Mit Biotechnologie Energie beim Waschen sparen
: Mit Biotechnologie Energie beim Waschen sparen
In vielen Bereichen des Lebens sind biogene regenerative Produkte und bioökonomische Verfahren bereits im Einsatz. Welche Produkte das sind haben wir in einer Bilderstrecke zusammengestellt.
In 80 Prozent der Waschmittel kommen heute Enzyme zum Einsatz. Diese Biomoleküle zerkleinern große Moleküle in kleine Bruchstücke, die sich leichter auswaschen lassen. In der Gruppe der Enzyme zum Beispiel sorgen Proteasen für den Abbau von Eiweißen, entfernen also Flecken aus Blut, Milch oder Ei. Soßenreste hingegen werden von stärkezersetzenden Amylasen abgebaut und Fette durch Lipasen zerlegt. Zellulosespaltende Zellulasen dienen als Weichmacher und sorgen für die Textilpflege.
Mithilfe von Mikroorganismen lassen sich diese Enzyme in größeren Mengen und hoher Reinheit günstig und umweltschonend herstellen. Sie sind bereits in kleinsten Mengen hochwirksam und werden bei geringen Temperaturen aktiv. Dank ihres Einsatzes konnte der Waschmittelverbrauch und die Waschtemperatur in den letzten Jahrzehnten deutlich gesenkt werden. Der Einsatz von Enzymen trägt auf diese Weise zur Gewässerreinhaltung bei und verringert den Energieverbrauch. Die Enzyme können in einer Kläranlage dann sehr gut abgebaut werden und belasten die Umwelt nicht. Die eingesparte Energie sorgt auch für einen geringeren CO2-Ausstoß.
: Vom Kaffeesatz zur Funktionskleidung
In vielen Bereichen des Lebens sind biogene regenerative Produkte und bioökonomische Verfahren bereits im Einsatz. Welche Produkte das sind haben wir in einer Bilderstrecke zusammengestellt.
Biologische Ressource: Kaffeesatz
Produkt: Funktionstextilien
Im Durchschnitt trinken die Deutschen jährlich 150 Liter Kaffee pro Kopf. Dabei fallen 20 Millionen Tonnen Kaffeesatz an. Im Kaffeesatz sind aber noch viele nützliche Inhaltsstoffe enthalten, zu schade für die Tonne! Mindestens als Dünger sollte er eingesetzt werden.
Für viele Materialtüftler ist Kaffeesatz ein wertvoller Rohstoff zum Beispiel für innovative Verbundwerkstoffe oder Textilfasern. Textilhersteller nutzen Kaffeesatz bereits, um Funktionstextilien mit verbesserten Materialeigenschaften herzustellen. In einem technischen Prozess wird der Kaffeesatz auf Garn aus recyceltem Polyester aufgebracht, was die Materialeigenschaften der Fasern verändert. Es entstehen Mikroporen, die bei der Absorption von Gerüchen unterstützen, weshalb zum Beispiel auf den Zusatz von Silberionen verzichtet werden kann. Außerdem werden UV-Strahlen reflektiert. Das mit Kaffeesatz beschichtete Garn kommt vor allem in Funktionskleidung zum Einsatz und trägt somit zur Ressourcenschonung und zum Gesundheitsschutz bei.
: Durch Enzyme bleibt Kleidung länger wie neu
In vielen Bereichen des Lebens sind biogene regenerative Produkte und bioökonomische Verfahren bereits im Einsatz. Welche Produkte das sind haben wir in einer Bilderstrecke zusammengestellt.
Biologische Ressource: Mikroorganismen
Produkt: widerstandsfähigere Textilien
Kleidung wird jeden Tag durch das Tragen stark beansprucht. Mit einer speziellen Enzymtechnologie können Textilien während der Produktion widerstandsfähiger gemacht werden.
Die Enzyme werden mit industriellen Mikroorganismen gewonnen und den Textilien während des Bleich- und Trocknungsprozesses zugesetzt. Sie entfernen abstehende Faser-Enden und Knötchen. Der Stoff bleibt dadurch länger glatt und weich.
