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Artikel - Schlüsseltechnologien

Industrielle Bioökonomie – Wachstum und Innovation für den Standort Deutschland

Einleitung

Naturdämmstoff aus Pilzen, Mehrwegbestecke aus Palmblättern, Fahrräder aus Bambus: Zahlreiche nachwachsende, biobasierte Ressourcen aus der Natur ersetzen Erdöl und andere fossile Rohstoffe und lassen sich weiterverwerten für innovative Produkte und Prozesse in allen Lebensbereichen. Damit leistet die Bioökonomie einen wichtigen Beitrag für Klima-, Umwelt- und Ressourcenschutz und bietet Wirtschaft und Industrie gleichzeitig große Chancen für Innovationen, neue Wertschöpfung und zukunftsfähige Arbeitsplätze.

 

Peter Altmaier, Bundesminister für Wirtschaft und Energie

Nach der Digitalisierung wird die Biologisierung der Wirtschaft den nächsten großen Wachstums- und Innovationszyklus einleiten.

Nachhaltiger leben, Klima und Umwelt schützen, Ressourcen schonen: Damit die Industrie in Deutschland 2045 klimaneutral und nachhaltig produziert, muss die industrielle Bioökonomie in Deutschland weiter vorangetrieben werden. Ein Umsteigen auf nichtfossile Rohstoffe ist auch notwendig, weil die heute überwiegend eingesetzten Energieträger (z.B. Öl, Gas, Kohle) nur in begrenztem Maß auf der Erde vorhanden sind und irgendwann ausgeschöpft sein werden. Darüber hinaus birgt die industrielle Bioökonomie weitere Vorteile:

  • weniger CO2, Wasser oder Energie in Verfahren und Prozessen,
  • weniger Treibhausgase,
  • weniger Abhängigkeit von fossilen Rohstoffen wie Erdöl, Kohle und Gas.

Gleichzeitig leistet die industrielle Bioökonomie einen wichtigen Beitrag für eine wettbewerbsfähige Industrie und für die Attraktivität des Industriestandortes Deutschland. Ersetzt die Industrie fossile durch biobasierte Rohstoffe, so verspricht dies innovative Herstellungsverfahren, neue Produkte und Wachstumschancen für fast alle Branchen. Experten rechnen für die nächsten 20 bis 30 Jahre mit guten Wachstumschancen für die Bioökonomie weltweit. In einer von der EU-Kommission 2019 herausgegebenen Studie* wird bis 2050 ein Umsatzanstieg weltweit auf etwa 22 bis 23 Billionen Euro pro Jahr prognostiziert, gegenüber etwa 14 Billionen Euro heute. Der Anteil an der globalen Wirtschaftsleistung wird dann nach den EU-Schätzungen bei etwa 9 bis 10 Prozent liegen, mit überdurchschnittlichen Wachstumschancen bei biobasierten Chemikalien, Kunststoffen und Pharmaprodukten.

Bereits jetzt verfügt die industrielle Bioökonomie über Innovationspotenziale für zahlreiche Branchen, die sich in Beschäftigtenzahlen und erwirtschafteten Umsätzen widerspiegeln. Statistisch gesehen sind derzeit ca. 17,5 Mio. Beschäftigte in der EU im Bereich der Bioökonomie tätig, in Deutschland sind es 3,1–3,6 Mio* (einschließlich industrieller Bioökonomie). Das entspricht in beiden Fällen ca. 9 % aller Beschäftigten. Sie erwirtschaften ca. 614 Mrd. Euro, in Deutschland zwischen 165 und 265 Mrd. Euro. Das entspricht 4,7 % des EU-BIP und zwischen 5 und 6 % des deutschen BIP. Das Potenzial der (industriellen) Bioökonomie lässt sich auch an der Anzahl der Patente mit mehr als 4.000 pro Jahr ablesen. Prozentual entfallen dabei die meisten auf die folgenden Branchen:

  • 30 % Pharma
  • 30 % Chemie
  • 25 % Maschinenbau
  • 9 % Textil, Bekleidung und Leder

