Deutschland mit einer biobasierten Wirtschaft zukunftsfähig machen

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Deutschland mit einer biobasierten Wirtschaft zukunftsfähig machen

Bundesverband der Deutschen Industrie e.V.

Stand: 15. Oktober 2019

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Inhaltsverzeichnis I.

Biobasierte Technologien eröffnen neue Chancen für nachhaltiges Wirtschaften und die Lösung gesellschaftlicher Herausforderungen

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1. Biotechnologie ist als Schlüsseltechnologie Triebfeder zukünftigen Fortschritts

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2. Die biologische Transformation setzt Impulse für Innovation und Wertschöpfung in allen Branchen

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II. Unternehmen der industrielle Biotechnologie treiben die steigende Bedeutung der Bioökonomie in Deutschland an

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III. Die Politik muss handeln

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IV. Handlungsempfehlungen

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Anhang 1: Aktuelle Anwendungsbeispiele

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Anhang 2: Pilotprojekte Bioökonomie

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Anhang 3: Forschungsprojekte und Zukunftsfelder

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Über den BDI

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Impressum

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I. Biobasierte Technologien eröffnen neue Chancen für nachhaltiges Wirtschaften und die Lösung gesellschaftlicher Herausforderungen 1. Biotechnologie ist als Schlüsseltechnologie Triebfeder zukünftigen Fortschritts Politik und Gesellschaft haben in den vergangenen Jahren auf die Herausforderungen des steigenden Ressourcenverbrauchs und Klimawandels mit nationalen und internationalen Programmen und Maßnahmen reagiert.

Ihr gemeinsames Ziel ist eine nachhaltige, umweltschonende und CO2-arme Wirtschaft, aber auch die Versorgung einer wachsenden Weltbevölkerung mit Nahrungsmitteln, Impfstoffen und Arzneimitteln. Die industrielle Biotechnologie hat sich dabei zu einer tragenden Säule des Transformationsprozesses in eine biobasierte und nachhaltige Wirtschaft, eine Bioökonomie, entwickelt. Als Querschnittstechnologie vermag sie ähnlich wie die Digitalisierung einen tiefgreifenden Wandel in Gesellschaft und Industrie auszulösen. In der Medizin ermöglicht sie beispielsweise neue Heilungs- und Behandlungsmethoden, während es der breite Einsatz biotechnologisch basierter Produktionsverfahren erlaubt, viele Grundstoffe und Konsumgüter qualitativ besser und ressourcenschonender herzustellen.

Die Politik ist gefordert, diesen Transformationsprozess in eine Bioökonomie durch eine kluge Rahmensetzung zu unterstützen und die Entwicklung der Biotechnologie als Schlüsseltechnologie und Innovationsmotor zu fördern.

Die im Koalitionsvertrag angekündigte Agenda „Von der Biologie zur Innovation“ will die Industrie aktiv mitgestalten.

2. Die biologische Transformation setzt Impulse für Innovation und Wertschöpfung in allen Branchen Seit rund 10.000 Jahren setzen die Menschen bereits biobasierte Technologien ein, um Nahrungsmittel zu veredeln – Brot, Käse und Bier waren und sind bekannte Beispiele. Heute ermöglicht Biotechnologie auch in über die Ernährung hinausgehenden Bereichen eine Produktion im Verbund mit der Natur. Beispiele sind unter anderem in den Bereichen Medizin, Umwelt, Klima, Industrie, Landwirtschaft und Energie zu finden.

Bei den biotechnischen Anwendungen liegt die Verbesserung beispielsweise darin, fossile Rohstoffe durch nachwachsende Rohstoffe sowie Prozesse in der freien Natur durch solche im geschlossenen System zu ersetzen. In vielen Bereichen aber ermöglicht das heute verfügbare biologische Wissen, völlig neue Produkte und Anwendungen zu schaffen – Seite 3 von 26

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insbesondere in den Bereichen Medizin, Lebensmittel, Wertstoffe und Agrarwirtschaft (siehe Anhang 1).

Die Nachhaltigkeit der Technologie ist häufig in den umweltschonenderen biologischen Produktionsverfahren und in der quasi CO2-neutralen Gewinnung und Umwandlung von nachwachsenden Rohstoffen begründet.

Biotechnische Produktionsverfahren weisen außerdem oft eine effizientere und nachhaltigere Ressourcennutzung sowie Energieverbräuche im Vergleich zu konventionellen Produktionsabläufen auf. Eine holistische Betrachtung und die Verwendung des Begriffes Nachhaltigkeit erlauben sogar eine breitere Bewertung des Themas im Sinne der Sustainable Development Goals der Vereinten Nationen, SDGs. Dabei wird neben den Umweltaspekten auch der gesamtgesellschaftliche Nutzen biobasierter Produkte berücksichtigt, z.B. in den Bereichen Ernährung (SDG Nr. 2) und Gesundheit (SDG Nr. 3) sowie Energie und nachhaltige Produktion („affordable and clean energy“ (SDG Nr. 7) und „responsible consumption and production“ (SDG Nr. 12) bei denen es darum geht, auch mit technologisch modernen Methoden und Produkten beispielweise ländliche Erwerbs-, Produktions- und Siedlungsformen zu sichern, Umweltschutz zu betreiben oder „ein gesundes Leben für alle Menschen jeden Alters [zu] gewährleisten und ihr Wohlergehen [zu] fördern“.1 Die biologische Transformation der industriellen Produktion kann aber auch über den Einsatz biologischer Materialien und Prozesse hinausgehen.

Biologisches Wissen wird zum Beispiel bereits genutzt, um die Eigenschaften oder die Effizienz von Materialien und Oberflächen, Bewegungsabläufen, Schwarmverhalten sowie autonome, autarke und/oder lernende Systeme chemisch, physikalisch oder in silico zu verbessern. Damit eröffnen sich auch für viele weitere Industriesektoren, die bisher noch gar nicht mit der biologischen Transformation in Berührung gekommen sind, neue Impulse für Wertschöpfung, Geschäftsmodelle und Märkte (siehe Anhänge 2 und 3).

II. Unternehmen der industriellen Biotechnologie treiben die steigende Bedeutung der Bioökonomie in Deutschland an Nach den jüngsten im Deutschen Biotechnologiereport 2019 vorgelegten Zahlen (vgl. Ernst & Young (2019): Deutscher Biotechnologiereport 20192) verzeichnet die deutsche Biotech-Industrie eine anhaltend positive Entwick1 2

https://www.un.org/sustainabledevelopment/sustainable-development-goals/ Erhebung von BIO Deutschland e. V. in Zusammenarbeit mit EY (https://www.ey.com/Publication/vwLUAssets/ey-deutscher-biotechnologie-report-2019/$FILE/ey-deutscherbiotechnologie-report-2019.pdf )

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lung: Nicht nur die Zahl der Biotech-Unternehmen stieg 2018 auf gut 650, auch die Mitarbeiterzahlen wuchsen zuletzt deutlich um fünf Prozent auf über 27.000 Beschäftigte. Hinzu kommen biotechnische Arbeitsplätze in den Anwenderbranchen wie u.a. der Chemie, der Medizin, der Futter- und Lebensmittelindustrie, der Energiewirtschaft sowie der Umwelttechnik.

Damit nehmen die Biotech-Unternehmen eine immer wichtigere Rolle ein.

Als Schlüsseltechnologie durchdringt die Biotechnologie unterschiedlichste Branchen und trägt dort zur Wertschöpfung bei. Beispiele umfassen die Energie- und Gesundheitswirtschaft, die Lebensmittel- und Futtermittelproduktion, die Chemie, die Papierindustrie oder Pflege- und Kosmetikprodukte. Die Biologisierung der Wirtschaft trägt zur Entstehung einer Bioökonomie bei. Sie wird sektoral sehr unterschiedlich abgegrenzt. Zu ihr zählen nach einer Definition der EU-Kommission alle wirtschaftlichen Sektoren und Dienstleistungen, die biologische Ressourcen wie Pflanzen, Tiere oder Mikroorganismen produzieren, ver- und bearbeiten oder in irgendeiner Form nutzen (vgl. European Commission (2012): Innovating for Sustainable Growth: A Bioeconomy for Europe). Nach aktuellen Berechnungen erwirtschafteten in der EU 18 Millionen Beschäftigte in allen Branchen der Bioökonomie rund 2,28 Billionen Euro Jahresumsatz.

