F R A U N H O F E R - I N S T I T U T F Ü R G R E N Z F L Ä C H E N - U N D B I O V E R F A H R E N S T E C H N I K I G B JAHRESBERICHT 2019 | 20

JAHRESBERICHT 2019 | 20

53 Funktionelle Inhaltsstoffe aus Algen für gesunde Nahrungs- mittel und zur Pflanzenstärkung im Weinbau 54 Bewertung der Co-Produktion von Carotinoiden und 54 Omega-3-Fettsäuren mit Mikroalgen Skalierung mikroalgenbasierter Prozesse und maßgeschnei- derte Produktion funktioneller Inhaltstoffe 55 CELBICON – Elektrochemisch-biotechnologische Prozess- 55 56 kaskade zur Synthese chemischer Produkte aus CO2 Synthese von Wasserstoffperoxid (H2O2) in einer elektro- chemischen Zelle SynLink – Synthetische strombasierte Kraftstoffe als wichtiges Instrument zur Sektorkopplung 56 Mixed-Matrix-Kompositmembranen für die Gasabtrennung 5 8 U M W E L T Straße der Zukunft: Umwelt-Monitoring 60 60 Morgenstadt Global Smart Cities 61 61 Wasserwiederverwendung in der Landwirtschaft – Projekt Prozesssteuerung blau-grüner Infrastrukturen in Leipzig HypoWave erfolgreich abgeschlossen 62 Oxidationsreaktor zur Elimination von Mikroschadstoffen in Abwässern 62 NextGenBiogas – Flexible Bioenergieerzeugung zur Stabili- sierung der Stromnetze 6 5 I N N O V A T I O N S F E L D E R Zell- und Gewebetechnologien In-vitro-Diagnostik 65 Die Fraunhofer-Gesellschaft 66 66 67 Virus-basierte Technologien 67 Funktionelle Inhaltsstoffe 68 Wassertechnologien und Wertstoffrückgewinnung 68 Membranen 69 Funktionale Oberflächen und Materialien Regenerative Ressourcen Industrielle Biotechnologie 69 70 70 Katalysatoren 71 Bioinspirierte Chemie 7 2 7 3 I N F O R M A T I O N I M P R E S S U M 5

Dafür haben wir Innovationsfelder definiert, die geschäftsfeldübergreifend aufgestellt sind und standortübergreifend zusammenarbeiten. So kann das Institut innovative Ideen und daraus resultierende Projekte schneller und effizienter voranbringen. Unsere neuen Forschungseinheiten zeichnen sich durch inhaltliche Tiefe, fachliche Kompetenz der Mitarbeitenden und wirtschaftli- ches Potenzial aus. Die strategische, inhaltliche und standortübergreifende Neuaufstellung des Instituts hat bereits im ersten Jahr unserer Neuausrichtung zu positiven Veränderungen geführt, obwohl der Veränderungs- prozess noch nicht abgeschlossen ist. So konnten deutlich mehr Industrieprojekte akquiriert und neue Projekte angebahnt werden als im Jahr zuvor. Das wirtschaftliche Ergebnis des Instituts wur- de erheblich verbessert und die Grundlagen für eine weitere positive Entwicklung wurden gelegt. Hervorheben möchte ich aus der Vielzahl erfolgreicher Projekte die Fortführung der langjährigen Kooperation mit unseren internationalen Industriepartnern am Standort Leuna im Geschäftsfeld Nachhaltige Chemie, die Eröffnung des Project Centers Drug Discovery and Delivery in Israel im Geschäftsfeld Gesundheit und die Vorbereitung der Innovation Platform »Water-Energy-Food Nexus in Südafrika im Geschäftsfeld Umwelt, dessen offizielle Eröffnung im ersten Quartal des Jahres 2020 geplant ist. Am wichtigsten jedoch für die nachhaltige und erfolgreiche Entwicklung des IGB sind seine Mitarbeitenden. Dabei steht das Miteinander und Füreinander Aller im Vordergrund, das wir auch zukünftig weiter stärken werden. Mein herzlicher und tief empfundener Dank gilt allen Mitarbei- tenden des Instituts und allen Personen, die uns unterstützt haben. Dadurch wurden die vielen positiven Veränderungen des vergangenen Jahres erst möglich. Ich freue mich, wenn Sie der vorliegende Jahresbericht zur Vertiefung bewährter Partnerschaften und zu neuen Kooperationen mit dem IGB inspiriert. Markus Wolperdinger Institutsleiter 7

... indem wir energieeffiziente physikalische Verfahren für den Zellaufschluss von Mikroorganismen zur Gewinnung von Inhaltsstoffen einsetzen. Der Zellaufschluss erfolgt bei Raumtemperatur durch Druckwechseltechnologie. Hierbei werden die Mikroorganismen-Zellen zerstört, die zu gewinnenden Inhaltsstoffe aber nicht verändert. Dr. Ana Lucia Vásquez-Caicedo ... durch Analyse von Substraten, Metaboliten und Produkten biotechnologischer Konversionsprozesse aus der Fest- und Flüssigphase in Echtzeit und mit geringem Messrauschen. So können wir den Verlauf biotechnologischer Reaktionen vollständig abbilden. Mithilfe der Analysen werden das Prozessverständnis erhöht und Daten sowohl für ein Upscaling als auch für die (modellprädiktive) Regelung von Prozessen bereitgestellt. Dr.-Ing. Matthias Stier, Johann Barlach, Stephan Scherle, Steffen Görner … indem wir Bakteriophagen gezielt für den Abbau von Biofilmen einsetzen und damit die Keimbelastung von technischen Systemen selektiv reduzieren. apl. Prof. Dr. Susanne Bailer

PROFIL WIR VERBINDEN BIOLOGIE UND TECHNIK Wie können wir dem verschwenderischen Umgang mit glo- balen Ressourcen entgegenwirken und gleichzeitig das Klima schützen? Wie können wir die Versorgung der wachsenden Weltbevölkerung mit Wasser, Nahrung und Rohstoffen sicherstellen Und was können wir tun, um Infektionen und Krebserkrankungen präzise zu diagnostizieren, Wirkstoffe zu bezahlbaren Kosten und ethisch vertretbar zu testen und die Gesundheit einer alternden Gesellschaft mit personalisierten Therapien zu verbessern? Mission: Nachhaltige Technologien für einen gesunden Menschen in einer gesunden Umwelt Auf diese Fragen findet das IGB Antworten und entwickelt und optimiert Verfahren und Technologien in den Geschäfts- feldern Gesundheit, Nachhaltige Chemie und Umwelt. Dabei setzt das Institut auf die in der Fraunhofer-Gesellschaft ein- zigartige Kombination biologischer und verfahrenstechnischer Kompetenzen, um mit ressourceneffizienten und kreislauf- orientierten Prozessen, dem Systemansatz der Bioökonomie und bioinspirierten, biointegrierten sowie biointelligenten Lö- sungen zum Wohlergehen des Menschen, einer nachhaltigen Wirtschaft und einer intakten Umwelt beizutragen. Dafür stehen wir Bioengineering für die Gesundheitsversorgung der Zukunft Unter dem Leitthema Smart Health Engineering schafft das IGB mit neuen molekular- und zellbiologischen Werkzeugen Optionen für eine präzise Diagnostik von Krebs- und Infekti- onserkrankungen sowie neue Ansätze für eine personalisierte Medizin. Die Testsysteme des IGB aus menschlichen Zellen und Geweben stellen innovative Modelle dar, um Wirkstoffe und Therapien mit hoher Aussagekraft zu bewerten und lang- fristig Tierversuche zu ersetzen. Klimafreundliche -adaptive Prozesse und Produkte Für die Sicherstellung der Versorgung mit gesunden Lebens- und Futtermitteln setzt das IGB auf den Systemansatz der Bioökonomie. Gleiches gilt auch für biobasierte Kraftstoffe, Feinchemikalien und Grundstoffe – die stoffliche Basis einer nachhaltigen und umweltfreundlichen Produktion. Dazu nutzen wir CO2-neutrale nachwachsende Rohstoffe und aqua- tische Mikroalgen, aber auch das klimaschädliche Kohlenstoff- dioxid selbst als Rohstoff in zumeist dezentralen Produktions- einheiten. Ebenso trägt die Verwertung biogener Abfall- und Reststoffströme zur Vermeidung von CO2-Emissionen und damit zum Klimaschutz bei. Zur Stoffkonversion nutzen wir vermehrt auch erneuerbare Energien. Kreislaufwirtschaft und Ressourceneffizienz Die Natur organisiert sich in Kreisläufen. Nach ihrem Vor- bild arbeitet das IGB daran, mit effizienten Verfahren und innovativen Systemkomponenten die globalen Ressourcen zu schonen – von der Rohstoffaufbereitung über ihre Verar- beitung zu Materialien und Produkten bis zu ihrer Entsorgung bzw. Rückführung in den Produktionsprozess. Dies gilt neben 11 11

KURATORIUM DES FRAUNHOFER IGB Di e Kuratori en d er Fraunhofer- I ns titute s tehen d em Vor s t and d er Fraunhofer- G e s ells chaf t und d er I ns ti - tut sleitung beratend zur Seite. Ihnen gehören Per sonen der Wissenschaf t, der Wir t schaf t und der öf fent- lichen Hand an. Mitglieder (Stand 31.12.2019) Dr. Susanne Arbogast (bis 30. Juni 2019) Indivumed GmbH Prof. Dr. Sara Brucker Universitätsklinikum Tübingen Dr. Gerd Eßwein (bis 31. Dezember 2019) MinR Dr. Hans-Jürgen Froese Bundesministerium für Ernährung und Landwirtschaft (BMEL) Dr. ürgen Groß Robert Bosch GmbH Prof. Dr. Elke Guenther AIT Austrian Institute of Technology GmbH Prof. Dr.-Ing. Dr. h.c. Dr. h.c. Prof. e.h. Michael Resch Institut für Höchstleistungsrechnen, Universität Stuttgart Prof. Dr. Dr. h.c. Ralf Riedel (bis 31. Dezember 2019) Institut für Materialwissenschaft, TU Darmstadt Prof. Dr. Karl-Heinz Wiesmüller (bis 31. Dezember 2019) EMC microcollections GmbH Dr. Wieland Wolf ProBioGen AG Ständige Gäste Prof. Dr. techn. Günter Scheffknecht Institut für Feuerungs- und Kraftwerks- technik, Universität Stuttgart Prof. Dr. Herwig Brunner (Ehemaliger Institutsleiter) Prof. Dr.-Ing. Ralf Takors Institut für Bioverfahrenstechnik, Universität Stuttgart MinDirig Dr. Jörg Wagner Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz und nukleare Sicherheit (BMU) Prof. Dr. Dieter ahn (Vorsitzender des Kuratoriums 1999 bis 2013) Dr. Dr. h.c. Christian Patermann Direktor a.D. EU-Kommission, MinDirig. a.D. Dr. Joachim Schulze JS BioConsulting GmbH Dr. Caroline Liepert Ministerium für Wissenschaft, Forschung und Kunst Baden-Württemberg MinR Dr. Joachim Wekerle Ministerium für Wirtschaft, Arbeit und Wohnungsbau Baden-Württemberg Dr. Christian Naydowski Dr. Günter Wich Wacker Chemie AG 13 13

GLP-Prüfeinrichtung In der GLP-Prüfeinrichtung führen wir nicht-klinische Sicher- heitsprüfungen der Prüfkategorie 9 »Zellbasierte Testsysteme zur Bestimmung biologischer Parameter« entsprechend der guten Laborpraxis durch. Beispiele sind: Bioaktivitäts-, Zytotoxizitäts- und Immunogenitäts- prüfungen Screening von TLR-Agonisten/Antagonisten Testung auf antimikrobielle Eigenschaften von Substanzen oder Oberflächen Weitere Informationen zu unserem Analytik-Leistungsangebot nden ie unter: www.igb.fraunhofer.de/analytik Analytik im Überblick Unser breites Angebot an biologischen und physikalisch- chemischen Untersuchungsmethoden macht das Institut zu einem vielseitigen Partner für analytische Fragestellungen. Physikalisch-chemische Analytik Qualitätskontrolle, Lebensmittelanalytik, Spuren-, Rückstands- und Umweltanalytik, Wasseranalytik Oberflächenanalytik Chemische, physikalische und morphologische Charakterisierung Echtzeit-Prozessanalytik Integration in chemische und biotechnologische Prozesse Bewertung der biologischen Abbaubarkeit Aerobe und anaerobe Untersuchungen Mikrobiologische Bewertung Untersuchung der antimikrobiellen Wirkung von Oberflächen Molekularbiologische Analytik Diagnostische Microarrays, Multiplex-PCR- Systeme zum Nachweis von Pathogenen Next-Generation-Sequenzierung De-novo-Genom-Transkriptomsequenzierung, Meta-Genom- und Meta-Transkriptomanalysen, Mikrobiomuntersuchungen, Next-Generation- Diagnostik (Infektionen, COPD etc.) Zellbasierte Testsysteme (siehe GLP) Bioaktivität, Zytotoxizität, Immunogenität 15

