FutureProteins

Im Projekt FutureProteins verfolgen mehrere Fraunhofer-Institute das Ziel, zukunftsweisende Technologien für die Proteinversorgung aus Pflanzen, Algen, Insekten und Pilzen als Alternative zu tierischen Nahrungsmitteln zu entwickeln. Die Abteilung Verfahrenstechnik von UMISCHT arbeitet dabei an der Extraktion von Proteinen aus Grünpflanzen wie Weizengras. Darüber hinaus bewertet die Abteilung Nachhaltigkeit und Partizipation des Fraunhofer UMSICHT die entwickelten Indoor-Farmingsysteme und Proteingewinnungsverfahren hinsichtlich ihrer Nachhaltigkeit im Vergleich zur konventionellen Proteingewinnung.

Proteine sind lebensnotwendig. Gleichzeitig sind sie auch auf dem besten Weg, Mangelware in der globalen Nahrungsmittelversorgung zu werden. Durch extreme Wetterlagen als Ergebnis des Klimawandels sowie Belastungen von Böden und Gewässern durch den Einsatz von Pestiziden und Düngemittel kann dieser Mangel in Zukunft weiter ansteigen. Ein Lösungsansatz für diese Herausforderung liegt in der Erschließung neuartiger Proteinquellen als nachhaltige und massentaugliche Alternative zu konventionellen tierischen und pflanzlichen Nahrungsmitteln.

Seit Anfang 2021 entwickeln sechs Fraunhofer-Institute Anbausysteme und Prozesse, um nährstoffreiche Proteine aus Pflanzen, Insekten, Pilzen und Algen zu gewinnen. Diese Proteinquellen sind sehr resilient und können ganzjährig und klimaunabhängig effizient anzubauen. Ein weiterer wichtiger Bestandteil von »FutureProteins« ist es, dass Energie-, Abfall- und Abwasserströme aus den Anbausystemen und Aufarbeitungsprozessen genutzt werden, um kosteneffiziente und ressourcenschonende Kreisläufe entlang der Wertschöpfung zu schaffen.

Gewinnungsprozesse und Verarbeitungsverfahren für Proteine aus Grünpflanzen

Die Abteilung Verfahrenstechnik des Fraunhofer UMISCHT arbeitet dabei an den Gewinnungsprozessen und Verarbeitungsverfahren für Proteine aus Grünpflanzen wie Weizengras.

Fraunhofer UMSICHT begleitet die Entwicklung des Projekts durch die Nachhaltigkeitsbewertung mit Hilfe der Methoden der Ökobilanz (Life Cycle Assessment) und der sozialen Ökobilanz (social Life Cycle Assessment). Ziel der Nachhaltigkeitsbewertung ist es, die ökologischen Wirkungen der alternativen Proteinerzeugung für Lebensmittel aus Weizengras, Insekten, Mikroalgen sowie Pilzen zu quantifizieren und diese mit der Wirkung von Proteinen aus konventionellen Biomassen zu vergleichen. Der Untersuchungsraum schließt alle Prozesse bis zum fertigen Lebensmittel ein. Explizit berücksichtigt werden dabei die eingesetzte Energie, die Infrastruktur als auch Verbrauchsmittel. Die Ökobilanz ermöglicht auch die frühzeitige Identifizierung von ökologischen Hotspots, durch die das Design modifiziert werden kann, um die Umweltauswirkungen zu reduzieren. Darüber hinaus zeigt die Ökobilanz Trade-Offs zwischen verschiedenen Umweltauswirkungskategorien auf, die eine ausgewogene Interpretation erlauben. Zudem untersuchte Fraunhofer UMSICHT wie sich der ökologische Fußabdruck des Produkts verändern könnte, wenn der Produktionsprozess vom Labormaßstab in die industrielle Anwendung gebracht wird und an welchen Stellen Optimierungspotenziale bestehen.

Die Gewinnung von Proteinen wurde im Rahmen des Projekts erfolgreich entwickelt, getestet und optimiert. Zudem produzierten die Forschenden die gewonnenen Proteine in kleinen Mengen und setzten diese in verschiedenen Lebensmitteln und testeten sie.

Die Ökobilanz hilft dabei, ökologische Hotspots der entwickelten Technologien zu identifizieren. Die Ergebnisse der Ökobilanz zeigen, dass die drei Proteinquellen bei der Nutzung des heutigen Strommix‘ - außer im Fall der Mehlwürmer - noch eine zu hohe Umweltwirkung aufweisen, was vor allem auf den hohen Stromverbrauch der Anbausysteme zurückzuführen ist. Die Umweltwirkungen werden sich jedoch deutlich verringern, wenn zukünftig mehr erneuerbare Energien zum Einsatz kommen. Außerdem zeigen die Ökobilanzanalysen ein großes Optimierungspotenzial, z. B. durch die Einsparung von Energie und Material, indem die Produktionssysteme effizienter designt und die Produktionssysteme miteinander gekoppelt werden.

• Fraunhofer-Institut für Molekularbiologie und Angewandte Ökologie IME
• Fraunhofer-Institut für Verfahrenstechnik und Verpackung IVV
• Fraunhofer-Institut für Grenzflächen- und Bioverfahrenstechnik IGB
• Fraunhofer-Institut für Optronik, Systemtechnik und Bildauswertung IOSB
• Fraunhofer-Institut für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik IWU
• Fraunhofer-Institut für Umwelt-, Sicherheits- und Energietechnik UMSICHT