten

Die Prognose macht deutlich, dass vor allem die Regionen von Wheat Blast betroffen sein werden, die bereits heute am stärksten unter den Folgen des Klimawandels leiden. Um die steigende Nachfrage nach Weizen und damit die zukünftige Ernährung in diesen Regionen zu sichern, müssten die Landwirtinnen und Landwirte auf robustere Pflanzen umsteigen, um Ernteausfälle und finanzielle Verluste zu vermeiden, schreiben die Forschenden. Dazu sei die Züchtung widerstandsfähiger Weizensorten notwendig. Aber auch „mit dem passenden Aussaat-Termin“ könnte den Forschenden zufolge vermieden werden, „dass Wheat Blast-fördernde Bedingungen während der Phase des Ährenschiebens vorherrschen“.

Für ihre Studie führten die Forschenden ein Simulationsmodell für Weizenwachstum und -ertrag mit einem neu entwickelten Wheat-Blast-Modell zusammen. Hierfür wurden Umweltbedingungen sowie Daten zum Pflanzenwachstum einbezogen. Der Fokus der Modellierung lag auf der Phase, wenn die Ähre reift.

bb

In times of extreme climate change, plant diseases and pests are increasingly reducing yields worldwide. One of the most important food crops, wheat, is also affected. The fungal disease 'Wheat Blast' in particular has become increasingly widespread in recent years and could pose a serious threat to global wheat production. An international research team led by Munich agricultural scientist Senthold Asseng has now modeled for the first time how the devastating fungal disease will affect wheat production as a result of climate change. Researchers from the USA, Brazil, Mexico and Bangladesh were involved.

The wheat disease is caused by the fungus Magnaporthe oryzae. It spreads via infected seeds or harvest residues as well as via spores in the air. Especially in the tropical regions of South America and South Asia, the pest has repeatedly caused crop failures since the 1985s. Devastating: the disease attacks the wheat ear directly and can render the grain unusable within a week. Now, countries such as Bangladesh and Zambia are also affected by the wheat disease.

Up to 75% of wheat acreage affected

The modeling of the climate impact on the further spread of Wheat Blast paints a dramatic picture: according to the study, the pathogen could reduce global wheat production by 13% by 2050 and thus drastically jeopardize global food security.  South America, southern Africa and Asia would be the most affected regions. As the team reports in the journal Nature Climate Change, up to 75% of wheat cultivation areas in Africa and South America alone could be at risk in the future.

Low risk for Europe

Even in countries such as Argentina, Zambia and Bangladesh, where the wheat disease has only occurred on a small scale to date, the pathogen is predicted to spread further in the future. Countries that have so far been spared by the fungus will also be affected. These include Uruguay, Central America, the south-east of the USA, East Africa, India and eastern Australia. For East Asia and Europe, the forecast indicates a low risk - with some exceptions. In future, the wheat disease could also spread to Italy, southern France, Spain and the warm and humid regions of south-eastern China.

Breeding resilient wheat varieties

The forecast makes it clear that the regions most affected by Wheat Blast will be those that are already suffering the most from the consequences of climate change. In order to secure the increasing demand for wheat and thus future food supplies in these regions, farmers will have to switch to more robust plants to avoid crop failures and financial losses, the researchers write. This would require the breeding of resistant wheat varieties. However, according to the researchers, "the right sowing date" could also prevent "Wheat Blast-promoting conditions from prevailing during the ear emergence phase".

For their study, the researchers combined a simulation model for wheat growth and yield with a newly developed Wheat Blast model. Environmental conditions and plant growth data were included for this purpose. The focus of the modeling was on the phase when the ear matures.

bb

Die EU-Kommission hatte im Sommer des vergangenen Jahres vorgeschlagen, bestimmte genom-editierte Pflanzen vom Anwendungsbereich des EU-Gentechnikrechts auszunehmen und so deren Marktzugang zu erleichtern. Die geplanten Lockerungen betreffen ausschließlich Pflanzen, die mit neuen genomischen Techniken (NGT) wie der Genschere CRISPR-Cas entwickelt wurden und als gleichwertig zu konventionell gezüchteten Pflanzen angesehen werden, also keine artfremden Gene enthalten. Diese Kategorie wird NGT-1-Pflanzen genannt. Für alle anderen Pflanzen, die komplexere Veränderungen im Genom aufweisen (NGT-2-Pflanzen), sollen weiterhin die strengen Regeln des Gentechnikrechts gelten. Mit einer knappen Mehrheit von 307 zu 263 Stimmen und 41 Enthaltungen votierte das Europäische Parlament am 7. Februar für diesen Regulierungsvorschlag für die neue Gentechnik-Verordnung – allerdings mit einigen Änderungen.

