Ohne Erdöl in die Zukunft
Wie das Team BioTreasure den Massenmarkt erobern will
Ihre Challenge:
Circular Biomanufacturing
Bislang basiert unsere Produktion fast vollständig auf der Nutzung neu geförderter Rohstoffe oder Materialien und nicht auf der Wiederverwendung bestehender Ressourcen. Dies stellt eine enorme Belastung für Umwelt und Gesellschaft dar. Zusätzlich bleiben Abhängigkeiten in Lieferketten bestehen, die durch lokale Stoffkreisläufe reduziert werden könnten.
Eine Kreislaufwirtschaft, in der neue Produkte auf Basis bereits bestehender Rohstoffe und Materialien hergestellt werden, ermöglicht dagegen eine nachhaltigere und resilientere Produktion.
Dafür müssen biotechnologische Verfahren zur Marktreife entwickelt und unmittelbar mit modernen Produktionsverfahren integriert werden. Wissenschaftliche Fortschritte der letzten Jahre haben neue Erkenntnisse und Methoden hervorgebracht, die die Leistungsfähigkeit biotechnologischer Verfahren erheblich steigern und neue Anwendungsmöglichkeiten erschließen können. Und das ist dringend nötig: Obwohl in verschiedenen Entwicklungsansätzen alternative Wege zur Herstellung verschiedenster Produkte aus der konventionellen petro-chemischen oder chemischen Industrie demonstriert wurden, gelangen Durchbrüche bislang nur in Nischenanwendungen. Ziel muss jedoch sein, einen Großteil der Produktion auf die Verwendung lokal verfügbarer Rohstoffe umzustellen.
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Die Herausforderung: Einen End-to-End-Prototypen zu entwickeln, der als kontinuierliches Bioproduktionsverfahren verschiedene kohlenstoffhaltige Abfallströme zu neuen Produkten verarbeitet.
Der Prototyp muss demonstrieren, wie kohlenstoffhaltige Abfallströme aufgearbeitet und den Mikroben als Nahrung zugeführt werden können. Das gesamte Bioproduktionsverfahren soll nicht E. Coli oder Saccharomyces cerevisiae verwenden und im Zuge der Challenge eine kontinuierliche Produktion über einen Zeitraum von mindestens 180 Tagen unter Beweis stellen. Am Ende des Prozesses sollen mindestens drei unterschiedliche Produkte mit einem modernen Fertigungsverfahren, zum Beispiel über additive Fertigung, produziert werden.
Die Challenge läuft über einen Zeitraum von drei Jahren. Eine Jury aus weltweit anerkannten Expert:innen unterstützt die SPRIND bei der Bewertung der Bewerbungen und wählt bis zu acht Teams aus, die zur Teilnahme zugelassen werden. Während der Laufzeit der Challenge entwickeln die Teams ihre Bioproduktionstechnologie weiter, um das Ziel der Challenge zu erreichen.
Teams, die an dieser Challenge teilnehmen, sind voll und ganz gefordert. Die SPRIND unterstützt deshalb intensiv und individuell. Dazu gehört die Finanzierung der Teams mit bis zu 1,5 Millionen Euro in Stufe 1 der Challenge, die im November 2023 gestartet ist. Um das volle Potential zu entfalten, stellt die SPRIND zudem eine:n Coach:in zur Seite, der:die die Arbeit eines jeden Teams begleitet, sie berät und vernetzt. Nach einem Jahr und nach zwei Jahren kommt die Jury jeweils wieder zusammen, um den Zwischenstand zu bewerten und darüber zu entscheiden, welche Herangehensweisen das größte Sprunginnovationspotential haben und welche Teams sich bis zum Schluss in der Challenge beweisen können.
Im Oktober 2024 hat die Expertenjury im Auftrag der SPRIND die Teilnehmer für die zweite und der Challenge Circular Biomanufacturing
ausgewählt. Für die nächsten 12 Monate erhalten die sechs Teams jeweils bis zu 2 Millionen Euro für die Weiterentwicklung ihrer Technologie. Die Teams werden außerdem durch SPRIND begleitet, beraten und mit weiteren Expert:innen und Coaches vernetzt. Nach dem Jahr wird die Jury den Entwicklungsfortschritt bewerten und darüber entscheiden, welche Teams in die dritte Stufe der Challenge kommen.
Die Teams
Science-Youtuber Jacob Beautemps stellt bei Breaking Lab die Challenge-Teams vor
Sie haben weitere Fragen?
Dann können Sie uns gern unter challenge@sprind.org kontaktieren.
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Weitere Challenges und Funken
Dr. Luisa Gronenberg will etwas gegen die Klimakrise tun:
Als die Circular Biomanufacturing Challenge ausgeschrieben wurde, begriffen Luisa Gronenberg, und ihre Mitstreiter Ruchita Chawla, Ed van der Ent und Johannes Sonnenschein sowie das Management der Insempra, dass die SPRIND zum Game-Changer werden kann:
Meine Motivation ist, erdölbasierte Prozesse zu ersetzen.In Los Angeles forschte sie an der Herstellung von Biotreibstoffen durch Cyanobakterien, in Kopenhagen war sie leitende Wissenschaftlerin des Start-ups Biosyntia, das Vitamine durch bakterielle Fermentation produziert, und in München zog sie das Start-up Insempra mit hoch, das mit Hilfe von Bakterien und Hefen Zutaten für Kosmetik und Lebensmittel herstellt. Das Problem:
Wir können biotechnologisch vieles herstellen, aber mit den Preisen der Ölindustrie können wir bei Massenprodukten noch nicht mithalten.
