Natur-basiert Kosmetika & Ernährung

Für den Bereich der innovativen Phytochemie, liegen kosmetische Anwendungen auf der Hand. Zahlreiche Inhaltsstoffe in Pflanzen oder Reststoffströmen aus der pflanzen-verarbeitenden Industrie können für wirksame Kosmetik genutzt werden. Die Palette scheint hierzu schier endlos, Farbstoffe und wichtige Tricks diese zu stabilisieren, zahlreiche natürliche Duftstoffe, Konservierungsmittel, Wirkstoffe gegen Hautalterung oder für Hautstraffung, gegen Rissbildung und für Geschmeidigkeit, Kosmetik mit reinigenden Eigenschaften, energetisierte Kosmetik und sogar essbare Kosmetik stehen auf dem Programm der zahllosen Möglichkeiten.
Interessant wird die Entwicklung von Kosmetika erst recht, wenn noch nicht verwendete Ressourcen ins Spiel kommen, wobei dazu im Besonderen neben Neuentdeckungen auch genannte nicht verwendete Reste aus der Verarbeitung von Interesse sein können. So stecken z.B. in Sonnenblumenstängeln und den Blütenblättern an sich eine ganze Reihe von Inhaltsstoffen wie in dem Projekt HELICAS gezeigt wurde. Oder die Öle von Zwetschken-, Marillen, Pfirsich oder Kirschkernen zeigen auch sehr interessante Anwendungsprofile, wie in den Projekten rund um KernCraft erarbeitet wurde. Rückstände aus Baum- oder Rebschnitt können genauso gut verarbeitet werden, wie aus der lebensmittel-verarbeitenden Industrie. Polyphenole, Tannine, Peptide und andere Wirksubstanzen legen dabei die Grundstoffe für unterschiedliche Anwendungsgebiete.

Neben dem psychischen Zustands eines Menschen ist ganz klar die Ernährung der primärer lebenstreibende Faktor (Ausnahmen soll es auch da geben). Diese Notwendigkeit geht in unserer Gesellschaft weit über die einfache Bedürfnisbefriedigung hinaus. Alle Sinne sollen verwöhnt werden mit Speisen und Getränken, deren Kreationsvielfalt nicht endend wollend ist.

Wie bei den Kosmetika können Reststoffe aus der Lebensmittelverarbeitung oder generell der Verarbeitung von nachwachsenden Rohstoffen auch zu weiteren Ernährungszwecken eingesetzt werden. Dazu zählen nicht nur primäre Lebensmittel, die Zucker oder Proteine beinhalten, sondern auch Nahrungsergänzungsmittel. Die evolutionäre Anpassung der Pflanzen sekundäre Inhaltsstoffe zu produzieren zur Unterstützung zahlreicher Funktionen dienen in diesem Fall auch dem Menschen. Moleküle, die von der Pflanze produziert werden, um diese gegen Feinde oder Umwelteinflüssen zu schützen, können auch den Menschen schützen. Z.B. finden sich Polyphenole (aromatische Moleküle mit Hydroxygruppen) in fast allen Pflanzen, vorliegend in den äußeren Schichten, wie z.B. in der Schale einer Frucht. Diese soll die Pflanze vor z.B. dem Befall von Mikroorganismen schützen. Für den Menschen spielen diese eine wichtige Rolle als Antioxidans, ein Verbindung die als Radikalfänger der Alterung und einer Reihe von Krankheiten entgegenwirkt.

Die Kombination bestimmter Pflanzenwirkstoffe kann synergistische Effekte hervorrufen, die bei der Herstellung von Ernährungspräparaten zu berücksichtigen sind, aber auch zur Steigerung von gewollten Effekten gezielt eingesetzt werden können.

Naturkosmetik

Partizipativ Vereine und Kooperativen

Vereine und Kooperativen können häufig als Social Entrepreneurs fungieren und mit ihrer Freiwilligenarbeit dem Gemeinwohl dienen.
Gerade im Bereich des Naturschutzes sind Vereine Gang und Gebe und bieten die Möglichkeit der Beantragung von staatlichen Förderungen und Verbesserung der Sichtbarkeit und Durchsetzung von Interessen in der Öffentlichkeit. Sie sind ein einfaches Instrument mit dessen Hilfe sich Personen mit den selben Zielen und Interessen organisieren können um einen größeren Impact zu erreichen.
Beispiele dafür sind der Verein SeestadtGrün, der sich für eine grünere und essbare urbane Freiraumgestaltung einsetzt, oder der Verein Gartenpolylog, der es sich zum Ziel gesetzt hat, urbane Gemeinschaftsgärten als Räume der Begegnung und Vielfalt zu verbreiten.

Kooperativen spielen eine zunehmend wichtigere Rolle in der landwirtschaftlichen Produktion und dem Vertrieb von Lebensmitteln. Sogenannte Solidarische Landwirtschaften (SoLaWis) ermöglichen es Bauer:innen unabhängig vom freien Markt zu produzieren und Verbraucher:innen direkt mit frischen Lebensmitteln zu versorgen, da diese eine Abnahmegarantie der Ernte vereinbaren. Ähnliches gilt für FoodCoops, die es Produzent:innen ermöglichen ihre Verbraucher:innen direkt zu beliefern, ohne Zwischenhändler und Preisdumping.

Partizipativ Plattformen und Netzwerke

Der Austausch von Wissen und Know-How ist wesentlich für die Umsetzung der Prinzipien der Kreislaufwirtschaft auf allen gesellschaftlichen Ebenen. Die Barriere zwischen Wissenschaft und Erfahrungswissen soll mit Hilfe von frei zugänglichen Plattformen gebrochen werden, um einen freien Austausch von und kostenlosen Zugang zu Wissen zu ermöglichen, sich mit Gleichgesinnten zu vernetzen und zu kooperieren.

Es gibt eine wachsende Anzahl solcher Plattformen und Netzwerke. Scheuen Sie nicht davor zurück Kontakt aufzunehmen und sich inspirieren und beraten zu lassen.