Der Prozess kann die Bleichreinigungs- als auch die Färbephase kombinieren, was den Energie- und Wasserverbrauch im Vergleich zu einem nicht kombinierten Prozess erheblich reduziert und dadurch zum Umwelt- und Klimaschutz beiträgt. Biotechnologische Enzyme zur Behandlung von Textilien gibt es zum Beispiel „made in Baden-Württemberg“.
: Edle Stoffe aus Resten der Saftherstellung
In vielen Bereichen des Lebens sind biogene regenerative Produkte und bioökonomische Verfahren bereits im Einsatz. Welche Produkte das sind haben wir in einer Bilderstrecke zusammengestellt.
Biologische Ressource: Orangenschalen
Produkt: Zellulosefasern
Die Zellulose zur Herstellung von Textilien wird meist aus Baumwolle gewonnen. Der Anbau von Baumwolle benötigt viel Wasser und erfordert einen hohen Einsatz von Pestiziden. Da dies aus Umweltsicht problematisch ist, suchen Modemacher und Textilhersteller nach nachhaltigeren Alternativen.
Ein innovativer Ansatz verfolgt die Nutzung von Reststoffen, die bei der Lebensmittelproduktion anfallen. Durch die Herstellung von Orangensaft entstehen beispielsweise in Italien pro Jahr 700.000 Tonnen Abfall. Ein italienisches Start-up hat einen technologischen Prozess entwickelt, der diese Reststoffe nutzt und damit eine Möglichkeit bietet, die Textilproduktion nachhaltiger zu gestalten. Mit einem speziellen Verfahren wird die Zellulose aus den Schalenresten extrahiert und in einer synthetischen Faser verarbeitet.
Die Stoffe aus Zitrus-Zellulose sind edel und leicht und werden bereits im Luxussegment eingesetzt.
: Vom Elektroschrott zum neuesten Smartphone
In vielen Bereichen des Lebens sind biogene regenerative Produkte und bioökonomische Verfahren bereits im Einsatz. Welche Produkte das sind haben wir in einer Bilderstrecke zusammengestellt.
Biologische Ressource: Mikroorganismen
Produkt: Metalle
Jahr um Jahr verändern digitale Innovationen unseren Alltag. Um auf dem neuesten Stand zu bleiben, werden Handy und Laptop regelmäßig ersetzt. Die alte Hardware landet in der Schublade oder auf dem Schrott. Dabei stecken in den ausgedienten elektronischen Geräten viele wertvolle, seltene Metalle, sogenannte kritische Rohstoffe, welche recycelt werden sollten, um die endlichen natürlichen Vorkommen zu schonen.
Um diese Wertstoffe zurückzugewinnen, können beim dafür eingesetzten Biomining Mikroorganismen genutzt werden. Viele von ihnen stammen aus extremen Lebensräumen und besitzen die Fähigkeit, Metalle aus ihrer Umgebung selektiv zu extrahieren oder zu isolieren. Einige Mikroorganismen erzeugen Säuren, Siderophore oder nutzen spezielle Proteine, mit denen man Metalle aus Gesteinen oder dem Boden gewinnen kann. Andere Organismen sind in der Lage, über die Zellwände Metalle aus Flüssigkeiten zu extrahieren und zu akkumulieren. Die auf diese Weise konzentrierten Metalle können anschließend wiedergewonnen und dann in neuen Geräten, zum Beispiel einem Smartphone, verbaut werden.
: Bioschmierstoffe für umweltsensible Bereiche
In vielen Bereichen des Lebens sind biogene regenerative Produkte und bioökonomische Verfahren bereits im Einsatz. Welche Produkte das sind haben wir in einer Bilderstrecke zusammengestellt.
Biologische Ressource: Pflanzenöl
Produkt: Bioschmierstoff
Die meisten Schmierstoffe basieren auf Ölen und Fetten aus Mineralöl. Als Rohstoffe für Bioschmierstoffe hingegen dienen tierische Fette oder pflanzliche Öle. Bioschmierstoffe können eine Reihe von Vorteilen bieten: Sie sind häufig biologisch abbaubar und können weniger umweltgefährdend sein. Ein Einsatz kann also zum Beispiel auch im Maschinenbau der Risikovorsorge, etwa bei umweltsensiblen Standorten in der Nähe von Gewässern, dienen.
