From the Sector

Mit Hilfe der elektrochemischen CO₂-Reduktion lässt sich der Kohlenstoffkreislauf schließen: Unvermeidbare Emissionen aus Betonproduktion oder Abfallverbrennung werden zu CO – und somit zum Ausgangspunkt für Chemikalien oder Kraftstoffe. Bei der industriellen Anwendung dieser Technologie lauert allerdings eine Hürde: Sie ist (bislang) nicht kompatibel mit der bestehenden Infrastruktur. Eine mögliche Lösung haben Forschende von Fraunhofer UMSICHT und Ruhr-Universität Bochum entwickelt: ein neuer Reaktor, der CO₂ unter Verwendung von unter Druck stehendem CO₂ und reinem Wasser effizient umwandelt.

„CO₂ ist bereits fester Teil vieler industrieller Prozesse wie der Erdgasreformierung, der Ethylenoxid-Produktion und der Oxyfuel-Verbrennung“, erklärt Prof. Ulf-Peter Apfel, Leiter der Abteilung Elektrosynthese bei Fraunhofer UMSICHT und der Forschungsgruppe Anorganische Chemie an der Ruhr-Universität Bochum. „In diesen Prozessen steht das CO₂ entweder direkt im Anschluss unter Druck oder wird für die Speicherung und den Transport auf höhere Drücke komprimiert. Die Druckentlastung dieser CO2-Ströme für die Verwendung in der CO₂-Elektrolyse erschwert die Integration elektrolytischer Technologien und führt zu weiteren energetischen Einbußen.“

Um diesen Schritt zu umgehen, haben die Forschenden einen Zero-Gap-Reaktor für die CO₂-Elektrolyse entwickelt, welcher mit einem Differenzdruck von bis zu 40 bar betrieben werden kann. Er beruht auf einem neuen Design und umfasst u.a. eine neue mechanisch stabile Protonenaustauschmembran mit einer dünnen anionischen Deckschicht. Dieses neue System ermöglicht die Erzeugung von Kohlenstoffbausteinen bei Differenzdrücken von 40 bar(g) und vereinfacht gleichzeitig die Konstruktion des Elektrolyseurs, da an der Anode nur reines Wasser zum Einsatz kommt. Weitere Highlights:

• Der Differenzdruck erhöht die Produktselektivität von CO auf 81 Prozent bei einer Stromdichte von 500 mA cm-2.
• Der Reaktor kann mit einem sehr niedrigen CO₂-Überschuss betrieben werden, sodass aktuell bis zu 25 Prozent des eingesetzten CO₂ in einem Durchlauf zu CO reduziert werden können.
• Hohe Produktselektivität von CO bei dem Betrieb mit der modifizierten Protonen-austauschmembran und reinem Wasser als Anolyt – auch bei hohen Stromdichten über 300 mA cm-2

„Durch den Betrieb bei Differenzdrücken verbessert das System die Umwandlungsraten und die Stabilität erheblich, wodurch der Prozess nachhaltiger und effektiver wird«, fasst Ulf-Peter Apfel zusammen. »Diese Fortschritte ermöglichen die Integration der CO2-Umwandlung in bestehende chemische Industrien und fördern weitere Innovationen in der Katalysator- und Reaktortechnologie, wodurch umweltfreundlichere Methoden der chemischen Produktion gefördert werden.“

Fraunhofer UMSICHT entwickelte im Auftrag des Forum Rezyklat ein Circular Economy Planspiel, um zusammen mit Unternehmen praxisnahe Lösungen für geschlossene Verpackungskreisläufe zu identifizieren, für die es bisher noch keine zirkulären Stoffströme gibt. Die Ergebnisse wurden veröffentlicht und stehen allen Interessierten kostenfrei zur Verfügung.

Die Verwirklichung einer Circular Economy im Bereich Verpackungen erfordert eine enge Zusammenarbeit entlang der gesamten Wertschöpfungskette. Die im Forum Rezyklat mitwirkenden Stakeholder für einen nachhaltigen Verpackungskreislauf haben es sich zur Aufgabe gemacht, gemeinsam praxisnahe Lösungen für geschlossene Verpackungskreisläufe zu schaffen und allen Beteiligten zugänglich zu machen. Für die Stoffströme Papier, Pappe, Kartonage (PPK), Glas sowie den Kunststoff PET gibt es bereits etablierte Kreisläufe am Markt. Fraunhofer UMSICHT erhielt daher vom Forum Rezyklat den Auftrag, gemeinsam mit den Mitgliedsunternehmen aktuelle Herausforderungen für die Weiterentwicklung des Verpackungskreislaufs sowie konkrete Handlungsmöglichkeiten zu identifizieren. Das Forum Rezyklat hat dabei im Rahmen eines Planspiels Stoffströme in den Fokus gerückt, für die noch keine funktionierende Kreislaufwirtschaft vorliegt. Das Ergebnisdokument steht nun kostenfrei für alle Interessierten hier zur Verfügung.

