02.05.2023

Algenwälder tragen mehr zur Weltwirtschaft bei als Österreich

Darauf deuten Ergebnisse einer kürzlich erschienenen Nature-Studie hin. Der Beitrag beläuft sich laut Schätzungen auf bis zu 562 Milliarden Dollar pro Jahr.
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Algenwälder
Foto: Adobe Stock

Viele Menschen können mit Algen nur wenig anfangen. Zu oft stören sie uns beim Schwimmen oder unser Verständnis von Ästhetik in Gewässern. Warum wir trotzdem nicht auf die grüne Unterwasserwelt verzichten können, zeigt eine Studie, die in der Fachzeitschrift Nature Communications veröffentlicht wurde.

Die Autor:innen der Studie haben berechnet, wie viel Dollar Kelpwälder zur Weltwirtschaft beitragen. Mit Kelp sind große Braunalgen gemeint. Diese wachsen in relativ flachen und kühlen Gewässern in Küstennähe. Zum Beispiel an der Westküste Amerikas und Afrikas oder auch im Norden Europas.

Kelpwälder: Der Beitrag zur Weltwirtschaft

Ökologisch betrachtet sind diese Algenwälder besonders relevant. Beispielsweise, weil sie Nahrung und Schutz für zahlreiche Tiere bieten. Die Wissenschafter:innen konnten in einer globalen Schätzung zeigen, dass sie auch ökonomisch äußerst wertvoll sind.

Pro Jahr leisten sie einen Beitrag zur Weltwirtschaft von bis zu 562 Milliarden Dollar. Das ist dreimal so viel, wie bisher angenommen. Zum Vergleich: Österreichs BIP lag 2022 laut Statistik Austria bei 447,65 Milliarden Euro beziehungsweise 491,74 Milliarden US-Dollar.

Algenwälder: Wahres Potenzial noch nicht bekannt

In Europa werden die Algen laut der Studie seit vielen Jahrhunderten zur Düngung des Bodens und zur Steigerung der Ernteerträge genutzt. “Die kulturelle und sozioökonomische Bedeutung von Kelpwäldern ist unbestritten, aber über das Ausmaß und den wirtschaftlichen Wert dieser Ökosysteme ist wenig bekannt”, schreiben die Forscher:innen in der Studie.

Diese Wissenslücke führe dazu, dass der Beitrag von Kelp für die Natur und den Menschen unterschätzt wird. Deshalb haben die Wissenschafter:innen sechs verschiedene und weltweit vorherrschende Kelp-Gattungen untersucht. Dabei stellten sie fest, dass jeder dieser Kelpgattungen weltweit bis zu 147.100 US-Dollar pro Hektar und Jahr erwirtschaftet. Der genaue Beitrag ist aber abhängig von der Region und der Algenart.

Um zu diesen Ergebnissen zu kommen haben die Wissenschafter:innen drei sogenannte Ökosystemdienstleistungen untersucht: Den Einfluss auf die Fischerei, den Abbau von Nährstoffen und das Binden von Kohlenstoff. Zunächst haben sie die Leistungen, also beispielsweise die Fischproduktion, erfasst. Danach wurde jeder Leistung ein Marktwert zugewiesen. Also den Preis, den ein Vermögenswert auf einem Markt erzielen würde.

Kelp liefert: Fischerei, Nährstoffe und CO2

Die Forscher:innen fanden heraus, dass etwa 70 Millionen Menschen im Umkreis von 50 Kilometern um einen Kelpwald leben. Mit den gelieferten Ökosystemdienstleistungen beeinflusst Kelp aber nicht nur das Leben dieser Menschen.

In Bezug auf die Fischerei ermöglicht Kelp zahlreichen Arten das Leben unter Wasser. Durchschnittlich entsteht so pro Jahr ein Wert von 29.900 Dollar pro Jahr. Je höher die Ernte an Fischen, desto höher fällt der wirtschaftliche Beitrag von Kelp aus. Es wurden nur wirtschaftlich genutzte Arten analysiert, und nicht die zahlreichen anderen mit Kelp assoziierten Organismen, die auch einen wesentlichen Einfluss auf das Nahrungsnetzwerk unter Wasser haben.