Gemeinsam auf Erfolgskurs: Die Dialogplattform Industrielle Bioökonomie

Um den industriellen Wandel voranzutreiben, hat das BMWi im Jahr 2018 die DialogplattformIndustrielle Bioökonomie“ gegründet. Diese besteht aus Vertretern und Vertreterinnen aus Industrie, Verbänden, Wissenschaft, Gewerkschaft und Bundes- sowie Landesministerien. Ziel ist es, den Industriestandort Deutschland langfristig attraktiv zu machen und ihn zu stärken. Die Plattform ermöglicht den Austausch aller beteiligten Interessengruppen und fördert Kooperationen zwischen Großunternehmen sowie kleinen und mittleren Unternehmen (KMU), zwischen Hochschulen und Start-ups, zwischen Forschung und Industrie. In vier Arbeitsgruppen werden die vorrangigen Handlungsfelder „Nachhaltigkeit“, „Finanzierung“, Demonstrationsanlagen“ und „Kommunikation“ bearbeitet und koordiniert:

Plattform "Industrielle Biökonomie"

Die Dialogplattform richtet sich an Industrie, Öffentlichkeit und Politik gleichermaßen. Sie unterbreitet Vorschläge zur Förderung der industriellen Bioökonomie, zur Gestaltung der Rahmenbedingungen, zu Nachhaltigkeit und Versorgungsstrukturen und zur Kommunikation. Mehr zum Leitbild 2.0 lesen Sie hier (PDF, 537 KB).

Wenn Sie an einer Mitarbeit in der Dialogplattform Industrielle Bioökonomie interessiert sind, melden Sie sich bitte unter buero-ivb6@bmwi.bund

*Alle Zahlen: EU-Kommission, EU Bioeconomy Monitoring Dashboard, 2020; BMBF, Pilotbericht zum Monitoring der deutschen Bioökonomie, 2020.

Zahlen und Fakten (Bioökonomie gesamt)

3,1 – 3,6
Symbolicon für Menschen

Millionen
Erwerbstätige zählt die deutsche Bioökonomie (Stand: 2017)

9
Symbolicon für Tortendiagramm

Prozent
beträgt der Anteil der Bioökonomie-Erwerbstätigen an der Gesamtwirtschaft

165-265
Symbolicon für Eurostapel

Milliarden Euro
Bruttowertschöpfung erzielt die Bioökonomie (je nach Abgrenzung)

50
Symbolicon für Arbeiter

Prozent
davon etwa werden im verarbeitenden Gewerbe erwirtschaftet

Förderprogramm BMWi

An der Spitze bleiben: Vom Labor auf den Markt

Die deutsche Industrie liegt bei der Nutzung der Bioökonomie und beim technologischen Fortschritt im internationalen Vergleich mit an der Spitze. Dennoch gibt es auch in Deutschland Handlungsbedarf: Vor allem beim Transfer aus den Laboren auf den Markt und bei der Skalierbarkeit der neuen Produkte benötigen Unternehmen Unterstützung. Hier setzt das Förderprogramm des Bundesministeriums für Wirtschaft und Energie für die industrielle Bioökonomie an.

In der Forschung und Entwicklung bioökonomischer Produkte und Verfahren ist Deutschland hervorragend aufgestellt. Die Fördermaßnahmen der Bundesregierung und der Länder zeigen, dass in Laboren erfolgreich an Ideen für neue Technologien geforscht wird und dabei bioökonomische Produkte und Verfahren erprobt und Prototypen entwickelt werden. Viele der im Labormaßstab entwickelten Verfahren haben das Potenzial zur Game-Changer-Technologie, die die Branche grundlegend ändern und bisher geltende Mechanismen außer Kraft setzen könnten.

Aktuell mangelt es allerdings noch an der breiten Umsetzung bioökonomischer Verfahren und Produkte im industriellen Maßstab. Für viele Unternehmen ist es eine Herausforderung, Geschäftsmodelle aus der Forschung im Labor hinaus auf den Markt zu bringen und weiten Teilen der Bevölkerung zugänglich zu machen. Dies setzt die Skalierbarkeit der entwickelten Produkte voraus: Produkte müssen in größeren Stückzahlen hergestellt und der Umsatz signifikant gesteigert werden, ohne dass größere Investitionen getätigt werden müssen.

Damit die industrielle Bioökonomie ihre Potenziale realisieren kann und so der Wandel hin zu einer nachhaltigeren Wirtschaft gelingt, unterstützt das Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi) entsprechende Projekte.