Mitgliederbefragung und Backcasting: Kreislaufwirtschaft im Jahr 2035
Fraunhofer UMSICHT setzte bei der Durchführung auf Methoden, die den Austausch zwischen den Beteiligten förderten, kreative Lösungsansätze ermöglichten und die Entscheidungsfindung erleichterten. So wurden zunächst sämtliche Mitgliedsunternehmen des Forums über eine Befragung vorab in den Prozess des Planspiels eingebunden. Die repräsentative Befragung enthielt 19 qualitative und quantitative Fragen. Aus den gut 70 Mitgliedsunternehmen des Forum Rezyklat nahmen 50 Vertreter*innen teil. Das Lenkungsteam des Forums hatte anschließend zur Aufgabe, Handlungsfelder zu priorisieren und relevante Whitespots auszumachen, die zum Schließen der Kreisläufe im Zukunftsszenario erforderlich sind. Fraunhofer UMSICHT führte dazu mit dem Team das Planspiel als dreistündigen Präsenzworkshop durch. Methodischer Kern war die Backcasting-Methode, inhaltliche Basis die zuvor durchgeführte Mitgliederbefragung, ergänzt um Ergebnisse aus dem Strategieprozess des Forums. Die Daten sollten so aufbereitet und in das Spiel integriert werden, dass sie von den Teilnehmer*innen übersichtlich und schnell erfasst werden konnten, um eine effiziente, transparente und partizipative Arbeitsweise zu gewährleisten.

Das Lenkungsteam einigte sich zunächst in einer offenen Diskussion auf 2035 als kritisches Jahr für die Zielerreichung. Die „Packaging and Packaging Waste Regulation“ der EU, kurz PPWR, und die dort angedachten Zielzeiträume dienten hierfür als Grundlage. Die mit der Befragung vorbereitete und während des Planspiels erfolgte Analyse ergab in erster Linie die Priorisierung des Stoffstroms von Polypropylen-Flexmaterialien, kurz PP-flex. Das Material wird als besonders relevant für die Schließung von Kreisläufen angesehen. Ziel der weiteren Aktivitäten ist es jetzt, Parameter zu erarbeiten, die zur Schließung des Recyclingkreislaufs bei PP-flex notwendig sind.

Herausforderungen und Lösungen für zukunftsfähige Verpackungen
Das Forum sieht in einer Reihe von Maßnahmen Schlüsselansätze, um die Kreislaufführung von PP-flex zu verbessern. Dazu gehören die Entwicklung wirtschaftlicher Anreizsysteme, eine stärkere Fokussierung auf recyclinggerechtes Design sowie die Förderung von Monomaterialien. Gleichzeitig sollen bestehende Forschungslücken, etwa im Bereich der Trennbarkeit von Druckfarben, geschlossen werden. Eine engere Zusammenarbeit mit externen Fachleuten aus Wirtschaft und Wissenschaft wird ebenfalls als entscheidend für den Erfolg angesehen.

Im Rahmen des Planspiels identifizierten die beteiligten Expert*innen auch mehrere Herausforderungen, die bis 2035 gelöst werden müssen, um die angestrebte Kreislaufwirtschaft zu erreichen. Im technologischen Bereich ist insbesondere die weitere Verbesserung von Sortier- und Recyclingprozessen erforderlich, um qualitativ hochwertiges PP-flex-Rezyklat herzustellen. Marktseitig zeigt sich, dass verändertes Verbraucherbewusstsein und aktuelle wirtschaftliche Bedingungen die Nachfrage nach Rezyklaten begrenzen, während das Angebot steigt. Zudem wird erwartet, dass Rezyklate mittelfristig weiterhin teurer bleiben als Neumaterialien. Darüber hinaus betonten die Teilnehmer:innen die Notwendigkeit regulatorischer und wirtschaftlicher Anreize, um den Einsatz von Rezyklaten gezielt zu fördern. Gleichzeitig wiesen die Befragten in über 320 Freitextantworten auf konkrete Schwierigkeiten speziell bei der Kreislaufführung von Verpackungen im Food-Bereich und Unklarheiten beim Einsatz von Daten und Digitalisierung hin.

Die Einschätzungen der Mitgliedsunternehmen zu Herausforderungen und Abhängigkeiten deckten sich im Wesentlichen mit den Einschätzungen des Lenkungsteams. Den im Lenkungsteam ermittelten zukünftigen Handlungsfeldern stimmten wiederum Vertreter*innen der Mitgliedunternehmen bei einer Ergebnispräsentation durch Fraunhofer UMSICHT zu. Diese in sich konsistente Einschätzung zu bestehenden Lücken und notwendigen Aktivitäten wird als wichtige Voraussetzung für eine hohe unternehmensübergreifende Teilnahmebereitschaft angesehen, um weitere Schritte gemeinsam anzugehen.

