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Betrachtet wurden Dänemark, Deutschland, Frankreich, Großbritannien, Italien, die Niederlande, Polen, Rumänien, Schweden und Spanien. Mehr als die Hälfte der landwirtschaftlichen Nutzfläche in diesen Ländern wird heute für die Erzeugung von Fleisch- und Milchprodukten genutzt. Lediglich 20% der landwirtschaftlichen Fläche wird für den Anbau von Pflanzen, die der Ernährung der Bevölkerung dienen, genutzt.

Die Autoren der Studie kommen zu dem Schluss, dass pflanzliche Ersatzprodukte bis 2050 auch ohne viel politische Unterstützung ein Sechstel des europäischen Fleisch- und Milchkonsums ausmachen könnten. Mit ausreichender Unterstützung könnten alternative Proteine sogar zwei Drittel der aktuellen tierischen Produkte ersetzen und die Flächenknappheit beheben.

In Deutschland könnten im niedrigsten Szenario mit einem Marktanteil von einem Sechstel 22% der landwirtschaftlichen Nutzfläche frei werden (3,7 Millionen Hektar). Andere europäische Länder könnten sogar 57% der Flächen einsparen, die derzeit für den Export von Nahrungsmitteln nach Europa genutzt werden.

Die freiwerdenden Flächen könnten für den Anbau eigener Nahrungsmittel, die Schaffung natürlicher Lebensräume oder den Ausbau agrarökologischer Anbaumethoden genutzt werden. Um die Auswirkungen auf die Flächen und den Nutzpflanzenbedarf genau zu berechnen, seien weitere Studien nötig. Insgesamt wird jedoch betont, dass alternative Proteine eine signifikante Verringerung des Flächenbedarfs der Viehwirtschaft ermöglichen könnten.

The countries analysed were Denmark, Germany, France, the UK, Italy, the Netherlands, Poland, Romania, Sweden and Spain. More than half of the agricultural land in these countries is currently used for the production of meat and dairy products. Only 20% of agricultural land is used to grow crops that feed the population.

The authors of the study conclude that plant-based substitute products could account for one-sixth of European meat and dairy consumption by 2050, even without much political support. With sufficient support, alternative proteins could even replace two thirds of current animal products and remedy the shortage of land.

In Germany, 22% of agricultural land could be freed up in the lowest scenario with a market share of one sixth (3.7 million hectares). Other European countries could even save 57% of the land currently used to export food to Europe.

he land freed up could be used to grow our own food, create natural habitats or expand agroecological cultivation methods. Further studies are needed to precisely calculate the effects on land and crop requirements. Overall, however, it is emphasised that alternative proteins could enable a significant reduction in the amount of land required for livestock farming.

Viele gute Ideen, die im Forschungslabor beginnen, schaffen es nicht in die industrielle Praxis. Häufig liegt das daran, dass sich Prozesse, die im Kleinen funktionieren, unter den Bedingungen großer Produktionsanlagen ganz anders verhalten. So ist es beispielsweise mit monoklonalen Zellen: Klone, die in der Mikrotiterplatte noch einen guten Eindruck vermitteln, liefern manchmal im Bioreaktor ganz andere Ergebnisse. Das vom Bundesforschungsministerium im Rahmen der Fördermaßnahme "KMU-innovativ: Bioökonomie" geförderte Forschungsprojekt AMBiO hat deshalb ein Verfahren entwickelt, das bereits im Labor die Bedingungen der späteren Produktionsprozesse annähern kann. So lassen sich ungeeignete Klone frühzeitig aussortieren.

Die Suche nach dem besten Klon

Immer mehr moderne Medikamente beruhen auf rekombinant hergestellten Proteinen. Häufig nutzen Pharmahersteller Säugetierzellen, um diese Proteine zu produzieren. Am Anfang dieser Produktion steht die Auswahl besonders geeigneter Zellen. Aus Hunderten oder Tausenden Zellen müssen die besten zehn oder zwanzig Klone ausgewählt werden. Aus diesen hoch produktiven Einzellzellklonen entstehen dann die Zelllinien, die später im Bioreaktor die Proteine in großem Maßstab erzeugen. „Am Ende möchte man einen Klon, der mit hoher Produktivität den richtigen Antikörper produziert und stabil ist unter den Bedingungen im Bioreaktor – und nicht plötzlich nicht mehr so gut produziert oder wächst“, erläutert Julian Riba, Geschäftsführer des Freiburger Biotech-Unternehmens Cytena.

