Aktuelle Veranstaltungen

Die Nachhaltigkeitsforschung ist ein Schwerpunkt der Förderung des Bundesministeriums für Bildung und Forschung (BMBF). Seit 2005 gibt es ein eigenes Rahmenprogramm (FONA), in dem es um all jene Forschungsaktivitäten geht, die dazu beitragen, die natürlichen Lebensgrundlagen des Menschen auch in Zukunft zu erhalten. Jährlicher Treffpunkt der beteiligten Akteure ist das FONA-Forum. Die 17. Auflage des FONA-Forums findet in diesem Jahr vom 9. bis 11. Oktober 2024 im Futurium in Berlin statt.

Gemeinsam positive Veränderungen anstoßen

Wie kann Nachhaltigkeit eine Gesellschaft unter Druck wieder stabilisieren und zusammenführen? Welchen Beitrag kann die Forschung für Nachhaltigkeit zur Transformation leisten und welche Rolle spielt dabei die Kooperation mit Partnern aus anderen Fachdisziplinen oder gesellschaftlichen Bereichen? Diese und viele weitere Fragen sollen im Rahmen des mehrtägigen Treffens mit den insgesamt mehr als 200 Akteuren diskutiert werden. Die Veranstaltung steht in diesem Jahr unter dem Motto: „Gemeinsam forschen. Nachhaltigkeit gestalten. Zusammenhalt stärken.“ Ziel sei es, neue Akteurskonstellationen zu ermöglichen, Zukunftsvisionen und Lebenswirklichkeiten zusammenzubringen und Handlungsspielräume für Transfer und Innovation zu schaffen.

Zuhörende werden zu Mitwirkenden

Statt klassischer Bühnenprogramme wie Fachvorträgen und Podiumsdiskussionen wartet das FONA-Forum in diesem Jahr mit partizipativen und interaktiven Formaten auf, in denen sich Teilnehmende austauschen und vernetzen können. Aus Zuhörenden werden Mitwirkende. Im Mittelpunkt stehen laut dem Organisationsteam fluide Gruppendiskussionen, in denen sich die Gäste über die gesellschaftliche Wirkung von zentralen Themen der Nachhaltigkeitsforschung austauschen können. Im Plenum werden Impulse und Perspektiven geteilt, die von allen gehört werden sollen und Anregungen für die weitere Gruppendiskussion liefern. Den Abschluss bildet eine Ergebnisdiskussion mit der Leitung des BMBF.

Viele Tiere, Pflanzen und Mikroorganismen leben in Symbiose mit anderen Individuen oder Organismen, um zu überleben. Solche Lebensgemeinschaften sind für beide Seiten vorteilhaft, weil sie sich gegenseitig mit Nährstoffen versorgen. Auch Flechten, die an extremen Standorten wie der Antarktis oder Atacama-Wüste siedeln, überleben nur durch die Symbiose von Pilz und Algen oder Cyanobakterien. Diese Allianzen machen Flechten zu Mini-Ökosystemen, weil sie zahlreichen Organismen einen Lebensraum bieten.

Während die Allianz von Pilz und Alge gut erforscht ist, gibt es bisher kaum Erkenntnisse zu dem zweiten Symbiosepartner der Flechten – die einzelligen Cyanobakterien. Dazu liefert nun eine Studie der Hochschule Kaiserslautern wichtige Ergebnisse.

Unbekannte Cyanobakterien in Flechten entdeckt

Cyanobakterien, auch Blaualgen genannt, gehören zu den ältesten Symbionten, die ihre Partner über die Photosynthese mit Zucker versorgen. Patrick Jung, Laura Briegel-Williams und Michael Lakatos ist es mithilfe einer neu entwickelten Methode gelungen, aus den sogenannten Cyanoflechten die mit dem Pilz in Symbiose lebenden einzelligen Cyanobakterien zu isolieren und anhand der DNA sowie der Beobachtung verschiedener Lebensstadien zu charakterisieren.

Wie das Team im Fachmagazin ISME Communications berichtet, stieß es dabei auf eine große, bisher unbekannte Vielfalt an Cyanobakterien. „Das ist sicherlich nur die Spitze des Eisbergs“, erklärt Patrick Jung. „Wir haben gerade erst begonnen, uns diese spezielle Symbiose anzuschauen.“

Miscanthus ist ein beliebtes Ziergras im Garten. Doch die mehrjährige und schnell wachsende Pflanze wird auch als Rohstoff immer beliebter – etwa zur Gewinnung von Cellulose für die Papierindustrie oder Zucker für die Biokunststoffproduktion. Aber auch die Baubranche hat das Potenzial von Miscanthus für sich entdeckt und sieht darin eine Alternative zum Rohstoff Holz. Nun ist es Forschenden der Universität Siegen mit Partnern gelungen, einen Balken aus dem sogenannten Riesenchinaschilf herzustellen, das in puncto Festigkeit mit dem Pendant aus Vollholz mithalten kann.

Balkenkonstruktion aus Chinaschilf

Als Dämmmaterial wird das schnell wachsende Gras bereits verwendet. Um einen Balken aus dem Pflanzenmaterial herzustellen, der die hohen Ansprüche an eine Balkenkonstruktion erfüllt, musste das Team einige Hürden meistern. „Die Herausforderung bestand anfangs vor allem darin, die Schilfblätter, die eine extrem glatte Oberfläche haben, miteinander zu verbinden“, berichtet Mathias Wirths von der Universität Siegen. Mithilfe einer speziellen Maschine namens „Miscanthus-Biber“, die Studierende entwickelt haben, konnten die Schilfblätter aufgeraut, verklebt und schließlich zu einem 1,10 Meter langen Balken verpresst werden.