Ob Nutzung von Solar- und Windenergie, grüner Wasserstoff oder Elektromobilität – die Energiewende stellt unsere Infrastruktur, aber auch die Gesellschaft im Allgemeinen vor teils große Herausforderungen. Hinzu kommen immer häufigere Technologiesprünge in den verschiedensten Bereichen und die Notwendigkeit einer Kreislaufwirtschaft. All das beeinflusst unseren Alltag. Eine gute Zusammenarbeit aller Beteiligten ist essenziell für den erfolgreichen Weg in Richtung Klimaneutralität. Und eine entsprechende Kommunikation. Denn nur, wer gut und vor allem richtig informiert ist, hat Vertrauen und kann die Potenziale von Innovationen verstehen.

Seit 2010 prämiert der UMSICHT-Förderverein Wissenschaftler*innen und Journalist*innen mit dem UMSICHT-Wissenschaftspreis, die Forschungsergebnisse zu den Themen Umweltschutz und Nachhaltigkeit der Gesellschaft zugänglich machen. Die Bewerbungsphase für die kommende Ausgabe hat begonnen. Für die Kategorie Wissenschaft können ab sofort wissenschaftliche Publikationen eingereicht werden, die in einschlägigen Journals veröffentlicht sind. In der Kategorie Journalismus sind zwei Preise zu vergeben, hier ist die mediale Form der eingereichten Arbeit entscheidend: Print, Online oder Audio, Video. Bewerbungsschluss ist der 28. Februar 2025.

Neben der Skulptur „Innovation“ erhalten die Gewinner*innen des UMSICHT-Wissenschaftspreises 2025 ein Preisgeld von 2500 Euro pro Arbeit – und den Zugang zum Netzwerk einer anerkannten Forschungseinrichtung mit Kontakten in Wissenschaft, Wirtschaft und Politik. Die Preisverleihung findet am 3. Juli 2025 am Institutsstandort des Fraunhofer UMSICHT in Oberhausen statt.

Für die Transformation der Industrie hin zur Klimaneutralität sind zügige Genehmigungsverfahren eine zentrale Rahmenbedingung. Denn sie bestimmen darüber, ob notwendige Maßnahmen schnell umgesetzt werden können. Mit dem nun veröffentlichten Diskussionspapier legt die unter dem Dach der Landesgesellschaft NRW.Energy4Climate arbeitende Initiative IN4climate.NRW konkrete Vorschläge zur Weiterentwicklung des Rechtsrahmens vor.

EnWG, UVPG, BImSchG, BauGB: Diese Kürzel stehen für Bundesgesetze, die erheblichen Einfluss auf die Dauer von Genehmigungsverfahren nehmen können. Um die Industrie beim klimaneutralen Umbau bestmöglich zu unterstützen, ist es notwendig, diesen bestehenden Rechtsrahmen weiterzuentwickeln. Hier setzt das Diskussionspapier »Vorschläge zur Beschleunigung von Genehmigungsverfahren für die Transformation der Industrie zur Klimaverträglichkeit« an. In fünf Themenfeldern formuliert das Papier Vorschläge zur Änderung des Bundesrechts. Ausgangspunkt sind dabei Praxiserfahrungen der energieintensiven Grundstoffindustrie und der zugehörigen Infrastruktursektoren.

Samir Khayat, Geschäftsführer von NRW.Energy4Climate: »In unserer Initiative IN4climate.NRW bringen wir Wissenschaft, Politik und Wirtschaft an einen Tisch und erarbeiten Lösungsansätze, um den klimaneutralen Umbau der Industrie in der Praxis umzusetzen. Schnelle Genehmigungsverfahren sind hierbei von ganz zentraler Bedeutung. In dem Diskussionspapier machen wir konkrete Vorschläge, die echtes Beschleunigungspotenzial haben. Denn notwendige Umbaumaßen müssen, unter Wahrung der rechtlichen Vorgaben, zeitnah und zielgerichtet umgesetzt werden können.«

Den Diskussionsbeitrag hat IN4climate.NRW gemeinsam mit Partnerunternehmen in der Arbeitsgruppe »Genehmigungsverfahren« erarbeitet. Hierzu gehören Heidelberg Materials, thyssenkrupp Steel, Open Grid Europe und das Fraunhofer-Institut für Umwelt-, Sicherheits- und Energietechnik UMSICHT.

Bundeseinheitliche Beschleunigung von Fachverfahren
Prof. Dr.-Ing. Ulrich Seifert vom Fraunhofer UMSICHT und einer der Autoren: »Die grundsätzliche Passfähigkeit der Vorschläge in den bestehenden Rechtsrahmen und plausibel darstellbare Bezüge zu übergeordneten, rechtsverbindlichen Zielen des Klimaschutzes waren die Leitmerkmale, um aus den beigesteuerten Hinweisen und Empfehlungen der Industriepartner eine Auswahl treffen und ausformulieren zu können. Die Vorschläge konzentrieren sich auf mögliche Änderungen des Bundesrechts, da in erster Linie eine bundeseinheitliche Beschleunigung von Fachverfahren angestrebt werden sollte, die allen Betroffenen in der Praxis zugutekommt. Sie folgen dem erkannten Bedarf, Transformationsvorhaben in der Breite den Weg zu ebnen und dabei auch notwendige Infrastrukturen einzubeziehen.«