„Die Entwicklung solcher Zelllinien ist aufwendig, komplex und teuer“, berichtet der AMBiO-Projektkoordinator. Wochen oder Monate könne es dauern, eine einzelne Zelle zu Billiarden identischer Zellen für die Produktion hochzuskalieren. Entsprechend groß ist der Verlust an Zeit und Geld, wenn sie sich in der Praxis nicht bewährt. „Heute muss man oft noch mal von vorne anfangen oder viel mehr Klone screenen.“

Sauerstoffversorgung stabil halten

Den Grund für die Problematik kann der Forscher schnell nennen: „Die Mikrobioreaktoren für die Auswahl der Klone – meist Mikrotiterplatten – sind für kleinste Volumen ausgelegt. Es gab keine Technologie am Markt, die darin eine Umgebung schaffen konnte, die den Tausende Liter großen Bioreaktoren in der Produktion entspricht.“

Im großen Reaktor aber werden die Zellen im Nährmedium gerührt und erleben Scherkräfte, die sie aushalten müssen. Andererseits sind sie dort gleichförmig mit Sauerstoff und Nährstoffen versorgt. In der Mikrotiterplatten hingegen liegen die Zellen am Boden, bewegen sich nicht und vermehren sich zu Zellhaufen. „Irgendwann ist die Sauerstoffversorgung über die Diffusion nicht mehr gut und es entsteht eine sauerstoffarme Umgebung“, erläutert Riba. Ideal wäre es also, auch in Mikrotiterplatten das Medium durchmischen zu können, Parameter wie die Sauerstoffkonzentration und den pH-Wert zu messen und auf einem Level wie später im Bioreaktor zu halten.

Winzige Volumina erschweren Durchmischung

Genau das ist den Projektbeteiligten Cytena GmbH, Presens Precision Sensing GmbH und der Hahn-Schickard-Gesellschaft für angewandte Forschung gelungen. Das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) hat das KMU-innovativ-Projekt im Zeitraum von 2019 bis 2022 mit rund 1,2 Mio. Euro unterstützt. Schon vor dem Projektstart hatte ein Doktorand an der Universität Freiburg gezeigt, dass es möglich ist, die Mikrotiterplatten zu durchmischen und dass die Zellen dadurch schneller wachsen. Bislang scheitere die Durchmischung an der starken Oberflächenspannung der kleinen Flüssigkeitsvolumina: „Eine Rüttelplatte oder ein Schüttler funktionieren hier nicht“, erläutert Riba. „Man bräuchte enorm hohe Frequenzen und müsste extrem stark schütteln. Das erzeugt zu hohe Scherkräfte und tötet die Zellen.“

Das Bauen mit nachwachsenden Rohstoffen gewinnt zunehmend an Bedeutung, da der Bausektor ein wesentlicher Mitverursacher von klimaschädlichen Treibhausgasen ist. Alternative Baustoffe gibt es durchaus. Doch die Palette der nachwachsenden Rohstoffe geht weit über Holz, Stroh und Lehm hinaus, wie die Wanderausstellung FAKTOR WOHNEN zeigt. Seit Ende Januar ist die Schau „Ökologisch um:bauen mit regenerativen Baustoffen“ in Berlin-Kreuzberg zu Gast. Die Ausstellung und das Begleitprogramm werden von der Stiftung trias, dem Bauraum MV e. V. und dem lokalen Partner BAUinfo Berlin organisiert und durchgeführt.

Über nachhaltige Baustoffe aufklären

 „Messen, Fühlen, Ausprobieren“ lautet das Motto der Ausstellung auf dem Dragonerareal in Kreuzberg. Sie rückt nachhaltige Baustoffe wie Dämmplatten aus Holzweichfasern oder Stroh und Lehm ins Rampenlicht und informiert über deren Potenziale und Einsatzmöglichkeiten. „Bislang ist das Thema ökologische Baustoffe in der Öffentlichkeit eher unterrepräsentiert und es gibt noch viel Aufklärungsbedarf“, sagt Thomas Herzog, Projektleiter BAUInfo bei der Berliner Energieagentur, im Gespräch mit bioökonomie.de. „Mit der Ausstellung wollen wir nachhaltigen Baustoffen ein Forum bieten und Interessierten die Potenziale vermitteln.“