Kennzeichnungspflicht und Verbot im Ökolandbau

Der ursprüngliche Entwurf der EU-Kommission sah vor, dass nur Saatgut, nicht aber Waren im Supermarkt gekennzeichnet werden müssen, wenn sie mit NGT-1 erzeugt wurden. Die Europaabgeordneten fordern jedoch die Kennzeichung solcher Produkte. Sie sollen ein Etikett mit dem Hinweis „neue genomische Verfahren“ tragen. Gleichzeitig stimmten die Abgeordneten mit den Plänen der EU-Kommission überein, dass die Verwendung von NGT-Saatgut im Ökolandbau verboten bleiben soll. Zunächst müsse geprüft werden, ob NGT mit den Prinzipien des ökologischen Landbaus vereinbar sind.

Keine Patente auf NGT-Pflanzen

Die Abgeordneten forderten ein Verbot von Patenten auf NGT-Pflanzen, auf jegliches Pflanzenmaterial und Teile davon sowie auf genetische Informationen und die darin enthaltenen Verfahrensmerkmale. Damit sollen Rechtsunsicherheit, erhöhte Kosten und neue Abhängigkeiten für Landwirte und Züchter vermieden werden. Bis Juni 2025 soll ein Bericht über die Auswirkungen von Patenten auf den Zugang von Züchtern und Landwirten zu vielfältigem Pflanzenvermehrungsmaterial vorgelegt werden.

Zustimmung der Mitgliedstaaten steht noch aus

Nach der Abstimmung im EU-Parlament beginnen nun die Verhandlungen zwischen den Mitgliedstaaten, dem Europäischen Parlament und der Kommission. Die Mitgliedstaaten müssen eine gemeinsame Verhandlungsposition festlegen. Das neue Gesetz wird nicht vor den Europawahlen im Juni erwartet.

dpd

 

Last summer, the EU Commission proposed exempting certain genome-edited plants from the scope of EU genetic engineering legislation and thus facilitating their market access. The planned relaxation only affects plants that have been developed using new genomic technologies (NGT) such as the CRISPR-Cas gene scissors and are considered equivalent to conventionally bred plants, i.e. do not contain any foreign genes. This category is called NGT-1 plants. For all other plants that have more complex changes in the genome (NGT-2 plants), the strict rules of genetic engineering law should continue to apply. With a narrow majority of 307 votes to 263 and 41 abstentions, the European Parliament voted in favour of this regulatory proposal for the new Genetic Engineering Regulation on February 7 - albeit with some amendments.

Mandatory labeling and ban in organic farming

The EU Commission's original draft envisaged that only seeds, but not goods in supermarkets, would have to be labeled if they were produced using NGT-1. However, Members of the European Parliament (MEPs) are calling for such products to be labeled. They should carry a label stating "new genomic techniques". At the same time, MEPs agreed with the EU Commission's plans that the use of NGT seeds in organic farming should remain prohibited. First, it must be checked whether NGTs are compatible with the principles of organic farming.

No patents on NGT plants

MEPs called for a ban on patents on NGT plants, on all plant material and parts thereof, as well as on genetic information and the process characteristics contained therein. The aim is to avoid legal uncertainty, increased costs and new dependencies for farmers and breeders. A report on the impact of patents on breeders' and farmers' access to diverse plant reproductive material is to be presented by June 2025.

Pending approval by the member states

Following the vote in the EU Parliament, negotiations will now begin between the Member States, the European Parliament and the Commission. The Member States must define a common negotiating position. The new law is not expected before the European elections in June.

dpd

 

Mit der Nationalen Bioökonomiestrategie hat die Bundesregierung die Leitlinien und Ziele ihrer Bioökonomiepolitik definiert und zugleich Maßnahmen für den Wandel von einer weitgehend auf fossilen Rohstoffen basierenden Wirtschaft hin zu einer stärker auf nachwachsenden Rohstoffen basierenden, rohstoffeffizienteren und kreislauforientierten Wirtschaft festgelegt. Die Leitlinien und Ziele der Bioökonomiestrategie orientieren sich dabei besonders an den Zielen für nachhaltige Entwicklung (Sustainable Development Goals, SDGs) der Agenda 2030 der Vereinten Nationen.

Die erfolgreiche Transformation von ressourceneffizienten und kreislauffähigen Prozessen aus der Forschung in die Anwendung ist eine Voraussetzung für nachhaltiges Wirtschaften. Ziel der Förderinitiative BioKreativ – Kreativer Nachwuchs forscht für die Bioökonomie ist es, wissenschaftlichen Nachwuchs aus den Natur- und Ingenieurwissenschaften sowie der Informationstechnologie für diesen Transformationsprozess vorzubereiten und für attraktive Karriereperspektiven in Wissenschaft und Wirtschaft zu qualifizieren.

