Lösung der Biokatalyse-Bremse

Veröffentlicht am3. Dezember 20233. Dezember 2023Autorgh

Mechanismus aufgeklärt

Enzyme aus Mikroorganismen können unter bestimmten Bedingungen Wasserstoff herstellen, sie agieren dann als mögliche Biokatalysatoren für biobasierte H₂-Technologien. Um diese Wasserstoffproduktion effizient zu gestalten, versuchen Forschende, mögliche limitierende Faktoren herauszufinden und auszuschalten. Dazu gehört Formaldehyd (CH₂O), das als natürliches Stoffwechselprodukt in Zellen vorkommt und die besonders leistungsfähige [FeFe]-Hydrogenase hemmt. Den zugrunde liegenden Mechanismus konnte ein Team der Photobiotechnologie der Ruhr-Universität Bochum aufklären und ausschalten. Die Forschenden berichten im Journal of the American Chemical Society vom 20.11.2023.

In Formaldehyd konservierte Proben im Naturkundemuseum Berlin – Foto © Franziska Vogt für Agentur Zukunft

Konservierungsmittel beeinflusst H₂-bildende Biokatalysatoren

Formaldehyd ist unter anderem als Konservierungsmittel bekannt, aber es kommt auch als natürliches Stoffwechselprodukt in lebenden Zellen vor. Vor zwölf Jahren konnten WissenschaftlerInnen der Universität Oxford und der Ruhr-Universität Bochum bereits zeigen, dass dieses weit verbreitete Molekül eine besondere Klasse von Biokatalysatoren hemmt: die besonders effizienten Wasserstoff-bildenden Hydrogenasen des Zwei-Eisen-Typs, sogenannte [FeFe]-Hydrogenasen. „Das war eine interessante Entdeckung, da Formaldehyd sowohl den natürlichen H₂-Stoffwechsel von Mikroorganismen als auch isolierte Hydrogenasen in biotechnologischen Anwendungen hemmen könnte“, so Dr. Jifu Duan, Erstautor der aktuellen Arbeit.

Molekularer Mechanismus der Formaldehyd-Vergiftung aufgeklärt

Nachdem verschiedene theoretische Studien Hypothesen aufgestellt hatten, wie das Formaldehyd-Molekül auf die [FeFe]-Hydrogenasen wirken könnte, ist es dem Team um Jifu Duan und Prof. Dr. Eckhard Hofmann gelungen, den molekularen Mechanismus experimentell aufzuklären. Anhand von Strukturen von mit Formaldehyd behandelten [FeFe]-Hydrogenasen, die durch Protein-Kristallografie gewonnen wurden, konnten sie zeigen, dass Formaldehyd mit dem aktiven Zentrum der Biokatalysatoren reagiert – einem anorganischen Proteinteil, an welchem Protonen und Elektronen zu Wasserstoff umgesetzt werden.

Darüber hinaus aber verbindet sich Formaldehyd mit einem weiteren wichtigen Proteinanteil, der mittels einer schwefelhaltigen chemischen Gruppe für den Transport der Protonen zum aktiven Zentrum hin nötig ist. Wenn die WissenschaftlerInnen diesen Teil durch einen anderen ersetzten, konnte Formaldehyd seine hemmende Wirkung kaum noch entfalten.

Neue Erkenntnisse könnten Rolle für H₂-Technologien spielen

„Zukünftige biotechnologische Anwendungen von [FeFe]-Hydrogenasen könnten durchaus die Anwesenheit von Formaldehyd beinhalten, sodass unsere veränderten, Formaldehyd-resistenten Biokatalysatoren hier zum Einsatz kommen könnten“, erklärt Jifu Duan. „Wir glauben auch, dass unsere Erkenntnisse auf andere Biokatalysatoren übertragen werden können.“ Dies könnte für biobasierte Industrieprozesse eine Rolle spielen, aber auch für das Verständnis von Stoffwechselwegen in lebenden Organismen.

->Quellen:

news.rub.de/2023-11-29-biologie-die-bremse-der-biokatalyse-loesen
Originalveröffentlichung: Jifu Duan, Astrit Veliju, Oliver Lampret, Lingling Liu, Yadav Shanika, Ulf-Peter Apfel, Fraser Armstrong, Anja Hemschemeier, Eckhard Hofmann: Insights Into the Molecular Mechanism of Formaldehyde Inhibition of [FeFe]-hydrogenases, in: Journal of the American Chemical Society, 2023, DOI: 10.1021/jacs.3c07800

