Teamwork unter Mikroben
Wie MATERI-8 die Welt verbessern möchte
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
Man findet sie in Modeketten, in Kleiderschränken und schließlich im Müll: Weltweit türmen sich Kleiderberge in der Umwelt. Ein Grund dafür ist, dass Kleidung oft aus einer Mischung aus Baumwolle, Polyester, Acryl und Elasthan besteht – das macht das Recycling schwierig. Ähnlich sieht es bei Kunststoffen aus. Viele Kunststoffe bestehen aus einem Materialmix, der sich nur schwer trennen lässt.
Ich bin es leid, all die Bilder von zerstörten und beschädigten Dingen zu sehen und das Gefühl zu haben, dass die meisten Menschen sich nicht darum kümmern und die Richtlinien, die wir umsetzen, nichts zu ändern scheinen, macht Dr. Samantha Bryan ihrem Unmut Luft.
Ich möchte wirklich sehen, dass das, was wir im Rahmen der SPRIND Circular Biomanufacturing Challenge tun, einen echten Unterschied macht und Abfall in etwas Wertvolles verwandelt, von dem die Menschen profitieren können.
Wir füttern den Abfall an ein Konsortium ganz unterschiedlicher Mikroorganismen.
Die Professorin arbeitet an der Universität Nottingham im Fachbereich Chemie- und Umweltingenieurwesen und ist Mitgründerin und CTO des Biotech-Unternehmens 17Cicada Ltd., einem Spin-off der Universität. Durch die Innovationsberaterin Dr. Patricia Parlevliet wird sie auf die Circular Biomanufacturing Challenge der SPRIND aufmerksam. Zusammen mit Prof. Derek Irvine, who is affiliated to the Centre of Additive Manufacturing (CfAM), Dr. Anca Pordea und Dr. Luisa Ciano von der Universität Nottingham bilden die beiden Frauen 2023 das Team
MATERI-8und entwickeln einen neuen Recyclingansatz mit Hilfe von gentechnisch veränderten als auch nicht-gentechnisch veränderten Mikroorganismen.
Als Ausgangsstoffe nehmen wir im Grunde alles, was sonst verbrannt würde, denn wir wollen unbedingt CO₂- und Methanemissionen reduzieren, erklärt Samantha Bryan. Neben Kleidung und Plastik konzentriert sich das Team auch auf Paprikastängel, die nicht kompostierbar sind, solange sie durch Plastikreste verunreinigt sind.
Wir füttern den Abfall an ein Konsortium ganz unterschiedlicher Mikroorganismen, sagt Patricia Parlevliet.
Deshalb haben wir gezielt nach Bakterien und Pilzen gesucht, die gut zusammenarbeiten.Das Produkt der Mikroben-Kooperation: Biomasse.
In einem zweiten Schritt hydrolysieren wir die entstandene Biomasse, spalten sie also auf, und füttern damit einen reinen Bakterienstamm, erklärt Samantha Bryan das Verfahren weiter.
Die Bakterien nutzen die Biomasse als Kohlenstoff-Stickstoff-Quelle und produzieren Produkte, die wir für die Herstellung von Polymeren nutzen können.
Konkret will MATERI-8 bestimmteSäuren als Basismoleküle nutzen, um ein Polymerprodukt für antimikrobielle Beschichtungen zu entwickeln. Langfristig denkbar wären zum Beispiel Kunstharze für medizinische Werkzeuge, die normalerweise nach einmaliger Nutzung verbrannt werden. Das Team möchte dies vermeiden: Ihre Chemikalien und deren Produktesollen biologisch abbaubar oder recycelbar sein.
Unterstützung erhalten sie durch die SPRIND und das Mentorenprogramm der Challenge:
Kraft ziehen Patricia Parlevliet und Samantha Bryan auch aus der gegenseitigen Unterstützung.
Manchmal ist das Feedback sehr direkt und das kann einen ein bisschen fertig machen, gibt Samantha Bryan zu.
Aber man merkt, dass es immer von Herzen kommt. Es kommt von dem Wunsch, dich zu unterstützen. SPRIND will zu 100 Prozent, dass man Erfolg hat.Patricia Parlevliet fügt hinzu:
Und was mir wirklich gefällt, ist, dass es wenig Bürokratie gibt und die Reaktionszeit der SPRIND sehr schnell ist.
Kraft ziehen Patricia Parlevliet und Samantha Bryan auch aus der gegenseitigen Unterstützung.
Samantha ist eine fantastische Person. Sie ist sehr analytisch und setzt sich mit großer Leidenschaft für die Umwelt ein. Und sie liebt ihre Mikroorganismen wirklich, beschreibt Patricia Parlevliet ihre Kollegin.
Patricia ist sehr fürsorglich, engagiert und mutig. Sie hat eine langjährige Karriere bei Airbus hinter sich gelassen, weil sie eine Faszination für Synthetische Biologie entwickelt hat. Das finde ich sehr inspirierend, sagt Samantha Bryan.
Schon als ich sie zum ersten Mal traf, wusste ich direkt, dass ich unbedingt mit ihr zusammenarbeiten möchte.
Patricia Parlevliet und Samantha Bryan arbeiten eng mit der Universität Nottingham zusammen. Ursprünglich sollte MATERI-8 ein eigenständiges Start-up werden. Im Frühjahr 2025 wurde jedoch beschlossen, einen Teil des Projekts in Samantha Bryans Firma 17Cicada Ltd zu integrieren und Patricia Parlevliet als CEO in die Geschäftsleitung aufzunehmen.
Auch technisch steht das Team noch vor einigen Hürden, blickt diesen jedoch optimistisch entgegen:
Auch technisch steht das Team noch vor einigen Hürden, blickt diesen jedoch optimistisch entgegen:
Unser nächster Schritt besteht darin, die Biomasseproduktion zu steigern. Dann müssen wir im Fermentationsschritt zeigen, wie viel Kohlenstoff aus der Biomasse tatsächlich in das Endprodukt gelangt, erklärt Samantha Bryan. Außerdem will das Team den Machbarkeitsnachweis für die antimikrobielle Beschichtung erbringen.
Und wir müssen zeigen, dass der Prozess, den wir uns vorstellen, für die Produkte, die wir am Ende verkaufen, wirtschaftlich tragfähig ist. Das ist eine zentrale Herausforderung, sagt Patricia Parlevliet.
Welche Produkte verkaufen wir an wen? Welchen Preis verlangen wir dafür? Und wie passt die Größe des Endmarktes zur Menge des Ausgangsmaterials am Anfang?
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