Bioeconomy Science Center
Forschung und Kooperation für nachhaltige BioÖkonomie

Bioeconomy Science Center
Forschung und Kooperation für nachhaltige BioÖkonomie

Forschungsprogramm

Die inhaltliche Ausrichtung des NRW-Stategieprojekts BioSC wird seit dem Beginn von Phase 2 durch wissenschaftliche Themenschwerpunkte definiert. Drei Fokusthemenfelder und eine Kompetenzplattform setzen den Rahmen für alle geförderten Aktivitäten.

 

Fokusthemenfeld „Smart management for plant performance“

Pflanzen sind für die Umsetzung und Etablierung einer nachhaltigen Bioökonomie von zentraler Bedeutung. Sie sind der Schlüssel, den zunehmenden Bedarf an Nahrungs- und Futtermitteln nachhaltig zu sichern, sowie die Basis für die Versorgung mit nachwachsenden Rohstoffen und für die Reduzierung der Abhängigkeit von fossilen Energieträgern. Weltweite Forschungsanstrengungen in Züchtung, Pflanzenschutz, Düngung und verbesserte Anbaumethoden haben bereits in der Vergangenheit wesentlich zu einer Verbesserung der landwirtschaftlichen Produktion und der Steigerung von Ertrag und Qualität beigetragen.

Konzept des Fokusthemenfelds: Die Steigerung der zur Verfügung stehenden Biomasse erfordert disziplinübergreifende, nachhaltige und visionäre Konzepte, mit denen ressourcenschonend und umweltverträglich die pflanzliche Leistungsfähigkeit und der Ertrag an Biomasse erhöht, die Qualität für den jeweiligen Nutzungsweg angepasst sowie Ertrags- und Nachernteverluste minimiert werden können. Moderne interdisziplinäre Ansätze bieten Optionen, die weit über die Pflanzenforschung hinausgehen, um die Nutzungseffizienz der Ressourcen Wasser und Nährstoffe zu verbessern, das Ertragspotenzial zu steigern, die Krankheitsresistenz und Pflanzengesundheit zu erhöhen und auch die Toleranz gegenüber abiotischen Stressfaktoren (z.B. Trockenheit, Licht, Salz, etc.) zu steigern.Die direkte Kopplung von Züchtung, innovativen Anbaukonzepten von Pflanzen und deren Verwendung zur Wertstoffsynthese stellt ein wesentliches Element für das Fokusthemenfeld dar.

 

Fokusthemenfeld “Integrated biorefineries for sustainable production and processing“

Die Entwicklung von Bioraffineriekonzepten und -systemen, in denen Bereitstellung von Biomasse und deren Umwandlung in Produkte integriert sind, stellen Kernelemente für die angestrebte Transformation von einer erdölbasierten Ökonomie zur Bioökonomie dar. Hierzu ist ein Paradigmenwandel erforderlich: hatte bislang der Anbau einer Nutzpflanze überwiegend die Bereitstellung eines primären Endproduktes zum Ziel, muss nun neben dem Hauptprodukt (z.B. Nahrungsmittel) die Bereitstellung weiterer pflanzlicher Rohstoffe (z.B. Proteine, Terpene, Wachse, Fasern oder Sekundärmetabolite) in einem integrierten Prozess mit der Bioraffinerie optimiert werden. Die Entwicklung integrierter, flexibler Bioraffinerien (z.B. Forschungsbioraffinerie NGP2) ist von hoher Relevanz für diesen Transformationsprozess und die Entwicklung von effizienten Konversionsprozessen für ein breites Eduktespektrum und einen nachhaltigen Gesamtprozess.

Konzept des Fokusthemenfelds: Eine Bioraffinerie muss eine breitere Spanne an Edukten (z.B. mechanischer Eigenschaften, chemischer Zusammensetzung und Wassergehalt) verarbeiten können als konventionelle Raffinerien (Rohöl). Der integrierte, disziplinübergreifende Ansatz im BioSC bietet eine hohe Kompetenz, um die verschiedenen Fragestellungen hinsichtlich der Wahl, Optimierung und Produktion der eingesetzten pflanzlichen Biomasse (Edukte) als auch hinsichtlich der Konzeption und Kombination der Prozesse in einer Bioraffinerie in einem ganzheitlichen, flexiblen Ansatz zu bearbeiten.

 

Fokusthemenfeld “Modular biotransformations for high-value chemicals“

Die Biotechnologie in der nachhaltigen Bioökonomie wird durch neuartige Prozessketten gekennzeichnet, in denen, aufgrund der biogenen Rohstoffe, Biotransformationen eine entscheidende Rolle spielen. Die industrielle Biotechnologie muss in Zukunft von einer traditionellen „Ein Substrat – Ein Produkt“-Denkweise zu einer flexiblen Integration von Biotransformationen in komplexen Prozessketten entwickelt werden. Diese Integration bedarf einer deutlich erhöhten Flexibilität und Modularität, um mit wechselnden Rohstoffverfügbarkeiten oder -qualitäten umgehen und zugleich ganze Produktklassen in Angriff nehmen zu können. Biotransformationen müssen mit klassischen chemischen Transformationsschritten und auch der Nutzung nicht-biogener C-Quellen kombinierbar sein und die Verfahrenstechnik der Rohstoffprozessierung sowie das Downstream-Processing im Blick behalten werden.

Konzept des Fokusthemenfelds: Die synthetische Biologie als Impulsgeber für die molekulare Biotechnologie liefert vielfältige neue Konzepte, um diesen veränderten Anforderungen zu begegnen. Eine der größten Herausforderungen besteht darin, diese Konzepte für die Praxis nutzbar zu machen. Die größten Erfolgsaussichten bestehen im Bereich höherwertiger Stoffe, d.h. Feinchemikalien, Naturstoffe oder Proteine. Da diese Stoffklassen komplexe Synthesewege aufweisen, sind modulare Mehrschritt-Verfahren am erfolgversprechendsten. Die Nutzung von Nebenströmen bioökonomischer Prozessketten bietet dabei erhebliche zusätzliche Wertschöpfungsoptionen, wenn neben den Hauptprodukten weitere wertvolle Feinchemikalien oder pharmazeutisch nutzbare Stoffe gewonnen werden können.

 

Kompetenzplattform „Economy, strategies and concepts“

Die wissenschaftliche Bearbeitung und der frühzeitige Einbezug ökonomischer Fragestellungen in die Entwicklung technischer Lösungsoptionen sind essentiell für die erfolgreiche Entwicklung und Implementierung einer ökonomisch, ökologisch und sozial nachhaltigen Bioökonomie. Die Wirtschaftswissenschaften bauen Brücken zwischen technologischer Entwicklung, Produkten und Prozessen, Märkten, Politik und Gesellschaft. Die Möglichkeit der Integration ökonomischer Forschungsansätze und Einbindung der in den Core Groups vorhandenen wirtschafts- und sozialwissenschaftlichen Kompetenzen ist daher für das BioSC und insbesondere auch für die Bearbeitung der Fokusthemenfelder von großer Bedeutung. Über zentrale ökonomische Fragen hinaus, sind strategische und konzeptionelle Fragen in der Bioökonomie von sehr hoher Relevanz. Hierzu gehören sowohl die Ausarbeitung und der wissenschaftliche Vergleich verschiedener Forschungs-, Implementierungs- und Regulierungsthemen als auch strukturelle Aspekte, wie die Bioökonomie möglichst effizient zu Lösungen der großen globalen Herausforderungen beitragen kann.