NRW investiert in die Kreislaufwirtschaft bei Handwerk und Mittelstand

NRW investiert über 8,1 Millionen Euro, um die Kreislaufwirtschaft im Handwerk und Mittelstand voranzutreiben. Mit dem neuen Förderprogramm „Kooperationszusammenschlüsse für eine Circular Economy“ sollen kleine und mittlere Unternehmen (KMU) kooperative Geschäftsmodelle entwickeln. Ziel: Zusammenarbeiten, um die Umwelt zu entlasten und gleichzeitig den Wirtschaftsstandort nachhaltig zu stärken. Zusammenarbeit für mehr Nachhaltigkeit ist gefragt Nordrhein-Westfalen fördert mit einem neuen Programm die Entwicklung nachhaltiger, ressourcenschonender Geschäftsmodelle in kleinen und mittleren Unternehmen (KMU). Das Programm „Kooperationszusammenschlüsse für eine Circular Economy“ stellt insgesamt 8,1 Millionen Euro zur Verfügung, um Unternehmen zu unterstützen, die gemeinsam innovative Lösungen zur Förderung der Kreislaufwirtschaft erarbeiten. Ziel ist es, Abfälle zu vermeiden, Ressourcen zu schonen und gleichzeitig die Wirtschaftskraft des Landes langfristig zu sichern und zu stärken. Das Förderprogramm richtet sich an kleine und mittlere Unternehmen (KMU) in Nordrhein-Westfalen, die gemeinsam an nachhaltigen Projekten arbeiten möchten. Mindestens fünf Unternehmen müssen sich dafür entlang einer Wertschöpfungskette zusammenschließen. „Unser Ziel ist es, Nordrhein-Westfalen zur ersten klimaneutralen Industrieregion Europas zu machen. Diese ökologische Transformation wird eine Kraftanstrengung, aber sie bietet die Chance, unser Bundesland zu einem der nachhaltigsten und wettbewerbsfähigsten Wirtschaftsstandorte Europas zu entwickeln. Die Circular Economy spielt dabei eine Schlüsselrolle: Zirkuläre Produkte und Geschäftsmodelle wie zum Beispiel Rückführsysteme, Produkt-Service-Systeme und Sharing-Modelle – tragen dazu bei, Materialien, Komponenten und Produkte länger im Wirtschaftskreislauf zu halten, Ressourcen zu schonen und die Umwelt zu entlasten.“ – Umweltminister Oliver Krischer. Wie der Umweltminister betont, ist das Ziel der Landesregierung, Nordrhein-Westfalen zur ersten klimaneutralen Industrieregion Europas zu machen. Die Förderung der Kreislaufwirtschaft steht dabei im Zentrum, da die Kreislaufwirtschaft den Unternehmen hilft, ihre Produktionsprozesse nachhaltiger zu gestalten und Ressourcen effizienter zu nutzen. Die langfristigen ökologischen und ökonomischen Vorteile eines solchen Umstiegs sind offensichtlich: Unternehmen können Kosten sparen, ihre CO2-Emissionen senken und gleichzeitig ihre Wettbewerbsfähigkeit durch innovative Geschäftsmodelle steigern. Impuls für Wirtschaft und Klimaschutz Das Förderprogramm wird im Rahmen des Europäischen Fonds für Regionale Entwicklung (EFRE) und des Just Transition Funds (JTF) durchgeführt. Diese beiden Programme sind Teil des EU-Förderrahmens für 2021-2027 und bieten zusammen mit den Landesmitteln von Nordrhein-Westfalen insgesamt 1,9 Milliarden Euro, die für nachhaltige Projekte eingesetzt werden. Für dieses Förderprogramm stellen das Land NRW und die EU gemeinsam 8,1 Millionen Euro zur Verfügung. Das Programm deckt bis zu 80 Prozent der förderfähigen Projektkosten ab. Voraussetzung für eine Förderung sei laut Landesamt für Natur, Umwelt und Verbraucherschutz (LANUV) ein Mindestvolumen von 250.000 Euro für Dienstleisterausgaben. Die maximale Fördersumme liege bei 350.000 Euro pro Projekt. Dies soll Unternehmen in die Lage versetzen, zukunftsfähige Geschäftsmodelle zu entwickeln, ohne die finanziellen Risiken allein tragen zu müssen. Unternehmen, die sich für das Programm interessieren, können ihre Anträge ab sofort über das Online-Portal EFRE.NRW stellen. Anträge sind möglich bis Ende 2026, sofern noch Haushaltsmittel zur Verfügung stehen. Die Fachstelle für die Begutachtung der Anträge ist die Effizienz-Agentur NRW, die die eingereichten Konzepte auf ihre Innovationskraft und Umsetzbarkeit prüft. Die abschließende Entscheidung über die Förderbewilligung trifft das LANUV. Neben der finanziellen Förderung soll das Programm auch eine wertvolle Unterstützung bei der Umsetzung nachhaltiger Projekte bieten. Unternehmen, die sich bewerben, erhalten nicht nur möglicherweise finanzielle Hilfe, sondern auch fachliche Beratung und Unterstützung, um ihre Ideen und Konzepte marktfähig zu machen. Die Kooperationen können so nicht nur zu einer Verbesserung der Ressourceneffizienz führen, sondern auch zu einem stärkeren Netzwerk zwischen den beteiligten Unternehmen, das langfristige Synergien schafft. Das Programm ist ein wichtiger Bestandteil der Bemühungen, Nordrhein-Westfalen als zukunftsfähigen Wirtschaftsstandort zu positionieren, der den ökologischen Herausforderungen und der Umsetzung des Green Deals gerecht wird. Durch die Förderung von Kreislaufwirtschaft und Innovation wird Nordrhein-Westfalen nicht nur als Industrieregion wettbewerbsfähiger, sondern auch als Vorreiter im Hinblick auf Nachhaltigkeit und Ressourcenschonung. Die Transformation zu einer zirkulären Wirtschaft ist ein komplexer, aber lohnender Prozess, der für Unternehmen aller Branchen große Potenziale bietet – sowohl in ökologischer als auch in ökonomischer Hinsicht. Quellen: land.nrw/pressemitteilung/nrw-foerderprogramm-fuer-handwerk-und-gewerbliche-wirtschaft-startet-zirkulaere umwelt.nrw.de/nrw-foerderprogramm-fuer-handwerk-und-gewerbliche-wirtschaft-startet-zirkulaere-geschaeftsmodelle
Wie wir mit der Technik von heute die Wirtschaft von morgen gestalten