Höhere Belastbarkeit als Vollholzbalken

Als Kleber diente den Forschenden anfangs Knochenleim. Denn der Anspruch ist, auch diese Komponente aus biologischem Material herzustellen. Obwohl mit Knochenleim gute Ergebnisse erzielt wurden und selbst die Belastungstests im Labor den Forschenden zufolge „besser als die von Konstruktionsvollholz“ waren, wurde letztlich als Kleber Epoxidharz verwendet. Der Grund: Knochenleim ist nicht wasserfest und damit für den Baubereich ungeeignet.

Suche nach Biokleber geht weiter

Für die Forschenden geht damit die Suche nach einem geeigneten Biokleber für die aus Miscanthus hergestellte Balkenkonstruktion weiter. Darüber hinaus sind die Siegener Forschenden dabei, gemeinsam mit der RWTH Aachen und der Alanus Hochschule Verbindungselemente für die Schilf-Balken zu entwickeln und damit den nachwachsenden Rohstoff als Baumaterial weiter voranzutreiben.

Miscanthus is a popular ornamental grass in the garden. However, the perennial and fast-growing plant is also becoming increasingly popular as a raw material - for the production of cellulose for the paper industry or sugar for bioplastics production, for example. The construction industry has also discovered the potential of miscanthus and sees it as an alternative to wood as a raw material. Researchers at the University of Siegen and their partners have now succeeded in producing a beam from the so-called giant Chinese reed that can compete with its solid wood counterpart in terms of strength.

Beam construction made from Chinese reed

The fast-growing grass is already being used as an insulating material. In order to produce a beam from the plant material that meets the high demands for beam construction, the team had to overcome a number of hurdles. “Initially, the main challenge was to join the reed leaves, which have an extremely smooth surface, together,” reports Mathias Wirths from the University of Siegen. With the help of a special machine called “Miscanthus-Biber” (engl. "miscanthus beaver") developed by students, the reed leaves were roughened, glued and finally pressed together to form a 1.10-metre-long beam.

Higher load-bearing capacity than solid wood beams

Initially, the researchers used bone glue as an adhesive. The aim is to produce this component from biological material as well. Although good results were achieved with bone glue and even the load tests in the laboratory were “better than those of solid structural timber” according to the researchers, epoxy resin was ultimately used as the adhesive. The reason: bone glue is not waterproof and therefore unsuitable for use in construction.

The search for bio-glue continues

For the researchers, the search for a suitable bio-glue for the beam construction made from miscanthus continues. In addition, the Siegen researchers are working with RWTH Aachen University and Alanus University to develop connecting elements for the reed beams and thus further promote the renewable raw material as a building material.

Wasser ist ein kostbares Gut und sorgt nicht selten für Nutzungskonflikte. Schon heute kommt es aufgrund von Hitze und Dürre auch in einigen Regionen Deutschland zu Wasserknappheit. Die Landwirtschaft als Haupternährungsproduzent verursacht Fachleuten zufolge allein 70 % des globalen Wasserverbrauchs und ist damit besonders auf Anbaumethoden angewiesen, die mit wenig Wasser auch künftig die Ernährung sichern. Im Rahmen des Projektes „HypoWave+“ haben Partner aus Forschung und Wirtschaft in den vergangenen Jahren ein besonders wasserschonendes Verfahren für den hydroponischen Gemüseanbau entwickelt. Zur Bewässerung und Nährstoffversorgung der Pflanzen wird hier recyceltes Abwasser aus Kläranlagen verwendet.

Praxistest für hydroponischen Gemüseanbau

Nun kommt diese effiziente Anbaumethode erstmals in einem landwirtschaftlichen Betrieb im niedersächsischen Landkreis Gifhorn unter realen Bedingungen zum Einsatz. Die erste großtechnische Umsetzung des HypoWave-Systems erfolgt in einem 1.600 Quadratmeter großen Gewächshaus der IseBauern GmbH & Co. KG in Wahrenholz, das sich in unmittelbarer Nähe zu einem Klärteich des Wasserverbands Gifhorn befindet. Das Abwasser wird den Forschenden zufolge in einem mehrstufigen Verfahren mit Mikrosieb, neuartigem Aktivkohlebiofilter, Sandfilter und einem UV-Reaktor qualitativ hochwertig aufbereitet, wobei das überschüssige und gereinigte Wasser wieder in die Klärteiche zurückfließt.

Chance für die Forschung

„Die Inbetriebnahme des bislang größten Reallabors dieser Art durch die IseBauern und die Kooperation mit dem kommunalen Wasserverband Gifhorn ist für die Forschung eine außerordentliche Chance“, sagt Projektkoordinatorin Martina Winker vom Institut für sozial-ökologische Forschung (ISOE). „Wir können die Entwicklung des HypoWave-Systems mit all seinen wissenschaftlich-technischen wie auch sozialen Innovationen vom Pilotprojekt bis zur Marktreife wissenschaftlich begleiten und uns intensiv mit Fragen des Qualitätsmanagements, der Vermarktung sowie der Kooperation der beteiligten Akteure beschäftigen.“

Hochwertiges und nährstoffreiches Wasser

Das HypoWave-System ist eine Alternative zur herkömmlichen Bewässerung mit Trink- und Grundwasser, da kommunales Abwasser aufbereitet und zur Bewässerung genutzt wird. Gleichzeitig werden die Pflanzen auch optimal mit Nährstoffen versorgt. „Den Pflanzen werden wichtige Stoffe wie Stickstoff und Phosphor direkt aus dem aufbereiteten Wasser zugeführt. Die Wasserqualität ist besonders hochwertig, da sie nährstoffreich und frei von Schadstoffen und pathogenen Keimen ist“, erklärt HypoWave+-Projektleiter Thomas Dockhorn von der Technischen Universität Braunschweig.

