Die Bio\u00f6konomie ist noch ein recht junges Pfl\u00e4nzchen, das es inzwischen auf die Agenda der Forschungspolitik geschafft hat. Gemeint ist ein Wirtschaften, das auf biologische Ressourcen setzt. Auf diese Weise, so die Hoffnung, sollen Nahrungsmittel, Chemikalien oder Energietr\u00e4ger umweltschonend produziert werden. In Nordrhein-Westfalen wird dieses Konzept nun fach\u00fcbergreifend umgesetzt. Bereits im Herbst 2010 haben das Forschungszentrum J\u00fclich, die Universit\u00e4ten Bonn und D\u00fcsseldorf sowie die RWTH Aachen dazu einen strategischen Forschungsverbund gegr\u00fcndet. Das “Bioeconomy Science Centre (BioSC)” umfasst 54 Arbeitsgruppen aus den jeweiligen Standorten. Nun starten die ersten Projekte.<\/b><\/p>\n
Bei der Bio\u00f6konomie dreht sich alles um die umweltschonende Nutzung nachwachsender Ressourcen. Dazu z\u00e4hlt eine Vielzahl von Schritten: Von der Bereitstellung von Biomasse \u00fcber deren enzymatischen Aufschluss bis hin zur biotechnologischen Veredelung der Produkte. Hier ist das Know-how von verschiedensten Fachdisziplinen gefragt. Die Ausrichtung hin zu einer biobasierten Wirtschaft hat es mittlerweile sowohl auf europ\u00e4ischer Ebene als auch in Deutschland auf die Agenda der Forschungspolitik geschafft. Ende des vergangenen Jahres etwa hat die Bundesregierung die 2,4 Milliarden Euro schwere nationale Forschungsstrategie Bi\u00f6konomie 2030 gestartet.<\/p>\n
Gemeinsame Strategie <\/b>
Fast zur selben Zeit haben sich Forscher in Nordrhein-Westfalen zu einem bisher in dieser Gr\u00f6\u00dfe einzigartigen Verbund zusammengeschlossen, dem “Bioeconomy Science Center (BioSC)”. Vier Forschungseinrichtungen sind Partner in dieser strategischen Allianz: Das Forschungszentrum J\u00fclich, die Universit\u00e4ten Bonn und D\u00fcsseldorf und die RWTH Aachen. “Im BioSC b\u00fcndeln wir die herausragenden Kompetenzen der Bio\u00f6konomie-Forschung in Nordrhein-Westfalen”, sagt Ulrich Schurr. Der Professor vom Institut f\u00fcr Bio-und Geowissenschaften am Forschungszentrum J\u00fclich ist der Gesch\u00e4ftsf\u00fchrende Direktor des BioSC. “Uns geht es um einen Mehrwert durch Integration”, sagt Schurr. So werde jeder Standort seine besondere Expertise in dem Verbund einbringen, Bonn etwa seine Kapazit\u00e4ten in den modernen Agrarwissenschaften, J\u00fclich und D\u00fcsseldorf die Biotechnologie und die Pflanzenforschung und Aachen die Verfahrenstechnik. Die Zahlen zum BioSC sind schon jetzt bemerkenswert: Derzeit haben sich dem strategischen Zentrum 54 Kernarbeitsgruppen mit derzeit 1.200 Mitarbeitern angeschlossen. Insgesamt verf\u00fcgen sie \u00fcber eigene Drittmittel in H\u00f6he von mehr als 30 Millionen Euro.<\/p>\n
Bonn: Miscanthus liefert Biomasse meterhoch<\/b>
F\u00fcr alle Forschungsstandorte des neuen Zentrums gilt: Nachwachsende Rohstoffe sind der Ausganspunkt ihrer Arbeit. Zu den wichtigsten Rohstofflieferanten der Bio\u00f6konomie z\u00e4hlen Pflanzen. Die Universit\u00e4t Bonn mit ihrem Campus in Klein-Altendorf wird deshalb im Verbund eine zentrale Rolle als Basislager spielen. Hier haben derzeit alle Au\u00dfenlabore und Freilandversuchsanlagen der landwirtschaftlichen Fakult\u00e4t ihren Platz gefunden. Ralf Pude, Leiter des Forschungsbereiches Nachwachsende Rohstoffe, ist Experte f\u00fcr das Chinaschilf Miscanthus, das die Bonner in gro\u00dfem Stil auf ihren Versuchs\u00e4ckern als Energiepflanze anbauen. Auf den fr\u00fchlingsgr\u00fcnen \u00c4ckern fallen die vier Meter hohen Schilfgr\u00e4ser sofort ins Auge. <\/p>\n