Konservativere Erhebungen errechnen für Deutschland einen Umsatz der Bioökonomie von 141 Milliarden Euro, wenn Textil-, Holz- und Papierwirtschaft sowie Biokraftstoffe/Bioenergie, Chemie-, Plastik- und Pharma-Industrie betrachtet werden (nova-Institut 2019). In diesem Segment der Bioökonomie sind in Deutschland rund eine halbe Million Menschen beschäftigt (vgl. Ernst & Young (2017): Deutscher Biotechnologiereport 2017, S. 36). Nicht alle diese Arbeitsplätze sind direkt mit der Biotechnologie verknüpft, aber sehr viele hängen von dieser Schlüsseltechnologie ab. Eine Studie der IDEA Consult für EuropaBio (vgl. EuropaBio (2016): Jobs and Growth generated by Industrial Biotechnology in Europe) schätzt die Wertschöpfungseffekte der industriellen Biotechnologie in Europa auf 31,6 Milliarden Euro und die Anzahl der direkten und indirekten Arbeitsplätze auf 486.000. Es wird davon ausgegangen, dass pro Arbeitsplatz in der industriellen Biotechnologie vier weitere Arbeitsplätze an anderer Stelle geschaffen werden (ebd.).

III. Die Politik muss handeln Bereits seit 2010 gibt es in Deutschland Forschungs- und Politikstrategien für eine biobasierte Wirtschaft, eine Bioökonomie. Deutschland ist damit einer der industriestrategischen Vorreiter für dieses globale Thema. In der Umsetzung wird das hiesige Potenzial allerdings nicht ausgeschöpft. Die Fortschritte in den Biowissenschaften könnten bereits weitreichendere und umfassendere Handlungsspielräume in der Produktion und in der Versorgung www.bdi.eu

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der Menschheit mit Nahrungsmitteln, Impfstoffen und Arzneimitteln erschließen, als das bisher der Fall ist. Die Bundesregierung hat sich in ihrem Koalitionsvertrag dazu bekannt, den „Wandel zu einer auf erneuerbaren Ressourcen beruhenden Wirtschaft mit Hilfe der Bioökonomie“ weiter vorantreiben zu wollen. Darüber hinaus soll eine ressortübergreifende Agenda „Von der Biologie zur Innovation“ gemeinsam mit Wirtschaft, Wissenschaft und Zivilgesellschaft erarbeitet werden. Auch auf europäischer Ebene gibt es seit 2012 eine Bioökonomie-Strategie, die zum November 2017 evaluiert und im dritten Quartal 2018 aktualisiert wurde3.

IV. Handlungsempfehlungen Ohne Beteiligung der deutschen Industrie ist eine stärkere Bioökonomisierung nicht möglich. Der BDI fordert die Bundesregierung daher auf, die Industrie in die Entwicklung der Agenda „Von der Biologie zur Innovation“ eng einzubinden.

Nachhaltigkeit, Gesundheit, Umweltschutz, CO2-Vermeidung sowie der verantwortungsvolle Umgang mit Energie und Rohstoffen sind Ziele, die von der ganzen Gesellschaft getragen werden müssen. Wir fordern die Bundesregierung auf, eine ressortübergreifende Plattform für einen gesamtgesellschaftlichen Dialog – Biodialog – einzurichten, in der unter Beteiligung von Zivilgesellschaft, Wissenschaft und Wirtschaft über die Vorund Nachteile der Anwendung der Biotechnologie in den Bereichen Medizin, industrielle Produktion und Landwirtschaft diskutiert wird.

Der BDI fordert zudem: ➢ Ein klares Bekenntnis der Politik zur zentralen Bedeutung der Biotechnologie bei der Umsetzung der Bioökonomie-Strategie.

Die Nationale Bioökonomiestrategie sowie die Hightech-Strategie 2025 der Bundesregierung müssen die Biotechnologie als Schlüsseltechnologie aufnehmen. Basierend auf dem industrieübergreifenden Einsatz der Biotechnologie ist die ressortübergreifende Arbeit der Bundesregierung dabei zentral. ➢ Die schnelle Umsetzung zur Förderung fortschrittlicher Biokraftstoffe: Es bedarf einer schnellen Umsetzung der neugefassten Richtlinie für Erneuerbare Energien (RED II) in nationales Recht verbunden mit ambitionierten Zielsetzungen zur Erhöhung des Biokraftstoffverbrauchs4; zusätzlich die Anrechnung 3

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2017-11-21, Directorate-General for Research and Innovation (European Commission): Bioeconomy strategy review und https://ec.europa.eu/knowledge4policy/publication/updated-bioeconomy-strategy2018_en Nach Berechnungen aus dem BMWi von Juli 2018 entspricht eine Verdopplung des Biokraftstoffverbrauchs bis 2030 etwa einer zusätzlichen CO2-Einsparung von 7 bis 8 Mio. Tonnen.

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von fortschrittlichen Biokraftstoffen und strombasierten Kraftstoffen auf die CO2-Flottenregulierung (PKW, N1 und LKW) als ergänzende Option. Dadurch können die hohen CO2Vermeidungskosten der Automobilwirtschaft zum Hochlauf der erneuerbaren Kraftstoffe genutzt werden wie in einem BDIPositionspapier zum Thema5 beschrieben. Dies muss rasch geschehen, da zur Erreichung der Klimaschutzziele im Verkehrssektor bis 2030 die CO2-neutralen Kraftstoffe laut BCG/Prognos-Analysen 25 Prozentpunkte zur Zielerreichung beitragen. ➢ Die Unterstützung von Öffentlichkeitsarbeit und des Dialogs mit der Gesellschaft. Die Vorteile einer industriellen Bioökonomie müssen herausgestellt werden. Die Kommunikation muss insbesondere für Verbraucherinnen und Verbraucher transparent und klar verständlich sein. ➢ Den Ausbau etablierter und bewährter öffentlicher Programme zur Förderung von jungen Unternehmen in der Gründungsphase sowie in späteren Wachstumsphasen: Aufgrund des häufig hohen Kapitalbedarfs von kleinen und mittleren Unternehmen der industriellen Biotechnologie sind diese ganz besonders auf projektspezifische Förderprogramme und programmatische Förderung, beispielsweise durch Gründerfonds für Unternehmen, angewiesen.

Die öffentliche Förderung ist eine ganz wesentliche Säule in der Innovationsfinanzierung für nachhaltige Technologien und Produkte und sollte dringend ausgebaut werden. ➢ Zur Unterstützung und Förderung der Biotechnologie als Schlüsseltechnologie und Innovationsmotor ist die Sicherstellung von Schutzrechten geistigen Eigentums im Bereich lebender Organismen notwendig, denn lebende Organismen bilden die Grundlage einer Bioökonomie. ➢ Die Förderung von innovativen nachhaltigen Lösungen zur Etablierung der biologischen Kreislaufwirtschaft; dazu gehören beispielsweise die Nutzung von organischen Abfallströmen mit biotechnologischen Verfahren, sowie die Entwicklung biologisch abbaubarer Polymere. ➢ Die Beschleunigung der Umsetzung bioökonomischer Ansätze in der Industrie durch Förderung von vorwettbewerblichen PilotAnlagen und Prototyp-Entwicklungen sowie die Etablierung eines Wachstumsfonds für die biotechnische Produktion in Deutschland.