Foto: Adobe Stock

Die Forscher:innen fanden heraus, dass die sechs Kelp-Gattungen bis zu 214 Gramm Kohlenstoff pro Quadratmeter und Jahr binden. Dieser Wert sei vergleichbar mit anderen Ökosystemen, zum Beispiel mit Waldökosystemen oder Mangroven. Es wird geschätzt, dass diese sechs Kelp-Gattungen zusammen mindestens 4,91 Megatonnen Kohlenstoff pro Jahr aus der Atmosphäre binden. Zum Vergleich: Laut der Internationalen Energieagentur (IEA) sind die weltweiten energiebedingten CO2-Emissionen im Jahr 2022 um 321 Millionen Tonnen gestiegen und erreichten einen Höchststand von über 36,8 Milliarden Tonnen

In Bezug auf den Nährstoffabbau kann Kelp ebenfalls einen gewichtigen Beitrag zur Weltwirtschaft leisten. Durchschnittlich entspricht die Stickstoffaufnahme von Kelp einem Wert von 73.800 Dollar pro Hektar und Jahr.

Die Zukunft von Kelp

Laut der Studie nehmen die Kelpwälder in vielen Regionen der Welt ab. Schätzungsweise seien zum Beispiel 95 Prozent der Kelpwälder um den australischen Inselstaat Tasmanien bereits aufgrund der Klimakrise abgestorben. Die Forscher:innen hatten mit der Studie nicht das Ziel, Kelpwälder zu kommerzialisieren.

Sie hoffen vielmehr, mit dieser Arbeit die Aufmerksamkeit auf die Bedeutung von Kelpwäldern zu lenken. Ihr wahrer Wert könnte noch viel größer sein, als die rund 562 Milliarden Dollar. Denn Kelpwälder leisten weit mehr, als die drei analysierten Ökosystemdienstleistungen. Beispielsweise können sie den pH-Wert senken oder Küstenschutz bieten.

Ein Teil der Autor:innen ist auch im Vorstand der Kelp Forest Alliance, die das Ziel hat Kelpwälder zu schützen. Die Allianz empfiehlt den Schutz von 3 Millionen Hektar und die Wiederherstellung von 1 Million Hektar Kelpwäldern bis 2040, um die Biodiversitätsziele des Kunming-Montreal Global Biodiversity Framework zu unterstützen.

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Loïc Roch, Mitgründer und CTO von Atinary, in den SwissCAT+-Laboren am Campus Hönggerberg | (c) Martin Pacher

Wer auf den Hönggerberg im Norden Zürichs fährt, lässt die Stadt hinter sich. Der zweite Campus der ETH, entstanden ab 1961, liegt in ländlicher Umgebung, hier sind unter anderem die Departemente für Chemie, Physik und Materialwissenschaft zu Hause. Und hier, in den SwissCAT+-Laboren der Hochschule, lässt sich derzeit besichtigen, wie Forschung aussehen könnte, wenn nicht mehr der Mensch jeden einzelnen Handgriff macht.

In diesen Laboren übernehmen Roboter die Arbeit, die sonst Forschende beschäftigt: Sie hantieren mit Flüssigkeiten und Pulvern, bereiten Proben vor, testen sie und messen laufend die Ergebnisse. Das Bemerkenswerte daran ist aber nicht die Automatisierung selbst, sondern wer die Versuche plant: eine Künstliche Intelligenz. Die Software stammt vom Startup Atinary, das an der ETH keinen eigenen Standort hat, sondern mit der Technologieplattform SwissCAT+ zusammenarbeitet. Sie schlägt vor, welches Experiment als nächstes sinnvoll ist, lernt aus jedem Ergebnis und berechnet daraus den nächsten Schritt. Dieser Kreislauf läuft rund um die Uhr, ohne dass ein Mensch eingreifen muss.