Hier einige Beispiele:
GRÜNSTATTGRAU
Circular Economy Forum Austria
Ernährungsrat Wien

unternehmerische soziale und ökologische Verantwortung

Partizipativ Sharing Economy

Der Begriff Sharing Economy, oder auch Shareconomy, beschreibt eine Art peer-to-peer Wirtschaftsmodell, in dem Personen sich direkt vernetzen, um Waren und Güter anzuschaffen, zu teilen, auszutauschen und gemeinsam zu nutzen. Im englischen Sprachraum wird auch der Begriff des „asset sharing“ gebraucht. Asset bedeutet das Eigentum einer Person, einer Gemeinschaft (z.B. eines Vereins, einer Genossenschaft), oder eines Unternehmens und meint somit das Teilen von Eigentum mit anderen. Solche Netzwerke werden auf Gemeinschaftsebene organisiert, in dem jede:r Beteiligte gleichberechtigten Zugang zu den gemeinsamen Gütern bzw. Ressourcen hat. Diese Form der Nutzung ermöglicht einerseits eine effizientere Nutzung von Infrastruktur und Ressourcen, ist somit wirtschaftlich und ökologisch nachhaltig, und fördert andererseits die Entstehung von dezentral und lokal organisierten sozialen Gemeinschaften und somit die Belebung der Nachbarschaft.

Hier einige Beispiele für umgesetzte Projekte:
Garage Grande
im Grätzl Wien
Gemeinschaftlich Kompostieren

Partizipativ Social Entrepreneurship

Gemeinwohl über Profit stellen

Unter Social Entrepreneurship versteht man ein soziales Unternehmertum, welches sich für eine positive, gesellschaftliche Veränderung einsetzt. Im deutschsprachigen Raum wird auch der Begriff des Sozialunternehmertums verwendet. Solche Unternehmen wollen z.B. Lösungen für soziale Probleme anbieten, oder setzen sich für die Umwelt ein. Dabei handelt es sich um Unternehmen bei denen wirtschaftlicher Profit eher im Hintergrund steht und dem Gemeinwohl dienen soll, nicht aber der persönlichen Bereicherung. Häufig sind dies auch gemeinnützige Organisationen, die allgemein keine Gewinnerzielung beabsichtigen. Sozialunternehmen, die sich gewerblich organisieren, nutzen Gewinne hauptsächlich, um die Weiterentwicklung ihres Angebots zu verbessern, oder spenden Teile davon für wohltätige Zwecke.

In vielen gesellschaftlichen Bereichen gibt es Bedarf an Veränderung und Verbesserung. Sei es in der Bildung, oder der Integration von Flüchtlingen, im Bereich des Klimaschutzes, oder des nachhaltigen Konsums und der Produktion. Es gibt viele Baustellen, die allein durch staatlich organisierte Hilfe und zivilgesellschaftliches Engagement nicht zu bewältigen sind. Social Entrepreneurs bieten daher eine Möglichkeit der Verbindung von sozio-ökologischem Nutzen und der Nutzung von vorhandenen ökonomischen Strukturen und können somit einen Wandel von innen erzeugen.

Schauen Sie sich hierzu das Social Entrepreneurship Network Austria an und lassen Sie sich inspirieren.

Partizipativ Citizen Science

Forschung ist abhängig von Fördergeldern und daher häufig mit finanziellen Einschränkungen konfrontiert. Die Erhebung von Daten und das Monitoring von Forschungsobjekten sind zeit- und arbeitsintensiv und benötigen daher häufig mehr Wissenschafter:innen als es das Budget erlauben würde. Eine Möglichkeit dies zu kompensieren ist die Zuhilfenahme von Amateur:innen und interessierten Hobbyforscher:innen. Das Prinzip von Citizen Science bzw. Bürger:innenwissenschaft ist es, dass interessierte Bürger:innen die wissenschaftliche Datenerhebung und Datenanalyse, sowie die Durchführung und das Monitoring von Forschungsprojekten zu unterstützen. Dadurch können einerseits viel mehr Daten erhoben und andererseits größere Gebiete abgedeckt werden, bis hin zur globalen Zusammenarbeit und somit den Vergleich von Daten aus aller Welt ermöglichen. Dies ist im Besonderen für globale Auswirkungen des Klimawandels und des menschlichen Einflusses auf die Natur von Bedeutung, um Zusammenhänge zu erkennen und Gegenmaßnahmen zu entwickeln.

Der Beitrag von freiwilligen Helfer:innen in der Forschung nimmt an Bedeutung zu und wird zunehmend einfacher, da vieles z.B. über Apps am Smartphone genutzt werden kann. Verschaffen Sie sich einen Überblick zu den derzeitige Citizen Science Projekten auf „Österreich forscht“ und tragen Sie ihren Beitrag zur Umsetzung der Forschung bei. Beteiligen Sie sich auch gerne an unserem Projekt „TEILEN – RETTEN – NUTZEN: die Karte für Österreich“ indem Sie leerstehende Gebäude, Brachflächen, ungenutzte Räume, Kreislaufwirtschaftprojekte eintragen, oder Ressourcen und Lebensmittel teilen und retten.

Partizipativ Bürger:innenrat

Ein Bürger:innenrat ist eine Sonderform der gesellschaftlichen Beteiligung an politischen Entscheidungen. Die Teilnehmenden werden zufällig ausgelost, was bewirkt, dass ein ausgeglichenes Abbild der Bevölkerung erzielt wird. So diskutieren Arbeiter:innen mit Akademiker:innen, Alt mit Jung, Österreicher:innen mit Zugewanderten und erarbeiten gemeinsam mit beratenden Expert:innen Handlungsempfehlungen, die der Gesamtbevölkerung entsprechen.

Bürger:innenräte sind zwar zeitlich begrenzt, bieten jedoch eine Möglichkeit sich aktiv in die Gestaltung von Gesetzen, Entwicklungsstrategien, Maßnahmen usw. einzubringen. Die Ergebnisse sind nicht bindend, zeigen jedoch die Bedürfnisse aus der Sicht der Zivilgesellschaft mit unterschiedlichsten Hintergründen und können so richtungsweisend für politische Entscheidungen sein.