Derzeit nutzt die IseBauern GmbH das HypoWave-System zum Anbau von Tomaten. Im ersten Jahr wird das aufbereitete Klärwasser demnach bei nur zwei der insgesamt 15 Anbaulinien eingesetzt. Den Forschenden zufolge kann künftig aber auch das gesamte Gewächshaus mit dem HypoWave-Wasser versorgt werden. Dann könnten jährlich bis zu 11.000 Kilogramm Tomaten geerntet werden.

Investition in die Zukunft

„Wir verstehen den Anbauversuch als Investition in die Zukunft und als Anpassungsmaßnahme an den Klimawandel“, sagt Stefan Pieper von der IseBauern GmbH. „Wir können uns durch das HypoWave-System von saisonaler Wasserknappheit unabhängig machen und die Ernten vor Wetterextremen sichern.“

Von dem HypoWave-System können den Forschenden zufolge nicht nur landwirtschaftliche Betriebe profitieren. Auch für kommunale Betreiber von Anlagen zur Abwasserbehandlung, die ihre Klärteiche für die Wasserwiederverwendung zur Verfügung stellen wollen, sei das eine zukunftsfähige Methode. „Die Anbauweise in einem Gewächshaus mit gereinigtem Abwasser in Nachbarschaft zu unseren Teichen ist völlig neu für uns, erweist sich aber schon jetzt als Win-Win-Situation für Landwirtschaft und kommunale Wasserunternehmen“, sagt Christian Lampe, Geschäftsführer des Wasserverbandes Gifhorn. „Wir erhoffen uns auch Impulse für die verstärkte Nutzung in der konventionellen Beregnung.“

Das Verbundprojekt „HypoWave+ – Implementierung eines hydroponischen Systems als nachhaltige Innovation zur ressourceneffizienten landwirtschaftlichen Wasserwiederverwendung“ wird vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) im Rahmen der Fördermaßnahme „Wassertechnologien: Wasserwiederverwendung“ innerhalb des Bundesprogramms „Wasser: N“ mit 2,8 Mio. Euro gefördert. Wasser: N ist Teil der BMBF-Strategie „Forschung für Nachhaltigkeit“ (FONA).

bb

Water is a precious commodity and often causes conflicts of use. Water shortages are already occurring in some regions of Germany due to heat and drought. According to experts, agriculture alone accounts for 70% of global water consumption as the main food producer and is therefore particularly reliant on cultivation methods that ensure food security in the future with little water. As part of the “HypoWave+” project, partners from research and industry have developed a particularly water-efficient method for hydroponic vegetable cultivation in recent years. Recycled wastewater from sewage treatment plants is used to irrigate and supply nutrients to the plants.

Practical test for hydroponic vegetable cultivation

This efficient cultivation method is now being used for the first time under real conditions on a farm in the district of Gifhorn in Lower Saxony. The first large-scale implementation of the HypoWave system is taking place in a 1,600 square meter greenhouse at IseBauern GmbH & Co. KG in Wahrenholz, which is located in the immediate vicinity of a sewage pond belonging to the Gifhorn water association. According to the researchers, the wastewater is treated to a high quality in a multi-stage process with a micro sieve, innovative activated carbon biofilter, sand filter and a UV reactor, with the excess and purified water flowing back into the treatment ponds.

Opportunity for research

“The commissioning of the largest real-world laboratory of its kind to date by IseBauern and the cooperation with the Gifhorn municipal water association is an extraordinary opportunity for research,” says project coordinator Martina Winker from the Institute for Social-Ecological Research (ISOE). “We can scientifically accompany the development of the HypoWave system with all its scientific, technical and social innovations from the pilot project to market maturity and deal with questions of quality management, marketing and cooperation between the stakeholders involved.”

High-quality and nutrient-rich water

The HypoWave system is an alternative to conventional irrigation with drinking water and groundwater, as municipal wastewater is treated and used for irrigation. At the same time, the plants are also optimally provided with nutrients. “The plants are supplied with important substances such as nitrogen and phosphorus directly from the treated water. The water quality is particularly high, as it is rich in nutrients and free from pollutants and pathogenic germs,” explains HypoWave+ project manager Thomas Dockhorn from the Technical University of Braunschweig.

IseBauern GmbH is currently using the HypoWave system to grow tomatoes. In the first year, the treated sewage water is therefore only being used for two of the 15 cultivation lines. According to the researchers, however, the entire greenhouse can also be supplied with HypoWave water in future. Up to 11,000 kilograms of tomatoes could then be harvested annually.

Investing in the future

“We see the cultivation trial as an investment in the future and an adaptation measure to climate change,” says Stefan Pieper from IseBauern GmbH. “With the HypoWave system, we can make ourselves independent of seasonal water shortages and protect our harvests from extreme weather conditions.”

According to the researchers, it is not only farms that can benefit from the HypoWave system. It is also a sustainable method for municipal operators of wastewater treatment plants who want to make their sewage ponds available for water reuse. “The cultivation method in a greenhouse with treated wastewater in the vicinity of our ponds is completely new for us, but is already proving to be a win-win situation for agriculture and municipal water companies,” says Christian Lampe, Managing Director of the Gifhorn Water Association. “We are also hoping for impetus for increased use in conventional irrigation.”

The joint project “HypoWave+ - Implementation of a hydroponic system as a sustainable innovation for resource-efficient agricultural water reuse” is funded by the Federal Ministry of Education and Research (BMBF) as part of the funding measure “Water technologies: Water reuse” within the federal program ‘Water: N’ with 2.8 million euros. Water: N is part of the BMBF's “Research for Sustainability” (FONA) strategy.

bb

Nitrogenasen sind die einzigen natürlichen Enzyme, die in der Lage sind, den in der Luft enthaltenen elementaren, molekularen Stickstoff (N₂) so umzuwandeln, dass der lebenswichtige Nährstoff für Lebewesen auch biologisch verfügbar ist – und zwar in Form von Ammoniak (NH₃). Darüber hinaus können diese Enzyme auch das Klimagas Kohlendioxid (CO₂) direkt in Kohlenwasserstoffe, Kohlenmonoxid und Ameisensäure umsetzen, wie Forschende vom Max-Planck-Institut für terrestrische Mikrobiologie kürzlich herausfanden. Aufgrund dieser Fähigkeiten sind Nitrogenasen sowohl als Energieträger als auch für die Produktion biobasierter Chemikalien interessant.