Ende 2020 hat das BMWi ein Förderprogramm zur Nutzung und zum Bau von Demonstrationsanlagen für die industrielle Bioökonomie ins Leben gerufen. Hierfür wurde eine Förderrichtlinie veröffentlicht, die die Skalierung von im Labormaßstab erprobten biobasierten Produkten und Verfahren im industriellen Maßstab ermöglicht. Die Förderrichtlinie richtet sich insbesondere an:

  • Start-ups, kleine und mittlere Unternehmen (KMU) und in Ausnahmefällen auch Großunternehmen, die dafür sogenannte Mehrzweckdemonstrationsanlagen nutzen können (Modul A),
  • Unternehmen, die Leuchtturmprojekte der industriellen Bioökonomie planen. Hier werden Durchführbarkeitsstudien und vorbereitende Maßnahmen für Single Use-Anlagen unterstützt (Modul B).

Das Förderprogramm ist für den Zeitraum der Jahre 2021 bis 2024 angelegt. Die Einreichungsfrist für das Modul A ist der 31. März und der 30. Juni eines Jahres. Die Einreichungsfrist für das Modul B ist der 30. Juni eines Jahres.

Industrielle Bioökonomie

© Adobe Stock/Grispb

Best-Practice-Beispiele

Industrielle Bioökonomie „made in Germany“

Schon jetzt gibt es in Deutschland zahlreiche Produkte und Verfahren der industriellen Bioökonomie mit Vorbildcharakter. Um die vielen unterschiedlichen Innovationen und Lösungen im Bereich der industriellen Bioökonomie sichtbarer zu machen, entwickelt das BMWi zusammen mit der Dialogplattform Industrielle Bioökonomie derzeit eine Online-Landkarte, in die Unternehmen ihre Aktivitäten im Bereich der Bioökonomie aufnehmen lassen können.

Häufig handelt es sich bei den Best-Practice-Beispielen aus dem Bereich der industriellen Bioökonomie nicht nur um für sich stehende Insellösungen. In vielen Branchen und Regionen sind Best-Practice-Beispiele vielmehr in Wertschöpfungsnetzen integriert: Während einige Technologien beispielsweise auf der ersten Wertschöpfungsstufe, der Rohstoffgewinnung und -aufbereitung zum Einsatz kommen, setzen Verfahrensarten auf der nachfolgenden Stufe an der Verarbeitung des Rohstoffs zum Zwischenprodukt an. Damit das so entwickelte Zwischenprodukt schließlich auf dem Markt Verbrauchern angeboten werden kann, muss es in der Regel in einem letzten Schritt zum Verbraucherprodukt verarbeitet werden. Im Rahmen solcher Wertschöpfungsketten kommt kleinen und mittleren Unternehmen an der Schnittstelle von Forschung und Einsatz in der Großindustrie eine bedeutende Rolle zu.

Die derzeit entstehende Online-Landkarte der industriellen Bioökonomie bietet Unternehmen die Möglichkeit, die Best-Practice-Beispiele nach regionalen, branchenspezifischen und unternehmensgrößenspezifischen Kriterien zu filtern. Daneben werden hier die Best-Practice-Beispiele innerhalb einer Wertschöpfungskette eingeordnet. Wenn Sie selbst ein Best-Practice-Beispiel einreichen möchten, füllen Sie das Formular unter diesem Link aus.

Pilze, Blätter, Äpfel – was heute bereits möglich ist

Im Folgenden sind einige Beispiele aus der Forschung dargestellt, die das BMWi im Rahmen des Zentralen Innovationsprogramms Mittelstand (ZIM) bereits gefördert hat:

Für den Hausbau: Natürlicher Dämmstoff aus Pilzen



Wie können aus Naturstoffen Dämmplatten entwickelt werden, die die hohen Anforderungen an Dämmung und Formstabilität im Hausbau erfüllen? Im Projekt „Nature Foam“ werden dazu biogene Reststoffe wie Holz oder Stroh mit Hilfe von Pilzen zu stabilen Dämmplatten verbunden. Die Pilze durchziehen diese Stoffe mit einem dichten Netz von feinen Fäden aus Chitin. Nach wenigen Tagen entstehen so dichte und stabile Platten aus rein natürlichen Rohstoffen mit hervorragenden Wärmedämmungseigenschaften, die vollständig biologisch abbaubar sind.

