Oft sind es die vermeintlich kleinen Innovationen, die dann einen ganz wichtigen Beitrag zur Verbesserung unserer Umwelt und zur Erhöhung der Nachhaltigkeit leisten können. Erstaunlich, was alles möglich ist!
Die Einhaltung der im Pariser Klimaabkommen vereinbarten Zielvorgabe, die Erderwärmung auf 1,5 Grad Celsius beschränken zu wollen, gilt inzwischen als nahezu aussichtslos. Daran wird auch das Ergebnis der 28. Klimakonferenz der Vereinten Nationen in Dubai 2023 kaum etwas ändern können, auch wenn die dort beschlossene Abkehr von der Förderung fossiler Brennstoffe und gleichzeitig die Verdreifachung der Erneuerbaren Energien bis 2030 aus ökologischer Sicht durchaus sehr erfreulich war. Wie allerdings die ebenfalls verabschiedete Senkung der globalen Treibhausgasemissionen um 43 Prozent bis zum selben Stichjahr realisiert und bis 2050 die Emissionsreduktion sogar auf Netto-Null beschleunigt werden kann, dürfte für die internationale Gemeinschaft eine Mammutaufgabe darstellen. Zumal US-Präsident Trump Anfang 2026 die Treibhausgase als unproblematisch postuliert hat.
Wenn es in Sachen Klimaschutz auf der großen Weltbühne noch ziemlich hapert, so gibt es im Kleinen doch eine Vielzahl von bemerkenswerten ökologischen Innovationen, von denen einige brandneue im Folgenden beispielhaft vorgestellt werden sollen.
Flugzeugtreibstoff aus Tomatenabfällen
Tomaten sind nach Kartoffeln das weltweit am zweithäufigsten konsumierte Gemüse. Bei ihrer Ernte fallen große Mengen an Restbiomasse wie Blüten, Blätter, Stängel, Samen oder auch Exemplare von ungenügender Qualität an, die bislang in der Regel verbrannt oder relativ teuer entsorgt werden müssen. Künftig soll dieser sogenannte Tomatentrester im Zuge der angestrebten Dekarbonisierung des Luftverkehrs zur Produktion von nachhaltigem und wirtschaftlich konkurrenzfähigem Flugzeugtreibstoff (Sustainable Aviation Fuel, SAF) verwendet werden, womit Schätzungen zufolge bis 2030 drei Prozent des in Europa benötigten SAF gedeckt werden könnten. Startschuss des visionären und mit 3,5 Millionen Euro für die kommenden vier Jahre geförderten EU-Projekts „ToFuel“, dem ein abfallfreies und CO2-neutrales Bioraffineriekonzept zugrunde liegt, war der 1. Januar 2026. Unter Leitung von Prof. Marlene Kienberger vom Institut für Chemische Verfahrenstechnik und Umwelttechnik der TU Graz sind an dem Projekt elf Partner aus sieben europäischen Ländern beteiligt, darunter auch die deutsche Fraunhofer-Gesellschaft.
Die von zwei großen Industriepartnern zur Verfügung gestellten Tomatenabfälle müssen zunächst so aufbereitet werden, dass sie von Mikroorganismen effizient verwertet werden können. Zur Zerlegung oder Fraktionierung der Biomasse kommen zwei Technologien zum Einsatz. Bei der sogenannten Exkursion wird die Biomasse zunächst unter Wärme und Druck gesetzt sowie anschließend durch einen abrupten Druckabfall in ihre zellulären Bestandteile aufgebrochen. Auf diese Weise entsteht eine optimal aufgeschlossene Basis für die folgende Fermentation, bei der Mikroorganismen genau jene Lipide herstellen können, die für die Produktion des späteren Flugtreibstoffs benötigt werden. Bei der zweiten Fraktionstechnologie, der sogenannten hydrothermalen Verflüssigung, wird die Biomasse unter hohem Druck und hohen Temperaturen in Bioöl und Biokohle umgewandelt. Bevor das so gewonnene Bioöl zu Flugkraftstoff veredelt werden kann, muss es noch von vorwiegend stickstoffhaltigen Ionen gereinigt werden. Die finale Umwandlung der Lipide und des Bioöls in einen nachhaltigen Treibstoff gemäß der internationalen Qualitätsstandards erfolgt mittels des sogenannten HEFA-Prozesses an der österreichischen Montanuniversität Loeben, die sich auf nachhaltige Technologie und Green Tech spezialisiert hat. Wobei HEFA für „Hydrierte Ester und Fettsäuren“ steht und es sich dabei um ein Verfahren zur Herstellung von nachhaltigem Flugkraftstoff aus pflanzlichen, tierischen oder recycelten Fetten und Ölen handelt.
