Fraunhofer-Institut für Silicatforschung ISCDas Konzept der Bioökonomie ist eng verknüpft mit der „Circular Economy“ und soll zu einer „Circular Bioeconomy“ ausgebaut werden.
Bioökonomie hat aber nicht nur die Optimierung der Stoffströme und das Ressourcenmanagement im Blick, sondern zielt auf gesellschaftliche Veränderungsprozesse und eine Biologisierung vieler Industriezweige, welches ganz neue Produkte und Lösungen hervorbringt.
Strategisches Forschungsfeld Bioökonomie am Fraunhofer ISC
Das Fraunhofer ISC bietet nachhaltige Lösungen für die Veredelung und die effiziente stoffliche Nutzung biogener Werkstoffe
Unsere Kompetenzen
Feinchemikalien / -stoffe
Biohybride
- (Nicht-)kovalente Bindung von Biomolekülen (Antikörper, Proteine, …) an anorganische/hybride Werkstoffe (beispielsweise Partikel oder (bio)funktionale Oberflächen)
- Klebstoffe durch Integration synthetisch hergestellter Miesmuschelpeptide (Dopamin/Hybridpolymer)
Biogene hybride Werkstoffe
- (Umwelt)-biodegradierbare funktionelle Beschichtung von Naturfasern, Biopolymeren und Papier
- Biogene, (umwelt-)biodegradierbare, funktionale Oberflächenveredelung
- Veredelung / Funktionalisierung von biobasierten Verpackungen / Verpackungsfolien
- Biogene Klebstoffe und deren Verarbeitung
Ausserdem
- Verarbeitung und Veredelung von Naturfasern und Garnen
- Extraktion und Modifikation von biogenen Basischemikalien
Bio-basierte Produkte
Material-Design für eine nachhaltige Land-/Forstwirtschaft (Werkstoffe für modernen Pflanzenanbau)
- Entwicklung von (umwelt-)biodegradierbaren Folien für die Landwirtschaft (beispielsweise Cellulose-basiert)
- (Umwelt)-biodegradierbare funktionelle Beschichtung von Biopolymeren für die Land-/Forstwirtschaft (Beispiel: Mulchfolien/Baumschutzhüllen/Pflanzentöpfe, etc…)
- Verkapselungstechnologien für biobasierte Alternativen zu gängigen Düngern/Pestiziden/Herbiziden (inkl. controlled-release & seed coating)
Wertschöpfung aus der Land-/Forstwirtschaft
- Biogene Klebstoffe und deren Verarbeitung im (Holz)-Leichtbau (Furnier-Verklebung)
- Neue magnetisch induktive Verklebungen von Holz-Leichtbauteilen / Furnieren
Veredelung
(Biohybrides) Material-Design für Bio-Reaktoren
- Immobilisierung von Enzymen auf porösen (Glas)-Trägerstrukturen zur Synthese von Feinchemikalien
- Metall-oxidische Partikel und poröse Oberflächen als Trägerstrukturen für kontinuierliche, photochemisch-assistierte Biokatalyse zur Synthese von Feinchemikalien
- (Nicht)/-kovalente Bindung von Biomolekülen (Antikörper, Proteine, …) auf Trägersysteme für Katalysatoren (Biokatalyse)
- Magnetische Separation von Algen
Funktionale Beschichtungen aus biogenen (Rest)Stoffen
- Beispiel bioORMOCER®-Chemie: (umwelt)-biodegradierbare Oberflächenfunktionalisierung („New Plastics Innovation Prize“ der Ellen-MacArthur-Foundation)
- Biogene, (umwelt-)biodegradierbare, funktionale Oberflächenveredelung von Naturfasern, Biopolymeren und Papier
- Industrielle Validierung von biogenen Schutzlacken auf europäischer Ebene (OITBS*) für die Anwendungsfelder: Spritzguss, flexible Verpackung, Transportboxen und druckbare Elektronik
- Veredelung / Funktionalisierung von biobasierten Verpackungen / Verpackungsfolien
Verarbeitung
Verfahrens- und Materialentwicklung für eine nachhaltige Wasserwirtschaft
- Magnetische poröse Scavenger-Partikel zur Aufreinigung von Grund-/Trinkwasser gegenüber Stickstoff / Phosphor (Überdüngung), Hormonen (Medikamentenrückstände), (Schwer)metallen, Mikro- und Nanoplastik etc.
