Eine Reihe von Mitgliedern der ÖGMBT ist im Bereich Bioökonomie tätig. Dabei geht es sowohl um wirtschafts und forschungspolitische Fragen als auch um die Verbesserung von Produkten und Verfahren.
Laut Josef Glößl, Professor für Genetik und Zellbiologie an der Universität für Bodenkultur Wien (BOKU), einem der Gründer und Vorstandsmitglieder der ÖGMBT, empfiehlt sich, von „zirkulärer, nachhaltiger Bioökonomie“ zu sprechen. Die Kreislaufwirtschaft komme nur in starker Partnerschaft mit der Bioökonomie voll zum Tragen. Es sei wichtig, Stoffkreisläufe zu entwickeln, etwa durch Nutzung von Reststoffen aus Produktionsprozessen als Rohstoffe und das Schaffen von Wertschöpfungsketten. Als eines der „Zauberworte“ dabei erachtet Glößl die „kaskadische Nutzung“ der Biomasse. Erst, wenn die Möglichkeiten der stofflichen Nutzung ausgeschöpft sind, soll aus den Reststoffen Energie gewonnen werden. Daneben gehöre auch die direkte Energiegewinnung aus Biomasse gemäß der regionalen Gegebenheiten zu einem umfassenden Bioökonomiekonzept. Ferner empfehle es sich, die Biomasse nicht ausschließlich in die einzelnen Bausteine wie Glukose zu zerlegen und daraus die gewünschten Substanzen zu synthetisieren: „Wir sollten uns auch auf Syntheseleistungen der Natur stützen und beispiels-weise aus Zellulose oder Lignin neuartige, biobasierte Materialien mit den jeweils erwünschten Eigenschaften entwickeln.“
Kreislaufwirtschaft und kaskadische Nutzung dienen laut Glößl nicht zuletzt dazu, die nur begrenzt zur Verfügung stehenden biogenen Rohstoffe möglichst effizient und ressourcenschonend ein-zusetzen. Diese sind laut Glößl auch für die Anpassung an den Klimawandel und das Erreichen der viel diskutierten CO2-Neutralität unverzichtbar. Nicht zuletzt gelte es, auch Nutzpflanzen durch innovative Pflanzenzüchtung in ihrer Genetik so zu verbessern, dass sie dem Klimawandel gewachsen sind und etwa mit Hitzeperioden, Trockenheit oder Schädlingen besser zurechtkommen als verfügbare Sorten. Dafür sei die Genomeditierung („Neue genomische Methodik“) wesentlich: „Sie ist zentral für den Übergang zu einer nachhaltigeren Landwirtschaft, etwa durch die Züchtung neuer Sorten mit höheren Resistenzen gegen Schädlinge oder Umweltstress und effizienterem Wasser- bzw. Nährstoffhaushalt. Das hilft bei der regionalen und globalen Versorgung mit sicheren und gesunden Lebensmitteln sowie ausreichenden Mengen biogener Rohstoffe.“
Die ÖGMBT selbst kann Glößl zufolge einen wichtigen Beitrag zur Umsetzung der seit 2019 vorliegenden österreichischen Bioökonomiestrategie leisten: „Die ÖGMBT steht dafür, die für die Entwicklung der Bioökonomie erforderliche interdisziplinäre Forschung zu forcieren und die Zusammenarbeit der akademischen Forschung mit der Wirtschaft weiter zu verbessern.“ Für die Entwicklung innovativer, biobasierter Produkte oder Prozesse sei die „Kooperation mit der Wirtschaft auf Augenhöhe“ wesentlich. Ein weiteres Tätigkeitsfeld sieht Glößl in der besseren Verankerung der Bioökonomie in der universitären Lehre und der beruflichen Weiterbildung sowie in der Wissenschaftskommunikation. Es sei notwendig, den Menschen vom Kindesalter an die Bedeutung der Bioökonomie für die Schaffung einer auf erneuerbaren Ressourcen basierenden Wirtschaft zu vermitteln. Hier spielt etwa der Verein Open Science in Kooperation mit der ÖGMBT eine Pionierrolle in Österreich.