Die lineare Wirtschaftslogik muss durch eine zirkuläre Denkweise ersetzt werden. Denn in Deutschland werden nur 13 Prozent der Rohstoffe wiederverwendet, weltweit sogar nur sieben Prozent. Diese Werte müssen sich ändern. Doch wie kann das gehen? Kann die Digitalisierung diesen Wandel beschleunigen? Eine Studie der Deutschen Akademie der Technikwissenschaften zeigt, wie digitale Technologien dabei helfen können. Digitale Werkzeuge als Katalysator der Transformation Die Deutsche Akademie der Technikwissenschaften (acatech) hat in einer aktuellen Studie untersucht, wie digitale Technologien die Kreislaufwirtschaft voranbringen können. Die Experten sind sich einig: Die Technologien für eine digitale Kreislaufwirtschaft existieren bereits. Der entscheidende Schritt besteht darin, diese systematisch und flächendeckend einzusetzen. Die Kreislaufwirtschaft stellt einen der zentralen Hebel dar, um die klima- und umweltpolitischen Ziele auf nationaler und europäischer Ebene zu erreichen. […] Der Umbau des Wirtschaftssystems hin zu einer Kreislaufwirtschaft geht dabei Hand in Hand mit der digitalen Transformation, denn digitale Technologien sind zentrale Enabler einer erfolgreichen Umsetzung von Kreislaufwirtschaftsstrategien.“ – (acatech STUDIE „Digitale Enabler der Kreislaufwirtschaft“, S.7, 2024). Laut der Studie lassen sich vier grundlegende Funktionen digitaler Technologien hervorheben, die die Realisierung eines nachhaltigeren Wirtschaftens ermöglichen: Datengenerierung und -sammlung: Eine verlässliche Datenbasis ist immer die Grundlage, um effiziente und nachhaltige Entscheidungen zu treffen. Vernetzung: Effiziente Kommunikation und Datenflüsse zwischen Akteuren entlang komplexer Wertschöpfungsketten ermöglichen optimierte Prozesse. Modellierung: Mit digitalen Tools können zirkuläre Produkte und Prozesse geplant und simuliert werden. Automatisierung: Effizienzsteigerungen durch automatisierte Abläufe senken den Ressourcenverbrauch und beschleunigen den Übergang zu einer Kreislaufwirtschaft. Diese Funktionen helfen den Herausforderungen der Kreislaufwirtschaft und bieten innovative Lösungen, um den Ressourcenverbrauch zu senken und Prozesse effizienter zu gestalten. Die Datengenerierung bildet die Grundlage für fundierte Entscheidungen. Digitale Produktpässe und Sensoren liefern umfassende Informationen über Materialien, ihre Herkunft und ihre Recyclingpotenziale. Diese Transparenz hilft Unternehmen, Optimierungsmöglichkeiten zu erkennen, und ermöglicht Verbrauchern nachhaltigere Entscheidungen. Gleichzeitig sorgt die Vernetzung von Akteuren entlang komplexer Wertschöpfungsketten für einen reibungslosen Austausch dieser Daten. Unternehmen können so Ressourcen besser koordinieren und Materialien effizient nutzen – etwa durch gemeinsame Nutzung von Reststoffen oder recycelten Materialien. In der Planung unterstützt die Modellierung durch digitale Werkzeuge wie CAD oder Building Information Modeling (BIM) die Entwicklung ressourcenschonender Produkte und Prozesse. Unternehmen können verschiedene Szenarien simulieren, um von Anfang an nachhaltige und effiziente Lösungen zu realisieren. Die Automatisierung sorgt dafür, dass Prozesse präziser und schneller ablaufen. Ob in der Produktion oder im Recycling – automatisierte Abläufe minimieren Abfall, optimieren den Materialeinsatz und steigern die Effizienz. Zusammengenommen bieten diese Technologien heute verfügbare Möglichkeiten, den Übergang zur Kreislaufwirtschaft zu ermöglichen und zu beschleunigen. Praxisbeispiele: T-Shirts, Waschmaschinen und Häuser Die acatech-Studie beleuchtet das Potenzial digitaler Technologien anhand konkreter Beispiele: T-Shirts: Die Produktion eines einzelnen Baumwoll-T-Shirts benötigt etwa 2700 Liter Süßwasser. Digitale Produktpässe, die Informationen zu Material, Herkunft und Recyclingpotenzial bündeln, könnten die Transparenz in der Produktion erhöhen. Künstliche Intelligenz (KI) kann zudem die Ressourcenoptimierung vorantreiben und Abfälle minimieren. Waschmaschinen: Digitale Zwillinge – virtuelle Modelle realer Produkte – ermöglichen präzise Vorhersagen zu Wartungen und Reparaturen. Dadurch wird die Lebensdauer von Geräten verlängert, was die Nachfrage nach neuen Rohstoffen reduziert. Einfamilienhäuser: Im Bausektor können digitale Planungswerkzeuge wie Building Information Modeling (BIM) helfen, Ressourcen effizient einzusetzen und Materialverschwendung zu vermeiden. Besonders bei Umbauten und Sanierungen zeigt die Digitalisierung ein großes Potenzial. Diese Beispiele verdeutlichen, wie breit gefächert die Einsatzmöglichkeiten digitaler Technologien sind – von der Modeindustrie bis hin zur Bauwirtschaft. Eine enge Zusammenarbeit zwischen Politik, Wirtschaft und Forschung ist dafür unverzichtbar. Die kommenden Jahre werden entscheiden, ob der Übergang zur Kreislaufwirtschaft gelingt. Der jetzige Stand der Technik bietet bereits jetzt das Potenzial, Ressourcenverbrauch und Wachstum zu entkoppeln. Wichtig ist jedoch, diese Möglichkeiten systematisch und flächendeckend zu nutzen. Die Zukunft beginnt jetzt – Chancen und Herausforderungen Die Ergebnisse der acatech-Studie finden Bestätigung in internationalen Projekten wie ENCIRCLE, einem EU-geförderten Programm unter der Leitung des Wuppertal-Instituts. Gemeinsam mit 14 Partnerorganisationen entwickelt ENCIRCLE innovative digitale Werkzeuge, die die Kreislaufwirtschaft stärken sollen, darunter künstliche Intelligenz, digitale Zwillinge und Produktpässe. Auch die Wirtschaftskommission der Vereinten Nationen für Europa (UNECE) betont in einer aktuellen Analyse die zentrale Rolle digitaler Technologien. Diese könnten Prozesse „dematerialisieren“ und fundierte Entscheidungsgrundlagen schaffen. Was fehlt, ist eine konsequente Umsetzung. Hier sind Politik, Wirtschaft und Forschung gleichermaßen gefragt. Politische und wirtschaftliche Rahmenbedingungen, finanzielle Anreize und gut ausgebildete Fachkräfte sind essenziell, um das schon heute existierende Potenzial der Digitalisierung voll auszuschöpfen Die Studie legt dar: Die Technologie ist bereit – es liegt an uns, sie einzusetzen. Die kommenden Jahre werden entscheidend sein, ob es gelingt, die lineare Wirtschaftslogik durch eine zirkuläre Denkweise zu ersetzen und so einen Beitrag zum globalen Klimaschutz zu leisten. Quellen: acatech.de/projekt/digitale-enabler-der-kreislaufwirtschaft/ wupperinst.org/a/wi/a/s/ad/8772 unece.org/info/publications/pub/397209
Klimakompensation: Projekte bringen weniger als gedacht

