27.07.2021

Forscher verwandeln Plastikmüll in Nahrung

US-Forscher haben sich mit ihrer Technologie einen Forschungspreis in der Höhe von 1 Mio. Euro gesichert.
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Ting Lu und Stephen Techtmann aus den USA haben einen Weg gefunden, Plastikmüll in Nahrung zu verwandeln © Ting Lu/Techtmann
Ting Lu und Stephen Techtmann aus den USA haben einen Weg gefunden, Plastikmüll in Nahrung zu verwandeln © Ting Lu/Techtmann

Plastikmüll und Nahrungsknappheit zählen derzeit zu den größten Herausforderungen der Zukunft. US-Forscher haben nun eine Technologie entwickelt, mit der vielleicht beide Probleme gleichzeitig angegangen werden könnten: Mithilfe genetisch manipulierter Mikroben verwandeln sie Plastikmüll in Nahrung. Das Ergebnis des Prozesses sind Proteine, die zu Lebensmitteln weiterverarbeitet werden können – etwa als Bestandteil veganer Fleisch-Alternativen.

Gesunde Proteine aus Müll

Das Projekt „From Waste to Food: A Generator of Future Food“ wird von Ting Lu, Professor für Bioengineering an der University of Illinois Urbana-Champaign, und Stephen Techtmann, Assistenzprofessor für Biological Sciences an der Michigan Technological University vorangetrieben. Der Kern der Technologie besteht darin, synthetische mikrobielle Mischkulturen – eine Kombination aus natürlichen und technisch entwickelten Mikroorganismen – zu nutzen, um Abfälle effizient in Lebensmittel umzuwandeln. Die dabei gewonnenen Proteine enthalten wichtige Nährstoffe und bieten laut den Forschern einen gesundheitlichen Nutzen, der auch in Form von Nahrungsergänzungsmitteln eingesetzt werden kann.

Auch Treibstoff möglich

In Zukunft wollen die beiden Forscher die Technologie auf weitere Kunststoffe oder andere Abfallarten anwenden – bisher konzentrieren sie sich auf PET. Gleichzeitig ist auch geplant, nicht nur Proteine, sondern auch eine Basis für Treibstoffe zu gewinnen: „Unsere gemeinsame Forschung wird es uns ermöglichen, den Plastikmüll, den wir in der Welt produzieren, in etwas Wertvolles zu verwandeln: Lebensmittel und Treibstoff“, sagten Techtmann und Ting Lu im Zuge der Verleihung des mit einer Million Euro dotierten Future Insight Prize, der von dem deutschen Pharmaunternehmen Merck verliehen wird.

„In meinem Labor beschäftigen wir uns schwerpunktmäßig mit der mikrobiellen synthetischen Biologie, die mit Hilfe künstlicher Genschaltungen mikrobielle Zellfunktionen programmiert, um biologische Konstruktionsprinzipien aufzudecken und biotechnologische Anwendungen voranzutreiben“, so Ting Lu. „Umweltmikroben sind in der Lage, eine breite Palette chemischer Reaktionen zu katalysieren, von denen viele in der Industrie Anwendung finden können. Mein Labor untersucht, wie komplexe mikrobielle Mischkulturen zusammenarbeiten können, mit dem Ziel, industrielle Anwendungen zu ermöglichen“, so Techtmann.

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Das Forschungskonsortium von Focus:lfm. | (c) Jacomo Schlumberger

Ein Elektroauto muss nicht unmittelbar nach dem Anstecken mit voller Leistung laden. Auch Wärmepumpen und Batteriespeicher können ihren Stromverbrauch zeitlich anpassen. Mit dem Ausbau erneuerbarer Energien wird diese Flexibilität zunehmend wichtiger. Photovoltaikanlagen erzeugen beispielsweise vor allem tagsüber Strom, während viele Elektroautos erst am Abend geladen werden. Werden viele solcher Geräte intelligent gesteuert und zu sogenannten Flexibilitätspools gebündelt, könnten sie Stromnetze entlasten und erneuerbare Energie besser nutzbar machen.

Wie groß das Potenzial ist, verdeutlichen Zahlen, auf die das Forschungskonsortium verweist: Einer EU-Analyse zufolge könnte die nachfrageseitige Flexibilität bis 2030 rund 120 Gigawatt erreichen. Momentan sind in der EU rund 44 Gigawatt Pumpspeicherleistung installiert. Zwar können flexible Stromverbraucher große Pumpspeicher nicht vollständig ersetzen, die Zahlen zeigen jedoch, welches Potenzial in Haushalten, Unternehmen und Energiegemeinschaften bislang ungenutzt bleibt.