Bioschmierstoffe werden entweder nativ verwendet oder in einer chemischen Modifikation zu synthetischen Estern umgebaut. Aus letzteren lassen sich Hochleistungsschmierstoffe herstellen, die mineralölbasierten Schmierstoffen technisch ebenbürtig oder sogar überlegen sind. Sie weisen oftmals ein höheres Schmiervermögen auf, was den Verschleiß der Anlage reduziert, und sind häufig weniger komprimierbar, wodurch zum Beispiel in der Hydraulik Energie eingespart wird. So leisten sie einen Beitrag zur Ressourceneffizienz.
: Bauwerke mit Bakterien reparieren
In vielen Bereichen des Lebens sind biogene regenerative Produkte und bioökonomische Verfahren bereits im Einsatz. Welche Produkte das sind haben wir in einer Bilderstrecke zusammengestellt.
Biologische Ressource: Mikroorganismen
Produkt: biointelligenter Beton
Die Zementproduktion trägt mit etwa 8 Prozent in relevantem Umfang zu den weltweiten CO2-Emissionen bei. Die Emissionen stammen dabei aus chemischen Reaktionen bei der Produktion und der Prozessenergie beim Brennen. Die Reparatur von beschädigten Betonkonstruktionen bedingt entsprechend einen hohen Aufwand an Energie und Rohstoffen. Doch es gibt auch biotechnologische Lösungen, mit denen Ressourcen geschont werden können und sich die Bauwirtschaft nachhaltiger gestalten lässt.
Der biointelligente Beton ist in der Lage, sich mit Hilfe der Stoffwechselleistung von Mikroorganismen, die Bio-Kalk erzeugen können, selbst zu reparieren. Der Bio-Kalk kittet kleinere Risse und beugt so dem Eindringen von Wasser und Sauerstoff und damit der Korrosion der Armierung sowie weiteren Schäden vor. Dabei werden die Bakterien bei der Bauteilherstellung in den Beton eingearbeitet und sobald ein Riss auftritt und Wasser eindringt wieder „zum Leben erweckt“. Durch die Verwendung von biointelligentem Beton spart man also Energie und Personal für die Reparaturen. Wichtiger aber ist die Ressourcenschonung durch die längere Haltbarkeit der Bauwerke.
: Lösungsmittelarme Lacke für den Klimaschutz
In vielen Bereichen des Lebens sind biogene regenerative Produkte und bioökonomische Verfahren bereits im Einsatz. Welche Produkte das sind haben wir in einer Bilderstrecke zusammengestellt.
Biologische Ressource: Sonnenblumen
Produkt: Lack
Farben und Lacke entstammen traditionell der erdölverarbeitenden Industrie. Ein deutsches Chemieunternehmen setzt bei seinen Produkten nun auf klimaschonende Lacke auf der Basis von Lein- und Sonnenblumenöl. Bei der Herstellung der Lacke werden nicht nur fossile Rohstoffe ersetzt, im Gegensatz zu Nitrolacken kommen die Naturlacke insbesondere auch mit weniger organischen leicht flüchtigen Lösemitteln (VOC) aus. Der Anteil wird von 80 auf bis zu 30 Prozent gesenkt, was sich auf Klimaschutz und Arbeitssicherheit positiv auswirkt.
: Klimagas Kohlendioxid als Rohstoff nutzen
In vielen Bereichen des Lebens sind biogene regenerative Produkte und bioökonomische Verfahren bereits im Einsatz. Welche Produkte das sind haben wir in einer Bilderstrecke zusammengestellt.
Biologische Ressource: Mikroorganismen & CO2
Produkt: Farbstoff
CO2 ist ein Treibhausgas, aber Kohlenstoff auch ein Grundbaustein vieler Chemikalien. Durch die Kombination von elektrochemischer und biotechnologischer Umwandlung kann das Klimagas der Atmosphäre entzogen, als Rohstoff nutzbar gemacht und beispielsweise zur Herstellung von Farbstoffen verwendet werden. Hierfür wird CO2 aus der Luft mit CO2-Kollektoren gesammelt oder aus industriellen, hochkonzentrierten CO2-Abgasen genutzt.