Gerade im Hinblick auf die Auswirkungen vom Klimawandel auf die Gesellschaft, sind Ernährungssicherheit, Ressourcen-, Wasser- und Energieknappheit schwerwiegende Probleme, für deren Lösung ein Mittragen der Bevölkerung unbedingt notwendig sind. Aufklärung, Austausch und das Ernstnehmen von Sorgen und Bedürfnissen von Menschen in unterschiedlichsten Lebenslagen, trägt dazu bei, die Notwendigkeit einer Kreislaufwirtschaft für alle voranzutreiben.

Natur-basiert Phytotechnologie

Naturbasierte Systeme für eine grüne Zukunft

Phytotechnologie umfasst die Verbindung von Ingenieurwesen mit der Wissenschaft der Pflanzenchemie um technische und sozioökologische Fragestellungen zu bearbeiten. Als Teilgebiet der Umwelttechnik hebt es die Verwendung von Pflanzen und in diesen ablaufenden Prozessen in technischen Anwendungen hervor. Diese naturbasierten Technologien sind zu seriösen Alternativen für konventionelle Technologien geworden aufgrund geringer Kosten, hoher Erfolgsraten, geringen Wartungsanforderungen, echter Nachhaltigkeit, hohem Endverbrauchswert, und nicht zuletzt ihrer ästhetischen Natur.

Weitere Produkte werden für den Markt fertiggestellt. Vielfältige physiologische Eigenschaften von Planzen werden genutzt, um kontaminierte Böden, Sedimente oder Gewässer wiederherzustellen (z.B. Rhizofiltration, Phytoextraktion, Biosorption, Phytosequestration, Phytohydraulik, Rhizodegeneration, Phytovolatisation, Phytodegradation). Durch die Erschließung dieser Prozesse bearbeiten alchemia-nova und blue carex phytotechnologies die Abbau-Eigenschaften von organischen Verunreinigungen, und die Akkumulation sowie Extraktion von Metallen in Pflanzen (Biomining oder das Teilgebiet Phytomining).

Wir nutzen diese vielfältigen physiologischen Eigenschaften von Pflanzen für neue, nachhaltige Umweltstrategien um soziale Herausforderungen zu bewältigen.

Kreislaufwirtschaft Cradle to Cradle

DIE NÄCHSTE INDUSTRIELLE REVOLUTION

Das revolutionäre Cradle to Cradle® (C2C) Konzept wurde vom Chemiker und Prozessingenieur Prof. Dr. Michael Braungart und dem Architekten William McDonough ins Leben gerufen. In Europa hat diese Vision Anwendung gefunden über die EPEA Internationale Umweltforschung GmbH in Hamburg. alchemia-nova ist offizielles Partnerinstitut von EPEA.

Produkte, die nach diesen Prinzipien entworfen und produziert werden dienen am Ende ihres Lebenszyklus stets als Nährstoff für neue hochwertige Nutzungsoptionen, folglich zirkulieren Ressourcen ständig in Kreisläufen. Abfall als Kategorie ist nicht mehr existent. Das Endergebnis sind hoch profitable Produkte für Mensch und Natur, welche künftige betriebliche Umweltstandards schon heute vorwegnehmen. Das Konzept von Cradle to Cradle ist eine zukunftsfähige Strategie, verschiedenste Produkte ohne jegliche Art giftiger Chemikalien auszustatten, die eine Wertschöpfung in einem natürlichen Kreislauf ermöglichen. D.h. es ist nicht die Effizienzsteigerung, die Minimierung der Schadwirkung, die im Vordergrund steht, sondern die tatsächliche Bereitstellung von Nährstoffen, die in biologischen und technologischen Prozessen auf nützlicher Weise verwertet werden können (Michael Braungart & William McDonough, 2008). So werden durch kluges Design bei der Entwicklung eines Produktes alle Komponenten chemisch und auch technologisch so gestaltet, dass eine Wiederverwendung nach dem ersten Zyklus des Produktlebens vollständig gegeben ist.

Cradle to Cradle® bezieht sich auf diese Grundprinzipien

  • Abfall = Nahrung: Alles ist Nährstoff für etwas anderes
  • Diversität feiern: Artenreichtum, Kulturelle- und Innovationsdiversität
  • Solarzeitalter einläuten: Energie und stoffliche Ressourcen werden nur in dem Maße genutzt, wie sie regeneriert werden können

Diese Prinzipien unterstützen beide Wege des Metabolismus eines Produkts oder Prozesses, den biologischen und den technischen Nährstoffkreislauf. Materialien von Produkten, die für biologische Kreisläufe optimiert sind, dienen als biologische Nährstoffe, und können bedenkenlos in die Umwelt gelangen. Materialien von Produkten, die für geschlossene technische Kreisläufe konzipiert sind, dienen als technische Nährstoffe (z.B. Metalle und verschiedene Polymere). Diese Materialien sollen nicht in biologische Kreisläufe geraten. Das C2C-Design Protokoll, konzipiert von McDonough und Braungart, stellt diese Kreisläufe für jedes Produkt in weiteren Details dar. Sie beschreiben auch den Mehrwert für alle involvierten Stakeholder. Qualitäts- und Wertsteigerung sind die Grundpfeiler des C2C-Konzepts, die gleichzeitig die grundlegenden Unterschiede zu konventionellen Interpretationen von Nachhaltigkeit darstellen.

