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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.

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Die Biotechnologie gilt als eine der Schlüsseltechnologien des 21. Jahrhunderts. Denn sie kann einen relevanten Beitrag zur Lösung aktueller gesellschaftlicher Herausforderungen bieten und die Wettbewerbsfähigkeit Deutschlands stärken. Dass in Deutschland Forschung und Entwicklung zur Biotechnologie auf internationalem Spitzenniveau betrieben wird, hat die Branche eindrucksvoll an der raschen Impfstoffentwicklung während der Covid-19-Pandemie gezeigt. Biotechnologische Anwendungen sind aber nicht nur für den Gesundheitssektor bedeutend, sondern tragen auch zur Ernährungssicherheit, zum Umwelt- und Klimaschutz und zu einer kreislaufbasierten Bioökonomie bei.

Dossier für den Zukunftsrat des Bundeskanzlers

Damit die Erfolgsgeschichte des Mainzer Unternehmens BioNTech kein Einzelfall bleibt, müssen brillante Ideen der deutschen Forschungs- und Entwicklungslandschaft erfolgreich in marktreifen Anwendungen umgesetzt werden. Im internationalen Vergleich hapert es hier jedoch.

In einem Analyse- und Debattenbeitrag aus der Publikationen-Reihe IMPULS hat die Wissenschaftsakademie acatech eine umfangreiche Bestandsaufnahme des Biotechnologie-Standorts Deutschland vorgenommen. In dem Papier mit dem Titel Lost in Translation? – Ansätze zur Entfesselung gesellschaftlicher und ökonomischer Potenziale der Biotechnologie werden zudem Wege aufgezeigt, um die innovationspolitischen Chancen dieser Technologie in Zukunft besser nutzen zu können. Der am 1. Februar veröffentlichte Band ist eine leicht überarbeitete Fassung eines Dossiers, das im vergangenen Jahr für den Zukunftsrat des Bundeskanzlers erstellt wurde.

Nach Angaben der Deutschen Umwelthilfe ist der Bausektor für 40 % des gesamten Rohstoffverbrauchs und 12 % der Treibhausgasemissionen in Deutschland verantwortlich. Hinzu kommt, dass täglich große Flächen durch den Neubau von Gebäuden und Straßen versiegelt werden und die Natur damit zerstört wird. Doch Bauen und Naturschutz müssen keine Rivalen sein. Wie aus Gegenspielern Mitspieler werden können, zeigt die neu eröffnete Ausstellung „Closer to Nature. Bauen mit Pilz, Baum, Lehm“ in der Berlinischen Galerie in Berlin-Kreuzberg.

Forschung trifft Architektur

Drei Exponate aus der Forschung machen hier sinnlich erlebbar, wie mithilfe modernster Technologien die Potenziale von Pilz, Baumholz und Lehm für die Zukunft des Bauens genutzt werden können. „Diese drei Objekte werden erstmals im musealen Kontext gezeigt“, betont Ursula Müller, Leiterin der Architektursammlung, anlässlich der Pressekonferenz zur Ausstellungseröffnung am 14. Februar. „Zusehen sind Exponate, die jeweils die biologischen Fähigkeiten nutzen, um neue Baumaterialien entstehen zu lassen. Sie atmen, wachsen und werden somit lebendig“, so Müller.

Tiny House aus Pilzmyzel und Holz

In der Ausstellung sind insgesamt drei Exponate Berliner Architekturprojekte zu sehen. Ein Highlight der Ausstellung ist das MY-CO SPACE – eine Skulptur aus Pilzmyzel, die vom Wissenschafts- und Kunstkollektiv MY-CO-X um die Berliner Mikrobiologin Vera Meyer entwickelt wurde. Das 20 Quadratmeter große Pilzhaus sieht aus wie eine Raumkapsel, ist bewohnbar und komplett biologisch abbaubar. Die Fassade des futuristischen Gebildes besteht aus einer tragenden Sperrholzkonstruktion, die 300 wabenförmige Pilzmyzel-Elemente miteinander verbindet. Dabei handelt es sich um Pilz-Stroh-Verbundstoffe, die biologisch abbaubar sind. Die Wandteile wurden jeweils mit dem Zunderschwamm (Fomes fomentarius) ausgefüllt. Mehr zu Vera Meyer finden Sie in unserem Biopionier-Porträt.