Personal Am 31. Dezember 2019 waren am Fraunhofer IGB in Stuttgart und seinen Institutsteilen in Straubing und Leuna 339 Mitar- beiterinnen und Mitarbeiter tätig, davon gut 0 Prozent im wissenschaftlichen und technischen Bereich. Der Frauenanteil betrug 53 Prozent. 60 Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter, überwiegend Wissen- schaftlerinnen und Wissenschaftler, Doktorandinnen und Doktoranden, zudem technisches Personal und studentische Hilfskräfte, zählte das Institut für Grenzflächenverfahrens- technik und Plasmatechnologie IGVP der Universität Stuttgart zum 31. Dezember 2019. Der Frauenanteil am IGVP betrug 2 Prozent. Die Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter des Fraunhofer IGB, seiner Institutsteile und des IGVP arbeiten eng vernetzt. Be- merkenswert ist auch die kulturelle Vielfalt der Einrichtungen: 2 Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter kommen aus 21 verschie- denen Ländern außerhalb Deutschlands. Zahl der Mitarbeitenden zum 31.12.2019 Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler Technisches Personal Doktorandinnen und Doktoranden Verwaltung / Sekretariate Auszubildende Stipendiatinnen und Stipendiaten Studierende mit Abschlussarbeiten (Master, Bachelor), Praktikanten Studentische / wissenschaftliche Hilfskräfte Entwicklung der Mitarbeiterzahlen zum 31.12.2019 391 394 341 326 339 l h a z r e t i e b r a t i M 450 400 350 300 250 200 150 100 50 0 2015 2016 2017* 2018 2019 Fraunhofer IGB, Stuttgart BioCat, Straubing Fraunhofer CBP, Leuna TZKME, Würzburg seit 2017 ohne TZKME, Institutsteil Würzburg Fraunhofer IGB, gesamt davon BioCat, Straubing davon Fraunhofer CBP, Leuna 75 92 4 32 71 339 10 12 2 1 0 4 11 48 15 32 1 6 1 0 5 6 66 17

INNOVATIONSFELDLEITUNG Funktionale Oberflächen und Materialien Katalysatoren Virus-basierte Technologien Dr. Michaela Müller Telefon +49 711 970-4140 michaela.mueller@igb.fraunhofer.de Dr. Arne Roth Telefon +49 9421 17-441 arne.roth@igb.fraunhofer.de apl. Prof. Dr. Susanne Bailer Telefon +49 711 970-410 susanne.bailer@igb.fraunhofer.de Funktionelle Inhaltsstoffe Membranen Wassertechnologien und Wertstoffrückgewinnung Dr. Ulrike Schmid-Staiger Telefon +49 711 970-4111 ulrike.schmid-staiger@ igb.fraunhofer.de Dr. Thomas Schiestel Telefon +49 711 970-4164 thomas.schiestel@igb.fraunhofer.de Dr.-Ing. Marius Mohr Telefon +49 711 970-4216 marius.mohr@igb.fraunhofer.de Industrielle Biotechnologie Bioinspirierte Chemie Zell- und Gewebetechnologien Dr.-Ing. Katja Patzsch (komm.) Telefon +49 3461 43-9104 katja.patzsch@cbp.fraunhofer.de Dr. Michael Richter Telefon +49 9421 17-33 michael.richter@igb.fraunhofer.de In-vitro-Diagnostik Regenerative Ressourcen Dr. Kai Sohn Telefon +49 711 970-40 kai.sohn@igb.fraunhofer.de Ulrike Junghans M. Sc. (komm.) Telefon +49 3461 43-912 ulrike.junghans@cbp.fraunhofer.de Dr. Anke Burger-Kentischer Telefon +49 711 970-4023 anke.burger-kentischer@ igb.fraunhofer.de Jun.-Prof. Dr. Peter Loskill Telefon +49 711 970-331 peter.loskill@igb.fraunhofer.de 19

Fraunhofer-Verbünde und -Allianzen Fraunhofer-Allianz Reinigungstechnik Fachlich verwandte Fraunhofer-Institute organisieren sich in Verbünden, treten gemeinsam am FuE-Markt auf und wirken in der Fraunhofer-Unternehmenspolitik mit. Institute bzw. Abteilungen mit sich ergänzenden Kompetenzen kooperieren in Fraunhofer-Allianzen, um ein Geschäftsfeld gemeinsam zu bearbeiten und Lösungen entlang der gesamten Wertschöp- fungskette zu vermarkten. Das Fraunhofer IGB, dem Fraunhofer-Verbund Life Sciences zugeordnet und aufgrund seiner materialwissenschaftlichen Ausrichtung zusätzlich Gast im Verbund MATERIALS, ist auch über die Allianzen bestens in der Fraunhofer-Gesellschaft vernetzt. Fraunhofer-Verbünde Fraunhofer-Verbund Life Sciences www.lifesciences.fraunhofer.de Fraunhofer-Verbund Werkstoffe und Bauteile – MATERIALS (Gast) www.materials.fraunhofer.de Fraunhofer-Allianzen Fraunhofer-Allianz Energie www.energie.fraunhofer.de Fraunhofer-Allianz Food Chain Management www.fcm.fraunhofer.de www.allianz-reinigungstechnik.de Fraunhofer-Allianz SysWasser www.syswasser.de Fraunhofer-Allianz Textil www.textil.fraunhofer.de Darüber hinaus forschen Fraunhofer-Institute innerhalb von Fraunhofer-Forschungsprogrammen zusammen. Das IGB ist in den Leistungszentren »Mass Personalization« (Stuttgart) und »Chemie- und Biosystemtechnik« (Region Halle-Leipzig) aktiv. Weitere Informationen zu Netzwerken des IGB: Fraunhofer-Allianz Generative Fertigung www.igb.fraunhofer.de/netzwerk www.generativ.fraunhofer.de Fraunhofer-Allianz Nanotechnologie www.nano.fraunhofer.de Fraunhofer-Allianz Polymere Oberflächen POLO® www.polo.fraunhofer.de Weitere Informationen zu Netzwerken des CBP: www.cbp.fraunhofer.de/netzwerk 2 1

1 2 3 Rahmen des Vorhabens benötigte fettsäurereiche Algenbio- masse soll so hergestellt und bis zum FAME-Gemisch (Fatty Acid Methyl Ester) aufgereinigt werden. Innovationsraum NewFoodSystems Mit klima- und ressourcenschonenden Produktionsverfahren will New Food Systems die zukünftige Ernährung und Gesund- heit sicherstellen. Algen, Insekten, Pflanzen und Fische dienen als Lieferant für Rohstoffe, aus denen nach entsprechender Prozessierung marktfähige Produkte für die Futtermittel- und die Lebensmittelindustrie hergestellt werden. Im Startprojekt 2 werden Biopolymere wie Stärke, Polyhydroxybuttersäure (PHB) und Proteine aus Algenbiomasse für die Anwendung in Lebens- und Futtermitteln sowie Lebensmittelverpackungen entwickelt und für andere Anwendungen qualifiziert. Für beide Innovationsräume werden Verfahren zur phototro- phen, mixotrophen und heterotrophen Produktion von Algen- biomasse entwickelt. Dazu sollen Reststoffströme aus der Lebens- und Futtermittelproduktion und der Lignocellulose- verarbeitung (Zuckermischungen) als Kohlenstoffquelle evalu- iert werden. Das IGB hat bereits geeignete Verfahren sowohl für fettsäure- als auch für stärkehaltige Algen entwickelt. 3 IGB-Forscher sichern sich EIST-Förderung Ausgründung Variolytics Unter dem Namen Variolytics planen IGB-Ingenieure eine Aus- gründung, um ihr am IGB entwickeltes Echtzeit-Massenspekt- rometer auf den Markt zu bringen. Die Ausgründung wird für zwei Jahre mit 1,6 Millionen Euro aus dem Förderprogramm »EXIST – Existenzgründungen aus der Wissenschaft« des Bun- desministeriums für Wirtschaft und Energie (BMWi) gefördert. Zum Gründerteam gehören Dr.-Ing. Matthias Stier, Steffen Görner und Stephan Scherle sowie Johann Barlach. Mit dem neu entwickelten Massenspektrometrie-System »Variolytics« können bis zu dreißig verschiedene Stoffe bzw. Komponenten in Echtzeit analysiert werden. Und das nicht nur in der Gas-, sondern auch in der Flüssigphase. Dies ist ein Novum auf dem Markt für Spektrometer. Möglich macht dies ein innovatives und patentiertes Einlasssystem. Damit eröffnet das neue Massenspektrometer eine ganze Reihe von bisher nicht zugänglichen Anwendungsmöglichkeiten, auch für die Prozessindustrie 4.0. Am Fraunhofer IGB konnte gezeigt werden, dass das Massen- spektrometer erfolgreich in biotechnologischen Anwendun- gen eingesetzt werden kann, um sowohl die Edukt- als auch die Produktkonzentration gleichzeitig zu erfassen. Dadurch wird es möglich, Reaktionen direkt zu messen, zu überwachen und zu steuern. Einsatzgebiete für die Echtzeitanalytik finden sich in der Lebensmittel-, Pharma-, Chemieindustrie sowie der Wasser- und Umweltanalytik. 2 3

1 Ausblick Das Jahr 2020 ist gleichzeitig das letzte Jahr von Horizont 2020 und bietet wie die Jahre zuvor eine Vielzahl an Mög- lichkeiten, Projektanträge des bzw. mit dem Fraunhofer IGB einzureichen. Darüber hinaus werden Struktur, Themen sowie der Finanz- rahmen für das neunte Rahmenprogram für Forschung und Innovation »Horizon Europe« zunehmend konkreter. Das Fraunhofer IGB freut sich auf die für Herbst 2020 geplante Veröffentlichung, um sich im nächsten Jahr mit neuen Projekt- ideen zu beteiligen. Das IGB etabliert »Globale Zukunftslabors« durch nach- haltige Zusammenarbeit mit internationalen Partnern Nachhaltige wissenschaftliche Exzellenz entsteht vor allem auch durch kontinuierlichen Austausch mit den weltweit Besten. Sie zeigt sich dann als starke und dauerhafte Basis für die Entwicklung innovativer Lösungen globaler Herausforde- rungen – wie Ressourcenschonung, Klima- und Wasserschutz, Sicherung von Gesundheit und Ernährung, wenn dieser Aus- tausch langfristig gemeinsame Ziele verfolgt. Das Fraunhofer IGB intensiviert und erweitert darum seine Initiativen und Projekte mit internationalen Partnern und fügt immer wieder neue hinzu. GreenUp Sahara – mit wassersparender Hydrokultur Das Projekt GreenUp Sahara ist eine der neuen Initiativen, die nicht nur wissenschaftlich-technologisch neue Wege geht, sondern auch hinsichtlich des Finanzierungsmodells besondere Zeichen setzt. GreenUp Sahara zielt darauf ab, ein wassersparendes Hydrokultur-Konzept für den Gemüsean- bau in der algerischen Wüste zu entwickeln. Hierfür startete Marc Beckett vom Fraunhofer IGB zusammen mit Kolleginnen und Kollegen der Fraunhofer-Institute UMSICHT und ISE die erste Crowdfunding-Kampagne von Fraunhofer. Unterstützt wurden sie dabei durch das Fundraising-Team der Fraunhofer- Gesellschaft. Das erste Fundingziel von 15 000 Euro zum Projektstart konnte durch die Unterstützung von 20 Per- sonen erreicht werden. Dadurch wird es ab Dezember 2019 möglich, mit dem Ingenieur vor Ort, Taleb Brahim, und dem WFP (World Food Program) geeignete Materialien für ein ska- lierbares Hydrokultur-System zu identifizieren. Der erste Schritt der Implementierung eines tragfähigen Hydrokultur-Systems zum Gemüseanbau in Wüstenregionen ist damit gemacht. Für weitere Arbeiten des ambitionierten Teams werden aktuell noch Mittel gesucht. www.startnext.com/greenup-sahara 2 5 Kontakt Dipl.-Kffr. enny Ullrich Telefon +49 711 970-4070 jenny.ullrich@igb.fraunhofer.de Weitere Informationen zu den EU-Projekten des Fraunhofer IGB: www.igb.fraunhofer.de/eu