„Ein Labor ist eine große Küche“

Wie soll man sich das vorstellen? Loïc Roch, Mitgründer und CTO von Atinary, greift im Gespräch mit brutkasten zu einem Alltagsbild: „Am Ende ist ein Labor eine große Küche. Wir liefern die Rezepte. Wir nutzen KI, um Rezepte zu erzeugen, die dann im Labor getestet werden.“ Das Ziel: möglichst schnell zum besten Rezept kommen. Denn jeder einzelne Versuch kostet Zeit, Material und Geld. Wer statt tausender Versuche nur ein paar Dutzend braucht, spart enorm.

Genau darauf ist die Software ausgelegt. Statt sich blind durch unzählige mögliche Kombinationen zu probieren, lernt das System mit jedem Experiment dazu und empfiehlt gezielt die vielversprechendsten nächsten Schritte. „Self-Driving Labs“ nennt Atinary das Prinzip, selbstfahrende Labore. Den Begriff hat sich das 2019 gegründete Unternehmen sogar markenrechtlich schützen lassen.

Loïc Roch, Co-founder und CTO von Atinary | (c) Martin Pacher / brutkasten

Den Bedarf für solche Werkzeuge begründet Roch mit einem unbequemen Befund: Forschung wird immer teurer und langsamer, es braucht immer mehr Zeit und Geld, bis Neues gefunden ist. Dazu kommt eine handfeste Vertrauenskrise: Roch verweist auf eine vielzitierte Befragung von rund 1.500 Forschenden, wonach ein Großteil daran scheitert, Experimente zu wiederholen, in der Chemie sind die Quoten besonders hoch. Das ist nicht nur für die Wissenschaft ein Problem: Ohne verlässliche Daten lässt sich auch keine verlässliche KI trainieren.

100 Jahre Forschung in sechs Wochen

Was das System kann, zeigt das Vorzeigeprojekt direkt vor Ort. Gemeinsam mit dem SwissCAT+-Team suchte Atinary nach dem besten Katalysator, also jenem Hilfsstoff, mit dem sich das Treibhausgas CO₂ in Methanol umwandeln lässt, einen Ausgangsstoff für nachhaltige Treibstoffe. Laut Atinary kamen dafür mehr als 20 Millionen mögliche Kombinationen infrage. Das Ergebnis wurde in einem Fachjournal publiziert: In sechs Wochen wurden 144 Katalysator-Kandidaten hergestellt und getestet, mit minimalem menschlichem Zutun. Die Zahl, mit der Atinary seither wirbt, ist eindrucksvoll: eine 1000-fache Beschleunigung, umgerechnet 100 Jahre Katalyse-Forschung in nur sechs Wochen. SwissCAT+-Chef Paco Laveille, der die Umsetzung an der ETH verantwortet, bestätigt beim Besuch die Größenordnung: von Jahren an Forschung hinunter zu Wochen.

(c) Martin Pacher / brutkasten

Beim konkreten Nutzen für Firmenkunden hält sich Roch hingegen zurück, aus einem strukturellen Grund: „Wir sind ein Dienstleister. Wir sehen den generierten Mehrwert nicht, und die Kunden wollen ihn nicht teilen.“ Das habe auch mit Sicherheitsanforderungen zu tun, ergänzt das Unternehmen: Angaben zum erzielten Return on Investment erhalte Atinary dann, wenn Kunden sie von sich aus teilen — teils münde das in gemeinsame Publikationen.

Die einzige konkrete Zahl, die er im Gespräch nennt, stammt aus einer gemeinsamen Publikation mit dem Aromen- und Duftstoffkonzern dsm-firmenich: Dort konnte der Einsatz eines teuren Edelmetalls so stark reduziert werden, dass dessen Kostenanteil um rund 95 Prozent sank. Es sei nicht die einzige gemeinsame Veröffentlichung mit Kunden, betont das Unternehmen — weitere gebe es etwa mit dem Pharmakonzern Takeda.