Nun liefert ein Team um den Marburger Max-Planck-Forscher Johannes Rebelein weitere Einblicke in die Substratspezifität und die Substratpräferenzen der Nitrogenase. Im Rahmen der aktuellen Studie wollten die Forschenden klären, wie gut diese Enzyme zwischen CO₂ und N₂ unterscheiden und ob die CO₂-Reduktion bei Bakterien, die auf N₂ wachsen, auch unter normalen Bedingungen abläuft.

Fe-Nitrogenase reduziert CO₂ effizienter

Im Fokus der Untersuchung stand das photosynthetische Bakterium Rhodobacter capsulatus, das die beiden Isoenzyme Molybdän (Mo)-Nitrogenase und Eisen (Fe)-Nitrogenase beherbergt. Beide Nitrogenasen wurden isoliert und deren CO₂-Reduktion verglichen. Dabei stellten die Forschenden fest, dass die Fe-Nitrogenase dreimal effizienter CO₂ reduziert als die Molybdän (Mo)-Nitrogenase. Wie das Team in der Fachzeitschrift „Science Advance“ berichtet, produziert die Fe-Nitrogenase Ameisensäure und Methan auch bei atmosphärischen CO₂-Konzentrationen.

Ausgangspunkt für die Entwicklung neuer CO₂-Reduktasen

In einem weiteren Versuch wurden beide Enzyme gleichzeitig mit CO₂ und N2 versorgt. Dabei zeigte sich zur Überraschung der Forschenden, dass die Fe-Nitrogenase CO₂ als Substat bevorzugte, während ihr Gegenstück, die Mo-Nitrogenase, selektiv N₂ reduzierte. „Normalerweise geht bei Enzymen eine höhere Reaktionsgeschwindigkeit auf Kosten der Genauigkeit. Interessanterweise ist die Mo-Nitrogenase sowohl schneller als auch selektiver, was ihren Vorteil bei der Stickstofffixierung zeigt“, sagt Frederik Schmidt, Doktorand im Labor von Johannes Rebelein und Mitautor der Studie. „Die geringere Spezifität der Fe-Nitrogenase und ihre Vorliebe für CO₂ macht sie zum vielversprechenden Ausgangspunkt für die Entwicklung neuartiger CO₂-Reduktasen.“

Und noch eine Entdeckung machte das Team: Auch ohne die Zugabe von zusätzlichem CO₂ schieden die Bakterien Methan und Ameisensäure aus. „Das durch die Fe-Nitrogenase aus dem Stoffwechsel gewonnene CO₂ reicht aus, um den Prozess anzutreiben“, sagt Niels Oehlmann, Mitautor der Studie. „Dieses Ergebnis deutet darauf hin, dass die durch Fe-Nitrogenasen katalysierte CO₂-Reduktion in der Natur tatsächlich weitverbreitet sein könnte.“

Mit Licht Nitrogenasen zur CO₂-Umwandlung anregen

Das Marburger Forschungsteam ist überzeugt, dass diese Erkenntnisse „das bisherige Bild von Nitrogenasen als reine N₂- umwandelnde Enzyme“ verändern. Photosynthetische Bakterien wie R. capsulatus, die Lichtenergie nutzen, um Nitrogenasen zur Umwandlung des Treibhausgases CO₂ anzuregen, könnten demnach nicht nur CO₂-Emissionen in der Umwelt reduzieren, sondern auch einen entscheidenden Beitrag zu einer nachhaltigen Kreislaufwirtschaft leisten.  

„Die Idee ist, dass wir die Energie des Sonnenlichts, die der Photosynthese-Apparat der Mikroorganismen einfängt, in den von der Nitrogenase produzierten Kohlenwasserstoffen speichern. In Zukunft wollen wir die Eisen-Nitrogenase weiterentwickeln, um sie für die CO₂-Fixierung zu nutzen“, sagt Johannes Rebelein.

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Die Sicherung der Ernährung einer wachsenden Weltbevölkerung unter den sich ändernden Klimabedingungen gehört zu den größten Herausforderungen der Zukunft. Damit verbunden ist die Forderung, gesunde, nährstoffreiche und nachhaltige Lebensmittel zu produzieren. Eine vielversprechende Methode ist das Vertical Farming. Hier können Nahrungspflanzen mitten in der Stadt unter kontrollierten Bedingungen in Mini-Gewächshäusern auf verschiedenen Ebenen in einer speziellen Nährstofflösung ohne Pestizide unter LED-Licht angebaut werden. Für den Anbau von Salat und Kräutern hat sich die Anbaumethode bereits bewährt.  Nun wollen Forschende vom Fraunhofer-Institut UMSICHT das Produktionsspektrum im Indoor-Anbau erweitern.

Erdbeerkultivierung in Indoor-Farmen effizienter machen

Im Rahmen des Projektes „inBerry“ werden die Forschenden diese nachhaltige und ressourcenschonende Produktionsmethode für den Anbau von Beerenfrüchten weiterentwickeln. Im Fokus steht der Anbau von Erdbeeren. Mithilfe Künstlicher Intelligenz und neuer Sensortechnologie soll die Kultivierung der Beeren im sogenannten Indoor-Vertical-Farming effizienter werden. Um die datenbasierte Indoor-Kultivierung von Erdbeeren zu ermöglichen, werden etwa spezielle Lichteinstellungen wie Wellenlänge, Intensität und Belichtungsdauer abgestimmt sowie die Umgebungsbedingungen kontrolliert.