Natur-basiert Phytochemie

Bereits seit unseren Vorgängern, den Alchemisten, wissen wir, dass Pflanzen viele unterschiedliche Anwendungen haben können. Der Begriff Phytochemie bedeutet Chemie der Pflanzen und beschäftigt sich als Teilgebiet der Chemie/Botanik mit der feinstofflichen Zusammensetzung von Pflanzen und den in Pflanzen auftretenden chemischen Vorgängen und Inhaltsstoffen. Prinzipiell wird bei Pflanzen zwischen primären und sekundären Metaboliten unterschieden. Der Primärstoffwechsel einer Pflanze ist notwendig, um das Überleben und Wachstum zu sichern, der Sekundärstoffwechsel bringt Metabolite hervor, die nicht unmittelbar für das Überleben einer Pflanze benötigt werden und erst durch die Interaktion mit der Umwelt wichtig werden. Diese unterstützen die Pflanze in ihrer Fitness, als Reaktion auf das Ökosystem und helfen ihnen sich an die Umwelt zu adaptieren. Als Beispiele können sowohl Pflanzenabwehrstoffe gegen Insekten, Pilze, Bakterien oder Viren genannt werden, als auch Antioxidantien, die als Schutz gegen oxidativen Stress wirken. Auch Lockstoffe wie Farbpigmente in den Blüten, oder flüchtige Duftstoffe gehören dazu. Oft werden solche Stoffe in bestimmten Kompartimenten der Zelle oder eigens dafür entstandenen Organen gebildet, wie beispielsweise die Drüsenhaare der Primeln. Weiters können bestimmte Sekundärmetabolite nur auf gewisse Pflanzengruppen beschränkt sein und somit als chemotaxonomischer Marker dienen [1]. Die Sekundärmetabolite werden grob in drei Gruppen nach ihren Biosynthesewegen eingeteilt.

  • Alkaloide
  • Phenole
  • Terpenoide

Interessant sind diese Stoffe vor allem für die Medizin bzw. Pharmazie, da viele davon positive Eigenschaften auf den menschlichen Organismus haben und somit auch zu Arzneimitteln verarbeitet werden können. Zur Erlangung der Stoffe werden unter anderem Trennverfahren wie die Destillation, die Flüssig-Flüssig Extraktion oder Chromatographien eingesetzt [2].

Ein Schwerpunkt des Instituts alchemia-nova liegt in der Anwendungsforschung der Phytochemie.

Grüne Chemie

Grüne Chemie (engl. Green/Sustainable Chemistry) ist der Beitrag der Chemie Ressourcen zu schonen bzw. Umweltbelastung zu verhindern. So widmet sie sich der Erforschung und dem Einsatz von unbedenklichen Produktmaterialien und Verfahren, bezogen auf Gesundheit und Umwelt. Zudem ist es ihr Ziel, die Verwendung und Generierung von gefährlichen Inhaltsstoffen zu minimieren. Sie wird daher auch als Nachhaltige Chemie bezeichnet. Alchemia-nova forscht beispielsweise an den schonenden Extraktionen von Pflanzeninhaltsstoffen (u.a. Ultraschall kombiniert mit Enzymen). Die folgenden zwölf Grundprinzipien (Anastas und Warner, 1998) der Grünen Chemie kommen bei alchemia-nova standardmäßig zum Einsatz:

  1. Abfallvermeidung
    Es ist besser Abfallstoffe zu vermeiden als diese zu reinigen/entsorgen
  2. Atomeffizienz
    Synthesen und Reaktionen so gestalten und nutzen, dass keine/wenige Atome oder Moleküle der Ausgangsreagenzien übrig bleiben oder ungewünschte Stoffe entstehen.
  3. Weniger gefährliche Substanzen
    Wo durchführbar, sollen Methoden der Synthese zur Anwendung kommen, die Substanzen mit keiner oder minimalen Toxizität für Mensch und Umwelt verwenden oder generieren.
  4. Sicherere Chemikalien
    Chemische Produkte sollen so gestaltet sein, dass bei gewünschter Funktion die Toxizität minimiert wird.
  5. Sichere Lösungsmittel und Hilfsstoffe
    Wo möglich, soll der Einsatz von Hilfsstoffen soll vermieden bzw. wo nötig auf unschädliches Adjuvans zurückgegriffen werden.
  6. Energieeffizienz
    Energieaufwendungen für chemische Prozesse sollen auf ökonomische und ökologische Aspekte hin geprüft und minimiert werden. Wo möglich, sollen Synthesemethoden unter Umgebungstemperatur und –druck durchgeführt werden.
  7. Erneuerbare Rohstoffe
    Wo technisch möglich und ökonomisch gangbar, sollen eingesetzte Rohstoffe und Ausgangsmaterialien erneuerbar sein.
  8. Vermeidung von Derivaten
    Wo möglich, soll unnötige Derivatisierung (Zwischenprodukte/-stufen) vermieden oder minimiert werden, da sie zusätzliche Reagenzien benötigt und Abfall generiert.
  9. Katalyse
    Katalysatoren sollen stöchiometrischen Reagenzien vorgezogen werden.
  10. Natürlicher Abbau
    Chemische Produkte sollen so gestaltet sein, dass sie nach ihrer Funktionsperiode natürlich abgebaut werden können und nicht weiter in der Umwelt verbleiben.
  11. Echtzeitanalyse zur Abfallvermeidung
    Analysemethoden müssen weiter entwickelt werden um Echtzeit- und Prozessmonitoring und Kontrolle vor der Entstehung schädlicher Substanzen zu ermöglichen.
  12. Unfallvermeidung
    Die Art und Form von Substanzen, die in chemischen Prozessen verwendet wird, soll so ausgewählt werden, dass das Potential für chemische Unfälle (Freisetzungen, Explosionen und Feuer) minimiert ist.