In einer Tafel Schokolade stecken in der Regel mindestens 30 % Kakao sowie Palmöl. Für diese Köstlichkeit werden die wertvollen Zutaten aus Brasilien, Afrika, Malaysia oder Indonesien importiert, wo Kakao-Monokulturen und abgeholzte Regenwälder die Artenvielfalt zerstören. Zudem wird für ein Kilogramm Kakao mehr Wasser benötigt als für ein Kilogramm Rindfleisch. Das Foodtech-Start-up Planet A Foods hat ein Rezept für Schokolade, die ganz ohne Kakao und Palmöl auskommt und damit große Mengen CO₂ einspart.

Schokolade aus Hafer, Rübenzucker und Sonneblumenkernen

Bei der Herstellung der kakaofreien Schokolade namens Choviva setzt das Start-up ausschließlich auf heimische Zutaten wie Hafer, Rübenzucker und Sonnenblumenkerne. Mit dieser Idee konnte das junge Münchner Unternehmen nun neue Investoren gewinnen und sicherte sich in einer Serie-A-Finanzierungsrunde 14,1 Mio. Euro. Mit dem frischen Kapital will Planet A Foods die internationale Expansion seiner Schokoladenalternative vorantreiben und die Technologie auf weitere pflanzliche Zutaten ausweiten.

„Die Serie A hat die Weiterentwicklung unserer Technologieplattform beschleunigt und es uns ermöglicht, hochkarätige Experten in den Bereichen Lipide, Schokolade und Synbio einzustellen. Wir haben nun die Produktion unserer Kakaobutter- und Palmölalternativen auf ein industrielles Niveau hochgefahren und sind für die Markteinführung aufregender neuer Produkte gerüstet“, sagt Sara Marquardt, Mitgründerin und CTO von Planet A Foods.

Technologieplattform zur Fermentation pflanzlicher Zutaten

Das 2021 gegründete Start-up hat nach eigenen Angaben eine Technologie zur Fermentation von pflanzlichen Zutaten entwickelt, mit der sich Aromen auf natürliche Weise aus heimischen Pflanzen wie Hafer nachbilden lassen. Durch Fermentation und Röstung entsteht aus einem Choviva-Konzentrat und der Choviva-Butter die kakaofreie Schokolade. In Kooperation mit Einzelhändlern und Lebensmittelherstellern konnte das Start-up bereits mehrere Produkte der veganen Schokolade auf den Markt bringen. In Zukunft will das Team um die Gründer-Geschwister Sara und Maximilian Marquardt weitere nachhaltige Lebensmittel entwickeln.

Angeführt wurde die Finanzierungsrunde vom Klima-VC World Fund. Außerdem beteiligten sich Omnes Capital, Cherry Ventures, Mudcake, Nucleus Capital und TriplePoint Capital. „Die Tatsache, dass diese Serie-A-Finanzierungsrunde trotz eines allgemeinen Rückgangs der Investitionen in die Lebensmitteltechnologie überzeichnet war, ist ein Beweis für ihren Erfolg. Wir freuen uns sehr, diese Runde für Planet A Foods geleitet zu haben, und können es kaum erwarten, das Team bei der Umsetzung seiner ehrgeizigen globalen Expansionspläne im Jahr 2024 und darüber hinaus zu unterstützen“, so Daria Saharova, Managing Partner beim World Fund.

bb

Mit veganen Thunfisch- und Lachsalternativen wollte das 2022 gegründete Start-up Ordinary Seafood eine nachhaltige Alternative zu Produkten aus industrieller Fischerei bieten und bis 2030 zum führenden Anbieter alternativer Meeresfrüchte werden. Nun musste das Potsdamer Foodtech-Unternehmen, das bereits mehrere Produkte vermarktet hatte, nach zwei Jahren seine Tätigkeit einstellen.

Dramatisch geänderte Finanzierungslandschaft

Auf LinkedIn schrieb Firmengründer und CEO Anton Pluschke (hier übersetzt): „Trotz des unglaublichen Kunden-Feedbacks und des großen Zuspruchs hat sich die Finanzierungslandschaft dramatisch verändert. Infolgedessen mussten wir die unglaublich schwierige Entscheidung treffen, den Betrieb einzustellen und uns von unserem hervorragenden Team zu trennen.“ Ordinary Seafood hatte eine EXIST-Gründerförderung des Bundesministeriums für Wirtschaft und Klimaschutz (BMWK) erhalten.