Regenerativer Baustoffe mit allen Sinnen erleben

Im Rahmen der Ausstellung werden die Unterschiede zwischen nachwachsenden und konventionellen Baustoffen anhand von interaktiven Vitrinen, Ausstellungswänden und einer Baustoff-Fühlbox visuell und haptisch erlebbar gemacht. Die Materialien werden jeweils so präsentiert, wie sie in der Praxis eingesetzt werden, zum Beispiel als Dämmstoff an der Wand oder auf dem Dach. So wird in einer Vitrine unter Infrarotlicht simuliert, wie Dämmplatten aus Zellulose und Holzfasern im Vergleich zu Mineralwolle und Polystyrol Wohnungen im Sommer vor Hitze schützen können. Digitale Thermometer machen den Temperaturunterschied sichtbar. Hörbar wird der Unterschied auch beim Vergleich von Dämmplatten aus Holzweichfasern mit herkömmlichen Styropor-Dämmplatten, die zur Schalldämmung eingesetzt werden.

Anfassen erlaubt heißt es auch bei der Präsentation verschiedener nachhaltiger Baustoffe im sogenannten Fühlkasten. Von Dampfbremsen aus Baupappe über Recyclingprodukte aus Gipsabfällen bis hin zu Innenausbauplatten aus Holzweichfaser und Lehm sowie Einblasdämmung aus Holzfasern reicht die Palette der ertastbaren Baustoffe.

Der Markt für vegetarische und vegane Produkte boomt. Nach Angaben des Statistischen Bundesamtes wurden im Jahr 2022 hierzulande 104.300 Tonnen Fleischersatzprodukte hergestellt – ein Plus von rund 17 % im Vergleich zum Vorjahr. Bisher dominieren pflanzliche Proteine aus Weizen oder Hülsenfrüchten wie Erbsen und Soja den Markt der fleischlosen Alternativen. Das Biotech-Start-up Infinite Roots nutzt dagegen Myzelien aus Pilzen, um daraus veganen Fleischersatz herzustellen. Dafür und für die Entwicklung neuer Produkte aus Pilzmyzel konnte sich das junge Hamburger Unternehmen jetzt im Rahmen einer Serie-B-Finanzierungsrunde 58 Mio. US-Dollar sichern.

Start-up gewinnt Haribo und Rewe als Investoren

Die Finanzierung wurde von der Dr. Hans Riegel Holding (HRH), einer der beiden Gesellschafter-Holdings der Haribo-Gruppe, angeführt und vom Europäischen Innovationsrat (EIC) unterstützt. „Die Myzel-Technologie von Infinite Roots kann einen sehr erfolgreichen Beitrag zur nachhaltigen Nahrungsmittelversorgung leisten“, erklärt HRH-Geschäftsführer Reinhard Schneider. An der Finanzierungsrunde beteiligt sind neben früheren Investoren auch die REWE Group sowie Betagro Ventures, der Innovationsarm von Thailands führendem Agrarunternehmen Betagro Group.

Europaweit größte Investition in Myzel-Technologie

Nach Angaben von Infinite Roots ist die Finanzierung „die größte Investition in Myzel-Technologie in Europa und ein besonderer Erfolg inmitten eines der schwierigsten Fundraising-Umfelder der letzten 20 Jahre“. Bei der Entwicklung des Fleischersatzes setzt das Team um Firmengründer Mazen Rizk auf das fadenförmige Wurzelgeflecht von Pilzen – die sogenannten Myzelien. Die Pilzsporen werden kultiviert und mit Abfällen wie Reishülsen und Kaffeesatz gefüttert. In Bioreaktoren wird ein protein- und ballaststoffreicher Fleischersatz fermentiert.