Mit Sensoren Produktqualität verbessern

„In Zusammenarbeit mit der auf die datenbasierte und KI-gesteuerte Produktion von Erdbeeren spezialisierten vGreens Holding GmbH arbeiten wir an einer Produktionsmethode für Beerenfrüchte, die durch den Einsatz von optischen Sensortechnologien für die Qualitätsbestimmung noch einmal auf ein höheres Level gehoben wird“, erklärt Volkmar Keuter vom Fraunhofer UMSICHT.

Der Anbau von Erdbeeren erfolgt im Freiland und ist stark vom Wetter abhängig. Neben dem Rückgang der Anbauflächen für Erdbeeren sorgen Wetterextreme immer öfter für Ertragsverluste. Das Statistische Bundesamt schätzt, dass in diesem Jahr mit rund 70.000 Tonnen die Erdbeerernte noch schlechter als im Vorjahr ausfällt und damit seit 1995 einen Tiefpunkt erreicht. Der Erdbeeranbau unter kontrollierten Bedingungen in Indoor-Farmen soll Abhilfe schaffen.

„Unsere Aufgabe ist es, auch in Zukunft die Nachfrage des Marktes zu erfüllen und ein entsprechendes Warenangebot bereitzustellen. Vor dem Hintergrund der gesellschaftspolitischen Anforderungen und der Notwendigkeit einer klimaneutralen Produktion beschäftigen wir uns daher mit neuen zukunftsweisenden Produktionsverfahren“, sagt Uwe Schwittek von der OGA Nordbaden eG, die gemeinsam mit der Obstgroßmarkt Mittelbaden eG das Fraunhofer-Institut mit der Weiterentwicklung der Vertikal-Farming-Methode für den Indoor-Anbau von Beerenfrüchten beauftragt hat.

Indoor-Kultivierung für weitere Früchte ebnen

Im Rahmen des mehrjährigen Projektes „inBerry“ werden die Forschenden neben der datengetriebenen Kultivierung von Erdbeeren auch Indoor-Kultivierungssysteme für andere Früchte entwickeln.

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Als industrienahe Forschungseinrichtung arbeitet die Jenaer INNOVENT seit Jahren eng mit Unternehmen zusammen und unterstützt diese auf dem Weg von der Produktentwicklung bis zur Markteinführung mit fachlichem und technischem Know-how. Ein Schwerpunkt ist dabei die Forschung an innovativen und nachhaltigen Produkten und Verfahren für die Bioökonomie. Das Spektrum an biobasierten Materialien zu erweitern und diese nutzbar zu machen, steht im Fokus der Forschungsgruppe „Biomaterialien“ um Ronja Breitkopf. Eine wichtige Rolle spielt dabei die Nutzung von Reststoffen mit dem Ziel, nachhaltige Anwendungen und Verfahren zu etablieren. Das Institut ist Gründungsmitglied der Deutschen Industrieforschungsgemeinschaft Konrad Zuse.

As an industry-oriented research institution, Jena-based INNOVENT has been working closely with companies for many years and supports them with specialist and technical expertise from product development to market launch. One focus is research into innovative and sustainable products and processes for the bioeconomy. Expanding the range of bio-based materials and making them usable is the focus of Ronja Breitkopf's ‘Biomaterials’ research group. The utilisation of residual materials plays an important role here with the aim of establishing sustainable applications and processes. The institute is a founding member of the German Industrial Research Association Konrad Zuse.

Mit Blick auf eine wachsende Bevölkerung und knapper werdende Ressourcen infolge des Klimawandels gewinnen alternative Proteinquellen zur Herstellung neuer Lebensmittel zunehmend an Bedeutung. Ihre Bandbreite ist groß: Leguminosen, Algen, Pilze und Insekten sowie Proteine, die durch zellbasierte oder fermentative Verfahren gewonnen wurden, sind als Rohstoffquellen für eine gesunde, umweltbewusste und nachhaltige Ernährungsweise geeignet. Die Entwicklung innovativer Lebensmitteln auf Basis alternativer Proteine ist auch für Investoren attraktiv geworben.

Investitionen in deutsche Unternehmen stark gestiegen

Nach Angaben des Good Food Institute Europe (GFI) konnten europäische Unternehmen, die Fleisch- und Milchalternativen auf Basis von Pflanzen, Fermentation und Zellkultivierung herstellen, im ersten Halbjahr 2024 Investitionen in Höhe von insgesamt 289 Mio. Euro einwerben. Allein in deutsche Unternehmen wurde mit insgesamt 74 Mio. Euro mehr als doppelt so viel Risikokapital investiert wie im gesamten Jahr 2023. Im Vorjahr betrugen die Investitionen 28 Mio. Euro.

Im vergangenen Jahr sei der Sektor hierzulande jedoch weniger über Risikokapital gewachsen, sondern mehr durch Investitionen und Partnerschaften von etablierten Industrie- und Lebensmittelunternehmen, heißt es. Als Beispiel wird eine Großinvestition von Nordzucker von über 100 Mio. Euro genannt. Die zurückhaltende Investitionstätigkeit des vergangenen Jahres wird nun laut GFI durch die Belebung des Risikokapitals in den ersten Monaten des Jahres 2024 wieder aufgeholt.