Genau hier setzt das Forschungsprojekt Focus:lfm (From Open Coexistence to Unified Systems for Local Flexibility Management) an. Unter der Koordination von e7 energy innovation & engineering entwickeln 18 österreichische Partnerorganisationen eine offene digitale Infrastruktur. Beteiligt sind unter anderem die Technologieunternehmen Keba und AVL, der Netzbetreiber Energienetze Steiermark sowie Salzburg Research und Reisenbauer Solutions.

Offene Software soll Geräte miteinander verbinden

Die intelligente Steuerung von Stromverbrauchern ist grundsätzlich nicht neu. Eine zentrale Herausforderung liegt jedoch darin, dass Geräte unterschiedlicher Hersteller häufig eigene Kommunikationssysteme nutzen. Viele bestehende Lösungen sind zudem geschlossen, wodurch die gemeinsame Steuerung aufwendig und kostspielig sein kann.

Focus:lfm entwickelt deshalb ein sogenanntes Open-Source-Framework. Die Software soll unterschiedliche Geräte, Energiemanagementsysteme, Stromhändler und Netzbetreiber über gemeinsame Schnittstellen miteinander verbinden. Bestehende Systeme sollen dabei nicht ersetzt, sondern vernetzt werden.

Auch der Zeitpunkt des Forschungsprojekts ist laut Projektkoordinator Guntram Preßmair günstig. Das neue Elektrizitätswirtschaftsgesetz (ElWG) schafft die Grundlage für einen Markt, auf dem Netzbetreiber flexible Stromverbraucher gezielt zur Entlastung ihrer Netze einsetzen können. Anders als auf bisherigen Strommärkten spielt dabei eine entscheidende Rolle, wo sich die Anlagen befinden. So könnten beispielsweise Elektroautos oder Batteriespeicher in einem bestimmten Netzgebiet helfen, lokale Engpässe zu beheben.

Startups sollen eigene Geschäftsmodelle entwickeln können

Besonders für kleinere Technologieunternehmen soll die offene Software neue Möglichkeiten schaffen. Denn die gesamte technische Verbindung vom einzelnen Gerät bis zur Vermarktung der Flexibilität selbst aufzubauen, ist laut Preßmair für kleine Unternehmen kaum machbar. „Deswegen wollen wir denen ein Open-Source-Werkzeug in die Hand geben“, erklärt er.

Mit Focus:lfm sollen Startups eine kostenlos verfügbare technische Grundlage erhalten, auf der sie eigene Dienstleistungen und Geschäftsmodelle entwickeln können. Ein Unternehmen, das beispielsweise Prognosen zum Energieverbrauch erstellt, könnte seine Lösung mit der Infrastruktur verknüpfen, ohne selbst sämtliche technischen Schnittstellen entwickeln zu müssen.

Ein begleitendes Accelerator-Programm soll Unternehmen bei der Integration unterstützen. Sobald erste Prototypen verfügbar sind, sollen interessierte Betriebe die Software erproben und Rückmeldungen zur Weiterentwicklung geben. Dadurch will das Projekt bereits während seiner Laufzeit eine möglichst breite Nutzerbasis aufbauen.

Praxistests bis 2030 geplant

Die entwickelte Infrastruktur soll zunächst in Simulationen und Laborumgebungen getestet werden. Anschließend sind Feldtests mit Elektroauto-Ladeinfrastruktur, Elektroboilern und Energiemanagementsystemen geplant. Auch Energiegemeinschaften und das Reallabor Waldviertel sollen eingebunden werden.

Das Projekt ist im Juni 2026 gestartet und läuft über 48 Monate. Gefördert wird es aus Mitteln des Klima- und Energiefonds sowie des Bundesministeriums für Innovation, Mobilität und Infrastruktur.

Langfristig soll ein Konsortium aus Industriepartnern die Weiterentwicklung der Software tragen. Für Preßmair wäre das optimale Ergebnis, wenn bis zum Projektende 2030 rund zehn Unternehmen die Infrastruktur aktiv nutzen und damit eigene Geschäftsmodelle betreiben.

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