Markteinführung für 2024 geplant

Infinite Roots wurde 2018 unter dem Namen Mushlabs gegründet. Die Umbenennung erfolgte im Vorfeld der UN-Klimakonferenz COP28 in Dubai, zu der das Hamburger Biotech-Unternehmen als eines von wenigen Start-ups weltweit eingeladen war. „Wir sind in der besonderen Position, eine neue Ära von Produkten auf Basis von Pilzmyzel zu definieren. Mit der Technologie und den Produkten von Infinite Roots wollen wir den Wandel hin zu einem nachhaltigeren und gesünderen Ernährungssystem anführen“, beschreibt Mazen Rizk, CEO von Infinite Roots, die Vision des Unternehmens. Noch in diesem Jahr sollen erste Produkte auf Basis von Pilzmyzel auf den Markt kommen.

bb/gkä

The market for vegetarian and vegan products is booming. According to the Federal Statistical Office, 104,300 tons of meat substitute products were produced in Germany in 2022 - an increase of around 17% compared to the previous year. So far, plant-based proteins made from wheat or pulses such as peas and soy have dominated the market for meat-free alternatives. Biotech start-up Infinite Roots, on the other hand, uses mycelia from mushrooms to produce vegan meat substitutes. The young Hamburg-based company has now secured 58 million US dollars for this and for the development of new products from mushroom mycelium as part of a series B financing round.

Start-up wins Haribo and Rewe as investors

The financing was led by Dr. Hans Riegel Holding (HRH), one of the two shareholder holding companies of the Haribo Group, and supported by the European Innovation Council (EIC). "Infinite Roots' mycelium technology can make a very successful contribution to sustainable food supply," explains HRH Managing Director Reinhard Schneider. In addition to previous investors, the REWE Group and Betagro Ventures, the innovation arm of Thailand's leading agricultural company Betagro Group, are also involved in the financing round.

Europe's largest investment in mycelium technology

According to Infinite Roots, the financing is "the largest investment in mycelium technology in Europe and a particular success in the midst of one of the most difficult fundraising environments of the last 20 years". In developing the meat substitute, the team around company founder Mazen Rizk relies on the thread-like root network of fungi - the so-called mycelia. The fungal spores are cultivated and fed with waste such as rice husks and coffee grounds. A protein- and fiber-rich meat substitute is fermented in bioreactors.

Market launch planned for 2024

Infinite Roots was founded in 2018 under the name Mushlabs. The renaming took place in the run-up to the UN Climate Change Conference COP28 in Dubai, to which the Hamburg-based biotech company was one of only a few start-ups worldwide to be invited. "We are in a unique position to define a new era of products based on mushroom mycelium. With Infinite Roots' technology and products, we want to lead the change towards a more sustainable and healthier food system," says Mazen Rizk, CEO of Infinite Roots, describing the company's vision. The first products based on mushroom mycelium are to be launched on the market this year.

bb/gkä

Die Entwicklung von Technologien zur Herstellung innovativer Produkte aus Abfall- und Reststoffen steht im Mittelpunkt der aktuellen SPRIND-Challenge "Circular Biomanufacturing“, die im November vergangenen Jahres gestartet ist. Im Rahmen des Innovationswettbewerbs der Bundesagentur für Sprunginnovationen SPRIND erhielten acht Teams aus dem Bereich der industriellen Bioökonomie und Biotechnologie den Zuschlag für eine Förderung – darunter fünf Start-ups aus Deutschland. Im Rahmen des dreijährigen Wettbewerbs werden die Gewinnerteams nicht nur finanziell gefördert, sondern auch durch intensives Coaching und Kontakte zu privatwirtschaftlichen Investoren unterstützt. Um bioökonomische Innovationen weiter voranzutreiben, kooperiert SPRIND ab sofort mit DEEP, dem Institute for Deep Tech Innovation der ESMT Berlin.  

Exklusives Coaching- und Monitoring-Programm

Ziel von DEEP an der ESMT ist es, innovative Ökosysteme aufzubauen, die den Technologietransfer neu gestalten und Deep Tech Start-ups den Weg zur globalen Skalierung ebnen. Im Rahmen der Kooperation werden die acht SPRIND-Challenge-Teams von einem exklusiven Coaching- und Mentoring-Programm profitieren, das sie auf dem Weg zur erfolgreichen Kommerzialisierung ihrer Innovationen unterstützt. Das spezielle Programm läuft von Januar bis Oktober und umfasst vier Sitzungstage. „Diese Partnerschaft zeigt das Engagement von SPRIND, in radikal neue Lösungen und Zukunftsindustrien zu investieren und gleichzeitig ein Innovationsökosystem mit gleichgesinnten Institutionen zu schaffen”, sagt Jano Costard, Challenge Officer bei SPRIND.