Einige der in dem Papier enthaltenen Vorschläge sind bereits Gegenstand laufender Prozesse zur Gesetzesnovellierung, zu welchen das Papier durch die Einbettung in Praxiserfahrungen einen ergänzenden Beitrag leisten möchte. Die Vorschläge sind in die Themenfelder Energiewirtschaftsgesetz (EnWG), Gesetz über die Umweltverträglichkeitsprüfung (UVPG), Bundes-Immissionsschutzgesetz (BImSchG), Baugesetzbuch (BauGB) und Übergreifendes untergliedert. Jedem Änderungsvorschlag wird eine kurze Beschreibung der rechtlichen Situation vorangestellt, die die Problematik mit dem Blick auf zügige Genehmigungsverfahren veranschaulicht. Dem einzelnen Änderungsvorschlag folgt die juristische Begründung.

Aufgrund ihrer besonderen physikalisch-chemischen Eigenschaften – wasser-, fett- und schmutzabweisend sowie chemisch und thermisch stabil – sind Per- und Polyfluoralkylsubstanzen (PFAS) in vielen zukunftsrelevanten Technologien, aber auch Alltagsprodukten essenziell. Die hohe Stabilität der Verbindungen und ihre allgegenwärtige Verbreitung können auch Gefahren für Mensch und Umwelt, insbesondere in wässriger Umgebung und in Böden. PFAS sind teilweise toxisch, z. B. fortpflanzendgefährdend oder krebserregend. Die EU plant ein pauschales Herstellungs- und Einsatzverbot. Im Rahmen eines Informationsaustauschs besuchte NRW-Umweltminister Oliver Krischer die Cornelsen Umwelttechnologie GmbH, um gemeinsam mit Verantwortlichen der IHK, der ZENIT GmbH und der Business Metropole Ruhr GmbH über die künftigen Herausforderungen bei der Beseitigung von PFAS und im Speziellen über die Aufbereitungstechnologie PerfluorAd® zu sprechen. Ebenfalls dabei war das Fraunhofer UMSICHT als (Mit-)Erfinder der Technologie und Forschungspartner von Cornelsen.

Zukunftsrelevante Technologien wie Brennstoffzellen oder Li-Ionen-Batterien, Alltagsprodukte wie Outdoor-Textilien oder Kosmetika, diverse Funktionsbeschichtungen und Feuerlöschmittel enthalten PFAS. Für zahlreiche der genannten Anwendungen gibt es noch keine fluorfreien Alternativen. Der nationale Wasserstoffrat empfiehlt aus diesem Grund eine vertiefende Forschung und Ausnahmeregelungen, bis umweltfreundliche Lösungen verfügbar sind.

Aufbereitungskosten minimieren und Umwelt schonen
Das Fraunhofer UMSICHT und Cornelsen waren mit Beginn ihrer Forschungsaktivitäten zu PFAS im Jahr 2008 die Ersten in Deutschland, die sich mit deren anspruchsvoller Beseitigung aus kontaminiertem Grundwasser, Sickerwasser und Industrieabwasser beschäftigten. Gemeinsam wurde das patentgeschützte PerfluorAd®-Verfahren entwickelt, mit dem sich PFAS effektiv und kostengünstig aus Löschwasser entfernen lassen. Die am Brandort verbleibenden PFAS-haltigen Reste an Schaum bzw. Wasser werden direkt aufgefangen – z. B. in speziellen Löschwasser-Auffangbecken von Industrieanlagen. Die anschließende Aufbereitung und Dekontaminierung kann, je nach Begebenheit, vor Ort oder extern erfolgen.

Mittlerweile hat Cornelsen viele unterschiedliche Wasseraufbereitungsprojekte und Dekontaminierungen von PFAS-belasteten Systemen durchgeführt. Das PerfluorAd®-Verfahren ist auf weitere Anwendungsfälle übertragbar und lässt sich mit verschiedenen PFAS-Aufbereitungstechnologien wie Ionenaustausch, Membranverfahren oder Aktivkohleadsorption kombinieren.

Während Cornelsen die verfahrenstechnische Umsetzung verantwortet, hat das Fraunhofer UMSICHT in den Bereichen Analytik, Chemie und IP zum Gelingen des PerfluorAd®-Verfahrens beigetragen.

Von regenerativen Energien, nachwachsenden Rohstoffen über innovative Werkstoffe, Wassertechnik bis zu Wissens- und Ressourcenmanagement – gemeinsam tragen sie zu einer zukunftsfähigen und nachhaltigen Welt bei. Grundvoraussetzung dafür ist ein gesellschaftlicher Diskurs, in dem neue Entwicklungen Aufmerksamkeit bekommen und verbreitet werden. Mit dem UMSICHT-Wissenschaftspreis prämiert der Förderverein des Fraunhofer UMSICHT zum 14. Mal Menschen, die mit ihrer Arbeit diesen Diskurs ermöglichen.

