Des einen Abfall ist des anderen Rohstoff

Biotechnologie kann Lösungen für nachhaltiges Fliegen bieten. Ein Beispiel: ökologische Materialien im Flugzeugbau. © Eric Karim Cornelis, Unsplash

Das gesellschaftliche Umdenken hin zu mehr Nachhaltigkeit verändert unsere Lebens- und Wirtschaftsform: Das Prinzip „Reduzieren – Wiederverwenden – Teilen – Reparieren“ hält dank eines übergreifenden Bewusstseinswandels immer mehr Einzug in unseren Alltag. Konkrete Vorstöße der Biotechnologie unterstützen dabei. Doch um langfristig erdöl- durch bio-basierte Produkte zu ersetzen, müssen Politik und Industrie noch stärker zusammenwirken, schreibt Mikrobiologin und Unternehmerin Christine Lang.

Die Natur kennt es schon immer: Des einen Abfall ist des anderen Rohstoff. Heute stellt die Kreislaufwirtschaft dank modernem Biotechnologie- und Ingenieurswissen dieses Prinzip produktiv nach. Dabei entstehen neue Werkstoffe und Prozesse, die das Potenzial in sich tragen, auch traditionelle Industrien wie Automobilbau oder Stahl nachhaltiger für die Zukunft aufzustellen – eine Chance, die jetzt ergriffen und unterstützt werden muss. Wie das geht, lässt sich an konkreten und inspirierenden Beispielen durchdenken.

Hightech aus Pflanzenfasern

Im Autobau war der Einsatz von Carbon-Bauteilen ein bedeutender erster Schritt hin zu einem ressourceneffizienten, weil extrem leichten Automobil-Chassis. Doch Carbon-Teile werden heute noch aus Erdöl hergestellt. Die Entwicklung muss daher weiter gehen. Morgen soll biologisches Material ihre Grundlage sein.

 

Noch bestehen Carbon-Fasern aus Erdöl. Bald sollen sie aus Pflanzenresten hergestellt werden und damit z.B. den Autobau nachhaltiger machen. © Ricardo Gomez Angel, Unsplash

Holzabfälle können eine neue Quelle für bio-basierte Carbon-Fasern sein. © T. Selin Erkan, Unsplash

Ingenieure arbeiten daran, Holz so aufzubereiten, dass der wertvolle Anteil Lignin, der für die Stabilität von Pflanzen bei ihrem Höhenwachstum sorgt und bisher als Rest der Papierherstellung im Abfall oder bei der Verbrennung landete, als reiner Rohstoff vorliegt. Lignin-Fäden sind technisch hoch interessant. Sie sind extrem dünn, zehn Mal feiner als menschliches Haar. Sie haben eine sehr hohe Reißfestigkeit, sind außerordentlich widerstandsfähig und gleichzeitig von geringer Dichte, daher sind sie sehr leicht. Zudem ist Lignin in großen Mengen vorhanden, es macht 20 bis 30 Prozent der Trockenmasse verholzter Pflanzen aus – es scheint ein Mittel zu sein, um im wahrsten Sinne aus Heu Gold zu spinnen.

Lignin kann als Teil von Verbundmaterialien in Keramik, Metall oder Kunststoffen verwendet werden, doch kann es auch das Hitzeschild eines Flugzeugs bilden. Carbonfasern im Flugzeugbau verlangen eine hohe Temperaturfestigkeit bei gleichzeitiger Leichtigkeit. Verarbeitetes Lignin kann das leisten und macht dabei das bisherige Hochpreisprodukt Carbon für vielseitigere Anwendungen zugänglich. Denn noch ist die Verwendung traditioneller Carbonfasern stark einschränkt. Sie werden in einem teuren Prozess auf Basis von Rohöl aus Polyacrylnitril gewonnen, wobei giftige Abgase entstehen, die aufwendig entsorgt werden müssen. Lignin, gewonnen aus den Abfällen der Papierindustrie, ist die nachhaltige Alternative. Wichtig ist jetzt, dass es bald auch die günstigere Alternative wird, denn obwohl die Produktion von traditionellem Carbon stark kostentreibend ist, müssen auch für die Aufbereitung und Verwendung von Lignin noch wirtschaftliche Prozesse entwickelt werden. Vielversprechend ist hier ein Zusammenspiel von Politik und industrieller Entwicklung.