Ernüchternde Ergebnisse zur Wirksamkeit von CO2-Kompensation: Im Durchschnitt würden nur etwa 16 Prozent der angestrebten Emissionsminderungen tatsächlich erreicht. Die identifizierte Lücke zwischen versprochenen und tatsächlichen Einsparungen entspricht damit etwa den jährlichen Emissionen Deutschlands. Nur ein Fünftel der Emissionsziele erreicht: Wie wirksam sind CO2-Kompensationsprojekte? Eine neue Metastudie im Fachjournal Nature Communications zeigt: Klimaschutz-Projekte, die CO2-Emissionen ausgleichen sollen, erreichen ihre Ziele bei weitem nicht. Die Forschenden um Benedict Probst von der Universität Cambridge haben über 60 wissenschaftliche Studien zu verschiedenen Klimaschutzprojekten mit ernüchterndem Ergebnis ausgewertet. Klimaschutz und CO2-Kompensation gehen oft Hand in Hand – zumindest in der Theorie. Ob beim Langstreckenflug, bei Produkten mit „klimaneutralem“ Label oder durch freiwillige Beiträge: Die Idee ist, Emissionen durch Maßnahmen wie Aufforstung, den Schutz von Wäldern oder erneuerbare Energien auszugleichen. Die Studie zeigt, dass verschiedene Maßnahmen erhebliche Diskrepanzen zwischen den erwarteten und den tatsächlich erzielten Einsparungen aufweisen: Effizientere Kochöfen in Entwicklungsländern erreichen nur elf Prozent der versprochenen Einsparungen. Projekte zur Vermeidung von Abholzung kommen auf rund 25 Prozent. Maßnahmen zur Zerstörung des extrem klimaschädlichen Gases HFC-23 erreichen lediglich 68 Prozent der geplanten Einsparungen. Windkraftprojekte und verbessertes Waldmanagement zeigen laut der Studie oft gar keine statistisch nachweisbaren Effekte. Besonders ernüchternd: Windkraftprojekte in China und verbessertes Waldmanagement in den USA zeigten laut Studie keinerlei statistisch nachweisbare Effekte auf die CO2-Bilanz. Unzureichende Kontrolle ein grundlegendes Problem „Das System setzt die falschen Anreize, da es auf einem marktbasierten Ansatz beruht“, erklärt Carsten Warnecke vom New Climate Institute. Statt ehrgeizige Klimaschutzmaßnahmen zu fördern, liege der Anreiz darauf, scheinbare Erfolge zu minimalen Kosten vorzuweisen. Deswegen sei eins der Hauptprobleme der CO2-Kompensationsprojekte die mangelnde Überprüfung. Beispielsweise Aufforstungsmaßnahmen sind etwa schwer kontrollierbar. Werden gepflanzte Bäume nach wenigen Jahren abgeholzt oder durch Waldbrände zerstört, verpufft der ursprünglich errechnete Klimaeffekt. Ein weiteres Problem: Manche Projekte wären auch ohne zusätzliche Finanzmittel aus Kompensationsprogrammen umgesetzt worden. Wenn mit diesen Geldern beispielsweise ein ohnehin geplanter Windpark gebaut wird, bleibt der Beitrag zur Emissionsminderung gleich null. Prof. Jan Börner von der Universität Bonn sieht grundsätzliche Probleme: „Die Untersuchung kommt zu dem Schluss, dass die von den untersuchten Initiativen tatsächlich reduzierten Emissionen im Durchschnitt deutlich unter den geplanten und durch Emissionszertifikate attestierten Emissionsreduktionen lagen.“ Für die Zukunft des Klimaschutzes habe dies weitreichende Konsequenzen, meint Dr. Gunther Bensch vom RWI Leibniz-Institut für Wirtschaftsforschung: „Carbon Crediting ist ein wichtiges Instrument für den Klimaschutz, da es Emissionseinsparungen dort ermöglicht, wo sie am kostengünstigsten sind.“ Die Studie stelle diesen Ansatz nicht infrage, weise jedoch auf die Notwendigkeit hin, die Berechnung und Zuteilung von Emissionsgutschriften strenger zu gestalten. Reformen dringend nötig Strengere Vorschriften, mehr Transparenz und eine realistischere Berechnung der CO2-Einsparungen sind dringend erforderlich. Besonders vielversprechend sind Technologien und Projekte, die tatsächlich zusätzliche Effekte erzielen können, wie die Umrüstung von Kühlanlagen in ärmeren Ländern, um den Ausstoß klimaschädlicher Gase zu verringern. Die Forschenden fordern deshalb grundlegende Reformen der Anrechnungsmechanismen, um die Glaubwürdigkeit des Systems zu stärken. Die identifizierte Lücke zwischen versprochenen und tatsächlichen Einsparungen ist enorm. Fast eine Milliarde Tonnen CO2, etwa so viel wie die jährlich Emission Deutschlands, wurde durch die analysierten Projekte nicht eingespart. Diese Zahlen zeigen, dass Klimaneutralität durch fehlerhafte Berechnungen und unzureichend kontrollierte Maßnahmen nicht erreichbar ist. Die Reform der Anrechnungsmechanismen ist deshalb unverzichtbar, um die Glaubwürdigkeit des Systems zu stärken. Nur so kann Klimaschutz nicht nur als Werbeversprechen, sondern auch als wirkungsvolle Maßnahme zur Bewältigung der Klimakrise funktionieren. Quelle: https://www.nature.com/articles/s41467-024-53645-z
Neue Generation abbaubaren Plastiks