Klimawandel und globale Krisen zeigen es auf: Die Menschheit braucht Veränderungen. Veränderungen, die unseren Alltag direkt betreffen, setzen sich langfristig aber nur mit einer breiten gesellschaftlichen Akzeptanz durch – als Beispiele seien nachhaltige Agrarprodukte, Verpackungen, Mobilität oder Energie genannt. Gerade deshalb ist es so wichtig, den Diskurs über Innovationen und wissenschaftliche Errungenschaften zu stärken und so ein Vertrauen in diese aufzubauen. Dabei kann die Basis für den Diskurs verschiedene Formen haben: Während die einen Fortschritte in ihrer Disziplin erlangen und auf Fachebene kommunizieren, bereiten andere diese für die Allgemeinheit möglichst verständlich auf. Nur so kann die gesamte Gesellschaft an der Gestaltung einer nachhaltigen Zukunft teilhaben.

Kommunikation: Wissenschaft und Gesellschaft
Seit 2010 verleiht der UMSICHT-Förderverein den UMSICHT-Wissenschaftspreis und zeichnet Menschen aus, die Forschungsergebnissen aus den Bereichen Umwelt-, Verfahrens- und Energietechnik – den Kernthemen des Fraunhofer UMSICHT – der Gesellschaft zugänglich machen. Das Preisgeld verteilt sich auf einen mit 8000 Euro dotierten Preis in der Kategorie Wissenschaft und einen mit 2000 Euro dotierten Preis für journalistische Arbeiten.

Bewerbung
Sämtliche veröffentlichte Arbeiten sind zugelassen, die sich mit den Themen Umwelt-, Verfahrens- oder Energietechnik beschäftigen. Wissenschaftliche Arbeiten dürfen nicht älter als zwei Jahre, journalistische Arbeiten nicht älter als ein Jahr sein. Beide können auf Deutsch oder Englisch eingereicht werden. Bei Gemeinschaftsarbeiten ist darauf zu achten, dass die Haupt-Anteilsträgerin bzw. der Haupt-Anteilsträger die Arbeit einreicht.

Bewerbungsschluss ist der 28. Februar 2023.

• Einweihung SUSKULT-Demonstrationsanlage auf der Kläranlage Emscher-Mündung

Die Versorgung der wachsenden Bevölkerung mit nachhaltigen, lokalen und qualitativ hochwertigen landwirtschaftlichen Produkten ist eine enorme Herausforderung. Um den Bedarf gerade in urbanen Regionen zu decken, müssen neuartige Agrarsysteme etabliert werden. Ein Vorreiter auf dem Gebiet ist das Verbundprojekt SUSKULT, in dessen Rahmen jetzt eine Demonstrationsanlage feierlich eingeweiht wurde. Die Anlage steht auf dem Gelände einer Kläranlage des Wasserwirtschaftsverbandes Emschergenossenschaft in Dinslaken. In der SUSKULT-Vision sind dort alle wesentlichen Ressourcen für den Anbau von Gemüse und Co. – Nährstoffe, CO2, Wasser, Wärme – in großen Mengen verfügbar.

Endliche Phosphatressourcen, hoher Energieaufwand bei der Düngemittelproduktion, Verschmutzung von Gewässern und Böden durch Phosphor und Stickstoff – hinzu kommen Probleme in den Lieferketten durch Ereignisse wie Corona sowie massive Preissteigerungen aufgrund globaler Krisen. Das sind sicher keine guten Voraussetzungen, um die Erträge frischer und hochwertiger Agrarprodukte nachhaltig zu steigern. Expertinnen und Experten sind sich jedoch einig: Genau das muss geschehen, um eine größere Unabhängigkeit der deutschen Agrarwirtschaft sicherzustellen, zukünftigen Krisen gestärkt begegnen zu können und gleichzeitig besser auf Folgen des Klimawandels vorbereitet zu sein. Für den erforderlichen Transformationsprozess war bis dato der Zeitraum von 2040 bis 2050 vorgesehen – aktuelle Entwicklungen erfordern eine frühere Umsetzung.

Zu den zentralen Lösungsansätzen zählen mehr Regionalität und eine Kreislaufführung der eingesetzten Ressourcen. »Damit beschäftigen wir uns bei SUSKULT, indem wir ein Agrarsystem an Kläranlagen integrieren. Hier finden wir zum einen die für einen gartenbaulichen Anbau von Produkten notwendigen Ressourcen – Nährstoffe, CO₂, Wasser und Wärme. Zum anderen sind Kläranlagen häufig zentrumsnah verortet, was die Transportwege zu den Konsumentinnen und Konsumenten minimiert«, erklärt Volkmar Keuter vom Fraunhofer-Institut für Umwelt-, Sicherheits- und Energietechnik UMSICHT, der das Verbundprojekt koordiniert. »Mit der Einweihung der Demonstrationsanlage auf der Kläranlage Emscher-Mündung der Emschergenossenschaft (EG) beschreiten wir nun konsequent den nächsten Schritt auf dem Weg hin zu einem zukunftsfähigen Agrarsystem.«