Dieser Fonds investiert in die Hochskalierung der Technologie und den Bau entsprechender (Groß-) Anlagen.

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https://bdi.eu/publikation/news/rahmenbedingungen-fuer-die-e-fuels-technologien/

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➢ Auf europäischer Ebene ist eine Initiative für eine gemeinsame EUBioökonomiepolitik erforderlich, die die komparativen Stärken der EU-Mitglieder zum Tragen bringt und diese damit international wettbewerbsfähiger macht. Sie kann aufbauen auf einer reformierten gemeinsamen EU-Agrarpolitik, einer Weiterentwicklung der EUBioökonomiestrategie und dem nächsten EU-Rahmenprogramm für Forschung und Entwicklung. Diese europäischen Prozesse sind für die deutsche Bioökonomie von zentraler Bedeutung und deren Ausgestaltung muss aktiv begleitet werden. Die Bundesregierung sollte sich für die Weiterführung des europäischen Bio-Based Industries Consortium (BBI) sowie eine dazugehörige Budgeterhöhung stark machen.

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Anhang

Anhang 1: Aktuelle Anwendungsbeispiele

1. Reinigungsenzyme (Henkel AG & Co. KGaA) Henkel entwickelt innovative und noch leistungsstärkere Enzyme für die optimale Wäschepflege und für flüssige Geschirrspülmittel. Seit Februar 2014 ist ein neues „Pril“ im Handel, welches als lagerstabiles flüssiges Handgeschirrspülmittel eine beständige Amylase gegen (auch eingetrocknete) Stärkeverkrustungen enthält. Durch den Einsatz von diesen Enzymen kann Energie eingespart werden, da diese leistungsstärker sind und bereits bei niedrigeren Temperaturen wirken. Da die Enzyme einen Teil der chemisch hergestellten Tenside ersetzen, wird außerdem Material gespart.

Pro Jahr können dadurch 2000 Tonnen Tenside eingespart werden.6

2. Insulin (Sanofi-Aventis Deutschland GmbH) Seit den 80er Jahren wird Humaninsulin zur Behandlung des Diabetes mellitus gentechnisch hergestellt. Das Ziel einer jeden Diabetestherapie ist das Erreichen einer stabilen und guten Blutzuckereinstellung. Welcher HbA1c-Wert dabei anzustreben ist, variiert individuell. Bei Typ-1Diabetespatienten ist es in der Regel ein Wert unter 7,5 Prozent für Typ-2Diabetespatienten wird ein Wert zwischen 6,5 bis 7,5 Prozent empfohlen. Um dieses Ziel zu erreichen, gibt es verschiedene therapeutische Maßnahmen.

Wichtige Bausteine der Diabetestherapie sind das Mahlzeiten-Insulin und das langwirksame Basal-Insulin, das Sanofi anbietet. Bei stoffwechselgesunden Menschen steigt nach der Aufnahme von kohlenhydrathaltigen Nahrungsmitteln der Blutzuckerspiegel, die Inselzellen der Bauchspeicheldrüse erhalten ein Signal, woraufhin sie verstärkt Insulin produzieren. Wenn die in der Nahrung enthaltenen Kohlenhydrate abgebaut sind, sinken der Blutzuckerspiegel und damit auch die Insulinproduktion.

Mit der Entwicklung von modernen, schnellwirksamen Insulinanaloga ist es möglich, diese natürliche Insulin-Ausschüttung nach der Mahlzeit nach6

Das Produkt wurde europaweit mit dieser Formel eingeführt und in einer sehr verbraucherrelevanten Dimension leistungsverstärkt. Die Wettbewerber von Henkel ahmen dieses Produkt nach und die Stiftung Warentest hat ihre Testkriterien dahingehend angepasst.

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zuahmen. Mahlzeiten-Insuline sorgen schnell und effektiv dafür, dass die Glukose aus dem Blut in die Zellen gelangt, wo sie zur Energiegewinnung benötigt wird.

Mahlzeiten-Insuline können in verschiedenen Therapiesituationen angewandt werden. In Kombination mit blutzuckersenkenden Tabletten (orale Antidiabetika) und/oder zusammen mit einem langwirksamen Basalinsulin kann so eine passende Diabetestherapie zusammengestellt werden.

3. Biotechnologie in der industriellen Gesundheitswirtschaft (WifOR) Im Jahr 2018 betrug die Bruttowertschöpfung der medizinischen Biotechnologie 11,2 Milliarden Euro und machte damit über 13 Prozent der Bruttowertschöpfung der industriellen Gesundheitswirtschaft (IGW) in Deutschland aus7. Die Berechnungen von WifOR im Auftrag des BMWi ergaben außerdem, dass durch Biotechnologie seit 2007 zusätzlich 20.000 Arbeitsplätze geschaffen wurden; die Zahl der Biotechnologie-Beschäftigten erhöhte sich damit in der IGW auf 66.400. Das Exportvolumen der Biotechnologie hat sich in den letzten Jahren von 10,4 Milliarden auf 24,2 Milliarden Euro mehr als verdoppelt (ebd.). Insgesamt erzeugt Biotechnologie einen ökonomischen Fußabdruck von über 20 Milliarden Euro, und mit der wirtschaftlichen Aktivität der Branche sind gesamtwirtschaftlich rund 196.000 zusätzliche Erwerbstätige verbunden (ebd.).

4. Biopharmazeutika im Allgemeinen (vfa bio, Biotechnologie im Verband forschender Pharma-Unternehmen vfa) Im Jahr 2018 wurde in Deutschland mit Biopharmazeutika ein Umsatz von rund 11,4 Milliarden Euro erzielt (zu Herstellerabgabepreisen), was einer Steigerung von 11,7 Prozent gegenüber dem Vorjahr entspricht; das Wachstum der Biopharmazeutika setzt sich also fort. Zum Vergleich: Die Umsätze des gesamten deutschen Pharmamarktes legten im gleichen Zeitraum um 6,0 Prozent zu. Der Anteil der Biopharmazeutika am gesamten Pharmamarkt ist dadurch von 26,0 Prozent auf 27,4 Prozent gestiegen. Das zeigt, dass Biopharmazeutika immer wichtiger für die Versorgung von Patienten werden. Die Immunologie ist mit 32 Prozent der umsatzstärkste Bereich. Immunologie, Onkologie und Stoffwechselerkrankungen kommen zusammen auf 75 Prozent des biopharmazeutischen Gesamtumsatzes. Dabei

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Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi) (2019): Gesundheitswirtschaft – Fakten & Zahlen.

Sonderthema: Industrielle Gesundheitswirtschaft.

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machen Antikörper, Impfstoffe und Insuline rund 60 Prozent aller Biopharmazeutika aus.8

5. Vitamin B2 (BASF SE) Während Vitamin B2 früher überwiegend in einem mehrstufigen chemischen Verfahren synthetisiert wurde, ist die Produktion mit Hilfe von gentechnisch veränderten Mikroorganismen inzwischen weltweit Standard.

Alle großen Vitamin B2-Hersteller haben biotechnische Verfahren entwickelt. Sie nutzen dafür verschiedene gentechnisch optimierte Produktionsstämme (vor allem: Bacillus subtilis, ein Bodenbakterium, auch Pilze und verschiedene Hefe-Stämme).

Einige dieser Mikroorganismen können von Natur aus Vitamin B2 bilden.

Durch das Einführen geeigneter Erbgutabschnitte, welche die Bildung der an der natürlichen Vitaminsynthese beteiligten Enzyme regulieren, kann der zu Vitamin B2 führende Stoffwechselweg optimiert und die hergestellte Menge um ein Vielfaches gesteigert werden.