Insekten helfen bei der Aufbereitung von Abwasser


Insekten können dabei helfen, Abwasser wieder sauber zu bekommen. Denn sie liefern Chitin – und aus dem daraus hergestellten Chitosan wird ein Filterstoff für die Aufbereitung von Abwasser hergestellt. Im Projekt „Insect-Chitin“ wird Chitin aus gezüchteten Insekten gewonnen. Daraus werden biologisch abbaubare – statt wie bisher synthetische - Flockungsmittel hergestellt. Diese Flockungsmittel binden Schmutzelemente im Wasser und dienen so als Filtermedium in Kläranlagen.

Mehrwegbestecke aus Palmblättern

Im Jahr 2021 tritt in der EU ein Verbot von Einweg-Plastikbesteck in Kraft. Vor diesem Hintergrund ist ein anderes Projekt besonders interessant, bei dem aus Pflanzenfasern umweltfreundliche Mehrwegbestecke hergestellt werden sollen. Zunächst einmal muss dafür hochwertiges Fasermaterial – insbesondere aus Blattverschnitt der Betelnusspalme – gewonnen werden. Diese Blattfasern werden in der Weiterverarbeitung zu einem zentralen Bestandteil eines neuen stabilen Verbundstoffs für Mehrwegbestecke: ein innovatives Zero-Waste-Produkt.

Aus Apfeltrester wird Lebensmittelfarbe

Lebensmittelfarbe aus Obst statt aus synthetischen Stoffen: Als Quelle für Farbextrakte dient in diesem Projekt Apfeltrester, der bei der Herstellung von Apfelsaft als Restprodukt anfällt. In einem Oxydationsprozess werden verschiedene Gelb- und Brauntöne gewonnen, die als natürliche Lebensmittelfarbstoffe beispielsweise für Cola- und Limonadengetränke verwendet werden. Das Netzwerk Wast2Value beschäftigt sich in seinen Projekten mit Technologien zur Umwandlung von Rest- und Abfallstoffen aus der Land- und Forstwirtschaft.

Beispielregionen

Vernetzt und stark in der Region

Einige Regionen in Deutschland sind im Bereich der industriellen Bioökonomie bereits gut aufgestellt – entsprechende Forschungsinfrastrukturen und Wertschöpfungsketten sind dort gut etabliert. Entscheidend für eine deutschlandweite Stärke im Bereich der industriellen Bioökonomie ist eine Vernetzung der Regionen miteinander.

Die sogenannten Beispielregionen der industriellen Bioökonomie verfügen z.B. über Demonstrationsanlagen, die in großen Stückzahlen produzieren können. Damit unterstützen sie Unternehmen dabei, Produkte aus der Konzeptionsphase in die industrielle Produktion zu bringen. Auch bilden Beispielregionen in der Regel alle Elemente der Wertschöpfungskette (landwirtschaftliche Produktion, Vorkonfektion der Rohstoffe, industrielle Verarbeitung, Logistik, Kreislaufwirtschaft, Koppelnutzung, Ausbildung) ab.

Wenn Deutschland als Beispielnation für die industrielle Bioökonomie wahrgenommen werden soll, ist es wichtig, dass sich die Regionen untereinander vernetzen, erfolgreich miteinander kooperieren und gemeinsam Synergien heben. Auf diese Weise können die Beispielregionen andere Regionen, die in ihrer Entwicklung noch nicht so weit sind, unterstützen und dabei helfen, Antworten auf zahlreiche Fragen zu finden, wie z.B. :

  • Wie können erfolgreiche Bioökonomie-, Innovationsöko- und Wirtschaftssysteme aufgebaut, gestärkt und verknüpft werden?
  • Welche Basiskompetenzen und Infrastrukturen müssen vorhanden sein?
  • Wie können Kristallisationskerne gestärkt und vernetzt werden?
  • Welche bestehenden Versorgungsstrukturen der Biomasse können als Rohstoff für bioökonomische Verfahren sowie
  • Primärprodukte der Industrie wie Stärke, Zellulose, Zucker, Proteine, Öl, Lignin etc. genutzt werden?
  • Wie wird ein Miteinander von Biotreibstoffen, Lebensmittel- und Futtermittelherstellung bzw. eine Sektorkopplung zwischen Lebensmittelwirtschaft und Non-Food-Industrie erreicht?
  • Wie gelingt eine bessere Verwertung von Reststoffen oder sogar eine Entkopplung des Kohlenstoffbedarfs von der Biomasseproduktion der Land- und Forstwirtschaft, indem neue Verfahren zum Beispiel durch Nutzung von Algen, Bakterien oder durch die stoffliche Nutzung von CO2 etc. angewendet werden?
  • Wie können stabile und anpassungsfähige Versorgungsstrukturen geschaffen, Biodiversität mitgedacht und die Logistik nachhaltig gestaltet werden?
  • Welche Strategien müssen zur staatlichen Flankierung vorhanden sein?