In den vergangenen drei Jahren seit Projektstart haben die insgesamt 15 Partner – darunter Universitäten, Forschungseinrichtungen sowie Institutionen aus Industrie und Wirtschaft – die wissenschaftliche Grundlage für das Vorhaben gelegt und die einzelnen Bausteine entwickelt. Diese werden jetzt erstmals auf einer der größten Kläranlagen Europas zu einer Prozesskette zusammengeführt und in der Praxis getestet. »Die Modernisierung der Wasserwirtschaft ist seit Jahren getrieben durch Themen wie Energie- und Ressourceneffizienz. Phosphorrecycling aus Klärschlamm haben wir z. B. auf der Kläranlage Emscher-Mündung bereits erfolgreich halbtechnisch pilotiert. Die SUSKULT-Vision, dass Kläranlagen künftig sämtliche Nährstoffe liefern, die für die Agrarproduktion eingesetzt werden, stellt daher einen logischen nächsten Schritt dar«, so Dr. Emanuel Grün, Technischer Vorstand der Emschergenossenschaft.

Von außen betrachtet wirkt die Demonstrationsanlage, untergebracht in zwei Seecontainern und in einem Teil des sogenannten Technikums der Emschergenossenschaft, relativ unscheinbar. Anders sieht es im Inneren aus: Hier befinden sich die insgesamt fünf SUSKULT-Bausteine. Drei von ihnen wandeln die Ressource Abwasser in NPK-haltigen Flüssigdünger (NPK: Stickstoff, Phosphor und Kalium) um, in den anderen beiden wird dieser Dünger zur Kultivierung von z. B. Gemüse und Salat sowie gesundheitsfördernden Lebensmitteln wie Süßkartoffeln und Moringa verwendet. Der Anbau erfolgt vertikal, das ist platzsparend und saisonunabhängig. Des Weiteren werden Wasserlinsen produziert, die über einen hohen Vitaminanteil verfügen und als regionaler Sojaersatz dienen können.

Mit der Demonstrationsanlage betritt der SUSKULT-Verbund Neuland. Entsprechend wichtig ist die technische und wissenschaftliche Begleitung: Während einzelne Bausteine wie etwa das Vertical Farming fernüberwacht werden, bedarf der gesamte Versuchsbetrieb einer intensiven Betreuung. Hier arbeitet ein Team aus Studierenden, Forschenden und Technik Hand in Hand.
 
Projektkonsortium
Fraunhofer UMSICHT (Koordination), Blue Foot Membranes GmbH, Emschergenossenschaft, Metro AG, Pacelum GmbH, Rewe Markt GmbH, Ruhrverband, YARA GmbH & Co. KG, Deutsches Forschungszentrum für künstliche Intelligenz GmbH DFKI, Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung GmbH-UFZ, Hochschule Osnabrück, ILS-Institut für Landes- und Stadtentwicklungsforschung gGmbH, Justus-Liebig-Universität Gießen, Montanuniversität Leoben (A), Technische Universität Kaiserslautern.

Förderhinweis
Das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) leistet mit der Förderlinie »Agrarsysteme der Zukunft« einen elementaren Beitrag für die Erforschung und Entwicklung zukunftsweisender Ansätze für die nachhaltige Transformation der Agrarwirtschaft in Deutschland. Das Verbundprojekt »SUSKULT – Entwicklung eines nachhaltigen Kultivierungssystems für Nahrungsmittel resilienter Metropolregionen« wird im Rahmen der Fördermaßnahme »Agrarsysteme der Zukunft« im Rahmen der »Nationalen Forschungsstrategie BioÖkonomie 2030« der Bundesregierung durch das BMBF gefördert.

The process industry today still relies primarily on fossil raw materials. A transformation towards regenerative resources, in particular renewable raw materials, is under way. In addition, circular economy, recycling and resilience play important roles in existing and new value chains. The congress "BIO-raffiniert XII", March 7 and 8, 2023 at the Fraunhofer UMSICHT in Oberhausen, takes up these topics and focuses on innovative technologies, sustainability strategies as well as logistics and supply chains. Its thematic focal points will be: Bioeconomy - Strategy and Implementation, Transformation Pathways and New Value Chains. Regional as well as international developments will be addressed.

The institute invites interested experts to present their innovations, concepts, or industrial practice solutions around the bioeconomy transformation in the context of short presentations in English (10 min presentation). The deadline for proposals outlined in a one-page abstract is: Tuesday, September 16, 2022.

Further information online.

Damit Plastikabfall reduziert wird und eine Kreislaufwirtschaft funktionieren kann, sind Mehrwegsysteme essenziell. Forschende des Fraunhofer UMSICHT und des Fraunhofer IML, die im Fraunhofer Cluster of Excellence Circular Plastics Economy CCPE zusammenarbeiten, haben für die Stiftung Initiative Mehrweg (SIM) drei kunststoffbasierte Mehrwegsysteme mit ihren Einwegalternativen verglichen. Das Ergebnis: Mehrweg ist Einweg in 14 der 17 untersuchten Kategorien überlegen und bietet großes Potenzial zum Gelingen einer Kreislaufwirtschaft. Was fehlt, sind klare politische Rahmenbedingungen und die Umsetzung der bestehenden Abfallhierarchie, die Mehrweg eigentlich priorisiert.