In einer Kooperation mit der Universität von Salamanca, Spanien, haben Forscher der BASF die biotechnologische Herstellung von Vitamin B2 bereits im vergangenen Jahrhundert deutlich optimiert. Dazu untersuchten sie einen Pilz mit dem wissenschaftlichen Namen Ashbya gossypii. Mit seiner Hilfe stellt der Unternehmensbereich Nutrition & Health in Gunsan, Korea, Vitamin B2 her; inzwischen jährlich über tausend Tonnen. Die biotechnischen Herstellungsverfahren haben gegenüber der chemischen Synthese deutliche Vorteile: Die Produktionskosten sind um vierzig Prozent niedriger, der Ressourcenverbrauch um sechzig, CO2-Emissionen um dreißig und die Abfallstoffe um 95 Prozent. Nun konnten die Partner von Unternehmen und Hochschule die Produktivität des Mikroorganismus mit biotechnologischen Methoden um 20 Prozent steigern. Für diese erfolgreiche Zusammenarbeit ist die BASF von der Universität von Salamanca ausgezeichnet worden.

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https://www.vfa.de/embed/bcg-vfa-bio-biotech-report-2018.pdf

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6. Käseherstellung Durch die stetig wachsende Käseproduktion erhöhte sich der Bedarf an Lab. Das Angebot von Labmägen junger saugender Kälber konnte dieser verstärkten Nachfrage nicht standhalten. Gentechnisch hergestelltes Lab ist seit Anfang der 90er Jahre auf dem internationalen Markt. Zugelassen ist es in den meisten europäischen Ländern (Frankreich, England, Italien, Niederlande, Spanien, Schweiz u.a.) und in der USA. Seit 1997 ist auch in Deutschland die Verwendung von gentechnologisch hergestelltem Chymosin zur Käseherstellung erlaubt. Zurzeit gibt es zwei rekombinante Chymosinpräparate (Chy-Max, Maxiren). Allen ist gemein, dass Mikroorganismen (Hefen, Schimmelpilze, Bakterien) das Enzym Chymosin herstellen. Ihnen wurde die genetische Information für die Chymosinproduktion aus dem Kälbermagen eingeimpft. Die Herstellung des Gen-Labs erfolgt in mehreren Schritten. Im ersten Schritt erfolgt in einem kleineren Fermenter (Volumen z.B. 3 bis 6 m³) die Kultivierung und Aufzucht der Stammkultur. Danach wird in einem Großfermenter (Volumen z.B. 40 bis 60 m³) überimpft.

Im zweiten Verfahrensabschnitt erfolgt die 100prozentige Inaktivierung der Mikroorganismen-Zellen über die Absenkung des pH-Wertes. Anschließend werden diese Zellen (Biomasse) über Filtration abgetrennt. Der aus Chymosin und verschiedenen Nebenprodukten bestehende Überstand wird nochmals filtriert, konzentriert und mit klarer Lösung gereinigt. Der Vorteil des gentechnologisch hergestellten Labes beruht auf seinem geringen Preis und seinem höheren Reinheitsgrad.

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7. Biotechnologie in der Landwirtschaft Biologische Lösungen werden weltweit von Landwirten eingesetzt, um nachhaltig zu produzieren.

So werden mikrobiologische Produkte zum Schutz gegen Pflanzenschädlinge und Pflanzenkrankheiten und zur Produktivitätssteigerung entwickelt. Diese können auch als „Biostimulanz“ die Pflanzen mit Mikronährstoffen versorgen oder Wurzelwachstum anregen.

Futtermittelenzyme werden ebenfalls seit vielen Jahren erfolgreich in der Tierernährung eingesetzt. Sie helfen komplexe Proteine, Polyphosphate und Kohlenhydrate zu verdauen und als Nahrungsstoffe den Tieren effizient zur Verfügung zu stellen. Der Einsatz von Enzymen reduziert die Emissionen von Gülle und ermöglicht den ressourcenschonenden Einsatz von Tierfutter.

Der globale Enzymmarkt umfasst derzeit ein Volumen von etwa vier Milliarden Euro und hat ein großes Wachstumspotenzial9.

In der Tierhaltung können zudem moderne und nachhaltige Futtermittelformulierungen dazu beitragen, Grundwasser und Atmosphäre vor einem zu großen Stickstoffüberschuss zu schützen. Durch den konsequenten Einsatz von Aminosäuren in der Tierernährung ist es möglich, den Ausstoß reaktiven Stickstoffs deutlich zu senken.

Setzt man dem Futter essentielle Aminosäuren wie Methionin, Lysin oder Valin zu, lässt sich das Futter besser an den Nährstoffbedarf des Tieres anpassen. Hühner benötigen zum Beispiel mehr Methionin, für Schweine ist Lysin besonders wichtig. Der Effekt der Aminosäuren: Nährstoffe werden besser verwertet, die Tiere fressen insgesamt weniger.

Das ist nicht nur gut für die Wirtschaftlichkeit eines Betriebs, sondern auch für die Umwelt. Denn: Auf diese Weise wird auch weniger Stickstoff ausgestoßen. Weltweit reduziert der Einsatz der Aminosäuren des Spezialchemieherstellers Evonik den Eintrag reaktiven Stickstoffs in die Umwelt um 900.000 Tonnen jährlich. Zum Vergleich: Pro Jahr setzt die Landwirtschaft in Deutschland 2.700.000 Tonnen reaktiven Stickstoffs in Form von Dünger ein.

8. Kosmetika (AMSilk GmbH) Seide findet seit Jahrhunderten Einsatz in einer Vielzahl von verschiedenen Körper- und Haarpflegeprodukten. Der beliebte Rohstoff wird vorwiegend aus dem Kokon der Seidenraupe Bombyx mori gewonnen und ist daher 9

Berechnungen auf Basis der Angaben des Markführers für 2018 (Novozymes (2019): https://s21.q4cdn.com/655485906/files/doc_financials/annual_english/The_Novozymes_Report_2018.pdf

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tierischen Ursprungs. Für die Herstellung der tierischen Seide werden für 1 kg etwa 5.000 Kokons und 180 kg Maulbeerbaumblätter benötigt, welche unter anderem mit Pestiziden und Hormonen behandelt werden – nachhaltige und ressourcenschonende Produktionsprozesse sind dadurch schwer umsetzbar.

Die Biotech-Firma AMSilk konnte erstmalig ein biotechnologisches Verfahren zur Herstellung von tierfreier Seide entwickeln, und bietet der Kosmetikbranche nicht nur eine vegane Alternative, sondern Inhaltsstoffe in Gel- oder Pulverform mit einzigartigen neuen Funktionen für HighPerformance Beautyprodukte. Filmbildende, atmungsaktive Eigenschaften verleihen der funktionalen Seide eine physikalische Schutzwirkung, welche Haut und Haar vor Umweltverschmutzungen, Schadstoffen oder Bakterien schützt. Eingesetzt in Hautcremes bildet das dreidimensionale Seidennetzwerk einen atmungsaktiven Schutzschild aus, welcher wie eine zweite Haut wirkt. Darüber hinaus können funktionale Seidenproteine bestimmte Substanzen, wie z.B. Parfümöle oder Wirkstoffe, fixieren und damit langanhaltende Effekte zur gleichmäßigen Freisetzung und Erhöhung der Wirksamkeit bewirken.

Bereits seit einigen Jahren wird die biotechnologische Seide der AMSilk als Inhaltsstoff in zahlreichen Kosmetikprodukten erfolgreich weltweit eingesetzt.

Auch Enzyme und DNA-Moleküle werden seit vielen Jahren Kosmetika zugesetzt, um von Verbraucherinnen und Verbrauchern gewünschte Effekte zu erzeugen.

9. Süßen ohne Kalorienzufuhr (Pfeifer & Langen GmbH & Co. KG) Bereits seit Jahren gibt es das Kundenbedürfnis Zucker ohne Kalorien genießen zu können. Bisherige Ansätze, wie Hochintensivsüßstoffe oder Zuckeralkohole imitieren lediglich die Süße des Zuckers, können seine anderen Eigenschaften aber nicht erfüllen.