Carlotte Lucas, Head of Industry bei GFI Europe, kommentiert dies: „Risikokapital war bisher entscheidend für das Wachstum innovativer Unternehmen, die Lebensmittel auf der Basis von Pflanzen, Fermentation und Kultivierung herstellen. Damit der Sektor jedoch einen entscheidenden Beitrag zu Ernährungssicherheit, Nachhaltigkeit und Wirtschaftskraft in Europa leisten kann, sind in Zukunft auch neue Finanzierungsansätze und eine stärkere Zusammenarbeit mit etablierten Akteuren der Lebensmittelindustrie erforderlich.“

Größte Investitionen im Bereich Fermentation

Der größte Teil der Finanzierungen geht laut GFI in den Bereich der Fermentation, Fermentationstechnologie oder Präzisionsfermentation. Im Bereich der Fermentation, bei der Mikroorganismen zur Herstellung innovativer Lebensmittel eingesetzt werden, konnten europäische Unternehmen in den ersten sechs Monaten des Jahres 2024 Investitionen in Höhe von 164 Mio. Euro einwerben. Das ist etwas mehr als die Hälfte aller Finanzierungen im Novel-Food-Sektor und deutlich mehr als die 100 Mio. Euro, die im gesamten Jahr 2023 in diesem Bereich investiert wurden. Davon entfielen allein 115 Mio. Euro auf die Biomassefermentation – wie die Herstellung von Mykoproteinen mithilfe von Pilzen – und 49 Mio. Euro auf die Präzisionsfermentation – wie die Herstellung von echten Ei- und Milchproteinen mithilfe von Hefe.

Ein großer Teil der europäischen Investitionen im Bereich Fermentation gingen in deutsche Unternehmen. So konnte das Hamburger Biotech-Start-up Infinite Roots 53 Mio. Euro und ProteinDistillery aus Ostfildern 15 Mio. Euro einwerben. Beide Unternehmen nutzen die Biomassefermentation zur Gewinnung von Mykoproteinen für die Herstellung nachhaltiger Lebensmittel und verwerten dabei Nebenströme aus der Lebensmittelindustrie, unter anderem aus der Bierbrauerei. Viele der im Bereich der Fermentation tätigen Unternehmen nutzen laut GFI das Geld, um die Skalierung und den Aufbau der Infrastruktur voranzutreiben.

In light of a growing population and dwindling resources due to climate change, alternative protein sources for the production of new foods are becoming increasingly important. Their range is broad: legumes, algae, fungi and insects as well as proteins obtained through cell-based or fermentative processes are suitable as raw material sources for a healthy, environmentally conscious and sustainable diet. The development of innovative foods based on alternative proteins has also become attractive to investors.

Investments in German companies have risen significantly

According to the Good Food Institute Europe (GFI), European companies that produce meat and dairy alternatives based on plants, fermentation and cell cultivation were able to attract investments totaling EUR 289 million in the first half of 2024. At a total of EUR 74 million, more than twice as much venture capital was invested in German companies alone as in the whole of 2023. In the previous year, investments amounted to EUR 28 million.

In the past year, however, the sector in Germany has grown less through venture capital and more through investments and partnerships from established industrial and food companies, according to the report. A major investment of over 100 million euros by Nordzucker is cited as an example. According to GFI, the restrained investment activity of the past year will now be made up for by the revival of venture capital in the first months of 2024.

Carlotte Lucas, Head of Industry at GFI Europe, comments: “Venture capital has been crucial for the growth of innovative companies producing food based on plants, fermentation and cultivation. However, for the sector to make a decisive contribution to food security, sustainability and economic strength in Europe, new financing approaches and greater cooperation with established players in the food industry will also be required in the future.”

Largest investments in the fermentation sector

According to GFI, the majority of financing goes into the sector of fermentation, fermentation technology or precision fermentation. In the field of fermentation, in which microorganisms are used to produce innovative foods, European companies were able to raise investments of EUR 164 million in the first six months of 2024. This is just over half of all financing in the novel food sector and significantly more than the EUR 100 million invested in this area in 2023 as a whole. 115 million of this was invested in biomass fermentation alone - such as the production of mycoproteins using fungi - and €49 million in precision fermentation - such as the production of real egg and milk proteins using yeast.

A large proportion of European investments in the field of fermentation went to German companies. The Hamburg-based biotech start-up Infinite Roots raised 53 million euros and ProteinDistillery from Ostfildern 15 million euros. Both companies use biomass fermentation to obtain mycoproteins for the production of sustainable food and utilize side streams from the food industry, including from beer brewing. According to GFI, many of the companies active in the field of fermentation are using the money to drive forward the scaling and development of infrastructure.

Im Dezember vergangenen Jahres hatte der Schweizer Spezialchemiekonzern Clariant die Produktion von Cellulose-Ethanol aus Stroh in seinem erst 2022 eröffneten Werk in Rumänien eingestellt. Das Aus für das einstige Vorzeige-Werk in Podari kam überraschend. Nach Angaben von Clariant konnte die Anlage die „angestrebten betrieblichen Parameter nicht erfüllen“. Nun hat das stillgelegte Clariant-Werk einen neuen Betreiber. Der Standort wird künftig von dem Frankfurter Biotechnologie-Unternehmen Corden BioChem betrieben, der Auftragshersteller ist eine Tochter der International Chemical Investors Group (ICIG).

Neue Fermentation-Kapazitäten im Industriemaßstab

Nach Angaben des Unternehmens mit Sitz in Luxemburg haben die ICIG und Clariant Ende Juli eine entsprechende Vereinbarung zum Kauf der stillgelegten Bioethanolanlage in Podari unterzeichnet. Mit dem Kauf des einstigen Clariant-Werks zu einer nicht genannten Summe werde CordenBiochem den Angaben zufolge seine Kapazitäten für die aerobe Fermentation um rund 1.500 m³ erweitern. Darüber hinaus stünden Kapazitäten für die anaerobe Fermentation von 10.000 m³ am Standort in Podari zur Verfügung.