In Elektrolyse-Zellen lässt sich das CO2 mit erneuerbarem Strom über elektrochemische Reaktionen zu einfachen Kohlenstoffverbindungen umsetzen. Diese Kohlenstoffverbindungen dienen in einem weiteren Schritt Bakterien als Rohstoff. Sie produzieren über ihren Stoffwechsel aus den Verbindungen einen roten oder blauen Farbstoff.
Durch weitere Verfahrensschritte können auch andere Chemikalien für die Industrie erzeugt werden. Basierend auf der Nutzung von CO2 aus der Luft und damit der CO2-Reduzierung in der Atmosphäre können diese Farbstoffe einen Beitrag zum Klimaschutz und einer nachhaltigen Rohstoffversorgung leisten.
: Strom und Wärme aus Bioabfall
In vielen Bereichen des Lebens sind biogene regenerative Produkte und bioökonomische Verfahren bereits im Einsatz. Welche Produkte das sind haben wir in einer Bilderstrecke zusammengestellt.
Biologische Ressource: Bioabfall
Produkt: Strom und Wärme
Bioabfall ist eigentlich ein wertvoller Stoff, der nicht einfach nur in der Tonne „verrotten“ sollte. Eine Möglichkeit ist die Verwertung des Kohlenstoffgehalts in kommunalen Biogasanlagen zur gekoppelten Strom- und Wärmegewinnung.
Mikroorganismen „verdauen“ dabei in Fermentern zum Beispiel Lebensmittelabfälle und erzeugen unter Luftabschluss Methan und Kohlendioxid. Pro Tonne Biomüll können durchschnittlich 110 Kubikmeter (m3) Biogas gewonnen werden, was circa 200 Kilowatt (kWh) Strom entspricht. Für eine effiziente Nutzung ist es wichtig, dass neben dem Strom auch die bei der Verbrennung von Methan in Blockheizkraftwerken freigesetzte thermische Energie vollständig genutzt wird.
Der Strom wird ins öffentliche Stromnetz eingespeist, die Wärme kann über das Nahwärmenetz zum Heizen und zur Warmwasserversorgung verwendet werden. Auf diese Weise wird ein Beitrag zur klimaschonenden Energie- und Wärmeproduktion geleistet.
: Metalle biologisch entrosten
In vielen Bereichen des Lebens sind biogene regenerative Produkte und bioökonomische Verfahren bereits im Einsatz. Welche Produkte das sind haben wir in einer Bilderstrecke zusammengestellt.
Biologische Ressource: Mikroorganismen
Produkt: Entroster
Eisenhaltige Bauteile setzen bei der Verarbeitung oder Lagerung Rost an. Dieser Rost muss vor der weiteren Verarbeitung, zum Beispiel Lackierung, entfernt werden, um Qualitätseinbußen oder spätere aufwändige und materialintensive Reparaturen zu vermeiden. Rostiges Eisen ist aber so gut wie nicht wasserlöslich, sondern muss in der Regel mit Hilfe von Säuren gelöst und damit entfernt werden. Säuren sind jedoch nicht nur gefährlich in der Handhabung und potentiell umwelt- und gesundheitsgefährdend, sie lösen auch das nicht als Rost vorliegende Eisen des Bauteils heraus und beschädigen damit dessen Oberfläche im Mikrobereich: eine Qualitätseinbuße, die bei Hightech-Komponenten relevant sein kann.
In der Natur liegt Eisen fast immer in der rostigen Form und damit nicht gelöst vor, insbesondere in Anwesenheit von Sauerstoff. Damit steht es einer einfachen Aufnahme durch Lebewesen nicht zur Verfügung. Die Biologie hat daher für dieses Eisen hochspezifische Aufnahme-Moleküle entwickelt. Es handelt sich dabei um sogenannte Siderophore, zum Beispiel bei Mikroorganismen, die im Bioreaktor kultiviert werden können. Die Siderophore lassen sich auch in der Industrie nutzen: Sie binden stark und selektiv das als Rost vorliegende Eisen ohne die darunter befindliche Oberfläche anzugreifen. Außerdem sind sie biologisch abbaubar und somit weniger umweltgefährdend. So trägt die Entrostung mit biotechnologischen Siderophoren zu Umwelt- und Arbeitsschutz sowie einer Qualitätssteigerung bei.