Innovative und risikoreiche Forschungsansätz gesucht

Im Rahmen der Förderinitiative werden innovative Anwendungen für die Bioökonomie gesucht, bei denen der Nachhaltigkeitsgedanke von Anfang an konsequent mitgedacht wird. Mutiger Forschergeist und neuartiges, offenes und kreatives Denken sollen gefördert und für neue, innovative und risikoreiche Forschungsansätze im Sinne einer nachhaltigen Bioökonomie genutzt werden. Der synergetische Austausch zwischen kreativem Nachwuchs und etablierten Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern soll helfen, die zu erwartenden Herausforderungen zu meistern.

Nachhaltigkeitsgedanke von Beginn an mitdenken

Die im Projekt verfolgten Lösungsansätze müssen sich an den Zielen für nachhaltige Entwicklung (SDGs) orientieren und diese aufgreifen, damit die Bioökonomie einen wesentlichen Beitrag zur Erreichung der Ziele leistet. Besonders relevant sind die SDGs 2,6,7,9, 12, 13, 14, 15. Die Projekte sollen dabei neue, wegweisende Errungenschaften in Know-how, Verfahren, Technik oder Software katalysieren, wobei sie themen- oder technologieoffen sein können. Darüber hinaus sollen die Themen aus der anwendungsorientierten Grundlagenforschung jeweils einen Bezug zur industriellen Umsetzung haben und neue Impulse zur Lösung unterschiedlicher Herausforderungen einer nachhaltigen Bioökonomie liefern.

With the National Bioeconomy Strategy, the German government has defined the guidelines and goals of its bioeconomy policy and at the same time set out measures for the transition from an economy based largely on fossil raw materials to a more resource-efficient and circular economy based more strongly on renewable raw materials. The guidelines and objectives of the bioeconomy strategy are based in particular on the Sustainable Development Goals (SDGs) of the United Nations 2030 Agenda.

The successful transformation of resource-efficient and recyclable processes from research to application is a prerequisite for a sustainable economy. The aim of the BioKreativ – Creative Young Researchers for the Bioeconomy (German link: BioKreativ – Kreativer Nachwuchs forscht für die Bioökonomie) funding initiative is to prepare young scientists from the natural sciences, engineering and information technology for this transformation process and to qualify them for attractive career prospects in science and industry.

Innovative and high-risk research approaches wanted

The funding initiative is looking for innovative applications for the bioeconomy in which the concept of sustainability is consistently taken into account from the outset. Courageous research spirit and novel, open and creative thinking are to be promoted and used for new, innovative and risky research approaches in the sense of a sustainable bioeconomy. The synergetic exchange between creative young researchers and established scientists should help to master the expected challenges.

Thinking about sustainability right from the start

The solutions pursued in the project must be oriented towards the Sustainable Development Goals (SDGs) and incorporate them so that the bioeconomy makes a significant contribution to achieving the goals. SDGs 2, 6, 7, 9, 12, 13, 14, 15 are particularly relevant. The projects should catalyze new, groundbreaking achievements in know-how, processes, technology or software, whereby they can be open to topics or technologies. In addition, the topics from application-oriented basic research should each have a connection to industrial implementation and provide new impetus for solving various challenges of a sustainable bioeconomy.

Mikroalgen gelten als Hoffnungsträger der Bioökonomie. Sonnenlicht, Kohlendioxid und Wasser genügen den Winzlingen, um in kurzer Zeit enorme Mengen an Biomasse zu produzieren, die sowohl stofflich als auch energetisch genutzt werden kann. Dabei binden Mikroalgen nicht nur große Mengen Kohlendioxid. Da sie auch Schadstoffe aufnehmen können, haben sich Mikroalgen als Abwasserreiniger bewährt. Genau dieses Potenzial machen sich Forschende im Projekt „ERA3 II - Effiziente Ressourcenverwertung in Abwässern der Abfallwirtschaft durch Algenkulturen“ zunutze.

Deponiesickerwasser mit Mikroalgen reinigen

„Allein in Nordrhein-Westfalen gibt es 428 Deponien, auf denen jährlich etwa sechs Millionen Kubikmeter Deponiesickerwasser anfallen“, erklärt Projektleiterin Miriam Sartor vom :metabolon Institute der Technischen Hochschule Köln. „Dabei handelt es sich um Niederschlag, der durch die Deponie sickert und dabei große Mengen an umweltschädlichen Stoffen wie Ammonium aufnehmen kann.“ Im Projekt geht es darum, diese Schadstoffe aus Deponiesickerwasser in den kommunalen Klärwerken zu filtern.