Geruchloser Dünger aus Gülle
Das Düngen mit Gülle, einer übelriechenden Mischung aus Kot und Urin von Nutztieren wie Schweinen oder Rindern, ist gemeinhin ein zentraler Bestandteil einer im Kreislauf gedachten Landwirtschaft, um die Felder auf diese Weise mit Nährstoffen zu versorgen. Allerdings gibt es dabei den unerwünschten Nebeneffekt, dass Ammoniak und Methan in Luft und Boden freigesetzt werden. Diese beiden Gase gelten als besonders klima- und umweltschädlich. „Auf dem Weg zu einer nachhaltigen Landwirtschaft werden für konventionelle wie für Bio-Betriebe innovative Lösungen für die Reduktion von Treibhausgasen eine wichtige Rolle spielen“, so der Generalsekretär der Deutschen Bundesstiftung Umwelt (DBU) Alexander Bonde. Wenig überraschend daher, dass die DBU das im rheinländischen Hürth ansässige Start-up Nunos mit 125.000 Euro fördert, weil es ein Verfahren entwickelt hat, das Gülle in einen geruchlosen Dünger verwandeln und dadurch den Ausstoß der beiden Treibhausgase deutlich verringern kann. Gleichzeitig verspricht das Unternehmen eine bessere Nährstoff-Versorgung der Pflanzen durch die Verwendung ihres neuartigen Düngers.
Eigentlich stammt das Verfahren aus der Raumfahrt/Astronautik. „Das zugrunde liegende System wurde ursprünglich zur Aufbereitung von menschlichem Urin als Düngemittel für den erdfreien Anbau in Gewächshäusern auf Raumstationen entwickelt“, so Nunos-Chef und Umweltingenieur Tim Paulke, der das Start-up 2024 gemeinsam mit seinem Partner, dem Elektrotechniker Fabian Mierbach, als Ausgründung aus dem Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt ins Leben gerufen hat. Die Aufbereitungstechnologie für die Gülle basiert auf einem rein biologischen Prozess und wird direkt auf dem Gelände des landwirtschaftlichen Betriebs, am Stall oder vor dem üblichen Gülledepot, mit einer eigenständigen Anlage installiert, die aktuell hauptsächlich Rindergülle durch Mitwirken von Mikroorganismen verarbeitet. „Um die Ausgasung von Methan und Ammoniak zu vermeiden, wird die Gülle möglichst schnell aus den Ställen in die Aufbereitungsanlage geleitet“, so Tim Paulke. Innerhalb eines 24-Stunden-Zyklus bildet sich ein geruchsneutraler, dank chemisch stabiler Verbindungen verlustfrei lagerbarer Flüssigdünger mit direkt für die Pflanzen nutzbaren Nährstoffen, die den Kulturen laut Nunos wesentlich schneller zugutekommen können als beim herkömmlichen Ausbringen der Gülle. „Nach ersten Pflanzversuchen rechnen wir bei der Ernte mit einem Mehrertrag von bis zu 20 Prozent, was wir 2026 auf zwei landwirtschaftlichen Betrieben in Feldversuchen validieren möchten“, so Tim Paulke. Neben den Gülle-Aufbereitungsanlagen stellt Nunos auch schon kleinere Mengen des Düngemittels für den Hausverbrauch her, sie können per Internet geordert werden. „Der Dünger wirkt auch für den heimischen Tomatenanbau oder bei Zimmerpflanzen wie ein Multivitamin-Drink“, so Tim Paulke. „Durch die DBU-Förderung bekommen wir die Möglichkeit, das Verfahren ausführlicher auf seine Umweltauswirkungen zu testen, anstatt nur wirtschaftliche Faktoren zu betrachten.“
Bonner Uni mit Labor-Supermarkt
Kaum zu glauben, dass sich eine hiesige Universität einen eigenen Supermarkt zugelegt hat. Hinter den weißen Mauern des Gebäudekomplexes „Am Probsthof“ der Universität Bonn gilt das Interesse nicht wirtschaftlichen Umsätzen oder Gewinnen. Vielmehr handelt es sich um einen sogenannten Labor-Supermarkt, mit dessen Hilfe Wissenschaftler aus der Lebensmittel- und Ressourcenökonomik, Psychologie, Ökonomie und Verhaltensforschung möglichst tiefgründige und praxisnahe Erkenntnisse darüber gewinnen möchten, wie man durch geschickte Produktplatzierung und andere Kaufanreize einen gesundheitsbewussten und nachhaltigen Einkauf fördern kann. Bei den Kunden handelt es sich allerdings allesamt um Probanden, die für ihr Shopping einen Gutschein erhalten. Kameras zeichnen die Laufwege und Kaufentscheidungen der Probanden auf. „Wir können feststellen, wie viele der Testpersonen zu Packungsvariante A oder B greifen“, so der Projektleiter Dr. Dominic Lemken, Professor für Ernährungswissenschaft der Uni Bonn. Mit seinem Team möchte Prof. Lemken beispielsweise untersuchen, welche Impulse es benötigt, um die Kundschaft zum Kauf von gesünderen Produkten zu animieren, wie das Interesse für Waren von Öko-Labels oder auch für Fleischersatzprodukte gesteigert und wie die üblicherweise mit Süßigkeiten umrahmte sogenannte Quengelzone an den Kassen durch gehaltvollere Erzeugnisse wie Bananen aufgewertet werden könnte. Nach der Testphase im März beginnen die Forscher nun mit ihren Studien.