2 Das IGB hat auf Fraunhofer-Seite mit Institutsleiter Dr. Markus Wolperdinger und Geschäftsfeldkoordinatorin Dr. Ursula Schließmann die Federführung für das Zentrum in den nächsten fünf Jahren übernommen. Die offizielle Eröffnung ist im ersten Quartal 2020 geplant. Neben dem IGB sind auch die Fraunhofer-Institute IOSB, IST und ISE beteiligt die Fraunhofer-Allianz Energie ist als weiterer Partner assoziiert. So stellen Fraunhofer und die Universität Stellenbosch über die Zusammenarbeit im WASTEC-Projekt hinaus ihre Kooperation auf eine nachhaltige Basis. aumrinde als rafnierter ohstoff der ukunft Die Zusammenarbeit von Kolleginnen und Kollegen aus dem Fraunhofer IGB und CBP mit dem SCION Research Institute im neuseeländischen Rotorua nimmt nach zwei gemeinsamen Arbeitstreffen in Neuseeland und Deutschland weiter Fahrt auf. Ein Konzept für die nachhaltige Verwertung von Rin- denabfällen und ein erster Ansatz für die Entwicklung einer Vernetzungsstruktur von Produzenten und Nutzern entlang einer potenziellen Wertschöpfungskette von Rindenprodukten ist erstellt und soll in gemeinsamen Projekten weiterentwickelt werden. Dafür schreibt das internationale Team aus Fraun- hofer- und SCION-Wissenschaftlern an einem gemeinsamen Antrag, der im neuen Forschungsprogramm auf neuseeländi- scher Seite eingereicht wird. Neben dem enormen Potenzial für die Umwelt, das sich durch die gemeinsamen Aktivitäten ergibt, entsteht auf dieser Basis für das IGB eine nachhaltige Partnerschaft mit einem der größten Holzproduzenten der Welt. Wasser- und Energieinfrastrukturen für Smart Cities in Indien 2 Mit dem vom Bundesumweltministerium (BMU) geförderten Projekt Smart Water Future India, in dem intelligente und nachhaltige Wassermanagementstrategien für die südindische Stadt Coimbatore entwickelt wurden, legte Dr. Marius Mohr zusammen mit indischen Experten die Grundlagen, um auch über das Projekt hinaus langfristig dringend benötigte Lösungen für ein bedarfsgerechtes Wassermanagement in der Region bereitzustellen. So leitet Mohr aktuell eines der im Rahmen des Fraunhofer-Morgenstadt-Konzepts entstandenen Smart City Labs in Kochi. Ziel dieser Aktivität ist es, übertrag- bare und gleichzeitig finanzierbare Roadmaps zu entwickeln, um Treibhausgase zu reduzieren, die Resilienz gegenüber Folgen des Klimawandels zu stärken und die Lebensqualität der Einwohner zu verbessern. Die City Labs sind mit ihren wissenschaftsbasierten Analysemethoden das Kernstück der Morgenstadt-Tools. Kontinuität für gemeinsame Aktivitäten bietet dafür ein Memorandum of Understanding, das im Rah- men der Indo-German-Consultations vom indischen Council of Scientific and Industrial Research CSIR und der Fraunhofer- Gesellschaft unterzeichnet wurde. Bei der Veranstaltung waren von deutscher Seite Kanzlerin Dr. Angela Merkel, Bun- desministerin für Bildung und Forschung Anja Karliczek und weitere hochrangige Vertreter der Ministerien anwesend. Kontakt Dipl.-Agr.-Biol. Sabine Krieg MBA Telefon +49 711 970-4003 sabine.krieg@igb.fraunhofer.de 2 7

CESIO Congress Award für Amira Oraby IGB erhält Fraunhofer FamilienLogo Im Juni 2019 trafen sich internationale Fachleute für Tenside aus Forschung und Industrie zum CESIO 11th World Surfactant Congress in München. Gastgeber dieses Kongresses ist CESIO, das Europäische Komitee für organische Tenside und ihre Zwischenprodukte. An der jüngsten Ausgabe der Veranstal- tung nahmen auch Forschende des IGB teil, darunter Amira Oraby, die als Doktorandin im Innovationsfeld Industrielle Biotechnologie« an der Herstellung von Biotensiden forscht. Im Rahmen des Vortragsprogramms referierte sie zum Thema »Integrated process design and optimization for the produc- tion of the biosurfactants cellobiose lipids from Ustilago sp. on renewable feedstocks«. Für diesen Vortrag wurde sie in der Kategorie »Technical & Applications« mit dem CESIO 2019 Oral Presentation Award ausgezeichnet. Felix Derwenskus erhält Bioökonomie-Posterpreis Im Sommer 201 hat die Fraunhofer-Gesellschaft das Fraunhofer FamilienLogo als internes Qualitätssiegel ins Leben gerufen, um Institute auszuzeichnen, die in vorbildlicher Weise für familienfreundliche Arbeitsbe- dingungen eintreten. Schließlich ist eine ausgewogene Work-Life-Balance und damit auch eine gut funktio- nierende Vereinbarkeit von Beruf und Familie für viele Mitarbeitende von großer Bedeutung bei der Wahl ihres Arbeitsplatzes. 2019 erhielt auch das IGB dieses interne Gütesiegel. Insgesamt hatten sich 40 Fraunhofer- Einrichtungen für die Auszeichnung beworben. Das IGB ist eines von 16 Instituten, die tatsächlich prämiert wurden. Für das IGB sprach aus Sicht der Juroren, dass das Institut erfolgreich Rahmenbedingungen für flexibles Arbeiten und eine Willkommenskultur für Frauen und Männer mit Kindern durch vielfältige Betreuungsange- bote geschaffen hat. RAUNHOFER FAMILIENLOGO Seit 2013 sind zahlreiche baden-württembergische Univer- sitäten und Forschungseinrichtungen – darunter auch das Fraunhofer IGB − im Forschungscluster Bioökonomie Baden- Württemberg vernetzt. Dessen Ziel ist, auf Landesebene den Übergang zu einer nachhaltigen Wirtschaftsweise im Sinne der Bioökonomie voranzutreiben. Anfang 2019 fand an der Universität Hohenheim das 4. Statusseminar des Forschungs- clusters statt. An der Konferenz nahmen auch mehrere For- schende des IGB teil und steuerten Beiträge zur begleitenden Posterausstellung bei. Besonderen Anklang fand das Poster von IGB-Wissenschaftler Felix Derwenskus zum Thema »Mi- croalgae biorefinery – cascaded fractionation of microalgae ingredients for food and feed applications, das im Rahmen der Veranstaltung mit einem Posterpreis ausgezeichnet wurde. D i e f o l g e n d e n 1 6 I n s t i t u t e w u r d e n u n t e r 4 0 E i n r e i c h u n g e n a u s g e z e i c h n e t u n d s t e c h e n j e w e i l s m i t m i n d e s t e n s 8 0 v o n 1 0 0 m ö g l i c h e n P u n k t e n h e r v o r : Institut Fraunhofer-Institut für Eingebette Systeme und Kommunikationstechnik ESK Fraunhofer-Institut für Angewandte Festkörperphysik IAF Fraunhofer-Institut für Arbeitswirtschaft und Organisation IAO Fraunhofer-Institut für Chemische Technologie ICT Fraunhofer-Institut für Energiewirtschaft und Energiesystemtechnik IEE Fraunhofer-Institut für Experimentelles Software Engineering IESE Fraunhofer-Institut für Fertigungstechnik und Angewandte IFAM Fraunhofer-Materialforschung Institut für Grenzflächen- und Bioverfahrenstechnik IGB Fraunhofer-Institut für Integrierte Schaltungen IIS Fraunhofer-Institut für Integrierte Systeme und Bauelementetechnologie IISB Fraunhofer-Institut für Molekularbiologie und Angewandte Oekologie IME Fraunhofer-Institut für Optronik, Systemtechnik und Bildauswertung IOSB-AST Fraunhofer-Institut für Verkehrs- und Infrastruktursysteme IVI Ort München Freiburg Stuttgart Pfinztal Kassel Kaiserslautern Bremen Leuna Erlangen Erlangen Schmallenberg Ilmenau und Görlitz Dresden 2 9

2 ManuFUTURE-Workshop Aktuelle Messen und Veranstaltungen* Unter dem Motto Die Zukunft nachhaltiger Wertschöpfungs- systeme« richteten die Europäische Technologieplattform ManuFUTURE und die Fraunhofer-Gesellschaft Ende Juni in Brüssel einen Workshop zur Biologischen Transformation der europäischen verarbeitenden Industrie aus. Rund 40 Fachleute aus Industrie, Politik und Forschung diskutierten dabei, wie Materialien, Strukturen und Prozesse der Natur zukünftig die Fertigung nachhaltig gestalten können. IGB-Institutsleiter Dr. Markus Wolperdinger sprach in diesem Rahmen über die Bedeutung der Nutzung von Bioabfällen und nachwachsen- den Rohstoffen mit dem Ziel einer klimaneutralen Kreislauf- wirtschaft. Gemeinsam mit Prof. Dr. Thomas Bauernhansl, Institutsleiter des Fraunhofer-Instituts für Produktionstechnik und Automatisierung IPA, stellte Wolperdinger die Entwick- lungsstufen der angestrebten Biologischen Transformation vor: bioinspiriert, biointegriert und biointelligent. Tag der Bioökonomie 1 + 2 Im Rahmen der Veranstaltungsreihe »Innovationen in den Life Sciences« bringt der Fraunhofer-Verbund Life Sciences Experten aus Wissenschaft, Wirtschaft und Politik zusammen. Vor diesem Hintergrund fand im September 2019 in Berlin der »Tag der Bioökonomie« statt. Neben der Vorstellung ausgewählter Entwicklungen aus dem Themenspektrum der Bioökonomie wurden dabei aktuelle Herausforderungen für die Forschungspolitik erörtert. Hochrangige Teilnehmer aus Industrie, Politik und Verbänden hatten bei dieser Gelegenheit zudem die Chance, direkt mit den Treibern und Akteuren der Bioökonomie ins Gespräch zu kommen. Das IGB, einer der zentralen Akteure des Events, präsentierte Vorträge zu den Themen »Bioökonomie als Strategie für die deutsche Indus- trie, Wasser – Basis der Bioökonomie und BioACCEPT – Biologische Ansätze für die Kreislaufwirtschaft, Produktion und Technologie«. BIOKET** 10. – 12. März 2020, Lille (Frankreich) Energy Storage** 10. – 12. März 2020, Düsseldorf Analytica 31. März – 3. April 2020, München IFAT** 4. – . Mai 2020, München 9th Bioeconomy Conference** 17. – 1. Juni 2020, Halle (Saale) Bioabfallforum** 30. Juni – 1. Juli 2020, Stuttgart 3rd International Bioeconomy Congress Baden-Württemberg** 21. – 22. September 2020, Stuttgart-Hohenheim BIO World Congress 20. – 23. September 2020, Raleigh, North Carolina (USA) Kolloquium zur Abwasser- und Abfallbehandlung** 24. September 2020, Stuttgart SEPAWA** 23. – 2. Oktober 2020, Berlin parts2clean 27. – 29. Oktober 2020, Stuttgart * Änderungen vorbehalten ** Mit Bezug zum Wissenschaftsjahr 2020 Bioökonomie 3 1

WISSENSCHAFTSAHR Bioökonomie ist Thema des Wissenschaftsjahres Als nachhaltige Form des Wirtschaftens ist die Bioökonomie die Wirtschaftsform der Zukunft. Ein Wandel ist unumgäng- lich, denn unsere heutige, auf fossilen Rohstoffen basierte Wirtschaft stößt an ihre Grenzen. Das globale Bevölkerungs- wachstum und der steigende Lebensstandard stellen uns vor neue Herausforderungen – vom menschengemachten Klima- wandel über die Vermüllung der Ozeane bis hin zu schwin- denden Ressourcen. Somit müssen wir dringend lernen, nachhaltiger zu leben und zu wirtschaften. Die Bioökonomie liefert hierfür die benötigten Lösungen. Fraunhofer IGB ist Partner im Wissenschaftsjahr Das Fraunhofer IGB erforscht seit mehr als 40 Jahren die Erschließung und Nutzung biologischer Ressourcen, Prozesse und Systeme, um Verfahren für ein zukunftsfähiges, an natürlichen Stoffkreisläufen orientiertes und biobasiertes Wirt- schaftssystem bereitzustellen. Erfahren Sie mehr zu unseren Konzepten und Strategien, gegen den Klimawandel anzugehen. Informieren Sie sich über aktuelle Projekte, in denen wir Verfahren zur Herstellung nachhaltiger und bioabbaubarer Produkte entwickeln. Infor- mieren Sie sich über unsere Aktivitäten, alternative Ressourcen wie Mikroalgen, nachwachsende Rohstoffe und biogene Rest- stoffe zu nutzen, Wertstoffe im Kreislauf zu führen oder für eine Wiederverwendung zurückzugewinnen. Auch zu unseren Veranstaltungen und Vorträgen sind Sie herzlich eingeladen. www.igb.fraunhofer.de/biooekonomie Besuchen Sie uns auf der MS Wissenschaft Waschpulver, Spülmittel, Hautcremes, Shampoos – sie alle enthalten Tenside. Ein Großteil davon wird noch aus Erdöl hergestellt. Die Industrie setzt daher verstärkt auf Tenside aus nachwachsenden Rohstoffen, die allerdings meist chemisch hergestellt werden. Das Fraunhofer IGB untersucht Verfahren, um Tenside auf biotechnologischer Basis zu produzieren – mit- hilfe von Pilzen. Auf diese Weise lassen sich Cellobioselipide und Mannosylerythritollipide gewinnen, die im Vergleich zu synthetischen Tensiden vielseitiger und besser abbaubar sind. Das IGB arbeitet daran, den Herstellungsprozess zu optimie- ren, um die Ausbeute zu steigern und die Produktionskosten zu senken. An Bord der MS Wissenschaft zeigen wir im Sommer 2020 unsere Bio-Waschmaschine, die die Biologie in Waschmitteln sichtbar und erlebbar macht: Pilze, die Biotenside produzieren und die natürlichen Rohstoffe wie Holz und lsaaten, die ihnen die Grundlage hierfür liefern. Die MS Wissenschaft ist das schwimmende Science Center des Bundesministeriums für Bildung und Forschung. Das Ausstel- lungsschiff tourt jedes Jahr vier Monate lang durch Deutsch- land, um einer breiten ffentlichkeit die faszinierende Welt der Wissenschaft näherzubringen. Im Juni 2020 sticht die MS Wissenschaft erneut in See – unter der Flagge des aktuellen Wissenschaftsjahres Bioökonomie. 3 3