Allulose ist ein natürlicher Zucker, der enzymatisch aus Fruktose hergestellt werden kann. Er besitzt die technologischen Eigenschaften eines normalen Zuckers, hat aber nahezu keine Kalorien. In den USA, Japan und Korea ist er für Lebensmittelanwendungen bereits zugelassen.

Effiziente enzymatische Prozesse machen diesen Zucker für jedermann erschwinglich. Damit steht über den Weg der Biotechnologie erstmals ein echter Zucker ohne Kalorien zur Verfügung.

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Anhang 2: Pilotprojekte Bioökonomie 1. Künstliche Photosynthese (Evonik Industries AG, Siemens AG) Evonik und Siemens wollen Kohlendioxid (CO2) mithilfe von Strom aus erneuerbaren Quellen und Bakterien in Spezialchemikalien umwandeln.

Hierzu arbeiten die beiden Unternehmen im Forschungsprojekt Rheticus an Elektrolyse- und Fermentationsprozessen zusammen. Das Projekt wurde im Januar 2018 gestartet und hat eine Laufzeit von zwei Jahren. Bis zum Jahr 2021 soll eine erste Versuchsanlage am Evonik-Standort im nordrheinwestfälischen Marl in Betrieb gehen, die Chemikalien wie Butanol oder Hexanol erzeugt – beides Ausgangsstoffe beispielsweise für Spezialkunststoffe oder Nahrungsergänzungsmittel. Im nächsten Schritt könnte eine Anlage mit einer Produktionskapazität von bis zu 20.000 Tonnen pro Jahr entstehen. Denkbar ist auch die Herstellung von anderen Spezialchemikalien oder Treibstoffen. Beteiligt sind rund 20 Wissenschaftler beider Unternehmen.

In die Forschungskooperation bringen Siemens und Evonik jeweils ihre Kernkompetenzen ein. Siemens liefert die Elektrolysetechnik, mit der im ersten Schritt Kohlendioxid und Wasser mit Strom in Wasserstoff und Kohlenmonoxid (CO) umgewandelt werden. Evonik steuert das Fermentationsverfahren bei, also die Verwandlung CO-haltiger Gase zu Wertstoffen durch Stoffwechselprozesse mithilfe spezieller Mikroorganismen. Im Rheticus-Projekt werden beide Schritte – Elektrolyse und Fermentation – aus dem Labormaßstab in einer technischen Versuchsanlage zusammengeführt.

2. Biologische Erzaufbereitung (Brain AG) Das Bioökonomieunternehmen BRAIN AG und die CyPlus GmbH gaben im Juni 2018 bekannt, im Rahmen einer mehrjährigen Kooperation auf dem Gebiet der biologischen Erzaufbereitung zur Gewinnung von Gold und Silber erste Produktangebote für die globale Bergbauindustrie in Marktnähe entwickelt zu haben. Auf Basis von erfolgreichen Forschungsarbeiten im Labor bis in den 100 Liter-Maßstab haben die Partner im vergangenen Oktober auch das Scale-Up des Verfahrens in den Tonnenmaßstab realisiert und damit einen wesentlichen Meilenstein für die letzte Stufe zur Erlangung der Marktreife erreicht. Das biobasierte Verfahren konnte auch bei Volumen im Tonnenmaßstab industrierelevante Ausbeuten der gewünschten Edelmetalle aus Erzen erreichen. Aktuell wird das Verfahren in Richtung industrieller Anwendung vorangetrieben. Dieser Prozess ist so weit

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fortgeschritten, dass die Kooperationspartner davon ausgehen, erste Produktangebote bereits 2019 in den Markt einführen zu können.

Die Gewinnung der Edelmetalle aus den Erzen basiert auf dem Einsatz natürlich vorkommender und weiterentwickelter Mikroorganismen aus dem BRAIN BioArchiv. Im Zuge der laufenden Kooperation haben die Partner schon früh das Ziel erreicht, eine Vielzahl von Mikroorganismen zu identifizieren, die durch hoch-spezifische Adhäsionseffekte dem Edelmetall führenden Mineral eine neue physikalische Eigenschaft verleihen. Unter Ausnutzung dieses Effekts gelingt es, Gold oder Silber von taubem Erz zu trennen und in Aufarbeitungsprozessen integriert anzureichern.

3. Biosteel® – die biotechnische Herstellung von Textilfasern (AMSilk GmbH) Die meisten Sporttextilien bestehen aus synthetischen Fasern, die die Umwelt belasten, da zu ihrer Herstellung nicht-erneuerbare Ressourcen zum einen als Rohstoff und zum anderen für die Erzeugung von Prozesswärme verbraucht werden. Darüber hinaus ist der Abrieb solcher Fasern z.B. aus der Waschmaschine einer der Gründe für die steigende Menge an Mikroplastik in unseren Weltmeeren.

Das Biotechnologie-Unternehmen AMSilk könnte diese Entwicklung radikal verändern. Es hat u.a. einen Weg gefunden, im industriellen Maßstab eine Art künstliche Spinnenseide zu produzieren, die auf die bisherige Verwendung von Seidenraupen gänzlich verzichten kann (s. S. 13, Nr. 8).

Die naturbasierte und vollständig biologisch abbaubare Hochleistungsfaser namens „Biosteel“ hat Eigenschaften, die sie für viele Anwendungen interessant macht. Die Faser vereint mechanische Performance und gute Hautverträglichkeit mit nachhaltiger Herstellung und ist dabei potenziell das stärkste, bislang verfügbare Naturmaterial.

Ein Anwendungsbeispiel ist die Kooperation mit dem Sportartikelhersteller Adidas. So präsentierte Adidas auf der Biofabricate-Konferenz in New York im November 2016 den weltweit ersten Performance-Schuh aus Biosteel Fasern. Laut Pressemitteilung der Adidas ist dieser ca. 15 Prozent leichter als vergleichbare Schuhe hergestellt aus Synthetikfasern. Daneben arbeitet AMSilk mit zahlreichen anderen Partnern an weiteren Anwendungsbeispielen der Biosteel Faser – nicht nur bei Sportartikeln, sondern auch bei anderen textilen Anwendungen, wie beispielsweise im Automobilbereich.

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4. Zellulose-Ethanol (Clariant Produkte (Deutschland) GmbH, Novozymes A/S) Nach fünfjährigem Betrieb einer vorkommerziellen sunliquid®-Anlage in Straubing, Deutschland und sorgfältiger Prozessdemonstration hat Clariant, ein weltweit führendes Spezialchemieunternehmen, im Oktober 2017 die Investition in eine neue kommerzielle Großanlage zur Produktion von Zellulose-Ethanol aus Pflanzenreststoffen unter Anwendung von Clariants sunliquid®-Technologie bekanntgegeben. Die neue Anlage mit einer jährlichen Produktionskapazität von 50.000 Tonnen wird im Südwesten Rumäniens errichtet. Die Einrichtung unterstreicht als Referenzanlage die Wettbewerbsfähigkeit und Nachhaltigkeit der sunliquid®-Technologie im kommerziellen Maßstab und unterstützt somit auch Clariants Geschäftsstrategie zur Kommerzialisierung der sunliquid-Technologie®. Die Auslieferung der ersten Produktcharge aus der Anlage ist für 2020 vorgesehen.

In 2017 und 2019 sind weitere sunliquid®-Lizenzen an europäische Kunden verkauft worden.