Drei neue Forschungs-Projekte könnten die Zukunft von Plastik- und Verpackungsmaterialien prägen – mit weniger Müll und geringerer Belastung für Böden, Gewässer und die Luft. Wissenschaftler und Unternehmen arbeiten an innovativen und nachhaltigen Lösungen. Ein Überblick über vielversprechende Ansätze zur Entwicklung umweltfreundlicher Kunststoffe. 1) Kunststoffe, die sich in Salzwasser auflösen Ein japanisches Forscherteam unter der Leitung von Professor Takuzo Aida hat einen innovativen Kunststoff entwickelt, der sich in Salzwasser auflöst. Der Herstellungsprozess basiert auf einem speziellen Verfahren, bei dem zwei Ausgangsstoffe – Natriumhexametaphosphat und Guanidiniumsulfat – in Wasser gemischt werden. Dabei trennt sich die Mischung in zwei Flüssigkeiten, ähnlich wie sich Öl und Wasser nicht vermischen. Die eine Flüssigkeit ist dickflüssig und enthält die entscheidenden Verbindungen für den Kunststoff, während die andere flüssig und wässrig ist, mit überschüssigen Salzen. Durch das Trocknen der dickflüssigen Masse entsteht der fertige Kunststoff. Ein Veredlungsschritt, ein sog. Trennungsprozess („Desalting“) ist dabei entscheidend für die Materialeigenschaften – ohne ihn würde lediglich ein spröder, kristalliner Stoff entstehen. Der Kunststoff lässt sich bei Temperaturen über 120 °C formen und kann anschließend wiederverwendet werden. Besonders beeindruckend ist die Recyclingfähigkeit: 91 Prozent der Ausgangsstoffe lassen sich zurückgewinnen. Zudem zerfällt der Kunststoff in Tests innerhalb von zehn Tagen vollständig und setzt dabei Phosphor und Stickstoff frei, die wie Dünger wirken. „Mit diesem Material verhindern wir Mikroplastik und schaffen einen vielseitig einsetzbaren Kunststoff“, sagt Aida. 2) Kunststoff aus CO2 Das finnische Unternehmen Fortum Recycling & Waste hat einen biologisch abbaubaren Kunststoff entwickelt, der vollständig aus CO2 hergestellt wird. „Es ist Zeit, die Kunststoffproduktion neu zu denken und uns von fossilen Rohstoffen zu lösen“, erklärt Tony Rehn, der Leiter des Projekts. Das Material ist für viele Anwendungen geeignet, etwa in der Verpackungsindustrie oder in elektronischen Geräten. Die Nutzung von CO2 als Rohstoff könnte gleich zwei Probleme lösen: Es reduziert schädliche Emissionen in der Atmosphäre durch die Co2-Speicherung und bietet gleichzeitig eine nachhaltige Alternative zu herkömmlichen Kunststoffen. 3) Biologisch abbaubare Verpackungen aus Bakterien Einen weiteren innovativen Ansatz haben Forscher der Northeastern University entwickelt. Sie kombinieren genetisch veränderte E. coli-Bakterien mit einer speziellen Faserstruktur, um das sog. MECHS-Material herzustellen. „Wir setzen oft nicht-abbaubare Kunststoffe ein, obwohl es in vielen Fällen gar nicht nötig ist“, sagt Dr. Neel S. Joshi. Das Besondere an MECHS ist, dass es sich in Abwasseranlagen leicht biologisch abbaut. Das macht es besonders geeignet für Verpackungen, die oft nur kurzzeitig genutzt werden und möglicherweise in der Kanalisation landen. Plastik-Bedarf weiter steigend Obwohl diese neuen Materialien viel Potenzial haben, bleibt ihre Herstellung in großem Maßstab eine Herausforderung. Experten gehen davon aus, dass der globale Kunststoffverbrauch weiter steigt und bis 2050 dreimal so hoch sein könnte wie heute. Es wird entscheidend sein, derartige Technologien schnell, effizient und massentauglich umzusetzen. Die vorgestellten Innovationen könnten nicht nur dazu beitragen, Plastikmüll und fossile Rohstoffe zu reduzieren, sondern auch neue Möglichkeiten für umweltfreundliche Produkte schaffen. Entscheidend bleibt, wie schnell sie in die Praxis umgesetzt werden können. Tony Rehn betont: „Nachhaltige Kunststoffe sind kein Luxus, sondern eine dringende Notwendigkeit.“ Die Fortschritte zeigen, dass es möglich ist, saubere und nachhaltige Lösungen zu entwickeln, die der zunehmenden Umweltverschmutzung angesichts des prognostizierten Anstiegs des Kunststoffverbrauchs effektiv entgegenwirken können. Quellen: Plastik, das sich in Salzwasser auflöst: science.org/doi/10.1126/science.ado1782 Kohlenstoff-Plastik aus CO2: fortum.com/media/2024/11/presenting-inga-next-generation-sustainable-plastics-made-co2-emissions Verpackung aus Bakterien: researchgate.net/publication/385743051_Mechanically_Tunable_Compostable_Healable_and_Scalable_Engineered_Living_Materials
Deutschland fällt im Klimaschutzindex: Nur noch „mäßige“ Leistung