Flexible Auftragsproduktion für Fermentationsprodukte

„Die Größe der Fermenter in Podari zwischen 300 und 2.500 m³ wird es Corden BioChem ermöglichen, seinen Kunden Fermentationsdienstleistungen in großem Maßstab und zu wettbewerbsfähigen Preisen anzubieten“, verkündete das Unternehmen. Darüber hinaus will ICIG den neuen Standort für die „flexiblen Auftragsproduktion für Fermentationsprodukte“ umstrukturieren. Dafür seien Investitionen im hohen zweistelligen Millionenbereich geplant, insbesondere für Downstream-Prozesse, heißt es in der Pressemitteilung.

Betrieb soll so bald wie möglich starten

Nach Abschluss der Transaktion wolle CordenBiochem „so bald wie möglich“ den Betrieb aufnehmen. Darüber hinaus will das Frankfurter Biotech-Unternehmen auch einen „großen Teil der von Clariant nach der Stilllegung entlassenen Mitarbeiter wieder einstellen“.

Corden BioChem ist ein führendes Auftragsfertigungsunternehmen für biotechnologische Produkte – etwa für Lebens- und Futtermittel, aber auch technische Produkte, funktionelle Inhaltsstoffe und Feinchemikalien. Im Industriepark in Frankfurt-Höchst betreibt die ICIG-Tochter eine der größten Fermentationsanlagen Europas.

bb/pg

In December last year, the Swiss specialty chemicals company Clariant discontinued the production of cellulosic ethanol from straw at its plant in Romania, which only opened in 2022. The end for the former flagship plant in Podari came as a surprise. According to Clariant, the plant was “unable to meet the targeted operational parameters”. Now the closed Clariant plant has a new operator. In future, the site will be operated by the Frankfurt-based biotechnology company Corden BioChem, the contract manufacturer is a subsidiary of the International Chemical Investors Group (ICIG).

New fermentation capacities on an industrial scale

According to the Luxembourg-based company, ICIG and Clariant signed an agreement to purchase the decommissioned bioethanol plant in Podari at the end of July. With the purchase of the former Clariant plant for an undisclosed sum, CordenBiochem will reportedly expand its capacities for aerobic fermentation by around 1,500 m³. In addition, capacities for anaerobic fermentation of 10,000 m³ are available at the Podari site.

Flexible contract production for fermentation products

“The size of the fermenters in Podari, between 300 and 2,500 m³, will enable Corden BioChem to offer its customers fermentation services on a large scale and at competitive prices,” the company announced. In addition, ICIG intends to restructure the new site for “flexible contract manufacturing for fermentation products”. Investments in the high double-digit million range are planned for this, particularly for downstream processes, according to the press release.

Operations to start as soon as possible

CordenBiochem wants to start operations “as soon as possible” after the transaction is completed. In addition, the Frankfurt-based biotech company also intends to “re-employ a large proportion of the employees made redundant by Clariant following the closure”.

Corden BioChem is a leading contract manufacturing company for biotechnological products - such as food and animal feed, but also technical products, functional ingredients and fine chemicals. The ICIG subsidiary operates one of the largest fermentation plants in Europe at the industrial park in Frankfurt-Höchst.

bb/pg

Die Herausforderungen unserer Zeit – vom Klimawandel über schwindende Ressourcen bis hin zur Ernährungssicherung einer wachsenden Weltbevölkerung – verlangen nach kreativen Lösungen. Die Bioökonomie bietet hier einen vielversprechenden Ansatz: Sie nutzt biologische Ressourcen und innovative Technologien, um nachhaltige Produkte und Prozesse zu entwickeln. Um die Potenziale der Bioökonomie zu heben, spielt die Forschungsförderung eine Schlüsselrolle, nicht nur auf nationaler, sondern auch internationaler Ebene. Denn Bioökonomie muss global gedacht werden. Hier setzt „Bioökonomie International“ an. Jetzt startet die 12. Förderrunde. Einreichungsfrist ist der 25. November 2024.

„Bioökonomie International“ als Säule für die Bioökonomie

„Bioökonomie International“ ist seit über einem Jahrzehnt ein wichtiger Baustein, um die internationale Zusammenarbeit in der Bioökonomie-Forschung zu intensivieren. Die gemeinsame Förderung von Forschungs-, Entwicklungs- und Innovationsvorhaben (FuEuI-Vorhaben) mit relevanten ausländischen Partnern zielt darauf ab, internationale Kooperationen zu stärken und tragfähige, aktive Partnerschaften im Bereich Forschung, Entwicklung und Innovation aufzubauen.

Den thematischen Rahmen der Förderung setzt die Nationale Bioökonomiestrategie von 15. Januar 2020 mit ihren Leitlinien und strategischen Zielen. Die Projektskizzen müssen daher die nationalen Aktivitäten des BMBF zur Förderung der Bioökonomie bedienen und einen ergänzenden Beitrag zur Erreichung der förderpolitischen Zielsetzungen der Nationalen Bioökonomiestrategie leisten. Dabei soll der Nutzen für alle beteiligten Länder ausgeglichen beziehungsweise fair verteilt sein. Erwartet wird, dass die Verbundvorhaben neben dem Forschungsbaustein „Globale Forschungskooperation“ zumindest einen weiteren Baustein der Nationalen Bioökonomiestrategie adressieren.

Darüber hinaus will die Förderrichtlinie auch die für die Bioökonomie relevanten drei Missionen der Zukunftsstrategie Forschung und Innovation bedienen: „Ressourceneffiziente und auf kreislauffähiges Wirtschaften ausgelegte wettbewerbsfähige Industrie und nachhaltige Mobilität ermöglichen“ und II „Klimaschutz, Klimaanpassung, Ernährungssicherheit und Bewahrung der Biodiversität“ sowie „Europäische und internationale Zusammenarbeit intensivieren“.