Industriepartner wichtig
Michael Sauer, Professor am Institut für Mikrobiologie und Mikrobielle Biotechnologie der Universität für Bodenkultur (BOKU) in Wien, befasst sich derzeit nicht zuletzt mit einem Projekt zur Nutzung von Glycerin. Dieser Stoff fällt bei verschiedensten biobasierten Prozessen an, von der Biodieselerzeugung bis zur Produktion von pflanzenölbasierten Chemikalien. Gemeinsam mit der Bioprozesstechnikfirma Vogelbusch arbeiten Sauer und sein Team in einem CD-Labor daran, Glycerin in verwertbare Chemikalien umzuwandeln. Eine davon ist Propandiol, das sich für die Herstellung von Kunstfasern nutzen lässt. Andere Substanzen können als Desinfektionsmittel bzw. als Basis für Acryl und Plastik dienen. Mit dem Faserhersteller Lenzing wiederum befasst sich Sauer im Kompetenzzentrum WoodKplus damit, aus einem Nebenstrom der Holzverwertung Milchsäure für die Produktion von Bioplastik zu generieren. Vor einigen Jahren arbeitete Sauer daran, aus Lignozellulose Itakonsäure zu gewinnen. Dies erwies sich als grundsätzlich möglich, aber als zurzeit unwirtschaftlich. Sauer zufolge wird es innerhalb der nächsten fünf bis zehn Jahre „kaum möglich sein, Biochemikalien in breiter Masse so günstig zu machen wie petrochemische Erzeugnisse“. Ein wesentlicher Grund dafür ist, dass die Folgekosten der Petrochemie zurzeit nicht berücksichtigt werden: „Hier muss die Politik eingreifen. Wir brauchen dringend eine Ökologisierung des Steuersystems.“ Ohne Industriepartner lassen sich grundsätzlich sinnvolle Verfahren allzu oft nicht bis zur Marktreife bringen, bedauert Sauer: „Bis zum Proof of Concept bekommt man Geld aus der Forschungsförderung, kurz vor der Marktreife sind industrielle Unternehmen bereit, sich finan-ziell zu beteiligen. Aber dazwischen klafft das berühmte Valley of Death.“ Hier müsse die Forschungspolitik eingreifen und entspre-chende Programme etablieren. Zurzeit fokussiere die Forschungsförderung zu sehr auf abstrakte Exzellenz. Aber darum gehe es nicht: „Wenn wir ein Problem lösen können und daraus Arbeits-plätze und Wertschöpfung entstehen, sollte meine Forschung förderungswürdig sein, selbstverständlich unter Beachtung internationaler Qualitätsstandards.“
Ähnlich wie Glößl plädiert Sauer für den Aufbau einer weitestgehend biobasierten Kreislaufwirtschaft: „Wenn man biologische Prozesse und Rohstoffe nutzt, die umweltfreundlich sind, kann man Materialkreisläufe nachhaltig aufrechterhalten.“
Enzyme für die Industrie
Mit der Etablierung enzymatischer Prozesse für biobasierte Produkte, die bessere Eigenschaften haben als petrochemische Erzeugnisse, beschäftigt sich Robert Kourist, Professor für Molekulare Biotechnologie an der Technischen Universität (TU) Graz. Kourist und sein Team arbeiten dabei gezielt mit Industriepartnern zusammen. Außer den Produkteigenschaften wollen sie dabei auch die CO2-Bilanz der jeweiligen Ware verbessern. Dazu setzen sie bei der Optimierung der Enzyme in zunehmendem Maße Machine Learning und Künstliche Intelligenz ein. Kourist erläutert:
„Enzyme sind oft auf ihre natürliche Funktion hin optimiert. Wir versuchen, ihre Tauglichkeit für industrielle Produktionsprozesse zu verbessern.“ Dazu werden Daten generiert, auf deren Basis mit künstlicher Intelligenz versehene Algorithmen lernen, die Eigenschaften von Enzymen vorherzusagen. So soll die Effizienz der Forschung gesteigert werden. Zurzeit erheben Kourist und seine Kollegen die ersten Datensätze, die jeweils etwa 10.000 bis 20.000 Datenpunkte umfassen sollen. Im nächsten Schritt werden gemeinsam mit Wissenschaftlern der TU Graz, die sich mit Künstlicher Intelligenz befassen, Algorithmen gesucht, die diese Daten-sätze bestmöglich analysieren können. Laut Kourist befindet sich das Proteinengineering gerade „in einer Übergangsphase. Etliche Forscher in aller Welt gehen in Richtung Machine Learning“. Kourist selbst hofft, in etwa ein bis zwei Jahren „die ersten Ergebnisse in Form verbesserter Enzyme zu haben, mit denen wir in der Folge in die Produktverbesserung gehen können“. Enzyme seien oft der „Flaschenhals“ in einem industriellen Produktionsprozess: „Jede Verbesserung eines Enzyms ist eine Kostenersparnis.“
Überdies beschäftigen sich Kourist und seine Mitarbeiter mit der stofflichen Nutzung von CO2. Ihr besonderes Interesse gilt dabei Mikroalgen sowie Knallgasbakterien, die CO2 binden können. Um diese zu optimieren, sind laut Kourist Verbesserungen bei der Verfahrenstechnik notwendig, nicht zuletzt bei der Form und, im Falle der Mikroalgen, auch der Lichtdurchlässigkeit der Bioreaktoren. „Dabei ist es notwendig, dass das molekulare Bioengineering mit dem Prozessengineering Hand in Hand geht. Man muss noch viel interdisziplinärer arbeiten als bisher“, erläutert Kourist.
Published in ChemieReport 06/2021