Fischalternativen auf Basis pflanzlicher Proteine

Bei der Herstellung der Produkte setzte das Team unter anderem auf Soja- und Erbsenproteine. Im Fokus standen vegane Lachs- und Thunfischalternativen sowie die Produktion alternativer Garnelenprodukte, für die auch Präzisionsfermentation zum Einsatz kam. Zwei dieser Produkte kamen erst Ende vergangenen Jahres beim Großhandelskonzern Metro auf den Markt. Gemeinsam mit anderen Pionieren der pflanzlichen, fermentativen und zellbasierten Lebensmittelproduktion gehörte das Potsdamer Start-up zu den Gründungsmitgliedern des ersten globalen Weltverbands für alternative Meeresfrüchte „Future Ocean Foods“.

bb/pg

Der Markt für alternative Proteine in Fischprodukten und Meeresfrüchten entwickelt sich dynamisch. Das Biotech-Start-up Pacifico Biolabs nutzt Pilze, um nachhaltige und nahrhafte Fischalternativen herzustellen – konkret setzt das Foodtech-Unternehmen hierbei auf das fadenförmige Geflecht von Pilzen, das Myzel, um Biomasse in innovative Lebensmittel zu verwandeln. Mithilfe seiner Fermentationstechnologie will das im Jahr 2022 gegründete Unternehmen so eine vollwertige Alternative zu Fischprodukten und Meeresfrüchten herstellen.

Für diese Idee konnte das Start-up Investoren begeistern und hat in einer Finanzierungsrunde 3,3 Mio. US-Dollar eingesammelt. Die Pre-Seed-Finanzierungsrunde wurde von den Foodtech-Wagniskapitalinvestoren Simon Capital und FoodLabs angeführt, mit Beteiligung von Exceptional Ventures und Sprout & About Ventures.

Fermentationstechnologie skalieren

Mit dem Geld will das Unternehmen seine Fermentationstechnologie weiterentwickeln, das Team verstärken und erste Produkte auf den Markt bringen. „Unsere Technologie wurde mit dem Ziel entwickelt, viele der Herausforderungen zu lösen, mit denen sowohl Unternehmen auf pflanzlicher Basis als auch Fermentationsunternehmen im Bereich der alternativen Proteine konfrontiert sind“, sagte Zac Austin, CEO des Start-ups, dem Wirtschaftsmagazin vegconomist. „Mit der Unterstützung unserer fachkundigen Investoren wird diese Finanzierung es uns ermöglichen, unsere Lösung effektiv zu skalieren und die Voraussetzungen für die Markteinführung unserer Produkte in ganz Europa zu schaffen.“

Mikrobiell erzeugte ganze Muskelstrukturen

Pacifico Biolabs wurde im November 2022 von Washington Logrono und Zac Austin gegründet. Ziel des Unternehmens mit Standorten in Berlin und Leipzig ist es, durch mikrobielle Fermentation „ganze Muskelstrukturen“ zu erzeugen. Beim Food Venture Summit 2023 des European Institute of Innovation and Technology (EIT), einer EU-Agentur, zählte Pacifico Biolabs zu den Gewinnern in der Kategorie „Net-Zero Food System“.

Dass derzeit in der boomenden Foodtech-Szene ein Finanzierungserfolg nicht garantiert ist, zeigt das Beispiel Ordinary Seafood: Erst kürzlich musste das auf vegane Lachs- und Thunfischalternativen spezialisierte Potsdamer Start-up trotz Marktpräsenz aufgrund von Finanzierungsschwierigkeiten seinen Betrieb einstellen.

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The market for alternative proteins in fish products and seafood is developing dynamically. The biotech start-up Pacifico Biolabs uses fungi to produce sustainable and nutritious fish alternatives - specifically, the foodtech company relies on the thread-like network of fungi, the mycelium, to transform biomass into innovative foods. With the help of its fermentation technology, the company, which was founded in 2022, aims to produce a wholesome alternative to fish products and seafood.

The start-up was able to inspire investors with this idea and raised 3.3 million US dollars in a financing round. The pre-seed financing round was led by foodtech venture capital investors Simon Capital and FoodLabs, with participation from Exceptional Ventures and Sprout & About Ventures.

Scaling fermentation technology

The company plans to use the money to further develop its fermentation technology, strengthen its team and launch its first products on the market. "Our technology was developed with the goal of solving many of the challenges faced by both plant-based and fermentation companies in the alternative protein space," Zac Austin, CEO of the start-up, told the business magazine vegconomist. "With the support of our expert investors, this funding will allow us to effectively scale our solution and set the stage for launching our products across Europe."

Microbially produced whole muscle structures

Pacifico Biolabs was founded in November 2022 by Washington Logrono and Zac Austin. The aim of the company, which has sites in Berlin and Leipzig, is to produce "whole muscle structures" through microbial fermentation. At the Food Venture Summit 2023 organized by the European Institute of Innovation and Technology (EIT), an EU agency, Pacifico Biolabs was one of the winners in the "Net-Zero Food System" category.