Bioplastik aus organischen Abfällen
Wie wäre es, wenn aus organischen Abfällen wie Gartenschnitt, Heu, Ernterückständen oder auch aus Algen ein biobasierter und biologisch komplett abbaubarer Kunststoff gewonnen werden könnte? Ein Kunststoff, der zur Herstellung von medizinischen Produkten, für Bauteile von Autos, für Isolierungen oder auch für Verpackungen genutzt werden könnte. An der Universität Oldenburg ist derzeit ein Forschungsteam um die Chemikerin Dr. Melanie Walther in Kooperation mit drei weiteren nationalen wie internationalen Hochschulen mit der Entwicklung eines solchen Bioplastiks auf Basis von Polybutylensuccinat (PBS) beschäftigt. Dem Bundesforschungsministerium (BMFTR) ist das ambitionierte Projekt namens „EcoPBS“ einen Zuschuss in Höhe von rund 2,7 Millionen Euro wert. „Die Arbeit der neuen Nachwuchsgruppe zielt darauf ab, mit Kunststoffen aus nachwachsenden Rohstoffen eine industrietaugliche Alternative zu herkömmlichem Plastik zu bieten“, so der Präsident der Universität Oldenburg Prof. Ralph Bruder. „Die Förderzusage des BMFTR würdigt auch die herausragende Forschungsinfrastruktur unserer Universität auf diesem Gebiet und unterstreicht das Potenzial von ‚EcoPBS‘ für eine umwelt- und klimafreundliche Kreislaufwirtschaft.“
PBS gilt als ähnlich robust und verarbeitungsfähig wie die erdölbasierten Kunststoffe Polypropylen und Polyethylen. Mit dem wesentlichen Unterschied, dass sich PBS biologisch gut abbauen lässt. Bislang fehlt es jedoch noch an Verfahren, mit denen PBS vollständig biobasiert, recyclingfähig und zugleich industrienah hergestellt werden kann. „Für eine hohe Ausbeute braucht es leicht zu kultivierende Mikroorganismen, die stabil genug sind, um in kosten- und energiearmen verfahrenstechnischen Prozessen zu bestehen“, so die Wirtschaftschemikerin Dr. Walther. In drei Teilprojekten erforscht das Team deshalb, wie sich organische Abfälle von Gartenschnitt bis hin zu Ernteresten mittels biotechnologischer Prozesse in Bio-PBS verwandeln lassen. Wobei zunächst zwei unterschiedliche Fermentationswege analysiert werden: die Aceton-Butanol-Ethanol-Fermentation sowie die Bernsteinsäure-Fermentation.
Im zweiten Teilprojekt steht das sogenannte Downstreaming im Mittelpunkt, also die Aufarbeitung und Reinigung des fermentierten Materials von Fremdstoffen. Hier soll insbesondere die organische Verbindung n-Butanol (auch 1-Butanol genannt), ein primärer Alkohol, in den zweiwertigen Alkohol 1,4-Butanol, ein wichtiges Zwischenprodukt für die Kunststoffherstellung, veredelnd umgewandelt werden. Daneben soll mithilfe von Prozesssimulationen und Methoden des maschinellen Lernens überprüft werden, wie sich die Stoff- und Energiebilanzen verbessern lassen. Das dritte Teilprojekt widmet sich der Entwicklung und Optimierung chemischer Verfahren, mit denen störende Nebenstoffe entfernt werden können, um so erstmalig komplett biobasiertes PBS erhalten zu können. Eine dafür benötigte Spezialchemikalie hat das Team schon entwickelt und als Patent angemeldet. Darüber hinaus soll geprüft werden, wie die bei der Produktion von Bio-PBS anfallenden Reststoffe energetisch genutzt werden können, etwa zur Erzeugung von Strom und Wärme zum Betrieb der Laboranlagen. Auf Basis digitaler 3D-Modelle sollen schließlich erste anwendungsnahe Demonstrationsprodukte wie Verpackungen oder medizinisches Material produziert werden.