2 Fraunhofer HiWi-Days Duale Ausbildung am Fraunhofer IGB Die Fraunhofer-Gesellschaft bietet Studierenden die Chance, bereits während ihres Studiums die ersten Karriereschritte zu machen. Als wissenschaftliche Hilfskräfte, kurz HiWis, können sie schon früh Berufserfahrungen sammeln und dabei in anwendungsorientierten Forschungsprojekten mitarbeiten − und somit erste Grundlagen für eine spätere Karriere legen. Mit den einmal jährlich stattfindenden HiWi-Days eröffnet Fraunhofer seinen HiWis zudem die Möglichkeit, über den »Tellerrand« des eigenen Instituts hinauszublicken und auch weitere Fraunhofer-Einrichtungen und neue Themenfelder kennenzulernen. Um die volle Bandbreite der Fraunhofer-For- schung zu zeigen, findet die Veranstaltung an wechselnden Standorten statt. Im Mai 2019 war Stuttgart an der Reihe. Das Programm bot den Teilnehmenden zahlreiche Karriere- und Fachworkshops zur Weiterbildung und Führungen durch die Institute. BOGY – Berufs- und Studienorientierung am Gymnasium Die Wahl des passenden Berufs ist eine der wichtigsten Entscheidungen im Leben junger Menschen. Deswegen absolvieren Gymnasiastinnen und Gymnasiasten in Baden- Württemberg zwischen der 9. und 11. Klasse einwöchige BOGY-Kurzpraktika (Berufs- und Studienorientierung am Gymnasium), die ihnen schon früh eine Orientierungshilfe bieten sollen. Das Fraunhofer-Institutszentrum Stuttgart unter- stützt diese Initiative. Schülerinnen und Schüler mit Interesse an Naturwissenschaft und Technik sollen einen Einblick in die Welt der angewandten Forschung erhalten und sich über Stu- dien-, Berufseinstiegs- und Karrieremöglichkeiten informieren können. Aus diesem Grund vermittelt das Institutszentrum jedes Jahr mehrere BOGY-Praktikumsplätze an den Stuttgarter Instituten. Das IGB nahm im Jahr 2019 eine Schülerin und einen Schüler auf. Fraunhofer bietet nicht nur jungen Akademikerinnen und Akademikern einen Einstieg ins Berufsleben – auch die nicht- universitäre Ausbildung wird großgeschrieben. So auch am IGB: Zum Jahresende 2019 beschäftigte das Institut zusam- men mit dem IGVP, seinem Partnerinstitut an der Universität Stuttgart, insgesamt neun Auszubildende. Darüber hinaus haben im Laufe dieses Jahres sieben weitere junge Frauen und Männer ihre Ausbildung erfolgreich abgeschlossen. Zudem legt Fraunhofer großen Wert auf Gleichstellung und die Förderung von Frauen − vor allem im MINT-Bereich. Daher ist es besonders erfreulich, dass etwa zwei Drittel der Auszubil- denden weiblich sind. Das Angebot an Ausbildungsberufen ist dabei breit gefächert. In der Verwaltung erlernen Kaufleute für Büromanagement ihre Profession und in der IT-Abteilung werden Fachinformatiker geschult. Im wissenschaftlichen Be- reich bildet das Institut Biologie- und Chemielaboranten aus. In der Verwaltung durchlaufen die Auszubildenden innerhalb von drei Jahren mehrere Stationen, um die verschiedenen administrativen Arbeitsbereiche eines Forschungsinstituts kennenzulernen. Alle Auszubildenden erwerben die benötig- ten Qualifikationen für eine spätere Karriere in der Forschung oder Industrie. Darüber hinaus unterstützt das IGB seine Aus- zubildenden auch, wenn sie nach Abschluss der Ausbildung ein Studium anstreben. www.igb.fraunhofer.de/ausbildung Weitere Informationen zu Ausbildung und Nachwuchsförderung: www.stuttgart.fraunhofer.de/bogy www.igb.fraunhofer.de/karriere 3 5

... durch die verfahrenstechnische Entwicklung und Skalierung biotechnologischer Prozesse zur Herstellung von biobasierten Grund-, Fein- und Plattformchemikalien (für eine Weiterverarbeitung in der chemischen Industrie oder im Bereich der Kosmetik, Reinigungsmittel und Kunst- oder Klebstoffe). Dr.-Ing. Katja Patzsch … indem wir ein neuartiges Formgebungsverfahren zur Herstellung miniaturisierter, maßgeschneiderter Membranen als poröse Struktur für die Fixierung und Versorgung von humanen Zellen in mikrophysiologischen In-vitro- Gewebemodellen entwickeln. Die poröse Mem- branstruktur ist einerseits durchlässig für den Transport von Signalmolekülen für Zell-Zell-Interaktionen und bietet andererseits Struktur zur Entstehung eines lokal fixierten, funktionalen Gewebes. Mit einer solchen Träger- und Versorgungsstruktur wollen wir Gewebe möglichst phy- siologisch und miniaturisiert nachbilden und neuartige Testsysteme schaffen, z. B. für die pharmazeutische Wirk- stoffentwicklung. Dr. Thomas Schiestel, Jun.-Prof. Dr. Peter Loskill … indem wir DNA-Sonden als Biosensoren auf einem Teststreifen nutzen. So können die fraglichen Pathogene schnell und spezifisch vor Ort molekular diagnostiziert werden – auch ohne Labor. apl. Prof. Dr. Susanne Bailer

Das Ziel der Forschungsarbeiten am Fraunhofer IGB ist daher die Einführung von datenbasierten Algorithmen – generiert über Methoden des maschinellen Lernens – zur Steuerung der Algenkultivierung, um einen ökonomischen, ökologischen und robusten Algenproduktionsprozess im industriellen Maßstab zu entwickeln. Dazu entwickeln wir datengetriebene Modelle für die effiziente Herstellung zum einen von Algenbiomasse und zum anderen für die Anreicherung von intrazellulären Produkten. Für die automatisierte und robuste Steuerung von Algenpro- duktionsprozessen wird ein zuverlässiges Modell erstellt, das das Algenwachstum gut beschreiben und vorhersagen kann. Die datenbasierte Regelung wird in der Algenkultivierung bisher noch nicht angewendet. In anderen Bereichen wie in der Fluiddynamik [2] und Bioinformatik [3] ist sie jedoch bereits weit verbreitet. Der Großteil der Modellierung des Algenwachstums wurde bereits anhand der zur Verfügung stehenden Daten erfolgreich abgeschlossen. Konzept und Ergebnisse Die Modellierung und die Regelung der Kultivierung von Mikroalgen ist bekanntermaßen vielschichtiger als die von Bakterien oder Hefen [1]. Dies ist hauptsächlich auf das kom- plexe Wachstumsverhalten mit Licht und das Fehlen robuster Online-Überwachungsmethoden und Modelle für das Wachs- tum von Mikroalgen zurückzuführen. Verbesserte berwachung des Algenwachstums Die beliebteste Methode zur Überwachung des Wachstums von Mikroalgen ist beispielsweise der OD-Sensor (Optical Den- sity), der die Lichtschwächung durch die Kultur misst, um die Biomassekonzentration zu berechnen. Unter sich ändernden Wachstumsbedingungen können Algenzellen jedoch ihre Grö- ße, Form und ihren Pigmentgehalt ändern, was einen großen Einfluss auf die Genauigkeit der Messung mit dem OD-Sensor hat. Die andere Herausforderung bei der Kultivierung von Mi- kroalgen ist der große Unterschied des Wachstumsverhaltens von Kulturen im Labor und im Freiland, da die Bedingungen für eine Freilandkultivierung im großen Maßstab weitaus kom- plizierter sind als im Labor. Daher liegt unser Fokus auf der Verbesserung des Online-Monitorings und der Modellierung der Mikroalgenkultivierung im großen Maßstab, zunächst mit datengetriebenen Methoden. Um die Online-berwachung zu verbessern, optimieren wir bereits die Kalibrierung bestehender OD-Sensoren mit Kulti- vierungsdaten unter verschiedenen Bedingungen. Allerdings sind OD-Sensoren sehr teuer und erfordern eine enorme Investition für die Algenkultivierung im großen Maßstab. Aus diesem Grund entwickeln wir auch andere Methoden, bei- spielsweise unter Verwendung von Kamera-, RGB- und Soft- Sensoren zur Abschätzung der Biomassekonzentration. Das Ziel ist ein robustes, kostengünstiges Online-berwachungs- system für das Wachstum von Mikroalgen mit einer minimalen Anzahl von Sensoren im Kultivierungssystem. 3 9

Original Growth Simulated Harvest Strategy Natürliches Wachstum Simulierte Erntestrategie 4 4 3,8 3.8 3,6 3.6 3,4 3.4 3,2 3.2 3 3 2,8 2.8 2,6 2.6 2,4 2.4 2,2 2.2 0 2 4 6 Zeit in d 8 10 12 L g n i n o i t a r t n e z n o K - e s s a m o B i 2 Ausblick Die bisher durchgeführten Arbeiten zeigen, dass es mit einem SVM-basierten Modell möglich ist, das Algenwachstum unter komplexen Bedingungen im Freiland vorherzusagen. Das Ziel ist die Entwicklung einer modellprädiktiven Regelung für die Mikroalgenproduktion. Zudem wird auch das Potenzial des Modells für die Regelung und Optimierung der Algenproduk- tion in großem Maßstab deutlich. Die größte Herausforderung dabei ist der Mangel an zuverlässigen und kostengünstigen Online-Sensoren zur Überwachung des Gehalts der Inhalts- stoffe. Deshalb muss in einem ersten Schritt der Gehalt der Inhaltsstoffe offline im Labor analysiert werden und in einem nächsten Schritt über mathematische Methoden eine Korre- lation zu anderen Online-Sensoren gefunden werden. Hierbei könnten beispielsweise eine Videokamera oder andere opti- sche Sensoren zur Online-Detektion des Farbspektrums ver- wendet werden. Auf diese Weise lässt sich mittels maschinel- len Lernens ein weiteres Modell erstellen und in Kombination mit den Online-Bilddaten ein Softsensor entwickeln, mit dem die Konzentration des Pigments in der Zelle geschätzt werden kann. Der Rahmen für die Verwendung datengetriebener Methoden zur Optimierung der Mikroalgenkultivierung kann auch auf andere Bioprozesse übertragen werden, wodurch unsere Arbeiten nicht nur für Mikroalgen, sondern auch für andere Anwendungen in der Biotechnologie von Nutzen sind. Kontakt Yen-Cheng Yeh Telefon +49 711 970-4199 yen-cheng.yeh@igb.fraunhofer.de Dr.-Ing. Matthias Stier Telefon +49 711 970-407 matthias.stier@igb.fraunhofer.de Literatur 1 Bernard, Olivier, Francis Mairet, and Benot Chachuat. Model- ling of microalgae culture systems with applications to control and optimization. Microalgae Biotechnology (201): 9 – 7. 2 T. Duriez, S.L. Brunton, and B.R. Noack. Machine Learning Control–Taming Nonlinear Dynamics and Turbulence. Fluid me- chanics and its applications (2016). 3 P. Baldi and S. Brunak. Bioinformatics: the machine learning approach. MIT Press, 2001. 1 Simulation der Lichtverteilung in einem FPA-Reaktor. 2 Beispiel für eine optimierte Erntestrategie im Freiland. Die blaue Linie stellt das ursprüngliche Wachstum von Mikroalgen ohne Erntestrategie dar. Demnach werden in 12 Tagen 1,2 g/L Biomasse gebildet. Die orange Linie zeigt die Menge und den Zeitpunkt für die Ernte der Mikroalgenkultur, die nach 12 Tagen 1,77 g/L mehr Biomassekonzentration ergibt als ohne Erntestrategie. 41