Im sunliquid®-Prozess entstehende Nebenprodukte werden zur Erzeugung erneuerbarer Energie verwendet. Ziel hierbei ist die Unabhängigkeit der Anlage von fossilen Energiequellen. Zellulose-Ethanol ist ein fortschrittlicher, absolut nachhaltiger und nahezu klimagasneutraler Biokraftstoff, der in allen Ottomotoren sofort einsetzbar ist. Er wird aus Pflanzenreststoffen hergestellt, etwa aus Weizenstroh und Maisstroh, das beides von Landwirten geliefert wird. Das Stroh wird in Zellulose-Zucker umgewandelt. Die anschließende Fermentation des Zellulose-Zuckers ergibt schließlich Zellulose-Ethanol. Dank der Verwendung von Pflanzenreststoffen kann durch Zellulose-Ethanol die aktuelle Produktion von Biokraftstoffen auf neue Rohstoffe erweitert und gleichzeitig die Leistung verbessert werden. Zellulose-Zucker können außerdem als Baustein für die künftige Produktion von biobasierten Chemikalien verwendet werden.10 Ethanol ist zudem ein begehrter Rohstoff für die chemische Industrie und dort Bestandteil vieler Produkte, z.B. in Bioplastik. Auf der Basis des sundliquid®-Verfahrens können zudem Agrarreststoffe in Zucker und dann direkt in eine Vielzahl wertvoller Ausgangsstoffe umgewandelt werden, wie z.B. Polymilchsäure.

Weitere europäische Firmen, wie St1 aus Finnland und Novozymes aus Dänemark, haben ebenfalls Technologien zur Herstellung von ZelluloseEthanol entwickelt. Firmen wie UPM aus Finnland, BTG-BTL aus den Niederlanden und Verbio aus Deutschland bieten weitere fortschrittliche Biokraftstofftechnologien an.

10

Kooperation mit Exxon: https://www.clariant.com/en/Corporate/News/2019/01/Clariant-partners-withExxonMobil-and-Renewable-Energy-Group-to-advance-Cellulosic-Biofuel-Research; Projekt mit Global Bioenergies: http://optisochem.eu/

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Die EU hat kürzlich eine Direktive verabschiedet, die die Förderung von erneuerbaren Energien bis 2030 vorsieht. Teil dieser Gesetzgebung ist ein für die jeweiligen Mitgliedsländer verbindliches Ziel für die Biokraftstoffe der 2. und 3. Generation. Es ist zu erwarten, dass sich hieraus die Entstehung von neuen Bioraffinerien in Europa, und in Deutschland, ergeben. Der Bau dieser Anlagen stellt eine bedeutende Wachstumsmöglichkeit für die deutschen Anlagenbauer dar.

Um die Ziele des Pariser Klima-Abkommens zu erreichen, wird erwartet, dass auch negative Emissionen ein Teil der Lösung sind. Biokraftstoffe in Kombination mit CO2-Speicherung (CCS) können dazu beitragen und stellen eine Lösung in den Fragen der Klimapolitik dar. Deutschland kann hier die Führung in Europa übernehmen.

5. Abfall in „grüne Energie“ umwandeln (Novozymes A/S) Novozymes, Novo Nordisk, Bigadan und DONG Energy haben ein Abkommen unterzeichnet, Biomasse in einer Anlage in Kalundborg, Dänemark, zur Produktion „Grüner Energie“ in Betrieb zu nehmen. Als Beispiel für Kreislaufwirtschaft soll die neue Biogas-Anlage Reststoffe von Novozymes‘ und Novo Nordisks Produktionsstätten in Kalundborg in Biogas umwandeln. Derzeit werden die Reststoffe aus der Produktion direkt als Düngemittel verwandt. Diese Möglichkeit besteht auch im Anschluss an das Biogasverfahren.

6. Neue Möglichkeiten der Zelltherapie (Bayer AG & Blue-Rock Therapeutics) BlueRock Therapeutics konzentriert sich auf die Entwicklung von Zelltherapien für schwer zu behandelnde Krankheiten in den Bereichen Neurologie, Kardiologie und Immunologie unter Verwendung einer CELL+GENE™-Plattform auf Basis von induzierten pluripotenten Stammzellen (iPSC). Nach der Gründung von BlueRock Therapeutics als gemeinsames Joint Venture der Bayer AG und Versant Ventures im Jahr 2016 hat Bayer das Biotechnologieunternehmen im Sommer 2019 vollständig übernommen.

Die Technologie zur Zelldifferenzierung von BlueRock Therapeutics basiert auf der Entwicklungsbiologie der Zellen: Gewöhnliche adulte Stammzellen wie Hautzellen werden durch die Zugabe genetischer Faktoren neu programmiert, sodass sie in beliebige funktionale Körperzellen wie Herzmuskelzellen oder Gehirnzellen ausdifferenziert werden. Ziel ist die vollständige Heilung von Krankheiten. Vor allem die regenerative Zellwww.bdi.eu

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therapie bietet bei degenerativen Erkrankungen mit massivem Zellverlust und geringer Möglichkeit zur Selbstreparatur ein beispielloses Potenzial mit einem erheblichen Nutzen für die Patienten. Beispielerkrankungen sind Parkinson, bei der Dopaminzellen im Mittelhirn untergehen, aber auch der akute Verlust von funktionsfähigem Herzmuskelgewebe nach Herzinfarkten.

Das Leitprogramm in der Indikation Parkinson wird voraussichtlich Ende 2019 in die klinische Entwicklung überführt werden – die ParkinsonKrankheit galt bisher als unheilbar.

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Anhang 3: Forschungsprojekte und Zukunftsfelder 1. Fräsen mit künstlichen neuronalen Netzen (Fraunhofer Gesellschaft) In puncto Netzwerke können wir viel vom biologischen Vorbild lernen.

Schließlich sind die Neuronen in unserem Nervensystem miteinander verbunden, um so einer bestimmten Funktion zu dienen. Man spricht daher auch von Neuronalen Netzen. In der Informatik, Informationstechnik und Robotik bilden Forscher solche Strukturen in künstlichen Neuronalen Netzen nach, mitunter in abgewandelter Form. Anwenden lassen sich solche Neuronalen Netze in zahlreichen Bereichen. Ein Beispiel aus dem Fraunhofer-Institut für Produktionstechnologie IPT ist das Fräsen. Bei diesem Bearbeitungsvorgang bündelt sich oft die gesamte Prozessenergie auf einem kleinen Bereich der Werkzeugschneide, das Werkzeug verschleißt daher schnell. Im Forschungsprojekt OptiWear wurde ein künstliches Neuronales Netz entwickelt, das diejenigen Abschnitte der Werkzeugschneide genau analysiert, für die ein besonders hoher Werkzeugverschleiß zu erwarten ist. Das Netz lernt dadurch, den Werkzeugverschleiß beim Fräsen präzise vorherzusagen und die Werkzeugbahnen so anzupassen, dass sich der Verschleiß auf einen großen Bereich der Schneide verteilt.

2. Zellen als biologischer Rohstoff (Fraunhofer Gesellschaft) Zellen werden im Zentrum der biologischen Transformation stehen. Sie sind der wichtigste Baustein einer Vielzahl biotechnologischer Prozesse, molekularbiologischer Diagnostik und zelltherapeutischer Verfahren. Und sie sind ein nachwachsender Rohstoff. Forscherinnen und Forscher der Fraunhofer EMB haben eine universelle Plattformtechnologie entwickelt, mit der insbesondere adhärent wachsende Zellen vermehrt werden können. Über 90 Prozent aller Zelltypen sind adhärent wachsend, das heißt, sie benötigen zwingend eine Oberfläche, um sich zu vermehren und ihre Funktion zu erfüllen. In dem Fraunhofer-Verfahren werden die Zellen zunächst in einem Hydrogel verkapselt. Haben die Zellen sich so weit vermehrt, dass die Kapsel komplett gefüllt ist, wird das Kapselmaterial aufgelöst und die darin gewachsenen Zellen bzw. die Zellsuspension erneut in Kapseln abgefüllt und dort vermehrt. Mittlerweile ist das Verfahren durch die Fraunhofer EMB patentiert. Sobald Zellen preiswert und in großen Mengen, bei hohen Dichten erzeugt werden können, eröffnen sich ganz neue Geschäftsfelder und Märkte.