Nur 13 Prozent der in Deutschland produzierten Kunststoffe werden aus Rezyklaten hergestellt, im Verpackungsbereich sind es sogar nur 11 Prozent. Außerdem wird nur ein sehr geringer Teil für den ursprünglichen Zweck wiederverwendet, in der Regel dominieren Kaskadennutzungen (Downcycling). Darüber hinaus ist Deutschland einer der größten Exporteure von Plastikmüll weltweit. EU und Bundesregierung haben auf die Kunststoffproblematik reagiert: Die Produktion einiger Einwegplastikprodukte ist verboten, für PET-Getränkeflaschen wurde eine Rezyklatquote vorgeschrieben, und seit Anfang 2022 ist die Pfandpflicht für Einweggetränkeflaschen auf sämtliche Getränkearten ausgeweitet worden. »Green Deal und Taxonomie-Verordnung der EU geben die richtige Richtung für ein nachhaltiges Wirtschaften vor. Aus unserer Sicht gibt es aber folgendes Problem: Die im europäischen Abfallrecht seit Jahrzehnten geregelte Abfallhierarchie definiert eine Rangfolge bei Erzeugung und Umgang mit Kunststoffabfällen. Darin ist das Recycling der Mehrfachnutzung nachgelagert. Die Umsetzung dieser Abfallhierarchie findet bislang aber kaum statt.«, erklärt Jürgen Bertling vom Fraunhofer-Institut für Umwelt-, Sicherheits- und Energietechnik UMSICHT und Projektleiter der Studie.

Zirkularität, Performance und Nachhaltigkeit
Insbesondere für Kunststoffverpackungen existieren derzeit vorwiegend Einweglösungen. Einige Mehrwegsysteme finden sich im B2B-Bereich z. B. in der Automobilindustrie und beim Obst- und Gemüsetransport. Im B2C-Bereich sind sie eher die Ausnahme wie z. B. die Transportkisten für Lebensmittel vom regionalen Bauern. Ziel der aktuellen Studie des Fraunhofer CCPE im Auftrag der Stiftung Initiative Mehrweg war es daher, kunststoffbasierte Mehrwegverpackungssysteme zu bewerten, sie mit Einwegalternativen zu vergleichen und Empfehlungen für eine Stärkung der Kreislaufwirtschaft abzuleiten. Dazu analysierten die Forschenden die drei Mehrwegsysteme Obst- und Gemüsesteigen (bereits im Handel etabliert), Pflanzentrays (in Vorbereitung für einen großflächigen Einsatz) und Coffee-to-go-Becher (Einführungsphase). Sie wurden mit den jeweils entsprechenden Einweglösungen in den drei Bereichen Zirkularität, Performance und Nachhaltigkeit in insgesamt 17 Unterkategorien verglichen. Das Ergebnis: Mehrweg bietet für alle drei untersuchten Demonstratoren klare Vorteile – von der Materialeffizienz über geringere Kunststoffemissionen bis hin zu einem besseren Produktschutz durch robustere Ausführungen.

Mehrweg bedeutet für Unternehmen zwar zunächst einen höheren Kapitaleinsatz durch den Aufbau von Logistik und Rückfuhrsystemen, Lagerflächen und Reinigungstechnik. Langfristig erweisen sich Mehrwegsysteme jedoch als preiswerter und ressourcenschonender, sie stärken das regionale Wirtschaften und tragen zu einer erhöhten technologischen Souveränität bei. »Entscheidend für die Vorteilhaftigkeit eines Mehrwegsystems sind dabei vor allem die Umlaufzahl und die Distributionsstruktur: Je höher die Umlaufzahl und je niedriger die Transportdistanzen, desto besser schneidet Mehrweg gegenüber Einweg ab. Hier sind also dezentrale Poollösungen elementar«, erläutert Kerstin Dobers vom Fraunhofer-Institut für Materialfluss und Logistik IML, Mitautorin der Studie. Im Vergleich mit anderen Verpackungsmaterialien wie Papier oder Holz weist Kunststoff eine Vielzahl vorteilhafter Eigenschaften auf – leicht, haltbar, chemisch inert – und bleibt damit für zahlreiche Anwendungen, gerade bei Mehrwegsystemen, das Material der Wahl.