: Insektenbiotechnologie: eine nachhaltige Biopolymerquelle für die Industrie
In vielen Bereichen des Lebens sind biogene regenerative Produkte und bioökonomische Verfahren bereits im Einsatz. Welche Produkte das sind haben wir in einer Bilderstrecke zusammengestellt.
Biologische Ressource: Bioabfall
Produkt: Insektenchitin
Bioabfall ist ein Rohstoff, der vielfältig verwendet werden kann, zum Beispiel zur Produktion von Insektenchitin für die Industrie. Chitin, ein wertvolles Biopolymer, lässt sich aus Insektenhäuten gewinnen und zu Chitosan weiterverarbeiten. Chitosan ist ein Allround-Naturprodukt, welches im Webeprozess von Textilien das Aufrauen der Fasern vermindert. Es wird bei der Abwasserbehandlung unter anderem für die Entfernung von Schwermetallen eingesetzt und in der Papierindustrie auch als Bindemittel verwendet.
Zur Produktion von Insekten und zur Gewinnung von Insektenchitin entwickeln Forschende das Konzept einer Insektenbioraffinerie. Dieses basiert auf dem Einsatz von Bioabfällen. Da sich Insekten mehrfach häuten und Ihre Häute einen hohen Chitingehalt aufweisen, ist dieses Verfahren sehr effizient und kann die Ressourceneffizenz steigern.
: Phosphor aus Abwasser zurückgewinnen
In vielen Bereichen des Lebens sind biogene regenerative Produkte und bioökonomische Verfahren bereits im Einsatz. Welche Produkte das sind haben wir in einer Bilderstrecke zusammengestellt.
Biologische Ressource: Abwasser
Produkt: Phosphor-Düngemittel
Für Lebewesen, auch Gemüsepflanzen, ist Phosphor essenziell. Ein erwachsener Mensch benötigt pro Tag rund 0,8 Gramm des Mineralstoffs. Lagerstätten mit reinem Phosphor werden zunehmend ausgebeutet und es muss zum Beispiel auf mit Cadmium verunreinigten Phosphor zurückgegriffen werden. Weil „sauberer“ Phosphor als Dünger in der Nahrungsmittelerzeugung für die wachsende Weltbevölkerung so wichtig ist und Lagerstätten mit reinem Phosphor zunehmend ausgebeutet wurden, gilt er auch als sogenannter „kritischer Rohstoff“.
Menschen und Tiere scheiden mit der Nahrung zu viel aufgenommenen Phosphor wieder aus, er landet dann im Abwasser (oder der Gülle) und von dort in den Klärwerken. Früher haben die Menschen mit Klärschlämmen die Felder gedüngt, das ist aus Umwelt- und Gesundheitsschutzgründen heutzutage verboten. Aber man kann aus Abwasser beziehungsweise den Resten der Abwasserreinigung (Klärschlamm) den Phosphor gezielt abscheiden.
Im Stuttgarter Verfahren wird Phosphor zum Beispiel in Form von Magnesium-Ammonium-Phosphat als Düngemittel gewonnen. Das gewonnene Magnesium-Ammonium-Phosphat ist so sauber, dass es bedenkenlos als Dünger in der Landwirtschaft verwendet werden kann. So kann der Phosphorkreislauf geschlossen und die natürlichen Vorkommen dieses kritischen Rohstoffs geschont werden.
: Mikroorganismen halten den Abfluss rein
In vielen Bereichen des Lebens sind biogene regenerative Produkte und bioökonomische Verfahren bereits im Einsatz. Welche Produkte das sind haben wir in einer Bilderstrecke zusammengestellt.