(c) Martin Pacher / brutkasten

Auch ein aktueller gemeinsamer Blogbeitrag von AWS und Atinary liefert Anhaltspunkte. Ein Manager von Takeda wird dort mit der Aussage zitiert, eine Optimierung habe mit dem selbstfahrenden Ansatz rund eine Woche gedauert, verglichen mit ein bis zwei Monaten auf dem herkömmlichen Weg. Am MIT wiederum löste ein Forschungsteam mit der Software eine knifflige Aufgabe aus der Solarzellenforschung in nur 25 Versuchen, innerhalb einer strikten Frist von vier Wochen. Und über das eigene Labor, das Atinary heuer in Boston eröffnet hat, heißt es: Es erzeuge in einer Woche mehr Versuchsdaten, als ein Doktorand in fünf Jahren produziert.

Bezahlter Pilot, Lizenz pro Arbeitsplatz

Wirtschaftlich steht Atinary noch am Anfang. Das Unternehmen befindet sich in der Seed-Phase, öffentlich auffindbar sind laut Roch rund zehn Millionen an bisheriger Finanzierung, eingesammelt über Venture Capital, Family Offices und Förderungen. Als Nächstes peilt er eine Series A an. Das Wachstumskapital dafür werde voraussichtlich aus den USA kommen: „Der Ansatz ist in Europa und den USA sehr unterschiedlich.“

Paco Laveille, Managing Director, SwissCAT+ East, ETH Zurich | (c) Martin Pacher / brutkasten

Verdient wird über Software-Lizenzen, abgerechnet pro Arbeitsplatz. Am Anfang steht ein dreimonatiger, bewusst kostenpflichtiger Testlauf. „Wenn der Pilot nicht bezahlt ist, stecken die Kunden nicht die Ressourcen hinein, um ihn richtig zu testen“, sagt Roch. Dass er mit diesem Modell Geld liegen lässt, räumt er offen ein: Eine Beteiligung am geschaffenen Wert wäre lukrativer, scheitert aber daran, dass die Kunden diesen Wert eben nicht offenlegen.

Die Kundschaft kommt bisher vor allem aus der Pharmabranche, die laut Roch am ehesten bereit ist, Neues zu riskieren; der Rest der Industrie folge dann. Einsatzfelder gibt es aber quer durch: Lebensmittel, Duftstoffe, Materialforschung, grüne Energie, und gemeinsam mit Stanford sogar Zelltherapien gegen Krebs. Umsatz machen vor allem Konzerne. Mit Universitäten arbeitet Atinary eng zusammen, weil sich dort Ergebnisse veröffentlichen lassen, sie werden so zu Botschaftern der Technologie. Auch KMU zählen zu den Kunden, das jüngste sei erst vor wenigen Tagen dazugekommen. Die Arbeitsteilung im Unternehmen: Das Entwicklerteam sitzt bei Roch in Lausanne, das eigene Labor steht in Boston, dort, wo die großen Pharma-Forschungszentren angesiedelt sind.

„Fast jeden zweiten Tag ein neues Startup“

Beim Thema Konkurrenz wird Roch deutlich: Der Bereich „AI for Science“ ziehe derzeit massiv Gründungen an, fast jeden zweiten Tag komme ein neues Startup dazu. Gefährlich sei daran vor allem eines: Mit den heutigen KI-Werkzeugen lasse sich sehr schnell ein beeindruckender Prototyp bauen, der Kunden begeistert. „Unter der Haube ist das aber kein produktionsreifer Code, der bei einem Großunternehmen laufen kann.“ Atinary sieht er im Vorteil, weil man seit 2019 das gesamte Paket aufgebaut habe: die Anbindung an die Laborgeräte, das eigene KI-Training, die Anwendungen und die wissenschaftliche Glaubwürdigkeit durch den eigenen Beirat. Dazu kommt laut Unternehmen ein Netzwerk an Technologiepartnern, darunter AWS, ABB Robotics, Agilent, Bruker, Chemspeed und Mettler-Toledo. Im wissenschaftlichen Beirat sitzt unter anderem der MIT-Chemiker Stephen Buchwald — im Bostoner Labor optimiert Atinary nach eigenen Angaben ausgerechnet die nach ihm benannte Buchwald-Hartwig-Reaktion.