Industriestrategie 2030

Bioökonomie in der Industrie – Zukunftsfeld mit Potential

Die industrielle Bioökonomie legt mit ihren Game-Changer-Technologien die Grundlagen dafür, dass die Industrie ihre Wettbewerbsfähigkeit steigern und gleichzeitig die ambitionierten Klimaschutz- und Nachhaltigkeitsziele bis 2030 und darüber hinaus erreichen kann. Den politischen Rahmen bilden auf nationaler Ebene die Industriestrategie 2030, die Nationale Bioökonomiestrategie, die Deutsche Nachhaltigkeitsstrategie sowie die Klimaschutzziele 2030 und 2050.

Die industrielle Bioökonomie ermöglicht es, endliche fossile Rohstoffe (z.B. Erdöl) durch biobasierte aus der Natur zu ersetzen und für Produkte in allen Lebensbereichen weiter zu verwerten. Die Entwicklungen in der industriellen Bioökonomie werden die wirtschaftlichen und gesellschaftlichen Strukturen nachhaltig prägen und umgestalten. Hierzu gehört auch, dass neue Verbindungen zwischen Produkten, Prozessen, Verfahren und Akteuren aus der Industrie entstehen werden, die künftig Grundlage für ein kooperatives Zusammenwirken sein werden.

Damit das Potenzial der Bioökonomie voll ausgeschöpft werden kann, ist es notwendig, die Lücke zwischen der Konzeptionsphase in Laboren und der industriellen Produktion zu schließen und Produkte nutz- und sichtbar zu machen. So wird die deutsche Industrie ihre globale Spitzenposition behaupten können und weltweit Leitanbieter von industriellen bioökonomischen Produkten und Verfahren werden. Ziel ist, dass Deutschland europa- und weltweit als Beispielnation für die industrielle Bioökonomie wahrgenommen wird.

Nationale Bioökonomiestrategie

Wirtschaft von morgen: nachhaltig, ressourcensparend, innovativ

Schon heute liegt Deutschland auf dem Gebiet der Bioökonomie international mit an der Spitze. Um diese Position zu stärken und das Wirtschaftskonzept der Bioökonomie mit seinen großen Chancen für Innovationen weiterzuentwickeln, hat das Bundeskabinett Anfang 2020 eine nationale Bioökonomiestrategie verabschiedet.

Die Anfang 2020 verabschiedete nationale Bioökonomiestrategie zielt darauf ab, Deutschlands Position weiter zu stärken und das Wirtschaftskonzept der Bioökonomie mit seinen großen Chancen für Innovationen weiterzuentwickeln.

Mit den richtigen Rahmenbedingungen und der Förderung von Forschung und Innovationen sollen neue Technologien entwickelt und zukunftsfähige Arbeitsplätze geschaffen werden. In Verbindung mit der Digitalisierung sowie Spitzentechnologien über alle Disziplinen hinweg werden neue Potenziale für eine nachhaltige Wirtschaft erschlossen. Kernziel ist eine nachhaltige, kreislauforientierte und innovationsstarke deutsche Wirtschaft.

Die Bioökonomiestrategie enthält zwei übergeordnete Leitlinien. Zum einen geht es darum, neues Wissen aus der Bioökonomie-Forschung schneller in der Praxis anzuwenden. Biobasierte Produktionssysteme können zum Beispiel maßgeschneiderte Inhaltsstoffe für die Industrie liefern. Optimierte Mikroorganismen oder einzelne Bestandteile, wie Enzyme, liefern neue Rohstoffe oder Produkte. Die zweite Leitlinie bezieht sich auf die Rohstoffbasis der Wirtschaft. Im Fokus steht Biomasse als nachwachsender Rohstoff. Sie kann aus Pflanzen, Mikroorganismen, Algen oder etwa Pilzen entstehen. Zudem rücken heute verstärkt biobasierte Rest- und Abfallstoffe in den Fokus.