Biologische Ressource: Mikroorganismen
Produkt: Sticks zur Abflussreinigung
In Abflüssen von Küche und Bad lagern sich leicht Seifenreste und Fette ab, diese sorgen mit der Zeit für Verstopfungen. Werden sie dann mit Bakterien und Pilzen besiedelt, entstehen zusätzlich schlechte Gerüche in Bad und Küche. Doch es muss gar nicht erst so weit kommen, dass nur noch der umweltschädliche Chlorreiniger hilft. Sticks zur Abflussreinigung, die spezielle Bakterien oder Enzyme enthalten, können die Seifen und Fette effektiv abbauen, ohne üble Gerüche zu erzeugen. Dieses biologische und umweltfreundliche Verfahren beseitigt Verunreinigungen im Abfluss und beugt diesen vor. Das schont Ressourcen, die Umwelt und trägt zur Sicherheit bei Haushaltsreinigern bei.
: Hightech-Material aus Biotech-Spinnenseide
In vielen Bereichen des Lebens sind biogene regenerative Produkte und bioökonomische Verfahren bereits im Einsatz. Welche Produkte das sind haben wir in einer Bilderstrecke zusammengestellt.
Biologische Ressource: Mikroorganismen
Produkt: Spinnenseidenfasern
Spinnenseide ist zehnmal dünner als ein menschliches Haar, zwanzigmal stärker als Stahl und gleichzeitig elastischer als Gummi. Der Naturstoff eignet sich daher hervorragend für den Einsatz in Hightech-Textilien.
Die Produktion der Spinnenseide ist limitiert, da sich die Tiere nicht in großen Mengen züchten lassen. Ein deutsches Unternehmen setzt auf Mikroorganismen, um Spinnenseide biotechnologisch zu erzeugen. Spezielle industrielle Bakterien werden genutzt, um Spinnenseidenproteine herzustellen. Zudem wurde ein Verfahren entwickelt, mit dem die Moleküle zu Fasern verarbeitet werden können.
Diese sehr leichten veganen Seidenfasern werden in vielzähligen Anwendungsbereichen eingesetzt. Beispielsweise wurden sie bereits zu einem Uhrenarmband und einem Laufschuh versponnen und in Kosmetikartikeln verwendet. In Kooperation mit einem europäischen Flugzeughersteller wird sogar ein neuer Verbundstoff für die Luft- und Raumfahrt entwickelt. Dabei sind die Fasern wie Spinnennetze leicht biologisch abbaubar und daher weniger umweltbelastend als herkömmliche Kunstfasern.
: Urin: Ein vergessener Rohstoff mit Zukunft
In vielen Bereichen des Lebens sind biogene regenerative Produkte und bioökonomische Verfahren bereits im Einsatz. Welche Produkte das sind haben wir in einer Bilderstrecke zusammengestellt.
Biologische Ressource: Urin
Produkt: Strom, Kunststoff, Wasserstoff
Jeder Mensch scheidet täglich bis zu zwei Liter Urin aus. Im Altertum nutzten die Menschen Urin bereits wirtschaftlich, woher die Redewendung „Geld stinkt nicht“ herrührt. Den meisten Leuten ist heute nicht mehr bewusst, dass urinhaltiges Abwasser für inzwischen entwickelte biologische Hightech-Verfahren eine hochwertige Rohstoffquelle darstellt.
So gibt es inzwischen biologische Brennstoffzellen, mit denen sich aus Urin direkt Strom gewinnen lässt. In diesem System sind Bakterien angesiedelt, die durch das Verstoffwechseln der im Urin enthaltenen Kohlenhydrate Protonen und Elektronen erzeugen, welche dann zur Stromerzeugung genutzt werden.
Forscher arbeiten derzeit daran, kostengünstige Anlagen für den Hausgebrauch zu entwickeln, und darüber hinaus, diese Systeme zum Beispiel für Großveranstaltungen hochzuskalieren oder weitere Wertstoffe wie Wasserstoff und Kunststoff aus dem urinhaltigen Abwasser zu gewinnen. So könnte man Strom zum Laden des eigenen Handys oder die Beleuchtung der Toilette an abgelegenen Orten beim Toilettengang erzeugen und einen Beitrag zur Ressourcenschonung und -versorgung oder zur Sicherheit leisten.