Pilotanlage nimmt Betrieb auf

In der ersten Projektphase konnte das Team bereits zeigen, dass sich Mikroalgen nicht nur in stark verdünnten, sondern auch in hoch belasteten Abwässern kultivieren lassen. In der jetzt gestarteten zweiten Phase wollen die Forschenden nun die Wirksamkeit der Algenkultivierung als ergänzendes Verfahren zur Abwasserreinigung in einer Pilotanlage testen. Dabei verfolgt das Team einen völlig neuen Ansatz. Bei der Kultivierung von Mikroalgen im industriellen Maßstab bewegen sich die Algen normalerweise freischwebend in einer Nährlösung oder eben im Abwasser. Diese sogenannte suspensionsbasierte Kultivierung sei zwar kostengünstig, aber durch das meist trübe Deponiesickerwasser eingeschränkt, da die im Abwasser schwimmenden Algen nicht genügend Sonnenlicht abbekommen, schreiben die Forschenden.

Algenkultivierung im Biofilm getestet

Im Projekt werden die Mikroalgen deshalb in sogenannten biofilmbasierten Kultivierungssystemen gezüchtet, in denen sich die Algenstämme an einer Oberfläche festsetzen und wachsen können. Der Vorteil: Da sich die Biofilme sowohl über als auch unter der Wasseroberfläche ansiedeln, ergeben sich neue Möglichkeiten der Anlagenplanung, die Biomasse wird auf natürliche Weise konzentriert, was die Ernte und Weiterverarbeitung erleichtert. Den Forschenden zufolge sind die Algenkulturen zudem resistenter gegenüber Stressfaktoren in extremen Lebensräumen wie belastetem Deponiesickerwasser, da sie sich in den Biofilmen besser gegenüber ihrer Umwelt abgrenzen können.

In der Pilotanlage wird zunächst getestet, wie die Algenkultivierung in einem Biofilm im Deponiesickerwasser funktioniert. Anschließend wird das Verfahren hinsichtlich Nährstoffabbau, Stoffwechselaktivitäten, Biomasseproduktion und -verwertung sowie Betriebskosten überwacht und optimiert. „Am Ende des Projekts wollen wir fundierte Erkenntnisse darüber erhalten, ob und wie eine großtechnische Umsetzung ökologisch sinnvoll, effektiv und wirtschaftlich realisierbar ist“, sagt Projektleiterin Sartor. Das Vorhaben läuft bis 2025 und wird vom Landesamt für Natur, Umwelt und Verbraucherschutz Nordrhein-Westfalen (LANUV) über einen Zeitraum von zwei Jahren mit 160.000 Euro gefördert.

bb

Microalgae are seen as the beacon of hope for the bioeconomy. Sunlight, carbon dioxide and water are enough for these tiny creatures to produce enormous quantities of biomass in a short space of time, which can be used for both material and energy purposes. Microalgae not only bind large quantities of carbon dioxide. As they can also absorb pollutants, microalgae have proven their worth as wastewater purifiers. It is precisely this potential that researchers in the project "ERA3 II – Efficient resource utilization in wastewater from waste management using algae cultures" are exploiting.

Cleaning landfill leachate with microalgae

"In North Rhine-Westphalia alone, there are 428 landfills that produce around six million cubic meters of landfill leachate every year," explains project manager Miriam Sartor from the :metabolon Institute at Cologne University of Applied Sciences. "This is precipitation that seeps through the landfill and can absorb large quantities of environmentally harmful substances such as ammonium." The aim of the project is to filter these pollutants from landfill leachate in municipal sewage treatment plants.

Pilot plant goes into operation

In the first phase of the project, the team was able to show that microalgae can be cultivated not only in highly diluted wastewater, but also in highly contaminated wastewater. In the second phase, which has just started, the researchers now want to test the effectiveness of algae cultivation as a supplementary process for wastewater treatment in a pilot plant. The team is pursuing a completely new approach. When cultivating microalgae on an industrial scale, the algae are normally free-floating in a nutrient solution or in wastewater. Although this so-called suspension-based cultivation is cost-effective, it is limited by the usually cloudy landfill leachate, as the algae floating in the wastewater do not get enough sunlight, the researchers write.

Algae cultivation tested in biofilm

In the project, the microalgae are therefore cultivated in so-called biofilm-based cultivation systems, in which the algae strains can settle and grow on a surface. The advantage: as the biofilms settle both above and below the water surface, this opens up new possibilities for system planning and the biomass is concentrated in a natural way, which makes harvesting and further processing easier. According to the researchers, the algae cultures are also more resistant to stress factors in extreme habitats such as contaminated landfill leachate, as they can better isolate themselves from their environment in the biofilms.

The pilot plant will initially test how algae cultivation works in a biofilm in landfill leachate. The process will then be monitored and optimized in terms of nutrient degradation, metabolic activities, biomass production and utilization as well as operating costs. "At the end of the project, we want to obtain sound findings on whether and how large-scale implementation is ecologically sensible, effective and economically feasible," says project manager Sartor. The project will run until 2025 and is being funded by the North Rhine-Westphalia State Agency for Nature, Environment and Consumer Protection (LANUV) with 160,000 euros over a period of two years.

bb