Ein zentraler Aspekt der neuen Kooperation ist zudem die Einbindung der international bewährten Methodik des Creative Destruction Lab (CDL) der ESMT – einer Non-Profit-Organisation, die Deep-Tech-Start-ups mit einem gezielten Programm sowohl in der Frühphase als auch bei der Skalierung unterstützt. Die Nutzung dieses Wissens und dieser Erfahrung werde sicherstellen, dass die SPRIND-Challenge-Teams „mit den notwendigen Instrumenten und Anleitungen ausgestattet werden, um sich in dem komplexen Umfeld, in dem sie tätig sind, zurechtzufinden und durch ihre Ergebnisse einen nutzbaren Beitrag zur Zukunft der Industrie und einer nachhaltigen Entwicklung beizutragen“, heißt es.

Rund ein Drittel der weltweiten Treibhausgasemissionen entstehen durch die Art und Weise, wie Land bewirtschaftet wird und Lebensmittel produziert werden. Vor allem der Fleischkonsum und die damit verbundene Tierhaltung tragen zu den klimaschädlichen Emissionen bei und erfordern ein Umdenken in der Landwirtschaft. Ein globaler Bericht über die Ökonomie von Agrar- und Ernährungssystemen zeigt, wie die Weltwirtschaft von einer Ernährungswende profitieren würde. Die Studie, die von führenden Ökonominnen und Ökonomen sowie der Food System Economics Commission (FSEC) verfasst wurde, macht aber auch deutlich, dass die derzeitige Praxis mehr Wertschöpfung vernichtet als schafft und die politischen Rahmenbedingungen für eine Ernährungswende dringend überarbeitet werden müssen.  

Vorteile überwiegen Kosten für Transformation

Der Bericht „The Economics of the Food System Transformation“ ist nach Angaben der Forschenden die „bisher umfassendste Studie zur Ökonomie globaler Agrar- und Ernährungssysteme“. „Die Kosten, die entstehen, wenn wir das schlecht funktionierende Ernährungssystem nicht aktiv umgestalten, werden die Schätzungen dieses Berichts wahrscheinlich noch übersteigen, da die Welt weiterhin auf einem extrem gefährlichen Weg ist“, sagt Johan Rockström, Direktor des Potsdam-Instituts für Klimafolgenforschung (PIK) und Initiator der FSEC. Der „einzige Weg“, um das Pariser Klimaziel von 1,5° C zu erreichen, ist nach Ansicht des Potsdamer Forschers neben dem Ausstieg aus fossilen Brennstoffen und dem Schutz der Natur die „Transformation des Agrar- und Ernährungssystems von einer Quelle von Treibhausgasen zu einer Senke“.  Von diesem globalen Ernährungssystem hänge die Zukunft der Weltbevölkerung ab, betont Rockström.

Nicht nur Klima, Umwelt und Gesundheit würden von einer globalen Ernährungswende profitieren, so der Bericht. Die Forschenden haben errechnet, dass eine umfassende Transformation jährliche Gewinne von 5 bis 10 Billionen US-Dollar bringen würde. „Die Kosten für diese Transformation – schätzungsweise 0,2 bis 0,4 % der weltweiten Wirtschaftsleistung pro Jahr – sind gering im Vergleich zu den Vorteilen, die sich daraus ergeben würden und die wirtschaftlich mehrere Billionen Dollar pro Jahr ausmachen“, sagt Hermann Lotze-Campen, FSEC-Kommissionsmitglied und Leiter der Forschungsabteilung Klimaresilienz am PIK.

Zwei Zukunftsszenarien modelliert

Für den Bericht wurden die Auswirkungen von zwei möglichen Zukunftsszenarien für das globale Ernährungssystem modelliert. Zum einen der Pfad der gegenwärtigen Trends, zum anderen der Pfad der Transformation des Ernährungssystems. Beim "Weiter-so-Pfad" wird prognostiziert, dass – selbst wenn die politischen Entscheidungsträger alle derzeitigen Zusagen einhalten – Unterernährung und Fettleibigkeit in einigen Teilen der Welt bis 2050 weiter zunehmen werden, die Nahrungsmittelproduktion anfälliger für den Klimawandel sein wird und die Ernährungssysteme weiterhin für ein Drittel der globalen Treibhausgasemissionen verantwortlich sein werden, was zu einem Anstieg der globalen Erwärmung auf 2,7 Grad bis zum Ende des Jahrhunderts führen wird.

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.

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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.

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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.

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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.

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