(c) Martin Pacher / brutkasten

Zugleich beobachtet er seit heuer einen Umschwung im Markt: Kunden dächten zunehmend in einer Wettlauf-Logik. Wer die Technologie nicht als Erster einsetze, riskiere, dass es die Konkurrenz tut. Und wenn diese in Wochen schafft, wofür man selbst Jahre braucht, sei der Rückstand kaum aufzuholen.

Die größte Hürde ist der Mensch

Und was bremst die Verbreitung? Nicht die Technik, sagt Roch, sondern der Mensch. „Der Wissenschaftler im Labor ist oft seit 15, 20 Jahren dort. Wenn man ihm sagt: Wir können deine Forschung um den Faktor zehn oder hundert beschleunigen, sagt er: Nein. Ich kenne mein Fach besser als irgendein Algorithmus.“ Es sei dabei weniger mangelndes Vertrauen, die Technologie werde schlicht als Bedrohung für den eigenen Job empfunden. Christoph Schnidrig von AWS ergänzt: Dieses Muster kenne man von jeder Technologiewelle, von der Einführung der Cloud bis zur KI in der Softwareentwicklung. Rochs Haltung dazu: Jobs würden sich verändern, aber nicht verschwinden. „Am Ende ist es ein Werkzeug. Der Mensch bleibt am Steuer.“

(c) Martin Pacher / brutkasten

Zum Vertrauen gehört auch die Datenfrage, schließlich legen die Kunden ihr wertvollstes Gut, ihre Forschungsdaten, in die Plattform. Die läuft vollständig auf der Cloud von AWS. Roch verweist auf Prüfungen, Audits und Sicherheitstests; personenbezogene Daten würden praktisch keine gespeichert, schon gar keine Patientendaten, dafür sei man in der Forschung viel zu früh angesetzt. Auch deshalb sieht er im EU AI Act derzeit kein Hindernis: In Kundengesprächen sei die Regulierung bislang schlicht kein Thema gewesen.

Auszeichnung vom Weltwirtschaftsforum

Während brutkasten mit Roch in Zürich spricht, befindet sich sein Mitgründer, CEO Hermann Tribukait, gerade im chinesischen Dalian, um dort den Technology-Pioneer-Award des Weltwirtschaftsforums entgegenzunehmen. Zu den früheren Preisträgern der Auszeichnung zählen Roch zufolge Namen wie Google, Dropbox und Airbnb. Preisgeld gibt es keines, der Wert liege im Zugang zum Netzwerk des Forums und zu Entscheidungsträgern großer Unternehmen. Kunden in China hat Atinary übrigens keine, und das dürfte vorerst so bleiben: Als in den USA registriertes Unternehmen sei das Geschäft mit chinesischen Firmen „wegen der Geopolitik sehr heikel“.

Gefragt nach dem Blick fünf Jahre voraus, skizziert Roch eine Vision, die er ausgerechnet am Vorbild seines Cloud-Partners entwirft: Labore, die wie Rechenleistung aus der Cloud abrufbar sind, weltweit vernetzt, mit einer übergeordneten KI, die Erkenntnisse zwischen Forschungszentren auf verschiedenen Kontinenten austauscht.

Den Antrieb dahinter beschreibt er ganz persönlich: Er und seine Mitgründer seien Naturliebhaber, und die Energiewende brauche schnellere Forschung. „Der Planet kann nicht noch ein Jahrzehnt warten, bis wir Lösungen finden.“ Sein Befund nach sieben Jahren: „R&D ist heute noch zu langsam.“


Disclaimer: Die Reise- und Übernachtungskosten wurden von Amazon Web Services übernommen.

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