Dazu zählen nicht nur die Nahrungsmittelindustrie, sondern auch die Kosmetik und die Medizin. So lassen sich mit zellbasierten Modellsystemen beispielsweise neue Stoffe charakterisieren und ihre Produktsicherheit www.bdi.eu

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gewährleisten. Mithilfe solcher komplexer Zellsysteme ist es unter anderem möglich, auf Patienten zugeschnittene Immun- oder Gewebetherapien auf den Weg zu bringen. Diese Modellsysteme helfen dabei, die Zahl der Tierversuche zu reduzieren.

3. Mikroalgen als Biomasse-, Roh- und Wertstoffquelle (Fraunhofer Gesellschaft) Ihre genügsame Art ist bei Weitem nicht der einzige Vorteil, den Mikroalgen zu bieten haben. Denn man braucht nur wenig in sie „hineinzustecken“, damit sie gute Biomasse-Erträge abwerfen: Mikroalgen produzieren bis zu fünfmal mehr Biomasse als Landpflanzen pro Fläche und Zeit. Zudem brauchen sie keine Felder und Wiesen, um zu wachsen – marine Mikroalgen beispielsweise gedeihen, wie der Name schon sagt, im Meerwasser. Auch ist ihre Ernte nicht an spezifische Jahreszeiten gebunden, sie lassen sich kontinuierlich über das ganze Jahr hinweg kultivieren. Sie sind homogen – es ist also jede Zelle gleich und nicht in Blatt, Stängel und Wurzel differenziert – und frei von Lignocellulose. Da ein Lignocellulosegehalt mit einem hohen Energieaufwand für den Biomasse-Aufschluss und die Verarbeitung einhergeht, heißt das: Sie sind leichter extrahierbar. Ein weiterer Benefit: Für die Kultivierung der Algen können CO2-haltige Abgase genutzt werden. Dabei sind Mikroalgen keineswegs gleich Mikroalgen. Die Anzahl an Algenspezies wird auf mehr als 100.000 geschätzt und bietet ein sehr großes Potenzial an unterschiedlichen Inhaltstoffen wie Carotinoiden, Phytosterolen oder ß-Glucanen, die noch dazu um den Faktor zehn höher konzentriert sind als in Landpflanzen. Wie sich die Algenbiomasse zusammensetzt, lässt sich über gezielte Kultivierungsbedingungen steuern.

Allen Mikroalgen gemein ist jedoch: Sie enthalten sehr viele Proteine, mehr als 60 Prozent der Trockenmasse. Je nach Kulturbedingungen können aber auch Lipide bis zu 60 Prozent des Zelltrockengewichts ausmachen. Werden die Bedingungen so eingestellt, dass die Algen nur mäßig wachsen, produzieren viele von ihnen zudem Öl oder Kohlenhydrate als Speicherstoffe. Auch Wertstoffe wie Vitamine und langkettige, mehrfach ungesättigte Fettsäuren lassen sich aus den Algen extrahieren.

4. Biologisch-technische Schnittstellen und biodegradierbare Elektronik (Fraunhofer Gesellschaft) Elektronische Bauteile, die sich vollständig auflösen, sobald sie ihre Arbeit getan haben? Was klingt wie Science-Fiction, ist in den Laboren bereits Realität: Man spricht dabei von „biodegradierbarer Elektronik“. Diese verringert nicht nur den ökologischen Fußabdruck, sondern eröffnet auch www.bdi.eu

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neuartige Anwendungen – etwa im Bereich von Implantaten, aber auch in der Biotechnologie oder der Lebensmittelindustrie. Forscherinnen und Forscher der Fraunhofer-Institute FEP, ENAS, IBMT, ISC und der Projektgruppe Wertstoffkreisläufe und Ressourcenstrategie des Fraunhofer ISC entwickeln im Fraunhofer-internen Projekt „bioElektron“ wesentliche Komponenten für solche zukünftig im Körper abbaubaren elektronischen Bauteile. Dazu gehören Leiterbahnen, Elektrodenkontakte für elektrische Signalableitung oder Stimulation, Dünnschichttransistoren und Schaltungen sowie Barriereschichten als Wasser- und Gasbarriere und elektrische Isolationsschichten – allesamt bioabbaubar, versteht sich.

5. Anwendung in der Pflanzenzüchtung (Bayer AG, DIB/VCI) Der Einsatz moderner genome-editing-Methoden gewinnt aufgrund der damit verbundenen Zeit- und Kostenersparnis gegenüber konventionellen Verfahren in der Biotechnologie zunehmend an Bedeutung und eroberte innerhalb kurzer Zeit zahlreiche Anwendungsbereiche in der Biotechnologie und Pflanzenzüchtung. Dazu gehören beispielsweise: die Entwicklung einer Holzzucker (Xylose)-abbauenden Hefe mit dem Ziel der Biotreibstoffproduktion11.

Weitere Beispiele für die Anwendung der Neuen Züchtungsmethoden finden sich bei der Züchtung von Reis, Mais und Gurken: Rice Blast (Reisbräune) ist die wirtschaftlich bedeutendste Krankheit bei Reis und kommt weltweit in allen Anbaugebieten vor. Die Züchtung resistenter Reissorten ist schwierig und dauert lange. Mit CRISPR zeichnet sich eine Alternative zum Einsatz chemischer Fungizide ab. An der Chinesischen Akademie der Wissenschaften ist es gelungen, ein bestimmtes Gen „herunterzuregulieren“ und so die Immunabwehr der Pflanzen zu verbessern. Im Labor zeigten sich die editierten Reispflanzen deutlich widerstandsfähiger gegen Rice Blast. Wenn das Konzept tatsächlich funktioniert, könnten Blast-Resistenzen in etablierte Reissorten eingeführt werden – schnell, direkt und ohne langwierige Kreuzungsschritte.

Ein bestimmtes Protein (ARGOS8) senkt bei Mais die Empfindlichkeit der Zellen gegenüber dem Wachstumshormon Ethylen. Produziert die Pflanze mehr ARGOS8-Protein, reagiert sie bei Stress robuster und stellt nicht wie sonst bei Wassermangel das Wachstum ein. Mit der CRISPR-Methode gelang es, den Schalter (Promotor) des ARGOS8-Gens so umzuschreiben, dass es unter Stressbedingungen aktiv bleibt und der so editierte Mais dann 11

Quelle: Vgl. Tsai C-S et al. (2015) Rapid and marker-free refactoring of xylose-fermenting yeast strains with Cas9/CRISPR. Biotechnology Bioengineering DOI: 10.1002/bit.25632.

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bessere Erträge liefert. Das Unternehmen DuPont-Pioneer plant eine Markteinführung in den nächsten Jahren – gut möglich, dass er in den USA nicht unter die Gentechnik-Regulierung fällt.

Viele Pflanzenkrankheiten werden durch Viren ausgelöst. Da die Züchtung widerstandsfähiger Sorten oft schwierig ist, werden die Überträger – meist Insekten – oft mit viel Chemie bekämpft. Auch hier eröffnen sich mit CRISPR neue Möglichkeiten: Bestimmte Oberflächenproteine können zum Beispiel so verändert werden, dass die Viren nicht mehr in die Zellen eindringen und sie für die eigene Vermehrung kapern können. Einem Team am Volcani Center in Israel ist es so gelungen, Gurken mit einer breiten Resistenz gegen verschiedene Viren zu entwickeln. Abgesehen von einigen frühen Projekten mit herkömmlicher Gentechnik sind es die ersten virusresistenten Gurken überhaupt.