SMART HEALTH ENGINEERING UND ENABLING TECHNOLOGIES FÜR DIE PRÄZISIONSMEDIZIN Zielmärkte Das Institut sieht sich als Partner für Unternehmen in den Bereichen Diagnostik, Medizintechnik und Arzneimittelent- wicklung. Diagnostik In der Diagnostik mittels Hochdurchsatzsequenzierung be- sitzt das Institut umfassende Erfahrungen in den Indikationen Sepsis, Endokarditis, Fruchtwasserinfektionen, aber auch bei Mikrobiomstudien. In multizentrischen klinischen Studien wer- den die Verfahren zur Sepsis-Diagnostik gegenwärtig validiert. Arzneimittelentwicklung In der Arzneimittelentwicklung schaffen wir humane Test- systeme, die bereits in der präklinischen Forschung Aussagen über Wirkung und Nebenwirkung potenzieller hochspe- zifischer Wirkstoffkandidaten erlauben, die im Tiermodell nicht erbracht werden können. Dies erreichen wir durch die Entwicklung organoider In-vitro-Modelle, von dreidimen- sionalen In-vitro-Modellen aus menschlichen Geweben bis hin zu Organ-on-a-Chip-Systemen. Unsere langjährige Erfahrung in molekularer Zelltechnologie ermöglicht dabei die präzise Entwicklung von Rezeptor-basierten Assays für die Wirkstoff-Validierung, wie auch von Produktionszelllinien für Biologicals. Neue innovative Therapieansätze werden am IGB mit Viren entwickelt. Unsere langjährige Erfahrung im Virus-Enginee- ring ermöglicht das maßgeschneiderte Design von Viren zur gezielten Prävention (Vakzine) und Therapie (onkolytische Viren). Für den gezielten Transport und die kontrollierte Abgabe von Wirkstoffen (Drug Delivery und Release) formulieren wir Wirkstoffe beispielsweise in eine Matrix, die aus biobasierten, polymeren oder silikatischen Materialien besteht. Medizintechnik Unsere Expertise im Bereich Medizintechnik zur Herstellung funktionaler Oberflächen, zur Materialentwicklung und Ober- flächenanalytik runden das Leistungsspektrum des IGB ab. Der Fokus liegt hierbei auf Beschichtungstechnologien und Materialentwicklungen bis hin zu biologischen Tinten für medizintechnische Unternehmen. Darüber hinaus etablieren wir Plasma- und UV-Sterilisationsverfahren zur Entkei- mung und Entfernung pyrogener Rückstände im Hinblick auf größtmögliche Effektivität und Materialschonung. In unserer GLP-Einrichtung führen wir nicht-klinische Sicher- heitsprüfungen der Prüfkategorie 9 (»Zellbasierte Testsysteme zur Bestimmung biologischer Parameter) wie Bioaktivitäts-, Zytotoxizitäts- und Immunogenitätsprüfungen für alle oben genannten Branchen durch. Reinräume (ISO) ermöglichen das Arbeiten nach GMP- Richtlinien am IGB. Kontakt apl. Prof. Dr. Steffen Rupp Telefon +49 711 970-404 steffen.rupp@igb.fraunhofer.de 4 3

3 4 Screening nach Psoriasis-Therapeutika in bizyklischen genetisch kodierten Bibliotheken Heart-on-Chip – Plattform zur Erzeugung von skaligem erzgewee durch entrifugation An der unheilbaren, entzündlichen Hautkrankheit Psoriasis leiden zwei Prozent der Weltbevölkerung. Therapien haben er- hebliche Nebenwirkungen: Sie schwächen das Immunsystem. Toll-like-Rezeptoren (TLR) des angeborenen Immunsystems spielen bei entzündlichen Hauterkrankungen eine Schlüsselrol- le. So exprimieren Keratinozyten bei Psoriasis verstärkt TLR. Im Projekt PsoBiBi werden TLR-Antagonisten zur topischen Ap- plikation als Alternative zur systemischen Psoriasisbehandlung identifiziert, synthetisiert und validiert. Beim Screening von Bibliotheken müssen Substanzen einzeln getestet werden. In diesem Projekt wird dagegen eine ge- netisch codierte fragmentbasierte Plattformtechnologie von 4Hour Discovery zum Screening nach Peptiden eingesetzt, die an mehrere TLR binden. Diese Phagen-Bibliotheken umfassen mehr als 109 lineare und zyklische Peptide, die zeitgleich und in Konkurrenz zueinander in einem zellbasierten TLR-Reportergen-Assay (EP 2 041 172) und in einem zellfreien System am IGB gescreent werden. So werden in nur einem Ansatz an TLR bindende Peptide gefunden und über die Phagen-Codierung mittels Deep-Sequencing identifiziert. Hit-Peptide werden von der EMC microcollections GmbH bereitgestellt und ihre antagonistische Wirkung am IGB mit dem zellbasierten Reportergen-Assay validiert. Diese Anta- gonisten werden mit humanen 3D-In-vitro-Hautmodellen, ergänzt um TLR überexprimierende Reportergen-Hautzellen (EP 27931A1), sowie Psoriasis-Biopsien bei topischer Appli- kation untersucht (Abb. 3). Trotz intensiver Forschung sind Herz-Kreislauf-Erkrankungen weltweit immer noch eine der häufigsten Todesursachen. Jüngste Durchbrüche in der Molekular- und Zellbiologie wie die Herstellung von humanen induziert pluripotenten Stamm- zellen (iPSCs) und daraus abgeleitete In-vitro-Gewebemodelle bieten ein immenses Potenzial für die pharmazeutische For- schung und Präzisionsmedizin. Derzeit verfügbare Herzgewe- bemodelle benötigen jedoch große Zellmengen und erfordern komplexe Zellinjektionsprotokolle, was die Anwendung der neuen Technologien erschwert. Das Fraunhofer IGB hat eine neuartige, benutzerfreundliche Heart-on-Chip-Plattform (HoC) entwickelt, welche die paralle- lisierte Erzeugung von µ-skaligem Herzgewebe erlaubt und eine minimale Funktionseinheit eines Herzmuskels nachahmt. Durch einfache Zentrifugationsschritte werden aus iPSCs ge- wonnene Herzmuskelzellen in acht mikroskalige Gewebekul- turkammern (Abb. 4) eingebracht und anschließend zu schla- genden Geweben kultiviert. In der nächsten Projektphase werden wir Auslesefunktionen zur In-situ-Bestimmung kon- traktiler Kräfte und elektrophysiologischer Parameter integrie- ren, sowie externe Stimuli zur Verbesserung der Geweberei- fung einbringen. Damit stellt die neue HoC-Plattform ein breit anwendbares, praxistaugliches Werkzeug dar, das in jedem Labor als miniaturisiertes physiologisches In-vitro-Herzgewe- bemodell für Medikamententests oder zur Krankheitsmodel- lierung eingesetzt werden kann. www.igb.fraunhofer.de/psobibi www.igb.fraunhofer.de/heart-on-chip Kontakt Dr.-Ing. Christina Kohl Telefon +49 711 970-413 christina.kohl@igb.fraunhofer.de Kontakt Oliver Schneider Telefon +49 711 970-417 oliver.schneider@igb.fraunhofer.de 4 5

Wir verbinden BIOLOGIE und TECHNIK ... ... indem wir Viren auf Ebene des Genoms engineeren. Auf diese Weise können wir maßgeschneiderte Viren und virale Plattform-Vektoren für den therapeutischen Einsatz, etwa gegen Krebs, programmieren – und biotechnologisch produzieren. apl. Prof. Dr. Susanne Bailer ... durch die Kultivierung von menschlichen Gewe- bezellen in einer künstlichen, mikrophysiologischen Umgebung. Die Funktionalität der Organe wird in unseren Organ-on-Chip-Systemen nachgebildet, wie wir z. B. mit schlagenden Herz- oder sehenden Retinageweben zeigen. Damit eignen sie sich für das nicht-klinische Screening von Arzneimitteln, Kosmetika und Chemikalien sowie die biomedizini- sche Grundlagenforschung und die personalisierte Medizin – und helfen, Tierversuche zu reduzieren. Jun.-Prof. Dr. Peter Loskill … durch Verbindung von DNA-Hochdurchsatzsequenzierung und Bioinformatik. Damit werden innovative, neuartige Diagnose- Plattformen ermöglicht – Next Generation Diagnostics. Dr. Kai Sohn 47

VERFAHRENSENTWICKLUNG UND SCALE-UP ZUR HERSTELLUNG NACHHALTIGER CHEMIKALIEN, KRAFTSTOFFE UND MATERIALIEN AUS BIOGENEN ROH- / RESTSTOFFEN ODER CO2 Zielmärkte Das Institut sieht sich als Partner für alle Industriezweige, die chemische Stoffe herstellen, verarbeiten oder anwenden so- wie für Planungsbüros und den Maschinen- und Anlagenbau. Der Schwerpunkt liegt auf: Fein- und Spezialchemikalien Gerade durch die enorme Expertise in der Grenzflächenver- fahrenstechnik sind oberflächenaktive Substanzen wie Tensi- de oder auch Beschichtungssysteme besonders interessante Produktgruppen. Dies gilt ebenfalls für die Synthese und Charakterisierung von Stoffen und Materialien, für die eine Wechselwirkung mit biologischen Systemen essenziell ist, so wie bei Additiven für die Landwirtschaft, wie etwa Pflan- zenstärkungsmittel aus Mikroalgen, die das Zellwachstum von Agrarkulturen beeinflussen. Biopolymere und biobasierte Polymere Weitere Beispiele sind Biopolymere als Verpackungsmaterial für Lebensmittel oder im Bereich der Medizinprodukte (siehe Geschäftsfeld Gesundheit). Durch Beschichtungen oder besondere Funktionalitäten der biobasierten Monomere werden neue Eigenschaften erreicht. Dies zeigen vom Fraun- hofer IGB entwickelte transparente Caramide aus Terpenen eindrucksvoll. Ausgehend von nachwachsenden Rohstoffen wie Zucker, Rapsöl oder Algenlipiden haben wir weitere biotechnologische Synthesewege von Grundstoffen für die Kunststoffherstellung aufgezeigt, etwa von kurz- und langket- tigen Dicarbonsäuren und Fettsäureepoxiden. Lebensmittel, Futtermittel und Kosmetika Funktionelle Inhaltsstoffe aus Mikroalgen oder Koppel- produkte der Agrar- und Lebensmittelproduktion können aufgrund ihrer antioxidativen, immunstimulierenden oder antimikrobiellen Eigenschaften auch als Futtermittel oder Nah- rungsergänzungsmittel eingesetzt werden. Hierzu entwickeln wir Kultivierungsverfahren sowie produktschonende Trenn- verfahren beispielsweise zur Extraktion und Aufreinigung. Zudem erarbeiten wir neue physikalische Verfahren zur Stabilisierung und Konservierung von Lebensmitteln, Kos- metika und Arzneistoffen sowie pflanzlichen Extrakten. Power-to-X und chemisches CO2-Recycling Durch die Verfügbarkeit regenerativer Elektroenergie ver- schmelzen zukünftig die Sektoren Chemie und Energie immer stärker, da erzeugte Redoxäquivalente in Power-to--Verfah- ren für Syntheseprozesse genutzt werden können. Das Institut errichtet hierzu am Standort Leuna die Elektrolysetest- und Versuchsplattform ELP und die Hy2Chem-Skalierungsplatt- form für Synthesen mit regenerativem Wasserstoff, um – wie in anderen Bereichen – Technologieentwicklungen bis in den Demonstrationsmaßstab abbilden zu können. Modularer Anlagenbau Zunehmend kürzere Entwicklungs- und Realisierungs- zeiten für verfahrenstechnische Prozesse bei gleichzeitiger Effizienz steigerung, Adaptivität und Flexibilität im Betrieb sowie einfacher Skalierbarkeit bei schwankender Nachfrage sind aktuelle Treiber für eine modulare Bauweise von Anlagen in der Prozessindustrie. Durch die am Institut vor- handene breite ingenieurstechnische Expertise können Aspek- te des modularen Anlagenbaus in die Verfahrensentwicklung einfließen und bis zur Demonstration realisiert werden, wie im Fraunhofer-Konsortium MODAB bereits gezeigt. Kontakt Dipl.-Chem. (FH) Gerd Unkelbach Telefon +49 3461 43-9101 gerd.unkelbach@cbp.fraunhofer.de 4 9