Der Climate Change Performance Index (CCPI) 2025 zeigt eine ernüchternde Entwicklung: Deutschland, das einst als Vorreiter im Klimaschutz galt, ist auf Rang 16 abgerutscht und steht damit zwei Plätze tiefer als im Vorjahr. Das Ranking, das von Germanwatch, dem NewClimate Institute und dem Climate Action Network erstellt wurde, bewertet die Klimaleistungen von 63 Ländern anhand der vier Hauptkategorien: Treibhausgasemissionen, erneuerbare Energien, Energieverbrauch und Klimapolitik. Fortschritte und Versäumnisse: Die deutsche Klimabilanz Nach Einschätzung der Experten könnte Deutschland seine Klimaziele für 2030 nur teilweise erreichen. Positiv sei der beschleunigte Ausbau erneuerbarer Energien zu bewerten. Durch Reformen wie das Erneuerbare-Energien-Gesetz (EEG) und Maßnahmen zum Bürokratieabbau hat der Energiesektor seine Emissionen reduzieren können. Dies unterstreiche, wie wichtig eine stabile politische Rahmensetzung sei, um erneuerbare Technologien zu fördern und Investitionen zu erleichtern. Diese Fortschritte im Energiesektor stünden jedoch in einem deutlichen Gegensatz zu den Defiziten in anderen Bereichen. Insbesondere die Sektoren Verkehr und Gebäude hinkten hinterher. Die Elektrifizierung des Verkehrssektors kommt nur schleppend voran, und die energetische Sanierung von Gebäuden wird durch mangelnde Finanzierung und fehlende Anreize gehemmt. Hinzu komme, dass die Aufweichung des Bundesklimaschutzgesetzes langfristig zu einer verzögerten Dekarbonisierung führen könnte. Diese Entwicklungen zeigen, dass kohärente und ambitionierte Maßnahmen über alle Sektoren hinweg erforderlich sind. Energiekrise und geopolitische Herausforderungen Die Auswirkungen der Energiekrise durch den russischen Angriffskrieg auf die Ukraine hat die deutsche Klimabilanz zusätzlich belastet. Die zeitweise Rückkehr zu fossilen Brennstoffen und die steigenden Energiepreise haben nicht nur die Kosten für Haushalte und Unternehmen erhöht, sondern auch die Wettbewerbsfähigkeit Deutschlands im internationalen Vergleich geschwächt. Kritiker bemängeln, dass Deutschland in internationalen Foren wie der G7 durch die Befürwortung von Gasprojekten widersprüchliche Signale sendet, die dem Ruf als Klimaschutzvorreiter schaden. Die rund 450 Wissenschaftler, die an der Erstellung des Index beteiligt waren, fordern einen klaren strategischen Plan für den Ausstieg aus fossilen Brennstoffen. Dieser Plan müsse sozial ausgewogen und wirtschaftlich tragfähig gestaltet sein, um die Akzeptanz in der Bevölkerung zu sichern. Partizipative Ansätze, die die Interessen verschiedener gesellschaftlicher Gruppen berücksichtigen, seien entscheidend, um Konflikte zu vermeiden und den Wandel zu beschleunigen. Ein Problem sei die Finanzierung: Einige Maßnahmen der Regierungsstrategie stünden angesichts von Haushaltszwängen auf der Kippe. Diese Unsicherheit könnte eine sog. Emissionslücke verursachen, die Deutschland noch weiter von seinen Klimazielen entfernt. Zudem zeigten sich deutliche Unterschiede im europäischen Vergleich: Länder wie Dänemark (Platz 4) und die Niederlande (Platz 5) profitierten von der konsequenten Durchführung politischer Maßnahmen, die den Ausbau erneuerbarer Energien und ambitionierter Klimapolitik setzten. Die mäßige Bewertung Deutschlands im Klimaschutzindex muss als ein Weckruf verstanden werden. Der Bericht zeigt, dass die inkonsequenten Maßnahmen und widersprüchliche politische Signale die Klimaschutzbemühungen ausbremsen. Der Energiesektor hat Fortschritte gemacht, doch die Versäumnisse in den Bereichen Verkehr und Gebäude sowie die anhaltenden Herausforderungen durch die Energiekrise weisen auf dringenden Handlungsbedarf hin. Deutschland müsste seine Rolle als internationaler Vorreiter zurückgewinnen, indem es ambitioniertere Maßnahmen umsetzt, sektorenübergreifend handelt und die soziale Akzeptanz stärkt. Nur so kann Deutschland in einem globalen Wettbewerb um Klimaschutz und wirtschaftliche Resilienz bestehen. Quellen: ccpi.org/download/climate-change-performance-index-2025-die-wichtigsten-ergebnisse/ www.germanwatch.org/de/91776
Unterwasser-Betonkugeln: Testphase startet vor Kalifornien

