Nachwachsende Rohstoffe in der Industrie

Die Biotechnologie hat das Potenzial, die industrielle Produktion zu revolutionieren. Bisher basieren viele Produkte auf Erdöl. Doch die Industrie nutzt mehr und mehr Biomasse und biologische Prozesse.

Ein großer Teil der Industrie benötigt Erdöl – für die Produktion von Kunststoff und Chemikalien. Doch zunehmend lässt sich Erdöl durch Biomasse ersetzen. Zudem entstehen immer mehr Produkte mit Hilfe von biologischen Prozessen. Diese finden bei niedrigeren Temperaturen statt, bedürfen weniger Energie und es entstehen weniger giftige Abfälle.

Viel lässt sich biobasiert herstellen: Zum Beispiel sowohl Cremes als auch deren Verpackung © Thinkstock

Pilze, Bakterien, Pflanzen und Tiere können enorm viele Stoffe herstellen. Zum Beispiel Antibiotika, Gummi oder Enzyme. Enzyme beschleunigen chemische Reaktionen, zum Beispiel in Waschmitteln. Sie können bei geringen Temperaturen Eiweiße und hartnäckigen Schmutz entfernen. Der Vorteil für die Umwelt ist enorm: Das Waschpulver enthält weniger umweltschädliche Stoffe; gleichzeitig wird weniger Strom verbraucht.

Zu Beginn einer biotechnologischen Produktion suchen Wissenschaftler einen geeigneten Organismus oder ein Enzym für ihren Zweck. Wenn sie diese optimiert haben und das Verfahren im Reagenzglas funktioniert, folgt das „Up-Scaling“. Hier geht es darum, den Prozess im industriellen Maßstab in die Tat umzusetzen. Schließlich soll der gewünschte Stoff nicht nur grammweise, sondern in Tonnen entstehen. Der nächste Schritt ist die wirtschaftliche Isolierung des Stoffes aus der Nährstoffbrühe, das sogenannte „Down-Streaming“.

Bioraffinerien verringern die Abhängigkeit vom Erdöl

Ebenso wie normale Raffinerien aus Erdöl Grundstoffe für die Industrie herstellen, verwenden Bioraffinerien dazu Biomasse. Biomasse ist eine vielfältige Rohstoffquelle für die nachhaltige Erzeugung eines ganzen Spektrums von Produkten. Im "Chemisch-Biotechnologischen Prozesszentrum" in Leuna können Partner aus Wissenschaft und Wirtschaft testen, ob ihre komplexen Konzepte aus dem Labor auch im großen Maßstab funktionieren.

Neue Ideen für neue Produkte

Biokunststoffe sehen wie herkömmliches Plastik aus und lassen sich ebenso verwenden. In einem Projekt, das vom Bundesforschungsministerium gefördert wird, liefern Bakterien den Hochleistungskunststoff Polyamid. Viele Biokunststoffe sind sogar kompostierbar. Gelangt solches Plastik in die Umwelt, löst es sich nach einigen Monaten vollkommen auf. Manche Verpackung aus Bioplastik ist bereits im Handel.

In einem anderen Projekt werden neue Klebstoffe gesucht. In der Natur gibt es Stoffe, die auch unter Wasser oder auf sehr glatten Oberflächen gut haften. Miesmuscheln trotzen auf Felsen selbst starker Brandung. Mit Hilfe der Forschung könnten bald Klebstoffe entstehen, die auch auf Glas oder im Salzwasser dauerhaft halten.

Im Ideenwettbewerb „Neue Produkte für die Bioökonomie“ fördert das Ministerium die ersten Entwicklungsschritte. Interessenten können Geld bekommen, mit dem sie prüfen, ob die Vision auch eine gute Geschäftsidee ist. In dieser Sondierungsphase werden die richtigen Partner gesucht und ein Entwicklungsplan erarbeitet. Eine zweite Phase untersucht die Machbarkeit. So können Innovationen unkompliziert und schnell umgesetzt werden.

Effizienter und nachhaltiger produzieren

Pflanzen, Mikroorganismen und andere Lebewesen produzieren nahezu unendlich viele Stoffe – nachhaltig, mit Energie aus Sonnenlicht oder Biomasse. Wenn es uns gelingt, diese Fähigkeiten zu nutzen, wird auch unsere industrielle Produktion umweltfreundlicher.

In der Industrie konnte man Silikat bisher nur bei Temperaturen über 1.800 Grad Celsius im Glasschmelzofen herstellen – Meeresschwämme hingegen können es im kalten Ozean. Das Enzym Silicatein aus den Schwämmen kann nun für eine energiesparende Produktion eingesetzt werden.

Enzyme, die biologischen Reaktionsbeschleuniger, erfüllen viele Aufgaben – vom Bleichen der Jeans, zum Gerinnen der Milch für die Käseherstellung bis zur Reinigung der Wäsche. In einem Projekt des Bundesministeriums entstand ein Entrostungsmittel auf der Basis von Enzymen. Es ist so ungiftig, dass man die Hände hineinstecken und es ohne Bedenken im Freien anwenden kann.

Förderung für nachhaltige, innovative Verfahren

Die Innovationsinitiative Industrielle Biotechnologie setzt auf Vernetzung: Strategische Allianzen sollen zusammenarbeiten, um ganze Produktgruppen oder Industriezweige biologisch umzugestalten. Fünf solcher Allianzen gibt es inzwischen. Sie alle verbinden Großindustrie, kleinere Betriebe und Forschungslabore. Eines der Forschungsthemen ist zum Beispiel die Nutzung von Eiweißen im technischen Bereich – also in Baustoffen, Farben oder Reinigungsmitteln.

Die Initiative „Nächste Generation biotechnologischer Verfahren – Biotechnologie 2020+“ setzt noch tiefgreifender an. Hier geht es darum, Pionierarbeit für langfristige Änderungen zu leisten. Was ist an technischen Neuerungen notwendig, damit die Produktion mehr auf biologische Verfahren umstellen kann? Dazu arbeiten in einem lang angelegten Prozess Wissenschaftler aus verschiedenen Disziplinen zusammen.