3 4 SurfGlyco – Verbesserte Strategien zur biotechno- logischen Herstellung maßgeschneiderter Biotenside BioDiMet – Selektive nachhaltige Methylierung zur diversitätsorientierten Synthese bioaktiver Stoffe Tenside sind oberflächenaktive Moleküle, die in zahlreichen Produkten in großen Mengen eingesetzt werden. Marktstu- dien postulieren einen globalen jährlichen Verbrauch von bis zu 20 Millionen Tonnen bis 2021. Besonders im Kosmetik- und Körperpflegemarkt ist das Bewusstsein der Verbraucher für die Verwendung biobasierter Produkte gestiegen. Daher haben Firmen bereits chemisch synthetisierte Tenside auf Basis nachwachsender Rohstoffe etabliert. Die wenig nachhaltige Produktion der meisten für ihre Herstellung benötigten le fordert jedoch Alternativen, die im Projekt SurfGlyco erforscht wurden. Das IGB konzentrierte sich dabei darauf, die mikrobielle Herstellung von Biotensiden aus Zuckern als einziger Kohlenstoffquelle zu optimieren. Nach der Auswahl von Mikroorganismen, die sogenannte Cellobioselipide (CL) synthetisieren, wurde der Fermentationsprozess optimiert und in ein Bioreaktorsystem übertragen, um CL-Muster für Anwendungsprüfungen der Projektpartner bereitzustellen. Darüber hinaus haben wir Methoden zur Produktaufarbeitung etabliert, die entweder nicht-toxische Lösungsmittel wie Etha- nol einsetzen oder vollständig auf deren Verwendung verzich- ten. Unsere Partner konnten Fortschritte beim Einsatz der CLs in indikativen Prototypformulierungen erzielen. Die Arbeiten eröffnen die Möglichkeit, CLs als multifunktionale Additive in Kosmetik- oder Körperpflegeprodukten einzusetzen. Dies ist auf ihre Fähigkeit zurückzuführen, lipophile und hydrophile Substanzen in Öl und in Wasser zu dispergieren. Außerdem zeigten die untersuchten CLs Potenzial als Emulsionsstabi- lisator und Verdicker. Dies deutet auf eine zukünftig breite Anwendbarkeit in Formulierungen vielfältiger Art hin. Die nachhaltige Synthese neuer bioaktiver Stoffe stellt eine kontinuierliche Herausforderung für den Bedarf in verschie- denen Märkten der Pharma-, Agro- oder Duftstoff- Aromen- Industrie dar. Im ERA CoBioTech-Projekt BioDiMet steht die Entwicklung einer robusten und modularen Methyltransferase- Toolbox im Fokus, die für die selektive Synthese neuartiger bioaktiver Stoffe für Pharmaanwendungen verwendet werden kann. Dabei entwickelt das IGB chemo-enzymatische Kaska- denreaktionen unter Verwendung von S-Adenosylmethionin- abhängigen (SAM) Methyltransferasen (MT) in Kombination mit einem Cofaktor-Supplysystem. Die Synthesestrategie folgt dem Vorbild Natur und ist dadurch für die Verwendung von biobasierten Molekülen prädestiniert. Herkömmliche Synthesemethoden zur Methylierung sind unter ähnlichen Bedingungen nicht leicht realisierbar. BioDiMet vereint sieben Expertenteams aus fünf Ländern zu einem weltweit führenden Konsortium. Die Arbeiten umfassen drei Technologieplatt- formen: die Synthese von neuartigen Methylakzeptoren, die Entwicklung neuer Methyltransferasen und die Bereitstellung von SAM-Analoga. Im Projektverlauf konnten neue Reaktionskaskaden aufge- zeigt, dutzende Methyltransferasen zugänglich gemacht und eine schnelle Analytik für Methylierungsreaktionen etabliert werden. Zudem wurden neuartige pharmarelevante Methyl- akzeptor-Substrate synthetisiert. Diese Module sollen zukünf- tig zusammengeführt und hochskaliert werden, sodass die exklusive Methyltransferase-Toolbox industriell nutzbar wird. www.igb.fraunhofer.de/surfglyco www.igb.fraunhofer.de/biodimet Kontakt Dr.-Ing. Susanne Zibek Telefon +49 711 970-4167 susanne.zibek@igb.fraunhofer.de Kontakt Dr. Michael Richter Telefon +49 9421 17-33 michael.richter@igb.fraunhofer.de 51

3 4 SusPackaging – Nachhaltige Produktion von Polyhydroxyalkanoaten für Verpackungsmaterialien Funktionelle Inhaltsstoffe aus Algen für gesunde ahrungsmittel und zur Panzenstrkung im einau Plastik in der Umwelt, Mikroplastik in den Meeren – die Nachfrage nach umweltverträglichen Verpackungen in der Kosmetik- und Lebensmittelindustrie steigt. Ziel des Projekts SusPackaging ist daher, eine grüne Wertschöpfungskette für die Produktion von biobasierten und bioabbaubaren Verpackungsmaterialien aufzubauen. Im Zentrum stehen Poly- hydroxyalkanoate (PHA), die ähnliche Eigenschaften wie her- kömmliche Kunststoffe aufweisen, aber biologisch abbaubar sind. Die Biopolymere werden von Bakterien als intrazelluläres Speichermaterial synthetisiert. Im Vergleich zu fossilbasierten Polymeren sind PHAs aufgrund der hohen Produktions- und Aufarbeitungskosten allerdings noch nicht wettbewerbsfähig. Das Fraunhofer IGB hat die Herstellung verschiedener moleku- larer PHA-Varianten durch Selektion und Isolierung von Mikro- organismen evaluiert, die mit nachhaltigen Kohlenstoffquellen wachsen, etwa Methan (aus der Biogasproduktion), Zuckern aus Cellulosen und Hemicellulosen (aus forst- und landwirt- schaftlichen Reststoffen) sowie Glycerin (aus der Biodieselpro- duktion). Zudem wird ein hocheffizienter, lösungsmittelfreier Ansatz für das Downstream Processing der Biopolymere entwickelt. Hierzu haben wir die Druckwechseltechnologie für den Zellaufschluss und den Einsatz von überkritischen Fluiden für die Stoffextraktion angepasst (Abb. 3). Die physikalisch- chemischen Eigenschaften der gewonnenen PHAs und ihre Korrelation zu den Qualitätsanforderungen sowie eine ökolo- gische und ökonomische Potenzialanalyse werden zusammen mit unseren Projektpartnern untersucht. Das Projekt MIATEST befasst sich mit der Produktion funkti- oneller Inhaltsstoffe aus Kieselalgen und deren Anwendung in verschiedenen Bereichen. Am Fraunhofer IGB wird die Produktion der Inhaltsstoffe sowie deren Extraktion und Auf- reinigung optimiert. Bei der Mikroalgenkultivierung haben die Kultivierungsbedin- gungen wesentlichen Einfluss auf die Zusammensetzung der Biomasse. So kann zum Beispiel der Chrysolaminaringehalt durch Anpassung der Kultivierungsbedingungen von < 5 %w / w auf > 30 %w / w gesteigert werden. Gemeinsam mit der Landes- versuchsanstalt für Wein- und Obstbau wird die Anwendung des Polysaccharids Chrysolaminarin als Pflanzenstärkungs- mittel im Weinbau getestet. Hierbei geht es darum, eine Alternative zu bisherigen Präparaten gegen Pilzkrankheiten zu finden. Die Universität Hohenheim führt Versuche zur Anwen- dung der Mikroalgenbiomasse im Bereich Humanernährung durch. Neben Chrysolaminarin stehen hier vor allem das Pigment Fucoxanthin sowie Eicosapentaensäure, eine Omega- 3-Fettsäure, im Fokus. Vor allem Fucoxanthin stößt bei der Industrie auf Interesse, da es neben antioxidativen, antiinflammatorischen auch krebs- hemmende und gewichtsreduzierende Wirkung zeigt. Am Fraunhofer IGB wurde bereits ein Verfahren zur Gewinnung von hochreinem Fucoxanthin (> 90 Prozent) entwickelt. www.igb.fraunhofer.de/suspackaging www.igb.fraunhofer.de/miatest Kontakt Dr. Ana Luca Vsquez-Caicedo Telefon +49 711 970-3669 analucia.vasquez@igb.fraunhofer.de Kontakt Konstantin Frick M. Sc. Telefon +49 711 970-4074 konstantin.frick@igb.fraunhofer.de 5 3

3 4 CELBICON – Elektrochemisch-biotechnologische Prozess - kaskade zur Synthese chemischer Produkte aus CO2 Synthese von Wasserstoffperoxid (H2O2) in einer elektrochemischen Zelle Die Entwicklung von Verfahren zur Verwertung des Treib haus- gases CO2 wird ein entscheidender Baustein einer zukünftigen klima- und ressourcenschonenden Kreislaufwirtschaft sein. Im Ende des Jahres 2019 abgeschlossenen EU-Projekt »CELBICON« hat das Fraunhofer IGB gemeinsam mit Partnern aus Wissenschaft und Industrie eine mögliche Prozesskette entwickelt und validiert. Der erste Schritt in der Prozesskette ist die CO2-Adsorption aus der Luft. Diese gelang mittels einer vom Projektpartner Climeworks (Schweiz) entwickelten Pilot- anlage. Das so gewonnene CO2 wird anschließend elektroche- misch zu Ameisensäure umgesetzt. Das Fraunhofer IGB entwi- ckelte für diesen Schritt sowohl zinnhaltige Katalysatoren als auch einen phosphatbasierten Pufferelektrolyten. Darüber hi- naus baute das IGB eine automatisierte Demonstrationsanlage (Abb. 3), in der die Umsetzung des aus der Luft gewonnenen CO2 zu Ameisensäure in einer elektrochemischen Zelle der Partner Gaskatel (Deutschland) und Hysytech (Italien) unter relevanten operationellen Bedingungen getestet wurde. Im Projektverlauf konnte demonstriert werden, dass elektroche- misch aus CO2 hergestellte Ameisensäure mikrobiell zu einem Produkt aus dem Terpenoid-Stoffwechsel umgesetzt werden kann. Hier gelang die Entwicklung eines Fed-Batch-Prozesses im 10-Liter-Maßstab, der zusammen mit einer Prozessoptimie- rung gute Biomasseausbeuten ergibt. Die Produktaufreinigung wurde erfolgreich etabliert und es wurde gezeigt, dass die in der Fermentation eingesetzte Ameisensäure zu 14 Prozent in einen wertschöpfenden terpenoiden Farbstoff überführt werden kann. 95 Prozent der weltweiten H2O2-Produktion von etwa 2,2 Me- gatonnen pro Jahr wird nach dem Anthrachinon-Prozess her- gestellt, einem teuren Verfahren, das für die verbrauchernahe lokale Produktion in kleinem Maßstab nicht geeignet ist. Die elektrochemische Synthese von H2O2 (Abb. 4) stellt ein alter- natives und kosteneffizientes Verfahren dar – sowohl für den kleinen als auch industriellen Maßstab. Gemeinsam mit Part- nern der Universität Southampton haben IGB-Wissenschaftler einen Übersichtsartikel zu Design und Bewertung von Elektro- denmaterialien für die Elektrosynthese von H2O2 veröffentlicht. Ein wichtiger Ansatz hierbei ist die partielle kathodische Reduktion von Sauerstoff, wobei entweder Edelmetalllegie- rungen oder dotierter Kohlenstoff als Elektrodenmaterialen zum Einsatz kommen. Alternativ kann H2O2 durch anodische Oxidation von Wasser unter Verwendung von Metalloxiden wie BiVO4 als Elektrokatalysatoren gewonnen werden. Die Schwierigkeit besteht hierbei darin, die thermodynamisch begünstigte Sauerstoffbildung zu unterdrücken. Im Rahmen des EU-geförderten Projekts CO2EXIDE arbeitet das Fraunhofer IGB an der Entwicklung aktiver und selektiver Katalysatoren für die parallele Synthese von Ethylen durch die kathodische Reduktion von CO2 sowie von H2O2 durch die anodische Oxidation von Wasser. Beide Produkte werden in ei- ner anschließenden Reaktion zu Ethylenoxid umgesetzt. Somit ermöglicht der Ansatz die effiziente Produktion von drei wich- tigen Plattformchemikalien – Ethylen, Wasserstoffperoxid und Ethylenoxid – aus CO2, Wasser und elektrischer Energie, also aus gut verfügbaren und komplett erneuerbaren Ressourcen. www.igb.fraunhofer.de/celbicon www.igb.fraunhofer.de/co2exide Kontakt Dr. Lnrd-Istvn Csepei Telefon +49 9421 17-364 lenard-istvan.csepei@igb.fraunhofer.de Kontakt Dhananjai Pangotra M. Sc. Telefon +49 9421 17-439 dhananjai.pangotra@igb.fraunhofer.de 5 5