[1] Pharmakognosie-Phytopharmazie; Hänsel, Sticher, Steinegger; Springer-Verlag, New York, 6.Auflage 1999
[2] Rosenthaler L. (1928) Kurzer Abriß der Geschichte der Pflanzenchemie. In: Grundzüge der chemischen Pflanzenuntersuchung. Springer, Berlin, Heidelberg

Kreislaufwirtschaft Ressourcenrückgewinnung

DER ABFALL DER EINEN IST DER ROHSTOFF DER ANDEREN. Ressourcenrückgewinnung ist ein Konzept demzufolge bestimmte Materialien aus vermeintlichem Abfall wiedergewonnen werden, um sie einem neuen Nutzen zuzuführen. Kompostierung, Recycling oder Ressourcenextraktion zur Energiegewinnung sind bekannte Beispiele. Auf diesem Wege soll die Ressourceneffizienz von bestehenden Produkten maximiert, sowie die Entstehung von Abfall reduziert bzw. sogar verhindert werden. Eine Methode, die bei der Ressourcenrückgewinnung über Möglichkeiten eines Produktlebens informiert, ist z.B. die Lebenszyklusanalyse (LCA – life cycle analysis). Sie beschäftigt sich mit den umwelt-relvanten Auswirkungen eines Produktes, angefangen vom Ressourcenabbau oder noch früher (Planung) bishin zur Entsorgung oder Wiederverwertung. Diese Produktzyklen basieren auf der Betrachtung des gesamten Systems, das ein Produkt durchläuft und sie bilden auch die Basis für das Prinzip der Kreislaufwirtschaft.

alchemia-nova forscht an der Reintegration von organischem Material in Ressourcenkreisläufe, oft gekoppelt mit Kompostierungstechnologien, die in Bioraffinerkonzepten genauso gut aufgehoben ist, wie in Nachhaltigen Gebäudesystemen oder in der Anwendung von Kreislaufwirtschaftsmodellen. Gleichzeitig beschäftigen wir uns intensiv mit der Gewinnung von Metallen aus Abfällen und Klärschlamm ganz nach dem Motto „Abfall ist Nährstoff“.

Recycling und Ressourcenrückgewinnung

Natur-basiert Biobasierte Industrie

Vernetzte integrierte Bioraffinerien

Die biobasierte Industrie soll in kommenden Jahren eine erdölbasierte Industrie ersetzen können. Dazu sind viele verschiedene Schritte notwendig, die von legislativen über logistischen, sowie technologischen Maßnahmen geprägt sind. Ein wichtiger Baustein in diesem Zusammenhang ist die Entwicklung von Bioraffinerien, die mit einer Vielzahl von unterschiedlichen Biomassen umgehen kann.

Eine Bioraffinerie ist ein System von Prozessen und Anlagen, in denen Produkte der Photosynthese und Biomasse bzw. agrarischen Reststoffe in eine Vielzahl von weiteren Produkten umgewandelt oder aus diesen isoliert werden. Grundprodukte bzw. Basischemikalien sind in der Regel Kohlenhydrate, Lignin, Proteine und Fette.

Die Entwicklung von Bioraffinerien wird zum Schlüssel für die integrierte Produktion von Nahrungs- und Futtermitteln, Chemikalien, Werkstoffen und Gebrauchsgütern, sowie Kraftstoffen in der mittelfristigen Zukunft.

Konventionelle Bioraffineriekonzepte gehen davon aus, die hochmolekularen Inhaltsstoffe, ganz nach dem Modell der Erdölraffinerie, in kleine Bausteine zu zerlegen und dann wieder neue “Plattform-Chemikalien” zu synthetisieren. Die integrierte Bioraffinerie hingegen verfolgt, zuerst die wertvollen pflanzeneigenen Moleküle zu extrahieren und diese, “gratis” zur Verfügung gestellten Stoffe, zu Nutze zu machen. Der Rest kann anschließend immer noch aufgeschlossen werden. Wir gehen sogar noch einen Schritt weiter und sprechen von einer vernetzten integrierten Bioraffinerie:

Nach einer erfolgreichen Implementierung kann nicht nur von einer Verbesserung der Produkteigenschaften gesprochen werden, es werden auch Produktionskosten reduziert.
Der insgesamt generierte Mehrwert übersteigt ökonomisch wie ökologisch den konventionellen. Es wird der Ressourcenbedarf minimiert, da vielseitiger Nutzen auf der gleichen Fläche gewonnen werden kann.

Kreislaufwirtschaft Systemdenken

EIN VOLLSTÄNDIGES BILD MACHEN

Dem Prinzip der Kreislaufwirtschaft liegt eine systemische oder ganzheitliche Denk- und Betrachtungsweise zugrunde. Systemimmanente und -übergreifende Prozesse und deren Beziehungen zueinander werden als Ganzes begriffen und verlangen schließlich in der wissenschaftlichen Praxis nach einer gewissen methodischen Transdisziplinarität. Transdisziplinarität geht dabei über den einfachen Austausch zwischen den Disziplinen hinaus (= Interdisziplinarität) und betont dabei die Relativität dieser konstruierten Grenzen. Schlussendlich soll sie verhindern, dass institutionelle Grenzen auch zu unseren Erkenntnisgrenzen werden.

Das Systemdenken bzw. die Systemtheorie hat damit als Ziel der Zersplitterung des Wissens in wissenschaftliche Disziplinen entgegenzuwirken, nicht zuletzt, um der Komplexität der Realität Rechnung zu tragen. Auf diese Weise sind auch Lösungsansätze für gesellschaftliche Herausforderungen, die auf dieser Denkweise beruhen resilienter und nachhaltiger.

Folgenden Aspekten kommt im Systemdenken besondere Bedeutung zu:

  • Dynamik und Komplexität
  • Energie-, Material- und Informationsflüsse
  • Interaktionen und Überlappungen mit anderen Systemen