Abfallhierarchie konsequent umsetzen und Mehrweg optimieren
Dieser Bericht wendet sich gleichermaßen an Politik, Verbände, Hersteller von Kunststoffverpackungen und Anbieter von Mehrweg-Poollösungen. Das Autorenteam empfiehlt schlussfolgernd zwei zentrale Maßnahmen: Zum einen sollten Wege zur konsequenten Umsetzung der Abfallhierarchie aufgezeigt und gefördert werden. Einwegsysteme sollen erst dann zum Tragen kommen, wenn die Möglichkeiten der Mehrfachnutzung ausgeschöpft sind. »Dieses Ergebnis der Studie steht im Gegensatz zur heutigen Realität am Verpackungsmarkt. Es muss neue politische Rahmenbedingungen geben, die das Umgehen dieser Reihenfolge sanktionieren. Gleichzeitig sollten Anreizsysteme für Unternehmen geschaffen werden, um vermehrt Mehrweglösungen für Kunststoffe zu etablieren«, sagt Jürgen Bertling. Er fordert zudem eine Überprüfung der Abfallhierarchie durch ein Expertengremium und nachfolgend ihre strikte Umsetzung in der Praxis. Sinnvoll sei außerdem, weniger auf die Recyclingquoten zu schauen, sondern anspruchsvolle Rezyklatanteile in der Produktion vorzugeben.

Laut Kerstin Dobers ist die zweite zentrale Maßnahme, die vorhandenen Optimierungspotenziale für Mehrweglösungen auszuschöpfen, damit ihre Vorteile weiter ausgebaut und mögliche Defizite beseitigt werden: »Sicherlich sind auch bei den Mehrweglösungen noch zahlreiche Innovationen möglich, gerade im Online-Handel oder in der Take-away-Branche. Gute Lösungen zeichnen sich dadurch aus, dass die Verpackungen modular sind und ihr Volumen reduzierbar ist (nestbar oder klappbar). Hier sind Rahmenbedingungen für nationale und internationale Standardisierungen gefragt, um die ökologischen Potenziale der Mehrwegsysteme auszuschöpfen.« Darüber hinaus müssten Umweltkennzeichen (Label) zur Kennzeichnung von Mehrweg und Einweg eindeutig sein. Hier seien vor allem Verbände gefragt.

Recycling is the key factor in achieving the EU climate targets. This is shown by the results of the "resources SAVED by recycling" study published today, which Fraunhofer UMSICHT prepared on behalf of the ALBA Group, one of the ten leading recycling companies worldwide. According to the study, 3.5 million tons of greenhouse gas emissions and 28.8 million tons of primary resources could be saved in 2020 alone. Further potential could be raised, for example, through minimum quotas for the use of recycled raw materials.

“Fit for 55” thanks to the circular economy: the recycling of raw materials leads to a systematic reduction in the greenhouse gas emissions of our civilisation – and can therefore make a key contribution to achieving the EU climate goals. This is the outcome of the “resources SAVED by recycling” study presented today, which the Fraunhofer Institute for Environmental, Safety and Energy Technology UMSICHT prepared on behalf of the ALBA Group. Thanks to the closed-loop circulation of 4.8 million tonnes of recyclable materials, the ALBA Group succeeded in preventing some 3.5 million tonnes of climate-damaging greenhouse gas emissions in the year 2020 alone. This amount is equivalent to the emissions from some five million return flights between Frankfurt am Main and Mallorca. At the same time, recycling also secures valuable raw materials for the industry: in 2020, in comparison with primary production, recycling saved 28.8 million tonnes of resources, such as crude oil and iron ore.

“The circular economy is one of the strongest pace-setters on the journey to achieving climate neutrality,” highlights Dr. Axel Schweitzer, CEO of the ALBA Group. “We will only achieve the goal of reducing greenhouse gas emissions by at least 55 per cent throughout Europe by 2030 if we make consistent use of recycled raw materials.” This includes the area of plastics, for example: compared with primary plastics made from crude oil, the use of high-quality recycled plastics achieves a reduction of greenhouse gas emissions of more than 50 per cent. “It is now necessary to lever this potential,” explains Schweitzer. “We are expecting the new Federal Government in Germany to act decisively and push ahead directly with the transition to a circular economy. The environmental benefits of recycling due to its clearly superior CO2 balance should also find reflection in prices. As immediate climate protection measures, clear industry standards for recyclates combined with minimum quotas on the use of recycled raw materials in products and packaging are also urgently necessary. Last but not least, the state sector is also called upon to prioritise resource protection in the area of procurement. Sustainable procurement can ultimately provide a significant boost to the circular economy”.

Plastics, metals, waste electrical (and electronic) equipment, wood, paper, cardboard, cartons or glass: the Fraunhofer UMSICHT has now been researching the specific benefits of recycling for 14 years. Detailed comparisons have also been made of the primary processes and recycling processes for the various material flows. “This means we can precisely quantify the extent to which the recycling activities of the ALBA Group can contribute to reducing the burden on the environment,” explains Dr.-Ing. Markus Hiebel, Director of the Department for Sustainability and Participation at Fraunhofer UMSICHT. Hiebel believes that the greatest savings can be achieved if the entire value chain is aligned consistently with the circular principle: “The transformation towards a genuine circular economy requires completely new thinking. Products should be designed and managed to ensure that they contain recycled raw materials right from the start – which enables them to be recycled appropriately.”