The example of Ordinary Seafood shows that financing success is currently not guaranteed in the booming food tech scene: the Potsdam-based start-up, which specializes in vegan salmon and tuna alternatives, recently had to cease operations due to financing difficulties despite its market presence.

bb/pg

Die UN-Nachhaltigkeitsziele (Sustainable Development Goals – SDGs) umzusetzen bedeutet nicht weniger als eine technologische und gesellschaftliche Transformation. Klimawandel, Biodiversitätsverlust und Umweltverschmutzung etwa stellen die Gesellschaft vor enorme Herausforderungen, die nur gemeinsam bewältigt werden können. Dabei ist es wichtig, Ängste und Widerstände gegenüber den anstehenden Veränderungen frühzeitig abzubauen.

Hier setzt eine neue Förderinitiative der Deutschen Bundesstiftung Umwelt (DBU) an. Ziel der Ausschreibung „Transformative Bildung für nachhaltige Entwicklung“ ist es, innovative Projekte zu fördern, in denen unterschiedliche Institutionen zusammenarbeiten – zum Beispiel eine Universität und eine Kommune mit einem mittelständischen Unternehmen. Unterschiedliche Zielgruppen sind aufgerufen, sich „an konkreten Veränderungsprozessen unter anderem in den Bereichen Mobilität, Energie, Wohnen, Quartiersentwicklung, Konsum und Nahrungsmittelproduktion“ zu beteiligen.„Der Wandel zu einer nachhaltigen Entwicklung gelingt vor allem dann, wenn Veränderungen aktiv und von möglichst vielen angepackt werden“, sagt DBU-Generalsekretär Alexander Bonde.

Konkrete Veränderungsprozesse anstoßen

Die jeweiligen Vorhaben sollen konkrete Veränderungsprozesse für eine nachhaltige Entwicklung voranbringen, zum Beispiel in einer Stadt oder in einem Unternehmen. „Es geht auch darum, wie wir Energie, Nahrung und Güter produzieren und konsumieren, wie wir uns fortbewegen, wie wir wohnen und arbeiten“, erläutert Cornelia Soetbeer, DBU-Abteilungsleiterin für Umweltkommunikation und Kulturgüterschutz sowie internationale Förderung.

Die Ausschreibung richtet sich an Akteure aus Bildung, Zivilgesellschaft, Kommunen, Museen sowie kleinen und mittleren Unternehmen. Gefördert werden Ansätze wie Realexperimente und Methoden aus den Bereichen Citizen Science und Service Learning. Paradebeispiel für eine solche Zusammenarbeit sei das von der DBU geförderte Projekt „Essen auf Rädern“. Hier arbeiten Forschende der Universität Münster mit Schulen, verschiedenen lokalen zivilgesellschaftlichen Bürgerinitiativen und einem Unternehmen zusammen, um die Stadt Essen für Fahrradfahrer attraktiver zu machen.

Implementing the UN Sustainable Development Goals (SDGs) means nothing less than a technological and social transformation. Climate change, biodiversity loss and environmental pollution, for example, present society with enormous challenges that can only be overcome together. It is important to overcome fears and resistance to the upcoming changes at an early stage.

This is where a new funding initiative from the German Federal Environmental Foundation (DBU) comes in. The aim of the "Transformative Education for Sustainable Development" call is to promote innovative projects in which different institutions work together - for example, a university and a local authority with a medium-sized company. Different target groups are called upon to participate in "concrete change processes in areas such as mobility, energy, housing, neighborhood development, consumption and food production". "The transition to sustainable development is particularly successful when changes are actively tackled by as many people as possible," says DBU Secretary General Alexander Bonde.

Initiating concrete change processes

The respective projects are intended to promote concrete change processes for sustainable development, for example in a city or in a company. "It's also about how we produce and consume energy, food and goods, how we get around, how we live and work," explains Cornelia Soetbeer, DBU Head of Department for Environmental Communication and Cultural Heritage Protection and International Funding.

The call for proposals is aimed at stakeholders from education, civil society, local authorities, museums and small and medium-sized enterprises. Funding is available for approaches such as real-life experiments and methods from the fields of citizen science and service learning. The DBU-funded project "Meals on Wheels" is a prime example of such cooperation. Here, researchers from the University of Münster are working together with schools, various local civil society initiatives and a company to make the city of Essen more attractive for cyclists.