Vier Module mit vier spannenden Partnern gefördert

In diesem Jahr steht die Zusammenarbeit deutscher Forschender mit Partnern in São Paulo/Brasilien, Queensland/Australien, Thailand sowie Vietnam im Fokus. Die Förderung ist entsprechend der vier Partnerländer in vier Module unterteilt. In den Modulen wurden je nach Partnerland gemeinsam nochmals Themen spezifiziert und definiert. Die Auswahl der eingereichten Projektskizzen erfolgt gemeinsam mit der Fördereinrichtung des jeweiligen Partnerlandes. Es ist daher unbedingt erforderlich, dass parallel auch eine Einreichung der Skizze in entsprechendem Format bei der Partnerorganisation erfolgt.

The challenges of our time - from climate change and dwindling resources to food security for a growing world population - call for creative solutions. The bioeconomy offers a promising approach here: it uses biological resources and innovative technologies to develop sustainable products and processes. Research funding plays a key role in leveraging the potential of the bioeconomy, not only at national but also at international level. After all, the bioeconomy must be considered globally. This is where “Bioeconomy International” comes in. The 12th funding round is now starting. The submission deadline is November 25, 2024.

“Bioeconomy International” as a cornerstone for the bioeconomy

For over a decade, “Bioeconomy International” has been an important building block for strengthening international cooperation in bioeconomy research. The joint funding of research, development and innovation projects (R&D&I projects) with relevant foreign partners aims to strengthen international cooperation and establish sustainable, active partnerships in the field of research, development and innovation.

The National Bioeconomy Strategy of January 15, 2020 with its guidelines and strategic objectives provides the thematic framework for funding. The project outlines must therefore serve the BMBF's national activities to promote the bioeconomy and make a complementary contribution to achieving the funding policy objectives of the National Bioeconomy Strategy. The benefits for all participating countries should be balanced or fairly distributed. It is expected that the collaborative projects will address at least one other element of the National Bioeconomy Strategy in addition to the “Global Research Cooperation” component.

In addition, the funding guideline also aims to serve the three missions of the Future Strategy for Research and Innovation that are relevant to the bioeconomy: “Enabling resource-efficient and circular economy-based competitive industry and sustainable mobility” and II “Climate protection, climate adaptation, food security and biodiversity conservation” as well as “Intensifying European and international cooperation”.

Four modules with four exciting partners funded

This year, the focus is on cooperation between German researchers and partners in São Paulo/Brazil, Queensland/Australia, Thailand and Vietnam. The funding is divided into four modules according to the four partner countries. In the modules, topics were jointly specified and defined again depending on the partner country. The project outlines submitted are selected together with the funding institution of the respective partner country. It is therefore essential that the outline is submitted to the partner organization in the appropriate format at the same time.

Biomethan gilt als nachhaltiger Energieträger. Es kann nicht nur zur Strom- und Wärmeerzeugung, sondern auch als Kraftstoff eingesetzt werden und damit einen entscheidenden Beitrag zum Klima- und Umweltschutz leisten. Im Rahmen eines vom Europäischen Innovationsrat (EIC) geförderten Accelerator-Programms konnte nun das in Planegg bei München ansässige Unternehmen Electrochaea seine innovative Technologie zur klimaneutralen Biomethanherstellung auf den kommerziellen Maßstab skalieren.

Mit insgesamt 17,5 Mio. Euro hat der Europäische Innovationsrat (EIC) die Arbeit des Power-to-Gas-Spezialisten in den vergangenen drei Jahren unterstützt. Bei der Produktion von Biomethan setzt das Unternehmen auf sogenannte Archaeen. Diese stammesgeschichtlich uralten Mikroorganismen fungieren als Biokatalysatoren und sorgen mit ihrem Stoffwechsel dafür, dass CO₂ und grüner Wasserstoff in nur einem Schritt in Methan umgewandelt werden.

Erfolgreiche Skalierung durch EIC-Förderung

„Das EIC Accelerator-Programm war eine fantastische Gelegenheit für Electrochaea, unsere Technologie auf eine kommerziell relevante Größe zu skalieren und das BioCat-Roslev-Projekt auf Basis eines neuen und effizienteren Designs zu entwickeln“, sagt Doris Hafenbradl, CTO und Geschäftsführerin von Electrochaea.

Archetyp-Design erfolgreich in Demonstrationsanlage integiert

Im Rahmen des Accelerator-Programms hat Electrochaea nach eigenen Angaben seine Biomethanisierungstechnologie mit einem Archetyp-Design mit einer elektrischen Leistung von 10 MWe (Megawatt elektrisch) erfolgreich auf den industriellen Maßstab skaliert. Gleichzeitig wurde das neue Archetyp-Design im Rahmen des BioCat-Roslev-Projekts auch erfolgreich in den Betrieb einer Biogasaufbereitungs- und Netzeinspeiseanlage in Dänemark integriert.

Mithilfe der EIC-Finanzierung sei es gelungen, das Anlagendesign noch effizienter und kostengünstiger zu gestalten und damit die Investitions- und Betriebskosten der Biomethanisierungstechnologie zum Vorteil der Kunden deutlich zu senken, teilt Electrochaea mit. Darüber hinaus seien während des Förderzeitraums auch erhebliche Fortschritte bei der Genehmigung, der Technologieintegration und der Optimierung des Geschäftsmodells für das BioCat-Roslev-Projekt erzielt worden.

Gute Position für kommerziellen Einsatz

„Mit dem Abschluss des Programms ist Electrochaea gut positioniert, seine Technologie kommerziell einzusetzen und die so dringend notwendige Erzeugung von erneuerbarem Methan entscheidend voranzubringen“, schreibt das Unternehmen in seiner Pressemitteilung. Electrochaea betreibt bereits Demonstrationsanlagen in Dänemark und der Schweiz. Die Technologie zur mikrobiellen Produktion von synthetischem Methan wurde auch von der dänischen Netzagentur mit 9,5 Mio. Euro gefördert.

bb