Kreislaufwirtschaft Industrielle Symbiose

DIE RESTSTOFFE DER EINEN INDUSTRIE SIND DIE NÄHRSTOFFE DER ANDEREN

„Die Industrie und industrielle Prozesse agieren als Umwandler natürlicher Ressourcen in Produkte und Dienstleistungen. Von der Entstehung bis zur Entsorgung beeinflusst die Industrie die Umweltbelastung eines Produkts und seiner Nutzung“. Um industrielle Nachhaltigkeit zu gewährleisten gilt das Konzept der industriellen Symbiose als einer der Eckpfeiler industrieller Ökologie [1]. Industrielle Symbiose weist dabei auf die Analogie zu ökologischen Systemen hin, wo, ein gemeinsames Leben miteinander und im Austausch zueinanderstehen, Vorteile birgt.
Als bekanntes Beispiel gilt die industrielle Symbiose in Kalundborg (Dänemark). Die Vereinigung zwischen ansässigen Unternehmen verschiedenster Branchen und öffentlicher Einrichtungen bewirkte eine Weiterverwertung von Nebenprodukten und dem Schließen von Stoffkreisläufen, wodurch wirtschaftliche Vorteile für die beteiligten Unternehmen entstanden sind [2].
Anhand der Durchführung eines solchen Konzeptes kann Abfalldeponierung oder -verbrennung vermieden werden sowie Primärrohstoffe beziehungsweise Energieträger geschont werden [3].
Um industrielle Symbiose jedoch tatsächlich realisieren zu können, muss die Möglichkeit des technischen Austauschs von Produktionsergebnissen und Einsatzstoffen gegeben sein sowie ein sehr kooperatives Verhältnis [1].

[1] Industrial Ecology-Erfolgreiche Wege zu nachhaltigen industriellen Systemen; Arnim von Gleich, Stefan Gößling-Reisemann; 1.Auflage 2008; Wiesbaden
[2] Formate zur Unterstützung von Transformations- und Innovationsprozessen in Unternehmen; Helena Mölter, Georg Kobiela, Daniel Vallentin, Timon Wehnert;
[3] Zwischenbetriebliche Rückstandsverwertung-Kooperationen für eine nachhaltige Entwicklung am Beispiel industrieller Verwertungsnetze; Alfred Posch; 1.Auflage 2006; Wiesbaden

Natur-basiert Biocascading

Verlängerung von Wertschöpfungsketten

Die Idee der Generierung von Wertstoffen aus Produkten, die vermeintlich das Ende ihres Lebenszyklus erreicht haben, ist nicht neu. Sie wurde allerdings viele Jahre von der Industrie verdrängt, da die Maxime der Gewinnmaximierung ohne Rücksicht auf Verluste an Biodiversität und ganzen Ökosystemen gelebt wurde.

Erst in den letzten Jahren gibt es wieder viele Versuche, dem entgegenzuwirken. Mit der Kernidee jede Pflanze als Lieferant wertvoller Substanzen zu sehen, werden Anwendungen und Prozesse abgeleitet. Bio-Cascading, als integratives Gesamtkonzept der Bioraffinerie, ist die biochemische, materielle und thermo-chemische Umwandlung von erneuerbaren Ressourcen zu bioaktiven Wirkstoffen, neuen technischen Rohstoffen und primären Energieträgern. So wird die Pflanze zum Rohmaterial vieler aufeinanderfolgender Verarbeitungsprozesse, an deren Ende hochwertige Produkte stehen. Diese gliedern sich nahtlos in den Kohlenstoffkreislauf ein, sind infolge ausnahmslos kompostierbar oder als fermentier- oder brennbare “Energieproduzenten” verwendbar.

Bio-Cascading kann als Konzeptionswerkzeug gesehen werden. Produktionsprozesse können auf den neuesten Stand der Technik gebracht werden, während Produktvariabilität, Rentabilität und Resilienz erzeugt. Die Anwendungsmöglichkeiten sind breit gefächert, vormals als „Abfall“ bezeichnete organische Nebenprodukte werden zu hochwertigen Rohstoffen.

Diese Nutzung der Biorestmasse für Effizienz- und Ertragssteigerung eröffnen Herstellern und Landwirten neue Produktmöglichkeiten und Marktlücken.

Kreislaufwirtschaft Regenerative Landwirtschaft

LANDWIRTSCHAFT BETREIBEN UND ÖKOSYSTEME SCHAFFEN

Unter regenerativer Landwirtschaft werden Agrarmethoden verstanden, die Kohlenstoff aus der Atmosphäre wieder zurück in den Boden bringen [1]. Mit restorativer Landwirtschaft wird organisches Material im Boden aufgebaut und die Biodiversität des Bodens erhöht.
Um dies zu erreichen werden für jeden Standort mit seinen spezifischen Eigenschaften verschiedene Kombinationen von Methoden ausgewählt, die das Boden-Mikrobiom unterstützen, Nährstoffeinträge und –austräge reduzieren und das Pflanzenwachstum fördern [2].
Permakultur (von „permanent agriculture“) ist eine holistische Anwendung in diesem Sinn, dem zugrunde ein nachhaltiges (ökonomisch, ökologisch und sozial gerechtes) Leben liegt [3]. Permakultur ist ein Planungssystem zur Schaffung [4] lebensfördernder Kreisläufe [5]. Dabei sollen Systeme geschaffen werden, die ihren eigenen Bedarf decken, langfristig nachhaltig sind und währenddessen nichts ausbeuten oder verschmutzen. Hier dienen die Natur und natürliche Ökosysteme als Vorbilder. Verschiedene Elemente sollen so kombiniert werden, dass sich ein produktives System entwickelt, das stabil und widerstandsfähig ist und nicht nur Nutzen für menschliche Bedürfnisse entwickelt, sondern auch Nahrung und Lebensraum für Tiere und Pflanzen bildet. „Wichtige Grundsätze bei der Planung sind, dass grundsätzlich ein Element mehrere Funktionen erfüllen sollte, sowie die gleiche Funktion von mehreren Elementen zur Verfügung gestellt wird“ [6].
Restorative Landwirtschaft kann auch im Wasser betrieben werden, wie das Beispiel 3D Ocean Farming zeigt. Hier wird ein Unterwassergarten angelegt, in dem auf schwebenden Seilen Seetang und Muscheln wachsen und Muschelkäfige am Meeresboden liegen. Durch den schnellwüchsigen Seetang, auch bekannt als „Regenwald des Meeres“, ist der Ertrag pro Hektar sehr hoch [7]. Die Algen können 5-mal mehr Kohlenstoffdioxid absorbieren als Landpflanzen und sind somit klimafreundliche Nahrungslieferanten. Durch das Filtern von Stickstoff durch den Seetang und die Meeresfrüchte kann auch die Wasserqualität verbessert werden [8].
Andere Bereiche restorativer Landwirtschaft können mit landwirtschaftlichen Abwässern betrieben werden, wie z.B. in der extensiven Fischfarm Veta la Palma in Spanien. Dabei wird Wasser aus dem Fluss in ein System von Kanälen und Pumpen auf die einzelnen Teiche verteilt. Abgesehen von gelegentlichem Steuern der Menge des einströmenden Wassers kann, durch natürliches Zutun der pflanzlichen und tierischen Kleinstlebewesen im Wasser und einiger Vögel von außerhalb, saubereres Wasser wieder in den Flusskreislauf zurückgeführt werden, als es entnommen wurde [9].
Zukünftige Anwendungsbereiche betreffen die Fertigation (fertilization und irrigation) von agrikulturellen Prozessen mittels anthropogener Abwässer, wodurch sowohl Trinkwasser als auch Düngermittel eingespart werden könnten. Herausforderungen liegen unter anderen in der Aufbereitung von Abwasser- und Abfallströmen, um die pflanzliche Nährstoffaufnahme zu gewährleisten.

