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Kurz und bündig
Im Topic „Nachhaltige Bioökonomie“ suchen Jülicher Forscher:innen nach Möglichkeiten zur Etablierung einer zirkulären, auf natürlichen Ressourcen basierenden Wirtschaftsweise. Hierzu entwickeln sie neue Ansätze in der Landwirtschaft und erforschen Nutzpflanzen und Böden, insbesondere im Zeichen des fortschreitenden Klimawandels.
Sie entwickeln zudem neue Lösungsansätze für die biotechnologische Produktion von Chemikalien, Pharmazeutika und Proteinen aus erneuerbaren Kohlenstoffquellen und die Bereitstellung faserbasierter Materialien für die Textil-, Papier- und Bauindustrie. Die Jülicher Expert:innen entwerfen ferner neue Strategien, um bestehende Umweltprobleme – wie die weltweite Plastikverschmutzung – einzudämmen und entwickeln Konzepte und Implementierungswege, um Bioökonomie als zentrales Transformationskonzept für ganze Regionen zu etablieren.
Herausforderungen
2050 werden voraussichtlich fast zehn Milliarden Menschen auf der Erde leben. Wie kann es gelingen, sie künftig mit Nahrung, Energie und Rohstoffen zu versorgen – auch in Anbetracht eines sich verändernden Klimas? Um die Ressourcen der Erde nicht noch weiter über die natürlichen Grenzen hinaus zu belasten, bedarf es einer nachhaltigen, biobasierten Kreislaufwirtschaft: der Bioökonomie.
Lösungen
Jülicher Teams erforschen Pflanzen von der Wurzel bis zum gesamten Pflanzenbestand und schaffen damit die Grundlagen, um die Pflanzenproduktion zu optimieren. Im Jülich Plant Phenotyping Center werden dafür Nutzpflanzen mit hohem Durchsatz und dennoch zerstörungsfrei vermessen. Die Ergebnisse fließen in die moderne Züchtung neuer leistungs- und anpassungsfähiger Sorten ein. Die hierbei anfallenden komplexen Datenmengen analysieren und interpretieren die Jülicher Forscher:innen mit speziell für diese Aufgabe entwickelten Modellen und KI-Werkzeugen.
Ein weiterer Schwerpunkt der Jülicher Forschenden ist, die Konkurrenz um Land und Ressourcen zwischen Energie- und Nahrungspflanzen sowie die Auswirkungen ihres Anbaus auf die Umwelt zu minimieren. Dabei werden auch alternative Rohstoffquellen wie Algen oder die biogene Reststoffe aus der Industrie und innovative Pflanzenproduktionssysteme wie die Agri-Photovoltaik getestet.
Für ein ertragreiches Pflanzenwachstum ist ein gesunder Boden unerlässlich. Mithilfe modernster Labor- und Messmethoden, umfangreichen Feldstudien und Modellrechnungen untersuchen Jülicher Forschende, wie sich Umweltveränderungen auf den Boden, das dortige mikrobielle Leben und das Grundwasser auswirken. Ein tiefgreifendes Verständnis dieser Prozesse trägt zu einer nachhaltigeren Nutzung der natürlichen Ressourcen Boden, Wasser und Atmosphäre bei. Die Jülicher Forschenden entwickeln auf der Basis dieser Erkenntnisse digitale Systeme, mit denen der Zustand des Bodens und der Pflanzen auf den Äckern überwacht und die Bewässerung optimal gesteuert werden kann. Eine in Jülich entwickelte App unterstützt Landwirte inzwischen beim Wassermanagement.
Mikroorganismen sind die Hauptakteure in den Kreisläufen von Kohlenstoff und Stickstoff auf der Erde. Ihre Stoffwechselvielfalt und biokatalytischen Leistungen sind unübertroffen. In Jülich werden diese Fähigkeiten für die Entwicklung von Zellfabriken und Enzymen genutzt, die nachwachsende Rohstoffe, aber auch Plastikabfälle in Chemikalien, Lebens- und Futtermittelzusatzstoffe und Proteine umwandeln. Dieses Konzept bietet Lösungen, die zur Defossilierung der chemischen Industrie und zur Entwicklung einer biobasierten Kreislaufwirtschaft beitragen. Ein wichtiges Werkzeug dabei ist die Jülich Biofoundry, durch die Entwicklungsprozesse durch Automatisierung, Miniaturisierung und Digitialisierung beschleunigt werden.
Unterstützt werden die Arbeiten durch Expertise und Methoden aus den Bereichen Bioinformatik, maschinelles Lernen und computergestützter Biophysik, um Pflanzen, Mikroorganismen und Proteine zu analysieren und zu optimieren. Der Einsatz künstlicher Intelligenz spielt in allen Bereichen der Bioökonomie eine zunehmend große Rolle und kann gerade in Jülich mit seinen Supercomputing-Fähigkeiten besonders effizient entwickelt und genutzt werden.
Die Bioökonomie lebt von der Expertise und der Kooperation vieler Fachrichtungen. Das von Jülich koordinierte Bioeconomy Science Center (BioSC) bündelt die Kompetenzen von über 1.200 Ingenieur:innen, Biolog:innen, Agrar- und Wirtschaftswissenschaftler:innen aus mehr als 60 Instituten der Universitäten Bonn und Düsseldorf, der RWTH Aachen und des Forschungszentrums Jülich. Die Expert:innen entwickeln hier gemeinsam widerstandsfähige oder besonders ertragreiche Pflanzen, Mikroorganismen mit pfiffigen Eigenschaften und neue technische Verfahren und innovative Methoden der Bioinformatik. Sie erarbeiten zudem sozio- ökonomische Umsetzungsstrategien, um nachhaltig Nahrungs-, Futtermittel, Roh- und Wertstoffe sowie Bioenergie zu erzeugen.
Der Geoverbund ABC/J vereint 34 geowissenschaftliche Institute der Universitäten Bonn und Köln, der RWTH Aachen und des Forschungszentrums Jülich. In Zusammenarbeit mit Biologen und Ingenieuren und unter Nutzung der Supercomputer in Jülich werden innovative Lösungsansätze entwickelt, die nicht nur den Klimawandel und die Ressourcenknappheit adressieren, sondern auch die Resilienz gegenüber Naturrisiken stärken.
Damit die Forschungsergebnisse auch in die Praxis gelangen, leiten Jülicher Expert:innen die Initiative BioökonomieREVIER. Hier vernetzen sich Akteure aus Kommunen, Unternehmen und der Landwirtschaft. Gemeinsam werden neue Anbaumethoden und Technologien erprobt und neue Produkte wie Papier aus Gras, Chemikalien aus Reststoffströmen der Land- und Lebensmittelwirtschaft oder Kleidung aus Holz entwickelt.
Kontakt
Prof. Dr. Michael Bott
Leiter der Systemischen Mikrobiologie (IBG-1)
- Institut für Bio- und Geowissenschaften (IBG)
- Biotechnologie (IBG-1)
Raum R 5045
Forschungsgruppen
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