Algen und Pilze als innovative Verpackungen für Lebensmittel

Auch für den Konsumentenalltag geht die wirtschaftliche Suche nach natürlichen, nachwachsenden Rohstoffen weiter. Herkömmliche Plastikfolien um Gemüse, Obst und Fleisch sowie Take-away-Becher sollen bald Vergangenheit sein: Ingenieure und Biologen arbeiten zusammen, um Algen als Ausgangsstoff für Lebensmittelumhüllungen aufzubereiten. Die Algen werden dabei so prozessiert, dass sie dünne Folien ausbilden, die sowohl stabil als auch geruchs- und geschmacksneutral sind und nach der Verwendung entweder mitgegessen oder im Bio-Abfall entsorgt werden können.

Der Algen-eigene Inhaltsstoff Agar-Agar, den viele Verbraucher bereits als Lebensmittelverdicker kennen, wird auch heute schon z.B. zu Cocktailgläsern prozessiert, die nach dem Gebrauch verzehrt werden können. Algen lassen sogar ganze Verpackungen „verschwinden“. Übergießt man sie mit heißem Wasser, werden sie rückstandsfrei gelöst. Dies könnte sogar das Ende der Plastik-Wasserflaschen sein – wenn die Entwicklung weiterverfolgt wird.

Dank bio-basierter Materialien für Take-away-Becher, Teller und Besteck wird ein mobiler und flexibler Lebensstil nachhaltiger. © Paul Siewert, Unsplash

Das Geflecht von Pilzfasern kann im Labor jede gewünschte Form annehmen. Sie wachsen direkt zum nachhaltigen Endprodukt heran. © Damir Omerovic, Unsplash

Auch Pilze könnten bald nachhaltige Styropor-Alternativen werden, z.B. im Einsatz als Take-away-Verpackungen. Pilzkulturen sind genügsam. Sie wachsen auf Bioabfällen und bilden durch ihr Zellgeflecht ein festes und kompaktes Material, das fast jede vorgegebene Form ausfüllt und damit direkt zum gewünschten Endprodukt heranwächst. Mit einem Hitzeschritt wird das Wachstum anschließend gestoppt und das fertige Produkt keimfrei aufbereitet. Während traditioneller Styropor ein Erdöl-Produkt und biologisch nicht abbaubar ist, sind die Pilz-Mycelien sowohl nachwachsend als auch im Sinne eines Rohstoffkreislaufs abbaubar. Sie können wieder als Rohstoff für das nächste Produkt dienen.

Ähnlich ist es mit Chitosan, einer Stabilisierungssubstanz in Insekten und Krustentieren, die ebenfalls ein zweites Leben in lebensmitteltauglichen Verpackungen bekommen soll. Derzeit wird vor allem an nachhaltigen, bioabbaubaren Mehrschichtfolien gearbeitet, die für hochwertige Verpackungen mit Barrierewirkung geeignet sind, da sie antimikrobielle Eigenschaften und eine hohe mechanische Stabilität aufweisen.

Nachhaltigkeit politisch fördern

Die Natur kennt so viele Wege für Zirkularität und Energieeffizienz, die sich die Bioökonomie zunutze macht, um den gesellschaftlichen Wandel hin zu mehr Nachhaltigkeit zu beantworten. Um dieses Umdenken in der Wirtschaft weiter voran zu treiben, braucht es jedoch auch politische Schritte. Dazu zählen zum einen mehr Transparenz für Verbraucher, um besser erkennen zu können, was wirklich nachhaltig ist. Zum anderen müssen wir uns einem realistisch kalkulierten CO2-Preis von Produkten stellen, um die wahren Kosten für Umwelt und Gesellschaft abzubilden. Die dadurch neu geschaffene Wettbewerbssituation im internationalen Markt müsste adäquat unterstützt werden.

Doch auch die Industrie muss ihren Teil leisten. Oft ist die Herstellung bio-basierter Rohstoffe noch teurer als die von Materialien, die Erdöl als Basis verwenden. Wirtschaftliche Industrieverfahren müssen oft noch entwickelt werden, brauchen aber vor allem das industrielle Expertenwissen. Erst wenn Industrie, Politik und Gesellschaft gemeinsam diese Schritte gehen, profitieren davon Umwelt, Wirtschaft und jeder Einzelne.

Über die Autorin

Prof. Dr. Christine Lang ist Gründerin, Beraterin und Professorin für Mikrobiologie und Molekulargenetik an der Technischen Universität (TU) Berlin. Im Jahr 2001 gründete sie das Biotechnologie-Unternehmen Organobalance (heute Novozymes Berlin GmbH) und 2010 die Organobalance Medical AG als Vorläuferin der BELANO Medical AG. Von 2012 bis 2019 war sie Vorsitzende des Bioökonomierates der Bundesregierung, seit Mai 2019 ist sie Präsidentin der Vereinigung für Allgemeine und Angewandte Mikrobiologie (VAAM). © BIO Deutschland / Christian Thomas