“Miscanthus w\u00e4chst im Sommer bis zu f\u00fcnf Zentimeter am Tag”, sagt Pude. Der Anbau der mehrj\u00e4hrigen Pflanze sei ohne viel Aufwand m\u00f6glich. “Wir ernten die Halme erst im Fr\u00fchjahr, nachdem sie \u00fcber die Winter auf dem Acker sch\u00f6n getrocknet sind”. Das geerntete Micanthus-Stroh zerh\u00e4ckseln die Bonner Forscher zu einem feinen Streu, das sich problemlos in handliche Pellets oder Briketts pressen l\u00e4sst. Aus einem Hektar Miscanthus-Ernte sei so etwa die Leistung von 8.000 Litern Heiz\u00f6l herauszuholen. “Aus den Miscanthus-Fasern haben wir auch schon einen Leichtbeton hergestellt, der bereits in einigen H\u00e4usern verbaut wurde”, sagt Pude. Nun pr\u00fcfen die Forscher, ob sich Miscanthus-Fasern auch f\u00fcr die Herstellung von Gegenst\u00e4nden aus Biokunststoffen eignen.<\/p>\n
D\u00fcsseldorf: Tuning f\u00fcr den Motor der Pflanzen<\/b>
Miscanthus-Gr\u00e4ser wachsen auch deshalb so schnell, weil sie eine besonders effiziente Form der Photosynthese betreiben. Nur zu gerne w\u00fcrde Peter Westhoff diese Eigenschaft auch Nutzpflanzen wie Weizen, Reis oder Zuckerr\u00fcbe beibringen. Die Photosyntheseleistung ist eine der letzten Stellschrauben, an der Pflanzenz\u00fcchter heute noch drehen k\u00f6nnen, um den Ertrag ihrer Gew\u00e4chse zu steigern. “Die Photosynthese ist der Motor der Pflanzen”, sagt der Professor f\u00fcr Entwicklungs- und Molekularbiologie an der Heinrich-Heine-Universit\u00e4t D\u00fcsseldorf, “doch bei den sogenannten C3-Pflanzen wie Weizen und Reis arbeitet er fehlerhaft”. Deshalb gingen bis zu einem Drittel des eingelagerten Kohlenstoffs in dem Prozess verloren. C4-Pflanzen wie Miscanthus und Mais h\u00e4tten ihre Photosyntheseapparat anders konstruiert. “Sie haben an ihren Motor eine Art Turbolader gebaut, der die Verluste deutlich reduziert”, so Westhoff. Nun untersucht der Entwicklungsbiologe, wie sich C3-Pflanzen auf den C4-Turbolader-Typ umr\u00fcsten lassen. Dazu seien viele kleine Schritte n\u00f6tig, die die Forscher derzeit an Modellpflanzen ausprobieren. Westhoff macht auch klar: “Ohne Gentechnik werden wir das nicht hinbekommen”.<\/p>\n
Aachen: Biokraftstoffe einer neuen Generation<\/b>
Die Ingenieure der RWTH Aachen wollen die gespeicherte Energie der Pflanzen wiederum f\u00fcr die Gewinnung neuer Kraftsstoffe nutzen. Ein Beispiel ist der Exzellenz-Cluster “Tailor Made Fuels from Biomass” (TMFB), der ins neue Zentrum integriert wird. Ziel ist es, aus Holz eine Reihe von chemischen Bausteinen zu gewinnen, die in einem n\u00e4chsten Schritt dann zu neuartige Treibstoffmolek\u00fcle umgesetzt werden k\u00f6nnen. Desweiteren werden bis 2014 in Aachen mehrere RWTH-Lehrst\u00fchle f\u00fcr Verfahrenstechnik in einem Neubau, dem “Center for Next Generation Processes and Products” (NGP2) geb\u00fcndelt werden. Dazu soll auch eine Bioraffinerie-Anlage im Pilotma\u00dfstab errichtet werden, die auch f\u00fcr das NRW-Bio\u00f6konomiezentrum zum Einsatz kommen wird.<\/p>\n
Im Forschungszentrum J\u00fclich r\u00fccken die Forscher des IBG-2 den Pflanzen mit Hightech-Methoden zuleibe – zum Beispiel, um ihr Wachstum und ihre Wechselwirkung mit der Umwelt in Echtzeit zu untersuchen. Dazu haben die Forscher um Ulrich Schurr das “J\u00fclich Plant Phenotyping Centre (JPPC) aufgebaut, das mit mehr als 20 Millionen Euro vom Bundesministerium f\u00fcr Bildung und Forschung unterst\u00fctzt wird. “Mit der Ph\u00e4notypsierung sind wir noch an vielen Stellen am Beginn”, berichtet Siegfried Jahnke – einer von Schurrs Kollegen im Team. “Wir m\u00f6chten herausfinden: Sind bestimmte Merkmale in einer bestimmten Art und Weise verkn\u00fcpft mit dem, was im Erbgut hinterlegt ist.” Denn die Forscher wissen: Bei Pflanzen spielen Umweltbedingungen bei der Auspr\u00e4gung von Eigenschaften eine ma\u00dfgebliche Rolle.<\/p>\n