[1] Transition Town Bielefeld e.V., Gerd Wessling, June 2017, https://www.ttbielefeld.de/content/gesundheit-aus-dem-boden-vortrag-von-dr-ute-scheub-forum-offene-wissenschaft
[2] Humusrevolution, Stefan Schwarzer, June 2017, https://www.humusrevolution.de/neudefinition-der-regenerativen-agrikultur-2/
[3] LebensraumPermakultur, Stefan Schwarzer, June 2017, https://lebensraum-permakultur.de/permakultur/
[4] Perma-Norikum,Bernhard Gruber, June 2017, https://permanorikum.wordpress.com/about/definition/
[5] AutarcaMatricultura, Claudia von Werlhof, März 2016, https://www.matricultura.org/pdf/Permakultur_Defnitition_Ethik_Prinzipien_Original_Erweitert.pdf
[6] LebensraumPermakultur, Stefan Schwarzer, June 2017, https://lebensraum-permakultur.de/permakultur/
[7] Kickstarter, Bren Smith, June 2017, https://www.kickstarter.com/projects/greenwave/3-d-ocean-farming-saving-our-seas?lang=de
[8] Eatglobe, Michael Friedländer, June 2017, https://www.eatglobe.com/news/farming/797-farming-3-d-ocean-farming.html
[9] Die Zeit, Wolfgang Lechner, Juni 2012, https://www.vetalapalma.es/publi/101_DIE%20ZEIT.pdf

Natur-basiert Biokunststoffe

Biobasierte Kunststoffe wachsen nach

Jährlich werden etwa 200 Millionen Tonnen erdölbasiertes Plastik hergestellt. Bis zu 10% davon landen früher oder später im Meer und sammeln sich in riesigen Meeresstrudeln. Das genaue Ausmaß des Great Pacific Garbage Patch (GPGP), dem Müllkontinent des nördlichen Pazifiks ist noch nicht bekannt. Forscher schätzen pro Quadratkilometer eine Million schwimmende Kunststoffteilchen mit einem Gesamtgewicht von 100 Millionen Tonnen. Fakt ist, dass auf ein Kilo Plankton, dem wichtigsten Nährstoff der Ozeane, 46 kg Plastik kommen. Neben Plastikmüll enthält der GPGP vor allem schädliche Chemikalien wie Dioxine, Pestizide, sogar das Nervengift DDT. Eine tickende Zeitbombe, die immer weiter wächst. Und noch sind keine biologischen Abbaumöglichkeiten bekannt.

alchemia-nova forscht an möglichen Einsatzbereichen von biologisch abbaubaren Kunststoffen. Letztere werden überwiegend aus nachwachsenden Rohstoffen hergestellt, dazu zählen u.a. stärkebasierte Kunststoffe, Polylactid (PLA), Polyhydroxyalkanoate (PHA) und zellulosebasierte Kunststoffe. Die Zersetzung von Biokunststoffen zu CO2 und Wasser erfolgt unter Idealbedingungen innerhalb von 6 Wochen. Es existiert bereits eine breite Produktpalette und durch vielfältige Verarbeitungs- und Anwendungsmöglichkeiten können innovative Produkte hergestellt und sämtliche “Petro-Kunststoffe” ersetzt werden. Die wichtigsten technischen Probleme für eine globale Verwendung von Biokunststoffen wurden bereits gelöst. Unglücklicherweise stellt sich die fehlende politische und industrielle Unterstützung als größte Hürde heraus, die Ablagerung, das Recycling und die Verbrennung von Plastik aus der Petrochemie werden stark lobbyiert.

alchemia-nova hatte bei der Einführung von Biokunststoffen und deren industriellem Einsatz in Österreich eine Schlüsselfunktion. Gemeinsam mit der Stadt Linz und der oberösterreichischen Landesregierung war alchemia-nova Initiator für das Projekt LOOP Linz, dessen Primärziel die Förderung nachhaltiger Verpackungstechnologien war. (Das geheimnisvolle Verschwinden – Biokunststoffe gewinnen die Zukunft). Derzeit arbeiten alchemia-nova an der Erstellung einer Biokunststoff Roadmap Österreich 2050 mit dem Ziel erdölbasierte Kunststoffe durch biobasierte zu ersetzen.

Allein in Österreich liegt der Bedarf von Kunststofftragetaschen bei ungefähr 700 Millionen Stück pro Jahr. Kontinuierliche Bemühungen unseres Institutes, der Partner und aufgeschlossener Menschen garantieren einen Anstieg der Verpackungen aus PLA oder anderen biologischen abbaubaren Kunststoffen.