- Verfahren für kontinuierliche Ultrafiltration/Aufreinigung von Grund-/Trinkwasser (oder anderen Fluiden)
Biosensorik
- Detektion von mikrobiellen Keimen (Bakterien, Viren, Pilze) mittels Sensorchips (z. B. Partikel-basierte Sensoren, Schnelltests)
Nachhaltige Energiegewinnung
- Partikuläre, metall-oxidische Elektrodenschichten als Trägerstrukturen zur Synthese von Methanol aus CO2
- Nachhaltige Wasserstoff-Produktion mittels biohybridem, skalierbarem solarbetriebenem Stand-alone System durch CO2-Fixierung für erneuerbare Energieträger
Circular Bioeconomy
»Design for Recycling« auf Ebene des Werkstoffes (Kreislaufführung)
- Selektive Abtrennung von Schichten/Separation von Werkstoffverbünden:
- Elektrohydraulische Zerkleinerung (Auftrennung von Verbünden an Materialgrenzflächen)
- „Bonding-Debonding“ (lokales Erhitzen von beispielsweise Klebstoffen durch magnetischen Partikel (MAGSILICA®) in einem oszillierenden magnetischen Feld
- Triggerbar abbaubare Silicone
Toxikologische und metabolische Bewertung
- Humane 3D-in-vitro-Testsysteme für Nahrungsmittel (z. B. Futtermittel, Nahrungsergänzungsmittel) und Wirkstoffe (Herbizide/Fungizide/Dünger) hinsichtlich ihrer Interaktion und Verstoffwechselung im Menschen und in Nutztieren
Testsystem neuer Werkstoffe
- Testsysteme von biogenen Wirkstoffen (z. B. anti-mikrobielle Wirkung von Pflanzenfarbstoffen)
- Testsysteme von nicht biogenen Wirkstoffen (Herbizide/Fungizide/Dünger) für die Land-/Forstwirtschaft
Leistungen
Toxikologische und metabolische Bewertung
- Humane 3D-in-vitro-Testsysteme für Nahrungsmittel (z. B. Futtermittel, Nahrungsergänzungsmittel) und Wirkstoffe (Herbizide/Fungizide/Dünger) hinsichtlich ihrer Interaktion und Verstoffwechselung im Menschen und in Nutztieren
Testsystem neuer Werkstoffe
- Testsysteme von biogenen Wirkstoffen (z. B. anti-mikrobielle Wirkung von Pflanzenfarbstoffen)
- Testsysteme von nicht biogenen Wirkstoffen (Herbizide/Fungizide/Dünger) für die Land-/Forstwirtschaft
Bio-Analoga (organo)typische Gewebemodelle
- Künstliche dreidimensionale Gewebemodelle für eine „Tierversuchsfreie“ präklinische Risikobetrachtung und Wirksamkeitstests neuer Produkte aus den Bereichen Pharma, Kosmetik, Ernährung und Chemie (3D-in-vitro-Testsysteme)
Akkreditierte Werkstoffanalytik
- Bioanalytik, Prozessanalytik, Werkstoffanalytik & Werkstoffprüfung, Schadensanalytik
- Artefaktfreie Kryo-Präparation von lebender Materie
Gerätebau
- Spezial-Gerätebau für Kompostierungs-/ Abbaubarkeitstests und andere Testmethoden
Unsere Ziele
Das Fraunhofer ISC will nachhaltige Lösungen für die Veredelung und effiziente stoffliche Nutzung biogener Werkstoffe entwickeln.
Dabei wollen wir mit Partnern aus der Landwirtschaft (Erzeuger) bis hin zu Wiederverwertung/Recycling eng zusammenarbeiten.
Zunächst sollen höherwertige Anwendungen für biogene Werkstoffe (Refinement) entwickelt werden. Mittelfristig soll eine Kreislaufführung (Circular Bioeconomy) etabliert werden. In langfristigen Projekten arbeiten wir an der Nutzung moderner Methoden (etwa Biochemie) für revolutionäre biobasierte Technologien, wie der künstlichen Photosynthese.