Mit einer Reihe von nicht-invasiven Methoden, darunter ein Magnetresonanztomograph (MRT), k\u00f6nnen die Pflanzenforscher ihren gr\u00fcnen Studienobjekten nun zum Beispiel in unerreichter Pr\u00e4zision beim Wachsen zuschauen. Damit erfassen die Forscher nicht nur Ver\u00e4nderungen der anatomischen Merkmale im Zeitverlauf, sondern auch Pflanzeninhaltsstoffe wie den Wassergehalt. Ergebnisse wie diese k\u00f6nnen die Forscher dann nutzen, um Z\u00fcchtern wertvolle Hinweise zu liefern, wie Pflanzen auch mit widrigen Bedingungen, etwa lang anhaltender Trockenheit, zurechtkommen.<\/p>\n
J\u00fclich: Mikroben als biologische Minifabrik<\/b>
Einen andere biologische Ressource f\u00fcr die Bio\u00f6konomie nutzen die benachbarten Kollegen der J\u00fclicher Pflanzenforscher am Biotechnologieinstitut IBG-1. Dort stehen nicht Pflanzen, sondern Mikroben im Mittelpunkt. Als biologische Minifabriken sollen Bakterien f\u00fcr die industrielle Herstellung von Produkten wie Aminos\u00e4uren fit gemacht werden. Dazu entwickeln die Forscher neue Produktionsst\u00e4mme und ermitteln in eigens konstruierten Bioreaktoren die Bedingungen, mit den sich die optimale Leistung aus den Bakterien herausholen l\u00e4sst.<\/p>\n
Im Visier haben die Forscher vor allem den Stoffwechsel der Mikroben. “Die meisten wirtschaftlich interessanten Stoffwechselprodukte sind am sogenannten Zentralstoffwechsel eines Mikroorganimus gekoppelt”, so der J\u00fclicher Forscher Wolfgang Wichert. “Das sind die gro\u00dfen Stoffwechselautobahnen in einer Zelle. Uns geht es darum, die chemischen Reaktionen in diesem Stoffwechsel zu verst\u00e4rken, so dass mehr von einem bestimmten Stoff produziert wird.” Daf\u00fcr ver\u00e4ndern die Forscher die Mikroorganismen mithilfe gentechnischer Verfahren. “Zu jeder Reaktion geh\u00f6rt ein Gen und wenn man dem Organismus einfach mehr von diesem einem Gen ins Genom einbaut, dann setzt er in diesem Stoffwechselschritt mehr um als vorher”, so Wichert. <\/p>\n
Was sich so einfach anh\u00f6rt, ist hochkomplex. An die tausend chemische Stoffe werden in einem Organismus wechselseitig ineinander ungewandelt. Wird an einer Stelle etwas ver\u00e4ndert, macht sich das am anderen Ende sofort bemerkbar. Um diese Wechselwirkungen zu verstehen, nutzen die Forscher systembiologische Methoden. Sie beobachten damit ganz genau, wo wann was und wieviel produziert wird und lassen diese Daten in mathematische Computermodelle einflie\u00dfen. Diese wiederum erleichtern die Identifikation von Stellschrauben im Genom, an denen die Forscher ansetzen k\u00f6nnen, um ihre biologischen Minifabriken bestm\u00f6glich zu optimieren.<\/p>\n
Lehrst\u00fchle werden komplement\u00e4r besetzt<\/b>
Ob J\u00fclich, Aachen, Bonn oder D\u00fcsseldorf: Im Forschungsverbund BioSC arbeiten die Wissenschaftler aller Standorte auf Augenh\u00f6he zusammen. BioSC-Direktor Schurr betont: “Wir starten nicht von Null, es gibt bereits langj\u00e4hrige Zusammenarbeit mit einzelnen Instituten.” Doch bisher h\u00e4tte es diese Kooperationen nur auf kleiner Flamme gegeben, das BioSC soll diese Aktivit\u00e4ten nun deutlich befeuern und aufeinander abstimmen. Ein eigenes Geb\u00e4ude ist dabei nicht geplant, das Zentrum ist eher virtueller Art. “Zur neuen Zusammenarbeit geh\u00f6rt zum Beispiel, dass neue Lehrst\u00fchle k\u00fcnftig an den Standorten komplement\u00e4r besetzt werden”, so der J\u00fclicher Pflanzenforscher, “au\u00dferdem erhalten die Partner Zugang zu den Technologieplattformen der jeweiligen Institute.” Finanziell wird das Zentrum zun\u00e4chst von den vier Partnerinstitutionen getragen. Ab 2012 soll es eine eigene Finanzierung geben, so Schurr. Dann sollen vom Land Nordrhein-Westfalen rund 6 Millionen Euro pro Jahr ins BioSC flie\u00dfen. Dar\u00fcber hinaus ist das Ziel – mit dem Zentrum als gemeinsamer Flagge – weitere Drittmittel einzuwerben.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"
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