Wir verbinden BIOLOGIE und TECHNIK ... ... indem wir den Werkzeugkasten der chemischen Synthese durch einen bioinspirierten Ansatz ergänzen. Dadurch ermöglichen wir einen einzigartigen Zugang zu neuen biobasierten Stoffen und Materialien, die für vielfältige technologische Anwendungen in Frage kommen. Dr. Michael Richter … durch die stoffliche Nutzung biogener, regenerativer Ressourcen zur Synthese von Chemikalien. Dabei können wir gesamte Wertschöpfungsketten vom Labor- bis in den Technikumsmaßstab abbilden und die Voraussetzung für die Implementierung klimafreundlicher Syntheseprozesse in der Industrie schaffen. Ulrike Junghans ... indem wir Mikroalgen mit bioverfahrens- technischem Know-how in Photobioreaktoren kultivieren, um komplexe biologische Stoffe herzustellen. Aufgrund ihrer funktionellen Eigenschaften eignen sich diese als wertvolle Ergänzungsmittel für Lebensmittel oder können in Kosmetika als Pigmente eingesetzt werden. Felix Derwenskus, Gordon Brinitzer, Dr. Ulrike Schmid-Staiger 5 7

NACHHALTIGES RESSOURCENMANAGEMENT FÜR INDUSTRIE, KOMMUNEN UND LANDWIRTSCHAFT Zielmärkte Smarte Infrastrukturen für Smart Cities Im speziellen Fokus stehen Entwicklungen im Bereich smarter Infrastrukturen, die die Themen Wasser, Energie, Ernährung und Abfall miteinander verbinden und damit eine gesamt- heitliche Betrachtung aller Strukturen in der Stadt bedeuten. Das Institut hat langjährige Erfahrung im integrierten Was- sermanagement in Städten und Regionen ebenso wie in der Umsetzung von Wasser-.-Ansätzen, die die zunehmende Digitalisierung für den Wasserbereich aufgreift. Kern ist die Erarbeitung von integrierten Strategien für Quartiere, Städte und Gemeinden, die eine Anpassung an die durch den Klima- wandel verursachten Starkregenereignisse, Trockenperioden, etc. erlauben. Trinkwassergewinnung und -aufbereitung Eine Ressource für die Gewinnung von Trink- oder Pro- zesswasser höchster Qualität ist die Luftfeuchte. Aktuelle Forschungsarbeiten am IGB konzentrieren sich auf die Umset- zung von Konzepten, die es ermöglichen, die Luftfeuchte in effizienten Adsorbersystemen zu binden und bei Bedarf als nutzbares Wasser abzugeben. Für die Untersuchung der Belastung mit Keimen und die Be- stimmung der Wirksamkeit von Desinfektionsschritten greifen wir auf langjährige Expertise zurück. Im Einzelnen handelt es sich um die Identifizierung von Bakterien und Pilzen, die Untersuchung von Biofilmen und deren Reduzierung oder Vermeidung im technischen System. Prozesswasseraufbereitung, Abwasser- und Schlamm- behandlung Die langjährige technische Expertise des Instituts bietet so- wohl biologische als auch physikalisch-chemische Metho- den und Lösungen zur Abwasserreinigung und Schlammauf- bereitung für Industrie und Kommunen. Maßgeschneiderte Membranen, Filter und Adsorbentien gehören außerdem zum Portfolio des IGB in der zukünftigen erweiterten Wasser- und Abwasserreinigung. Wasser-Monitoring Ein besonderer Stellenwert kommt außerdem der Entwicklung geeigneter Sensoren, Test- und Monitoringsysteme zu, um Schadsubstanzen in Boden und Wasser messtechnisch zu erfassen und zu bewerten. Das Kompetenzprofil des Instituts hat hier essenzielle Grundlagen in den Bereichen Biosen- soren (biologische Komponente), Funktionalisierung von Sensoroberflächen, Analytik, Automatisierung und Datenanalyse zu bieten. Biogas Als regenerativer, grundlastfähiger Energielieferant wird Bio- energie für die Energiewende immer wichtiger. Die effiziente Erzeugung von Biogas aus Klärschlamm mit dem Verfahren der Hochlastfaulung haben wir bereits auf verschiedenen kommunalen Kläranlagen umgesetzt. Auch für die energe- tische Nutzung von Bioabfällen entwickeln wir spezifische Lösungen vom Gärtest im Labormaßstab bis zur Konzeption von Anlagen im technischen Maßstab. Landwirtschaftliche Biogasanlagen optimieren wir hinsichtlich Produktivität und Effizienz. Sekundärrohstoffe und Wasserwiederverwendung Im Sinne einer nachhaltigen Bioökonomie und nach dem Vorbild natürlicher Stoffkreisläufe sind Schwerpunkte des Instituts mit seinen biotechnologischen und physikalisch- chemischen Entwicklungen zum Wertstoff- und Nähr- stoffrecycling (P, N) und zur Wasserwiederverwendung aus verschiedenen Abwasser-, Abfall- und Restströmen ein wichtiger Beitrag. Für das Phosphorrecycling aus phos- phatreichem Abwasser haben wir beispielsweise mit ePhos® einen elektrochemischen Prozess entwickelt und bis zum Pilotmaßstab demonstriert. Kontakt Dr.-Ing. Ursula Schließmann Telefon +49 711 970-4222 ursula.schliessmann@igb.fraunhofer.de 5 9

3 4 Prozesssteuerung blau-grüner Infrastrukturen in Leipzig Wasserwiederverwendung in der Landwirtschaft – Projekt HypoWave erfolgreich abgeschlossen Leipzig ist eine wachsende Metropole; die Entwicklung weite- rer Wohnflächen im Stadtzentrum deshalb ein wichtiges Ziel der Stadtentwicklung. Mit baulicher Nachverdichtung und den Folgen des Klimawandels (Hitze, Starkregen) ist jedoch eine enorme Belastung der Wasser- und Energieinfrastruktur verbunden. Die beteiligten Akteure der Stadt werden dadurch mit neuen planerischen und rechtlichen Fragestellungen konfrontiert. Das vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) geförderte Verbundprojekt »Leipziger BlauGrün – Blau-grüne Quartiersentwicklung in Leipzig soll am Beispiel des Großprojektes »Eutritzscher Freiladebahnhof« zeigen, wie ein abflussloses und ressourceneffizientes Stadt- quartier gestaltet werden kann. Blau steht dabei für Wasser, Grün für Pflanzen als Element der städtischen Infrastruktur. Ziel ist die Entwicklung neuer, übertragbarer blau-grüner Technologien und Planungstools sowie einer sensorbasierten, robusten Prozesssteuerung. Das Fraunhofer IGB geht hier der Frage nach, wie die Kombi- nation blau-grüner Technologien gleichermaßen robust und effizient gesteuert und der Betrieb und die Erhaltung der Systemarchitektur nachhaltig sichergestellt werden können. In diesem Zusammenhang kann die Erfahrung des IGB bei der Prozessautomatisierung und beim Umgang mit Messdaten auf die Ebene des Stadtquartiers übertragen werden. In einem ersten Schritt werden am Campus des Helmholtz-Zentrums für Umweltforschung Leipzig (Abb. 3) Elemente wie Gründä- cher automatisiert, z. B. durch die Steuerung des Abflusses unter Einbeziehung von Wettervorhersagen. Die Ergebnisse werden dann auf das geplante Quartier übertragen. Seit 2016 hat das Fraunhofer IGB im Verbundprojekt Hypo- Wave untersucht, inwiefern aufbereitetes kommunales Abwasser im hydroponischen Pflanzenbau zur Produktion qualitativ hochwertiger Gemüse oder Schnittblumen ein- gesetzt werden kann. Der entwickelte Prozess wurde auf einer Kläranlage in Wolfsburg (Abb. 4) über drei Vegetati- onsperioden hinweg pilotiert, zudem wurden in Fallstudien an unterschiedlichen Standorten mit Akteuren vor Ort verschiedene Umsetzungsmöglichkeiten eruiert und analy- siert. 2019 wurden die Ergebnisse des Projekts auf mehreren Veranstaltungen mit der Fachöffentlichkeit geteilt. Mit der Verwendung des gereinigten Abwassers können zwei Ziele erreicht werden: die Reinigung des Abwassers, insbesondere in Bezug auf Stickstoff- und Phosphorelimination, sowie ein optimales Pflanzenwachstum durch eine gute Wasser- und Nährstoffversorgung. Für eine gute Versorgung der Pflanzen mit Mikronährstoffen sowie im Hinblick auf die Einhaltung der mikrobiologischen Hygieneanforderungen ist ein ange- messenes Qualitätsmanagement erforderlich. So sollte das Bewässerungswasser mittels geeigneter Maßnahmen, z. B. UV, Ozon oder Membranfiltration, hygienisiert werden. Gelegen- heitsfenster für die Umsetzung des HypoWave-Konzepts sind Situationen in ländlich geprägten Räumen, in denen die Ab- wasserinfrastruktur angepasst werden muss. Es kann auch bei Kläranlagen integriert werden, die eine vierte Reinigungsstufe planen, und bietet sich prinzipiell bei Stadterweiterungen sowie Quartiersneubauten an. Nutzungskonflikte um die Ressource Wasser, die sich durch den Klimawandel zuspitzen, können so entschärft werden. www.igb.fraunhofer.de/leipzigerblaugruen www.igb.fraunhofer.de/hypowave Kontakt Dipl.-Ing. Christiane Chaumette Telefon +49 711 970-4131 christiane.chaumette@igb.fraunhofer.de Kontakt Dr.-Ing. Marius Mohr Telefon +49 711 970-4216 marius.mohr@igb.fraunhofer.de 61

Wir verbinden BIOLOGIE und TECHNIK ... … indem wir die Effizienz von Biogasanlagen – das heißt die Produktivität der Biogas produzieren- den Mikroorganismen – durch Verfahrenstechnik optimieren. Dr. Brigitte Kempter-Regel … durch die Nutzung von Mikroorga- nismen zur Reinigung von Abwasser. Hierzu entwickeln wir effiziente verfahrenstechnische Prozesse und kombinieren sie mit einem holistischen Systemverständnis, beispielsweise von Produktionsprozessen und Stadtsys- temen. So nutzen wir Abwasser- und Abfallströme als Ressource – für gerei- nigtes Wasser, Energie und Nährstoffe. Dr.-Ing. Marius Mohr ... durch Bewertung des Hygienestatus von technischen Oberflächen oder antimikrobiellen Materialoberflächen mit standardisierten mikrobiologischen Bewertungsmethoden. Bryan Lotz 6 3

INNOVATIONS- FELDER DIE FRAUNHOFER-GESELLSCHAFT Forschen für die Praxis ist die zentrale Aufgabe der Fraunhofer- Gesellschaft. Die 1949 gegründete Forschungsorganisation betreibt anwendungsorientierte Forschung zum Nutzen der Wirtschaft und zum Vorteil der Gesellschaft. Vertragspartner und Auftraggeber sind Industrie- und Dienstleistungsunter- nehmen sowie die öffentliche Hand. Die Fraunhofer-Gesellschaft betreibt in Deutschland derzeit 74 Institute und Forschungseinrichtungen. Mehr als 2 000 Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter, überwiegend mit natur- oder ingenieurwissenschaftlicher Ausbildung, erarbeiten das jährliche Forschungsvolumen von mehr als 2, Milliarden Euro. Davon fallen mehr als 2,3 Milliarden Euro auf den Leistungsbereich Vertragsforschung. Rund 70 Prozent dieses Leistungsbereichs erwirtschaftet die Fraunhofer-Gesellschaft mit Aufträgen aus der Industrie und mit öffentlich finanzierten Forschungsprojekten. Rund 30 Prozent werden von Bund und Ländern als Grundfinanzierung beigesteuert, damit die Institu- te Problemlösungen entwickeln können, die erst in fünf oder zehn Jahren für Wirtschaft und Gesellschaft aktuell werden. Mit ihrer klaren Ausrichtung auf die angewandte Forschung und ihrer Fokussierung auf zukunftsrelevante Schlüsseltech- nologien spielt die Fraunhofer-Gesellschaft eine zentrale Rolle im Innovationsprozess Deutschlands und Europas. Die Wirkung der angewandten Forschung geht über den direkten Nutzen für die Kunden hinaus: Mit ihrer Forschungs- und Ent- wicklungsarbeit tragen die Fraunhofer-Institute zur Wettbe- werbsfähigkeit der Region, Deutschlands und Europas bei. Sie fördern Innovationen, stärken die technologische Leistungs- fähigkeit, verbessern die Akzeptanz moderner Technik und sorgen für Aus- und Weiterbildung des dringend benötigten wissenschaftlich-technischen Nachwuchses. Ihren Mitarbeiterinnen und Mitarbeitern bietet die Fraunhofer- Gesellschaft die Möglichkeit zur fachlichen und persönlichen Entwicklung für anspruchsvolle Positionen in ihren Instituten, an Hochschulen, in Wirtschaft und Gesellschaft. Studierenden eröffnen sich aufgrund der praxisnahen Ausbildung und Erfahrung an Fraunhofer-Instituten hervorragende Einstiegs- und Entwicklungschancen in Unternehmen. Internationale Kooperationen mit exzellenten Forschungs- partnern und innovativen Unternehmen weltweit sorgen für einen direkten Zugang zu den wichtigsten gegenwärtigen und zukünftigen Wissenschafts- und Wirtschaftsräumen. Namensgeber der als gemeinnützig anerkannten Fraunhofer- Gesellschaft ist der Münchner Gelehrte Joseph von Fraunhofer (177 – 126). Er war als Forscher, Erfinder und Unternehmer gleichermaßen erfolgreich. Stand der Zahlen: Januar 2020 www.fraunhofer.de Fraunhofer-Zentrale in München. 6 5