6. Bakterien im Dienste der Gesundheit Die Allianz „Good Bacteria and Bioactives in Industry – GOBI“ war 2015 Gewinner der „Innovationsinitiative Industrielle Biotechnologie“ des Bundesforschungsministeriums. GOBI ist den positiv wirkenden Bakterien und ihren Produkten auf der Spur. Denn: Bakterien machen nicht nur krank – sehr viele von ihnen fördern die Gesundheit von Mensch und Tier. Die strategische Allianz GOBI ist den positiv wirkenden Bakterien und ihren Produkten auf der Spur und entwickelt sie weiter. Die Forscherinnen und Forscher der Allianz bündeln aktuelle Erkenntnisse zu Mikroorganismen und den Wechselbeziehungen zwischen Genen, Stoffwechselprodukten und anderen Kleinstlebewesen, die den Menschen besiedeln. Die Dienste, die Mikroorganismen für ihre Wirte erbringen, sollen gezielt optimiert und zudem die industrielle Anwendung verbreitert werden. Die drei Teilprojekte haben den Darm, die Atemwege oder die Nahrung im Visier: GOBI-Health Gastrointestinal (GI), GOBI Health Respiratory Tract (RT) und GOBI Feed.

Am Ende sollen marktfähige Produkte stehen – ein Pool an vielfältig einsetzbaren Mikroorganismen, der sowohl Verbrauchern als auch Industriekunden zugänglich sein wird. In einem Wirt könnten die Bakterien dann positiv auf das Immunsystem wirken und unheilvolle Entzündungsprozesse aufhalten (GOBI Health GI) oder etwa neue Therapien bei Atemwegserkrankungen ermöglichen (GOBI Health RT). Anhand eines entwickelten Hühnerdarm-Simulationsmodels (GOBI Feed) soll erstmalig die Wirkung funktionaler Futtermittel-Zusätze bewertet werden. Im Fokus steht hier eine optimale Ausnutzung des Futters zur Stärkung der Tiergesundheit.

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GOBI ist die sechste Gewinner-Allianz der „Innovationsinitiative industrielle Biotechnologie“. Diese Maßnahme hat das BMBF initiiert, um Innovationsprozesse in der industriellen Biotechnologie in Gang zu bringen oder zu beschleunigen. Übergeordnetes Ziel ist eine Biologisierung der Industrie und damit eine nachhaltige Wirtschaftsweise. Die Allianz GOBI ist für eine Dauer von sechs Jahren und mit einem Projektvolumen von bis zu neun Millionen Euro geplant.

7. Strategische Allianz ZeroCarbFP (Brain AG, Südzucker AG) Die strategische Allianz ZeroCarbFP ging 2013 über die „Innovationsinitiative Industrielle Biotechnologie“ in die Förderung. Diese wurde Anfang 2016 nach einer wissenschaftlichen Zwischenevaluierung bis zum Ende September 2019 verlängert. Für diese Entwicklungsphase wurden neben den bereits in der Phase 1 aktiven Industrieunternehmen wie z.B. Bioeton Deutschland, BRAIN, Fuchs Schmierstoffe und Südzucker, als neue Industriepartner EMERY Oleochemicals sowie als assoziierter Industriepartner Cronimet Mining AG hinzugewonnen. Gesamtziel und Selbstverständnis der ZeroCarbFP ist es, mit Hilfe der Biotechnologie die industrielle Forschung, Entwicklung und Produktion ‚Funktionaler Biomasse’ durch stoffliche Nutzung kohlenstoffreicher Abfallströme zu etablieren und damit ein zentrales Innovationsthema der Politik, Wirtschaft und Gesellschaft im Sinne der Erhaltung landwirtschaftlicher Anbauflächen für die Produktion von Nahrungsmitteln umzusetzen.

Das ZeroCarbFP-Teilprojekt „Bioplastics“ wird von der Südzucker AG koordiniert. Die unternehmerische Motivation der Südzucker richtet sich dabei auf die stoffliche Nutzung des Gär-CO2, welches bei der Herstellung von Bioethanol anfällt. Dies erlaubt eine weitere Wertschöpfung und zugleich die Möglichkeit, einen positiven Beitrag für die Nachhaltigkeit und die Gesamtökonomie der Bioethanol-Anlagen zu leisten. Der hohe Reinheitsgrad des biogenen CO2 macht es als Rohstoff sehr attraktiv.

Aufgrund der steigenden Nachfrage nach nachhaltig produzierten Produkten, ist davon auszugehen, dass auch der Bedarf an CO2-basierten Biochemikalien zukünftig stark wachsen wird, insbesondere im Bereich Biokunststoff.

Südzucker arbeitet daher mit dem Biotechnologie-Unternehmen BRAIN aus Zwingenberg daran, einen biotechnologischen Prozess zur Umwandlung des Gär-CO2 in Grundchemikalien für die Bioplastikherstellung zu entwickeln.

In der durch die Südzucker verfolgten Route ist es gelungen, in Zusammenarbeit mit dem Projektpartner ein zweistufiges Verfahren im Labormaßstab zu entwickeln, welches aus CO2 und Wasserstoff eine organische Säure, mit einem besonders breiten Substitutionspotenzial für erdölbasierte Stoffe produziert. Um das Verfahren weiter zu optimieren, wurde die Versuchsanlage in Offstein erfolgreich hochskaliert. Ein Ziel der Forschung- und Entwicklungsarbeiten des Unternehmens ist es, zukünftig www.bdi.eu

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eine Pilotanlage in unmittelbarer Nähe zu einer Bioethanol-Anlage aufzubauen und damit einen direkten Nachweis für eine stoffliche CO2Nutzung zu schaffen.

8. FuPol: Maßgeschneiderte Enzyme zur Funktionalisierung verschiedener Polymere (AB Enzymes GmbH, evoxx technologies GmbH, Henkel AG & Co KGaA) FuPol steht für „Funktionalisierung von Polymeren“. Ziel des Projektes ist es maßgeschneiderte Enzyme zu entwickeln, die zur Funktionalisierung verschiedener Polymere für Anwendungen in den Branchen Bauchemie sowie Waschmittel- und Textilindustrie geeignet sind. Hierzu werden sowohl natürliche als auch synthetische Polymere umweltschonend modifiziert, um sie für den nachhaltigen Industrieeinsatz in Produkt- und Verfahrensinnovationen nutzbar zu machen. Die Technologieplattform wird in enger Kooperation von Industriepartnern und akademischen Partnern in vier Teilprojekten erfolgen. Die Schwaneberg-Gruppe im DWI-Leibniz Institut für Interaktive Materialien e.V. ist in allen vier Teilprojekten vertreten und arbeitet sowohl mit Enzymen wie Laccasen, Sulfotransferasen, Esterasen und Cutinasen, als auch mit Ankerpeptiden. Zu den Industriepartnern des Projektes zählen AB Enzymes GmbH, evoxx GmbH, Henkel AG & Co KGaA und Coats GmbH. In Phase 1 waren auch ausländische Partner wie EMPA und Sika Technology AG beteiligt. Neben dem DWI-Leibniz Institut für Interaktive Materialien e.V. sind auch die Universität Leipzig und die Universität Hamburg akademische Partner der FuPol-Allianz. Nachdem die 5-jährige Phase 1 erfolgreich beendet wurde, läuft zurzeit die 2-jährige Phase 2. FuPol wird zum Teil vom Bundesministerium für Bildung und Forschung finanziert.

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Über den BDI Der BDI transportiert die Interessen der deutschen Industrie an die politisch Verantwortlichen. Damit unterstützt er die Unternehmen im globalen Wettbewerb. Er verfügt über ein weit verzweigtes Netzwerk in Deutschland und Europa, auf allen wichtigen Märkten und in internationalen Organisationen. Der BDI sorgt für die politische Flankierung internationaler Markterschließung. Und er bietet Informationen und wirtschaftspolitische Beratung für alle industrierelevanten Themen. Der BDI ist die Spitzenorganisation der deutschen Industrie und der industrienahen Dienstleister. Er spricht für 36 Branchenverbände und mehr als 100.000 Unternehmen mit rund 8 Mio. Beschäftigten. Die Mitgliedschaft ist freiwillig. 15 Landesvertretungen vertreten die Interessen der Wirtschaft auf regionaler Ebene.

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