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Auf dem Weg zu einer nachhaltigen Bioökonomie

Topic 7 trägt zu einer nachhaltigen Bioökonomie bei, die eine wachsende und anspruchsvolle Bevölkerung mit Lebensmitteln und erneuerbaren Ressourcen für die Industrie versorgt und gleichzeitig den ökologischen Fußabdruck verringert und eine wachsende Kreislaufwirtschaft unterstützt.

Ein Überblick von Topicsprecher Michael Bott

Struktur

© Forschungszentrum Jülich - Ralf-Uwe Limbach

Biologische und ökologische Ressourcen für eine nachhaltige Nutzung

Pflanzen, Mikroben, Enzyme, Aquakulturorganismen und ihre Ökosysteme stellen wichtige Ziele für Produktionssysteme und die Erhaltung biologischer Ressourcen dar. ST7.1 wird das Grundlagenwissen über diese Ressourcen als Basis für Wertschöpfungsketten/-netzwerke der Bioökonomie und über die Funktionen von Ökosystemen, einschließlich der Fähigkeit mikrobieller Systeme, organische Chemikalien unter Feldbedingungen abzubauen, erweitern und verbessern. Es wird neue Technologien und Methoden zur Verbesserung der Pflanzenzüchtung, der Entwicklung mikrobieller Stämme und der Aquakultursysteme beitragen. Hervorzuheben ist die einzigartige Kompetenz in ST7.1, quantitative Informationen über die dynamische Leistung von Organismen unter Produktionsbedingungen zu gewinnen. Wir entwickeln und nutzen ein einzigartiges Portfolio von "Omics"-Technologien, (Bio-)Informatik, Bioengineering, nicht-invasiven Phänotypisierungstechnologien und quantitativer Fernerkundung mit Schwerpunkt auf digitalen Bioökonomiekonzepten.

Sprecher: Ulrich Schurr (FZJ) und Michael Bott (FZJ)

Nutzung von erneuerbaren Kohlenstoff- und Energiequellen und Entwicklung von Ökosystemfunktionen

Umfang und Herausforderungen. Ziel von ST7.2 ist es, ressourceneffiziente Umwandlungsprozesse und -technologien für Produkte der Bioökonomie sowie für Prozesse, die Ökosystemfunktionen unterstützen, zu entwerfen, zu verstehen, zu quantifizieren und zu entwickeln. Dabei wird ein breites Ressourcenspektrum berücksichtigt, einschließlich aus Biomasse gewonnener Materialien aus der Primärproduktion, Rückständen oder Abfällen, anorganischer Ressourcen wie CO2 und/oder Wasser sowie Ressourcen fossilen Ursprungs. Auf der Produktseite werden Plattform- und Feinchemikalien, mikrobielle und pflanzliche Sekundärmetaboliten, Pharmazeutika, Proteine, Werkstoffe, Energieträger und Elektrizität behandelt. Das ST zielt auch auf die Entwicklung biologischer und technischer Systeme ab, die zum Abbau, zur Degradierung und zum Management von Chemikalien in natürlichen und technischen Systemen eingesetzt werden.

Sprecher: Andreas Schmid (UFZ) und Wolfgang Wiechert (FZJ)

© Forschungszentrum Jülich

Agro-Biogeosysteme: Kontrollen, Rückkopplungen und Auswirkungen

ST7.3 wird sich auf Agro-Biogeosysteme und die Wechselwirkung zwischen produzierenden Ökosystemen (mit Schwerpunkt auf Agrar- und Waldökosystemen) und der Umwelt konzentrieren. Die Auswirkungen und Rückkopplungen der Primärproduktion auf die Umweltkompartimente (Boden, Atmosphäre, Wasser) werden analysiert, um integrierte systemische Ansätze zu entwickeln und zu optimieren, die Rückkopplungsschleifen mit negativen Auswirkungen minimieren. Die Treibhausgasemissionen des Agrarsektors in der EU-28 beliefen sich 2012 auf 471 Millionen Tonnen CO2-Äquivalente (10 % der gesamten Treibhausgasemissionen (EG)). Die Ergebnisse von ST7.3 dienen daher als Grundlage für eine klimagerechte und klimaresistente Landwirtschaft/Wiesenbau. Der Schwerpunkt liegt auf dem grundlegenden Verständnis der Boden-Pflanze-Atmosphäre-Prozesse und des Nährstoffkreislaufs (ST7.1) in Agrarökosystemen über verschiedene Skalen hinweg, mit dem Ziel, das Zusammenspiel zwischen hydrologischen, biotischen und geochemischen Prozessen besser zu verstehen. Dieses Wissen bildet die Grundlage für eine integrierte, multiskalige terrestrische Modellierung, die Produktionsökosysteme abbildet, eine Bewirtschaftung nahezu in Echtzeit ermöglicht, Wissen/Informationen aus großen Datenströmen (aus Simulation und Messung) generiert und zu einer digitalen Bioökonomie beiträgt. Die quantitative Analyse der Auswirkungen von Produktionssystemen auf die Ökosystemleistungen wird in Bezug auf Atmosphäre, Wasser, biogeochemische Kreisläufe und lokales Klima durchgeführt (T1 und T5).

Sprecher: Jan Vanderborght (FZJ)

Aktuelle Highlights

Neue Veröffentlichung

Nylon-Fresser – mikroskopische Helfer beim Recycling von Kunststoffabfällen

Ein Team von Wissenschaftler:innen des Instituts für Bio- und Geowissenschaften – Biotechnologie am Forschungszentrum Jülich hat zusammen mit der Firma Novonesis ein Bakterium entwickelt, das die Einzelbausteine verschiedener Nylonvarianten „frisst“ und in wertvolle Stoffe umwandeln kann. Die Ergebnisse dieser Forschung leisten einen wichtigen Beitrag zur Verbesserung von Nylonrecycling. Die Studie wurde nun im Fachmagazin Nature Microbiology veröffentlicht.