Die Energiewende braucht innovative Speicherlösungen für überschüssigen Strom. Eine deutsch-amerikanische Kooperation testet eine vielversprechende Technologie mit großen Betonkugeln auf dem Meeresgrund. Die Ergebnisse könnten weltweit richtungsweisend sein. Deutsch-amerikanische Zusammenarbeit bringt Tiefseespeicher voran Das Fraunhofer-Institut für Energiewirtschaft und Energiesystemtechnik (Fraunhofer IEE) entwickelt ein Unterwasser-Energiespeichersystem namens StEnSea (Stored Energy in the Sea). Die Technologie basiert auf der Idee, überschüssige Energie mithilfe riesiger Betonkugeln auf dem Meeresboden zu speichern. Nun wird ein Prototyp vor der kalifornischen Küste bei Long Beach in einer Tiefe von 500 bis 600 Metern getestet. Bis Ende 2026 soll der Prototyp in Betrieb gehen und Erkenntnisse für eine großflächige Nutzung liefern. „Diese Partnerschaft ist ein wichtiger Schritt für die Kommerzialisierung des Systems“, erklärt Dr. Bernhard Ernst, Projektleiter am Fraunhofer IEE. Die Betonkugeln haben einen Durchmesser von neun Metern, wiegen 400 Tonnen und nutzen den natürlichen Wasserdruck der Tiefsee. Das Fraunhofer IEE arbeitet mit dem US-Start-up Sperra, spezialisiert auf 3D-Betondruck, und Pleuger Industries, einem deutschen Hersteller von Unterwasser-Motorpumpen, zusammen. Finanziell unterstützt wird das Projekt mit 3,4 Millionen Euro vom Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz sowie rund vier Millionen US-Dollar vom amerikanischen Energieministerium. So funktioniert das System: Energie speichern in der Tiefsee Die StEnSea-Technologie überträgt das Prinzip von Pumpspeicherkraftwerken in die Tiefsee. Bei diesen klassischen Anlagen wird überschüssiger Strom genutzt, um Wasser in ein höher gelegenes Becken zu pumpen. Die potenzielle Energie des gespeicherten Wassers wird durch die Höhe erzeugt, die bei Bedarf genutzt wird, indem das Wasser durch Turbinen zurückfließt und Strom erzeugt. Im Gegensatz dazu nutzt StEnSea den natürlichen Wasserdruck in der Tiefsee, um denselben Effekt zu erzielen – jedoch ohne die Notwendigkeit künstlicher Höhenunterschiede. Wenn überschüssiger Strom vorhanden ist, pumpt eine Unterwasser-Motorpumpe das Wasser aus der Betonkugel, wodurch ein leerer Raum entsteht, der als Energiespeicher dient. Sobald Energie benötigt wird, strömt das Meerwasser aufgrund des enormen Drucks in 600 Metern Tiefe (rund 60 bar) zurück in die Kugel. Dabei treibt es die Pumpe als Turbine an, die mit einem Generator verbunden ist und Strom ins Netz zurückspeist. Mit einem Wirkungsgrad von 75 bis 80 Prozent erreicht das System fast die Effizienz von landbasierten Pumpspeicherkraftwerken, obwohl es größere Reibungsverluste aufgrund der Unterwasserumgebung gibt. Ein entscheidender Vorteil des Tiefseespeichersystems ist seine Flexibilität: Es benötigt keine geografisch begrenzten Standorte mit großen Höhenunterschieden. Ein Speicherpark mit sechs Kugeln könnte 30 Megawatt Leistung und 120 Megawattstunden Kapazität bereitstellen, während die Kugeln eine Lebensdauer von 50 bis 60 Jahren haben. Großes Potenzial für die globale Energiewende Das übertrifft die Kapazität deutscher Pumpspeicherkraftwerke um ein Vielfaches. Besonders für Regionen mit Tiefseezugang könnte die Technologie eine entscheidende Rolle bei der Stabilisierung von Stromnetzen und der Nutzung erneuerbarer Energien spielen. „Die Installation auf dem Meeresgrund reduziert mögliche Umweltauswirkungen und vermeidet Konflikte mit der Bevölkerung“, sagt Ernst. Darüber hinaus könnten die Speicher flexibel eingesetzt werden, etwa um Strom günstig einzukaufen und teurer zu verkaufen oder als Regelreserve zur Netzstabilisierung. Der Prototypentest in Kalifornien wird zeigen, wie sich die Technologie unter realen Bedingungen bewährt. Gelingt der Durchbruch, könnten die Betonkugeln weltweit einen entscheidenden Beitrag zur Energiewende leisten. Quellen: iee.fraunhofer.de/de/presse-infothek/Presse-Medien/2024/test-kugelspeicher-auf-meeresgrund-in-kalifornien Projektseite: „Forschungsprojekt StEnSEA“
EU sieht Fortschritte bei Kreislaufwirtschaft