Virus-basierte Technologien Funktionelle Inhaltsstoffe Im Fokus des Innovationsfelds stehen Konzepte und Lösungen für den Einsatz von Viren und Phagen zur gezielten Anwen- dung in der Medizin (Prävention, Therapie, Diagnostik) oder Biotechnologie sowie zur biointelligenten Nutzung. Das Leis- tungsangebot reicht dabei vom Genom-Engineering bis zur Prozessentwicklung im Labormaßstab. Einen Schwerpunkt bildet das Engineering von Viren zu the- rapeutischen Wirkstoffen. Onkolytische Viren beispielsweise gelten als Hoffnungsträger in der Krebstherapie. Im Innova- tionsfeld wurde bereits eine virale Plattform auf Basis von Herpes Simplex-Virus 1 (HSV-1) entwickelt. Die Fähigkeit von viralen Vektoren Viren, genetische Information in Zellen zu transportieren und dort zu verankern, kann vielfältig genutzt werden, z. B. auch für die Zell- und Gentherapie. Bakteriophagen sind attraktive Alternativen für die Bekämp- fung von antibiotikaresistenten Bakterien und technologisch vielfältig einsetzbar, etwa zur Herstellung von Antikörpern, als biointelligente Aktoren und Sensoren in der Fermentation oder beim Abbau von Biofilmen. Darüber hinaus entwickeln wir Virus-like Particles (Virus-ähnliche Partikel) als Vakzine und zum zielgenauen Drug Delivery. Arbeitsgebiete und Technologien Engineering therapeutischer Viren Onkolytische Viren Virale Vektoren (Zell- und Gentherapie) Phagen-Technologie Virus-like Particles Das Innovationsfeld steht für die maßgeschneiderte Produk- tion und Aufarbeitung von funktionellen Inhaltstoffen aus Mikroalgen und Bakterien für die Herstellung von Lebens- und Futtermitteln, Kosmetika, Biostimulanzien und biobasierten Polymeren. Dafür werden Prozesse auf Basis von CO2, Methan und nachwachsenden Rohstoffen entwickelt. Durch gezielte Prozessführung können diese Verfahren bis in den Pilotmaß- stab überführt werden. Für die schnellere Prozessentwicklung werden neue Online-Analyseverfahren (Echtzeit-MS) und prädiktive Modelle zur Steuerung eingesetzt. Weiterhin ste- hen Aufarbeitungstechnologien im Fokus, wie die effiziente Extraktion von Carotinoiden und Omega-3-Fettsäuren mit subkritischen Lösemitteln und Gewinnung der Einzelkompo- nenten. Durch neue nicht-thermische Verarbeitungsmethoden (Pasteurisierung und Zellaufschluss) sollen hochwertige In- haltsstoffe in Lebensmitteln erhalten werden und zu einer ge- sunden Ernährung beitragen. Über die thermische Behandlung (Trocknung Torrefizierung) von Stoffströmen mit überhitztem Dampf und der Integration in eine Wertschöpfungskette können diese effizienter aufbereitet werden. Energieeffiziente Prozesse für die Gewinnung von Trink- und Prozesswasser aus Luft werden für die technische Umsetzung ausgelegt. Arbeitsgebiete und Technologien Prozessentwicklung für maßgeschneiderte Algeninhalts- stoffe Zellaufschluss und Extraktion mit subkritischen Fluiden Druckwechseltechnologie für Lebensmittel Trocknung Torrefizierung mit überhitztem Dampf Sorptive Wassergewinnung aus Luft Gasfermentation mit Methan Echtzeit-Fermentationsanalyse mit MS Kontakt apl. Prof. Dr. Susanne M. Bailer Telefon +49 711 970-410 susanne.bailer@igb.fraunhofer.de Kontakt Dr. Ulrike Schmid-Staiger Telefon +49 711 970-4111 ulrike.schmid-staiger@igb.fraunhofer.de 6 7

unktionale Oerchen und aterialien Regenerative Ressourcen Die Gestaltung von Material- und Produktoberflächen zur Erreichung definierter Zieleigenschaften ist bei vielen Anwen- dungen in Industrie, Medizintechnik und Diagnostik, bei Tex- tilien und Verpackungen gefragt. Das Innovationsfeld verleiht Oberflächen von Kunststoffen, Keramiken oder Metallen neue Eigenschaften und bietet auch Lösungen für Anwendungen, die eine Kombination verschiedener Verfahren erfordern. So kombinieren wir bei der Sensorbeschichtung die chemische Modifizierung von Materialien mit Druck- und Plasmaverfah- ren zum Auftrag funktionaler Schichten. Zur Modifizierung von Oberflächen nutzen und entwickeln wir im Innovationsfeld Plasmaverfahren vom Labor- bis zum Rolle-zu-Rolle-Pilotmaßstab, aber auch Beschichtungsverfah- ren aus der Gas- und Flüssigphase. Für die Materialherstellung besitzen wir Expertise in der chemischen Synthese und der Formulierung. Dem Innovationsfeld steht eine umfassende analytische Ausstattung zur Charakterisierung von Oberflä- chen, Polymeren und Partikeln zur Verfügung – für Prozess- kontrolle, Qualitätssicherung und Schadensanalytik. Das Innovationsfeld beschäftigt sich in den beiden Arbeits- gruppen Biomassefraktionierung und Chemische Verfahren mit der Entwicklung von Prozessen zur stofflichen Nutzung rege- nerativer Ressourcen (lsaaten, Lignocellulose, H2, CO2) für die Herstellung von Chemikalien. Wertschöpfungsketten können vom Labor- (TRL 3 – 4) bis in den Technikumsmaßstab (TRL 6) abgebildet werden. Dies vereint Verfahren zur Abbildung kompletter Wertschöpfungsketten von der Rohstoffbereitstel- lung und -konditionierung zur Isolierung der Stoffströme, über die chemische Umwandlung bis hin zu implementierten Pro- zessen zur effektiven Produkt abtrennung und -aufreinigung. So können wir unseren Kunden und Partnern Mustermengen vom Kilogramm- bis in den Tonnenmaßstab bereitstellen. Für die Implementierung in Bioraffinerie-Konzepte spielt die techno-ökonomische Bewertung der Prozesse eine entscheidende Rolle. Gemeinsam mit Partnern führen wir im Innovationsfeld Bewertungen durch, die als Grundlage für eine weiterführende Prozess- und Anlagenauslegung im Demonstrations- oder Industriemaßstab dienen. Arbeitsgebiete und Technologien Materialien und Formulierungen ¡ Modifizierung von Biopolymeren Hydrogele ¡ Verkapselung / partikuläre Systeme ¡ Tintenformulierung für das Bioprinting ¡ Formulierung von Beschichtungsdispersionen Funktionale Oberflächen ¡ (Bio-)Sensoroberflächen ¡ Anti-Eis - / Antihaft-Beschichtung ¡ Beschichtungen für die Medizintechnik ¡ Barriere-Beschichtungen Arbeitsgebiete und Technologien Biomassefraktionierung ¡ lsaaten-Bioraffinerie ¡ Lignocellulose-Bioraffinerie Chemische Verfahren ¡ Biogene Epoxidharze ¡ Wertschöpfung von Lignin ¡ Strombasierte Kraftstoffe und Chemikalien – Elektrolyseplattform Leuna ¡ Produktabtrennung und -aufarbeitung ¡ Prozess- und Anlagenauslegung Kontakt Dr. Michaela Müller Telefon +49 711 970-4140 michaela.mueller@igb.fraunhofer.de Kontakt Ulrike unghans M. Sc. Telefon +49 3461 43912 ulrike.junghans@cbp.fraunhofer.de 6 9

Bioinspirierte Chemie Das Innovationsfeld erforscht nachhaltige Konversionsverfah- ren und befasst sich insbesondere mit der Entwicklung neuer Synthese- und Herstellungsmethoden für Fein- und Spezial- chemikalien sowie für Funktionsmaterialien der Zukunft. Dabei werden biomolekulare Strukturen und Syntheseprinzipien zur Erzeugung neuer Stoffeigenschaften genutzt. Die Herangehensweise fokussiert auf interdisziplinäre Ansätze synthetischer und retrosynthetischer Strategien, die chemische und biologische Aspekte vereinen und somit zu innovativen Herstellungsprozessen führen. Die Funktionalität der Produkte wird anhand anwendungstechnischer Anforderungen bewer- tet und im Hinblick auf eine industrielle Nutzung optimiert. Ziel der Aktivitäten ist eine Erweiterung des Werkzeugkastens für die nachhaltige Synthese durch die Synopse von Rohstof- fen, Konversionsmethoden und gewünschten Produkteigen- schaften. Damit sollen Technologiesprünge zu »grünen« Che- mikalien und Materialien mit gleichzeitig neuer Funktionalität erreicht werden. Arbeitsgebiete und Technologien Entwicklung bioinspirierter Syntheserouten Chemo-enzymatische Synthese Organische Synthese Biobasierte Monomer- und Polymersynthese Herstellung und Verarbeitung biobasierter Materialien Transiente, responsive, schaltbare Materialien Bioabbau von Spezialchemikalien Chemische Analytik, Materialcharakterisierung und Materialprüfung Kontakt Dr. Michael Richter Telefon +49 9421 17-33 michael.richter@igb.fraunhofer.de 7 1

IMPRESSUM REDAKTION UND LEKTORAT Dipl.-Wirt.-Ing. (FH) Antje Hetebrüg, Jan Müller M. A., Dipl.-Des. Thaya Schroeder (Bild), Dr. Claudia Vorbeck und die jeweils als Ansprechpartner oder Autoren genannten Wissenschaftler. GESTALTUNG UND PRODUKTION Dipl.-Des. Thaya Schroeder BILDQUELLEN Bayerl, Günther: Seiten , 14, 3 Fogel, Walter: Seite 6 Kleinbach, Frank: Seite 7 Krötz, Rafael: Seite 23 Michalke, Norbert: Umschlag, Seiten 69, 70 Müller, Bernd: Umschlag, Seiten 44, 4, 66, 69, ökonzept: Seite 39 Shutterstock: Umschlag, Seiten 10, 2021, 42, 4, 1, , 63, 6 DRUCK Fraunhofer Verlag, Mediendienstleistungen, Stuttgart Alle anderen Abbildungen © Fraunhofer IGB / Fraunhofer-Gesellschaft ANSCHRIFT DER REDAKTION Fraunhofer-Institut für Grenzflächen- und Bioverfahrenstechnik IGB Dr. Claudia Vorbeck Nobelstraße 12 7069 Stuttgart Dieser Jahresbericht wurde klimaneutral mit Farben auf Pflanzenölbasis gedruckt. Das verwendete Papier ist aus 100 % Altpapier und die Rohstoffe stammen aus nachhaltiger Forstwirtschaft. Es ist mit dem EU Eco label AT / 11 / 002 und dem Blauen Engel ausge- zeichnet. BioEcoSIM®, Carmid-R®, Carmid-S®, ePhos®, NANOCYTES®, nanodyn®, Morgenstadt® und POLO® sind eingetragene Marken der Fraunhofer- Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e. V. in Deutschland. Bei Abdruck ist die Einwilligung der Redaktion erforderlich. Fraunhofer IGB, Stuttgart 2020 7 3

100 Aktivitäten in Fachausschüssen und Gremien 258 Projekte 119 Strategische Kooperationen 33 neu erteilte Schutzrechte Detaillierte Informationen www.igb.fraunhofer.de/daten