Kreislaufwirtschaft Nachhaltiges Bauen

Der Begriff “Nachhaltiges/Grünes Bauen” (engl. Sustainable/Green Building) bezeichnet primär eine hohe Ressourceneffizienz von Gebäuden bezogen auf Energie, Wasser und Materialien auf sämtliche Phasen des Gebäude-Lebenszyklus (Planung, Konstruktion/Sanierung, Betrieb, Wartung, Demontage). Schon bei der Wahl der Baumaterialien kann auf bestimmte Baustoffe zurückgegriffen werden, die den Grundprinzipien des Nachhaltigen Bauens entsprechen. Diese nehmen z.B. Rücksicht auf Ausgasungen und Raumluftqualität, können teilweise sogar Luftschadstoffe reinigen, kommen ohne toxischen Zusätze aus, sind aus nachhaltigen/regionalen Quellen und sind leicht wieder rückbaubar bzw. recyclierbar.

Nachhaltiges Bauen kann aber weit über das klassische ressourcen-schonende Bauen hinausgehen und auch die positive Wirkung auf die Gebäudenutzer (z.B. soziale und gesundheits-bezogene Nachhaltigkeitsaspekte) miteinbeziehen. So können Auswirkungen auf Gesundheit und Umwelt, aber auch Produktivität der Nutzer Einzug finden.

In diesem Sinne ist Nachhaltiges Bauen eng an die Cradle to Cradle Philosophie geknüpft. Alchemia-nova forscht an Konzepten und Technologien, zur ausschließlichen Verwendung von Baukomponenten, die im Laufe ihres Lebenszyklus auf der Erde ersetzt, biologisch abgebaut oder vollständig recycliert werden können. Ebenso gilt der Grundsatz der Erneuerbarkeit und Ökoeffektivität dem Energieeinsatz. Dass dies heute schon möglich ist, beweist z.B. das Gugler Leuchtturmprojekt.

Natur-basiert Biomimicry

NATUR-INSPIRIERTE SYSTEME

Der Begriff Biomimicry leitet sich aus den Wörtern bios (Leben) und mimesis (Nachahmung) her. Die Idee dieser neuen Wissenschaft handelt davon, Prozesse, Formen und Strategien der Natur als Model für Lösungen menschlicher Herausforderungen heranzuziehen [1]. Wichtig ist dabei, nicht einfach nur die Natur zu kopieren, sondern den Vorgang dahinter zu verstehen und diese Erkenntnis schließlich entsprechend anzuwenden. Nun stellt sich die Frage, warum ist die Natur der beste Ansprechpartner? Sie hatte über 3,8 Milliarden Jahre Zeit Forschung und Entwicklung zu betreiben,Fehler zu machen und Probleme zu lösen, mit denen wir Menschen uns auseinandersetzen [1], die im Einklang mit den umgebenden Einflüssen und dem gesamten Ökosystem stehen.
Biomimicry 3.8 hat bereits Methoden entwickelt, wie Biomimicry auch im Alltag angewandt werden kann. Dabei besteht das Grundgerüst aus 3 Aspekten:

  • (Wieder-)Verbinden
  • Ethos
  • Nachahmen

(Wieder-)Verbinden: Hier soll durch das Zeit verbringen in der Natur ein (erneute) Verbindung zudieser geschaffen werden und das Beobachten der Abläufe in dieser im Fokusstehen.
Ethos: Hiererklärt man sich bereit auf systemische Nachhaltigkeit zuzuarbeiten indem die 26 Lebensgrundsätze eingehalten werden.
Nachahmen: Durch vier Phasen (Rahmenuntersuchung, Erkenntnis, Entwurf, Auswertung) wird ein Design Thinking Prozess durchlaufen und so Innovationen geschaffen, die die Natur nachahmen [2].

Viele weitere Informationen und die umfangreichste Datenbank dazu kann unter asknature.org gefunden werden.

alchemia-nova hat gemeinsam mit vielen weiteren Akteuren einen Verein im Juni 2017 gegründet, der die Verbreitung des Wissens über Biomimicry stärken soll. Der Tätigkeiten des Vereins „Bioversum – Natur-inspirierte Systeme“ werden über die Webseite bioversum.org kommuniziert.

[1] Center for Biologically Inspired Design, Lenard Yen,June 2017, https://www.cbid.gatech.edu/biomimicry_defined.html
[2] Regina Rowland, Regina Rowland, June 2017, https://www.reginarowland.com/bio-innovation/

Kreislaufwirtschaft Gemeinwohl-ökonomie

BESSER ALS MEHR

Gemeinwohl-Ökonomie bezeichnet ein alternatives Wirtschaftssystem, das auf gemeinwohl-fördernden Werten aufgebaut ist. Gemeinwohl-Ökonomie ist ein Veränderungshebel auf wirtschaftlicher, politischer und gesellschaftlicher Ebene – eine Brücke von Altem zu Neuem.

Auf wirtschaftlicher Ebene ist sie eine lebbare, konkret umsetzbare Alternative für Unternehmen verschiedener Größen und Rechtsformen. Der Zweck des Wirtschaftens und die Bewertung von Unternehmenserfolg werden anhand Gemeinwohl-orientierter Werte definiert.

Auf politischer Ebene will die Bewegung für eine Gemeinwohl-Ökonomie rechtliche Veränderung bewirken. Ziel des Engagements ist ein gutes Leben für alle Lebewesen und den Planeten, unterstützt durch ein Gemeinwohl-orientiertes Wirtschaftssystem. Menschenwürde, globale Fairness und Solidarität, ökologische Nachhaltigkeit, soziale Gerechtigkeit und demokratische Mitbestimmung sind dabei wesentliche Elemente.

Auf gesellschaftlicher Ebene ist die Bewegung für eine Gemeinwohl-Ökonomie eine Initiative der Bewusstseinsbildung für Systemwandel, die auf dem gemeinsamen, wertschätzenden Tun möglichst vieler Menschen beruht. Die Bewegung gibt Hoffnung und Mut und sucht die Vernetzung und Befruchtung mit anderen alternativen Initiativen.

Sie versteht sich als ergebnisoffener, partizipativer und lokal wachsender Prozess mit globaler Ausstrahlung.

www.ecogood.org