Wie gut gelingt es der EU, Rohstoffe im Kreislauf zu führen und wiederzuverwerten? Eine aktuelle Auswertung der EU-Statistikbehörde Eurostat gibt darüber Aufschluss: Mit einer Quote von 11,8 Prozent erreichte der Anteil recycelter Materialien 2023 einen neuen Höchststand. Dennoch bleibt der Weg zu einer echten Kreislaufwirtschaft noch weit. Fortschritte, aber kein Grund zur Selbstzufriedenheit: EU-Recyclingquote auf Rekordhoch Die Veröffentlichung der aktuellen Daten erfolgte passend zur UN-Klimakonferenz COP29 in Baku, wo die Rolle nachhaltiger Ressourcennutzung im Mittelpunkt steht. Die Europäische Union (EU) hat 2023 bei der Förderung einer Kreislaufwirtschaft einen Meilenstein erreicht: Laut dem Statistik-Büro der EU: Eurostat stieg der Anteil recycelter Materialien am Materialeinsatz in der Wirtschaft auf 11,8 Prozent – ein neuer Höchststand. Dieser Fortschritt zeigt, dass die Bemühungen zur Ressourcenschonung Wirkung zeigen. Dennoch bleibt die Zielmarke einer echten Kreislaufwirtschaft weit entfernt. Die sog. Kreislaufwirtschaftsrate ist ein zentraler Indikator für nachhaltiges Wirtschaften. Sie misst den Anteil von Sekundärrohstoffen, die aus Recyclingprozessen gewonnen wurden, am gesamten Materialeinsatz. Für die EU ist diese Entwicklung ein Erfolg, denn seit 2010, als die Quote noch bei 8,3 Prozent lag, konnte ein stetiger Anstieg verzeichnet werden. „Die Zahlen spiegeln Fortschritte wider, sind aber angesichts der immensen Rohstoffabhängigkeit und der Umweltbelastungen durch Primärressourcen kein Grund zur Selbstzufriedenheit“, betont Arturo de la Fuente, Experte bei Eurostat. Der Anstieg der Recyclingquote sei auch darauf zurückzuführen, dass innovative Technologien und verbesserte Sammelsysteme vielerorts greifen. Dennoch bleibe viel zu tun, um eine ressourcenschonende Wirtschaft flächendeckend zu etablieren. Große Unterschiede zwischen den EU-Mitgliedsstaaten Die neuen Zahlen machen auch deutlich, dass es erhebliche Unterschiede innerhalb der EU gibt. Spitzenreiter bei der Kreislaufwirtschaftsrate sind die Niederlande mit beeindruckenden 30,6 Prozent, gefolgt von Italien (20,8 Prozent) und Malta (19,8 Prozent). Am unteren Ende der Skala finden sich Rumänien (1,3 Prozent), Irland (2,3 Prozent) und Finnland (2,4 Prozent). Die Ursachen für diese Unterschiede liegen laut Eurostat nicht nur in der Menge der recycelten Materialien. „Strukturelle Faktoren wie die Zusammensetzung der Wirtschaft oder der Zugang zu Recyclinganlagen spielen ebenfalls eine entscheidende Rolle“, erklärt de la Fuente. Industrien mit einem hohen Anteil an Metallen oder Mineralstoffen, die leichter recycelt werden können, tragen maßgeblich zur höheren Quote bei. Besonders hohe Recyclingraten zeigt der Metall-Bereich mit 24,7 Prozent. Hier bestehen etablierte Sammel- und Aufbereitungssysteme. Nicht-metallische Mineralstoffe wie Bauabfälle folgen mit 13,6 Prozent. Fossile Energieträger wie Kunststoffe hinken mit nur 3,4 Prozent weit hinterher. „Kunststoffe bieten enormes Potenzial, das bislang nicht ausgeschöpft wird“, heißt es im Bericht. EU-Kommission setzt Ziele für die Kreislaufwirtschaft Im Rahmen des „Circular Economy Action Plan“ hat sich die EU-Kommission ehrgeizige Ziele gesetzt: Bis 2030 soll die Kreislaufwirtschaftsrate auf 23,2 Prozent verdoppelt werden. Diese Zielsetzung unterstreicht die Rolle der Kreislaufwirtschaft als Schlüsselstrategie im Kampf gegen den Klimawandel und die Abhängigkeit von Primärrohstoffen. Während die EU bereits Fortschritte gemacht hat, mahnen Experten zur Eile: Ohne weitere Anstrengungen in den Bereichen Politik, Wirtschaft und Innovation könnten die ambitionierten Ziele außer Reichweite bleiben. „Die Kreislaufwirtschaft ist kein Selbstzweck“, fasst de la Fuente zusammen. „Sie ist ein entscheidender Beitrag zum Klimaschutz und zur langfristigen Sicherung unserer Rohstoffversorgung.“ Quellen: https://ec.europa.eu/eurostat/statistics-explained/index.php?title=Circular_economy_-_material_flows&oldid=655955 environment.ec.europa.eu/strategy/circular-economy-action-plan_en