Als die Circular Biomanufacturing Challenge ausgeschrieben wurde, begriffen Luisa Gronenberg, und ihre Mitstreiter Ruchita Chawla, Ed van der Ent und Johannes Sonnenschein sowie das Management der Insempra, dass die SPRIND zum Game-Changer werden kann:
Durch die SPRIND können wir unsere Technologie so erweitern, dass wir die Effizienz steigern und auf günstige Massenprodukte gehen können.
Mit ihrer Hefe ist sie mittlerweile sehr zufrieden, ihr Fokus liegt nun auf der Effizienzsteigerung des gesamten Prozesses. Ein Ziel der Challenge: Der Prozess soll kontinuierlich laufen.
Die kontinuierliche Fermentation ist ohnehin schon effizienter als normalerweise übliche Fermentationen, die nur ein paar Tage dauern. Denn man muss nicht nach einer Woche die Reaktoren entleeren, die Restbiomasse entsorgen, alles wieder sterilisieren und neu anwachsen lassen, sagt Luisa Gronenberg.
Aber wir arbeiten gerade zum Beispiel am Recycling von Wasser. Wir haben ein Computermodell erstellt, um zu berechnen, wie wir den Prozess wirtschaftlicher machen können. Und da spielt Wasser eine große Rolle. Wasser ist kostbar und wenn wir es am Ende einfach wegkippen würden, wäre das weder wirtschaftlich noch nachhaltig.Auch persönlich ist ihr die ressourcenschonende Nutzung von Wasser wichtig.
Ich habe lange Zeit in den USA gelebt, in Arizona, in der Wüste, und dort ist das Wasser immer knapp. Das ist eigentlich ein Ort, wo man nicht so große Städte bauen sollte. Und da habe ich schon gesehen, okay, so wie wir jetzt mit unseren Ressourcen umgehen, ergibt das keinen Sinn. Wir müssen wirklich darüber nachdenken, wie wir effizienter leben können. Und das hat auch meine Karriere beeinflusst, und wie wir BioTreasure angehen.
Abfall mit einer Ölhilfe umwandeln
Luisa Gronenberg und ihre Kolleg:innen von Insempra haben ihr Ziel fest vor Augen: Massenprodukte für den Endverbraucher, die derzeit aus Erdöl hergestellt werden. Nylon ist das erste Produktziel. Dazu füttern sie eine gentechnisch veränderte Ölhefe beispielsweise mit Agrarabfällen – vor allem aus der Forstwirtschaft – die diese in Vorstufen für die Polymerproduktion umwandelt. Ein externer Partner übernimmt die Polymerisierung für das Endprodukt.
Um die besten Resultate zu erzielen, muss viel geforscht werden.
Nylon wird nicht nur für Kleidung eingesetzt, sondern auch für den 3D-Druck und es kann auch gegossen werden, zum Beispiel für Auto- und Flugzeugteile, sagt Luisa Gronenberg. Je nach gewünschtem Polymer werden gentechnisch veränderte Varianten der Ölhefe verwendet.
Um die besten Resultate zu erzielen, muss viel geforscht werden.
Wir testen zum Beispiel zehn verschiedene Varianten eines Gens, aber dazu kommen dann jeweils noch zehn verschiedene Expressionslevel. Das heißt, wir variieren auch die Ausprägung des Gens. Das allein sind schon 100 Versuche und das ist erst der erste Schritt. Hinzu kommen noch viele andere Parameter, was Komplexität, Kosten und Entwicklungsdauer immens steigert, erklärt die Wissenschaftlerin.
Der nächste Schritt für BioTreasure ist schon klar. Aktuell ist das SPRIND-Projekt noch Teil von Insempra, doch Vorbereitungen für eine Ausgründung laufen.
Eine eigenständige Firma ist sinnvoll, weil Insempra sich auf andere Produkte, hauptsächlich im Bereich Kosmetik und Nahrungsmittel, konzentriert, während BioTreasure enorme Mengen an Massenprodukten zu wettbewerbsfähigen Preisen herstellen will. Dafür benötigt man eine ganz andere Verkaufsstruktur, erläutert Luisa Gronenberg die Planung.
Bis es zur tatsächlichen Ausgründung kommt, ist noch einiges zu tun:
Wir wollen die Marktkompetenz unserer Technologie ausbauen und das ist etwas, wobei uns die SPRIND sehr hilft.Aber nicht nur die SPRIND, sondern auch die anderen Teams der Challenge findet Luisa Gronenberg hilfreich:
Ich finde es richtig gut, dass wir viel mit den anderen Teams zusammenkommen. Wir sind ein bisschen wie eine Schulklasse. Wir haben alle das gleiche Ziel und manchmal die gleichen Schwierigkeiten. Zum Beispiel hatten wir zwischenzeitlich Probleme mit Kontaminationen der kontinuierlichen Fermentationen, damit hatten andere auch zu kämpfen. Da ist es toll, wenn man sich austauschen und voneinander lernen kann.
Für das Team ist es von großem Vorteil, dass BioTreasure derzeit noch ein internes Projekt von Insempra ist. Denn es profitiert nicht nur von der Laborausstattung, sondern auch von der biotechnologischen Expertise des Inkubators.
Darauf konzentriert sich das ganze Team.
Entscheidend für unseren Erfolg ist aber letztlich die Nachfrage auf dem Markt. Wir wollen die Kunden wirklich überzeugen – nicht nur durch Qualität und Zuverlässigkeit, sondern auch durch den Preis, sagt Luisa Gronenberg.
Darauf konzentriert sich das ganze Team.
Ich arbeite mit tollen Leuten zusammen. Man muss niemanden zur Arbeit motivieren. Alle sind innerlich davon getrieben, sich für mehr Nachhaltigkeit einzusetzen, fasst Luisa Gronenberg die Start-up-Atmosphäre im Team zusammen.
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