Zum Begriff und Verständnis der Bioökonomie
Die Bioökonomie zielt darauf ab, die menschliche Wirtschaftsweise mit der Natur in Einklang zu bringen. Im Zentrum steht ein umfassender Wandel oder Übergang zu einer nachhaltigen Wirtschaft (Bioökonomierat, 2017). Als Treiber der Bioökonomie gelten heute die großen gesellschaftlichen Herausforderungen des 21. Jahrhunderts. Die Entwicklung einer nachhaltigen Bioökonomie gilt als wichtige Voraussetzung für die weltweite Ernährungssicherung, den Klimaschutz und die Regeneration der natürlichen Ressourcen, insbesondere fruchtbare Böden, saubere Luft und sauberes Wasser. (El-Chichakli et al., 2016) Die Basis der Bioökonomie bilden nachwachsende Ressourcen, die von Pflanzen, Tieren und Mikroorganismen erzeugt werden. Wichtig sind hierbei nicht nur die nachhaltige Produktion dieser Rohstoffe, sondern auch deren hochwertige und mehrfache Nutzung nach dem Vorbild natürlicher Kreisläufe. In der Forschung und Entwicklung werden biologische Erkenntnisse gewonnen und eingesetzt, um bessere und nachhaltigere Produkte und Dienstleistungen zu entwickeln. Die Bioökonomie erstreckt sich damit quer über alle Sektoren hinweg und kann wegen der Durchdringung der Gesamtwirtschaft mit der Informations- und Kommunikationstechnologie vergleichen werden. (Bioökonomierat, 2017 & Hightech-Forum, 2017)
Eine nachhaltige Bioökonomie zielt auch auf gesellschaftliche Veränderungsprozesse und eine Biologisierung der Wirtschaft – also auf die Anwendung von biologischen und lebenswissenschaftlichen Innovationen in der Wirtschaft. (Bioökonomierat, 2017)
Herausforderungen für die Bioökonomie
Biobasierte Rohstoffe stellen eine der Grundlagen der Bioökonomie dar. Im Zuge der weiteren Entwicklung der Bioökonomie ist davon auszugehen, dass die Nachfrage nach diesen Rohstoffen weltweit steigen wird. Dies ist vor allem auf das stetige Wachstum der Weltbevölkerung zurückzuführen, die laut Prognosen der FAO im Jahr 2050 auf 9,6 Milliarden Menschen ansteigen wird. Die Nachfrage nach Nahrungsmitteln wird nach diesen Annahmen bis 2050 um 60 Prozent ansteigen. (FAO, 2012) Gleichzeitig werden sich die Ernährungspräferenzen aufgrund steigender Pro-Kopf-Einkommen in Schwellen- und Entwicklungsländern hin zum erhöhten Konsum von verarbeiteten bzw. höherwertigen Lebensmitteln verändern. In diesem Zusammenhang wird auch der Konsum von tierischen Produkten steigen, was die Nachfrage nach Futtermitteln erhöhen wird. An dieser Stelle gilt es hervorzuheben, dass bereits heute der größte Teil der weltweit geernteten landwirtschaftlichen Rohstoffe (58%) zur Produktion von Futtermitteln für die Nutztierhaltung verwendet wird. (Flachowsky et al., 2008)
Biobasierte Rohstoffe sind darüber hinaus wichtige erneuerbare Energieträger, und dies nicht nur in Entwicklungsländern. In Deutschland beispielsweise ist Bioenergie (Holz) im Wärmesektor die wichtigste Quelle erneuerbarer Energien. Aber auch für die Stromerzeugung wird ihre Speicherfähigkeit genutzt, um schwankende Beiträge bei Sonnen- und Windenergie auszugleichen.
Motiviert durch eine steigende Nachfrage nach umwelt- und klimafreundlichen Produkten wurden in den vergangenen Jahren zudem zahlreiche Industrie-Innovationen mit biobasierten Rohstoffen und Verfahren entwickelt, beispielsweise in der Holz- und Papierindustrie, der chemischen sowie der pharmazeutischen Industrie. Nicht zu vernachlässigen ist außerdem die Bedeutung von land- und forstwirtschaftlichen Produkten für die Lebensumfeld- und Freizeitgestaltung des Menschen. Dazu zählt beispielsweise die Produktion nicht essbarer gartenbaulicher Produkte, wie Zierpflanzen, Landschaftsgehölze und innerstädtisches Grün. (Bioökonomierat, 2015)
Die Bioökonomie-Politik fordert prinzipiell, dass bei der Verwendung biogener Rohstoffe, die Produktion von Nahrungsmitteln für die Welternährung Vorrang hat. Dennoch werden sich in Bezug auf die verschiedenen Verwendungsarten von biobasierten Rohstoffen zukünftig unweigerlich nicht nur Synergien ergeben. Denn deren Produktion wird von biotischen und abiotischen Faktoren bestimmt, was dazu führt, dass die steigende Nachfrage nach diesen Ressourcen nicht allein über eine reine Mehrproduktion gesättigt werden kann.
Beispielsweise stellen abiotische Produktionsfaktoren weltweit eine immer begrenztere, nicht-erneuerbare Ressource dar. So ist die Verfügbarkeit von Boden in ausreichender Menge und Qualität weltweit beschränkt. Schon heute werden rund 1,5 Milliarden Hektar Fläche für den Anbau von Futter- und Lebensmitteln genutzt. Und vor dem Hintergrund einer stetig wachsenden Weltbevölkerung müssten (bei einer Produktion und Verwendung nach heutigem Standard) diese Flächen zur Sicherung der zukünftigen globalen Ernährungssicherung erweitert werden. (Bringezu et al., 2012) Jedoch ist das Potential zur Flächenausweitung gering und wird unter Berücksichtigung des Klimawandels auf unter 5 Prozent geschätzt (Foley et al., 2011). Hinzu kommt, dass der Bedarf an Flächen auch für nicht-landwirtschaftliche Zwecke (z. B. Infrastrukturausbau) stetig steigt und dass die Bodenqualität zunehmend aufgrund der intensiven Nutzung unter Degradationseffekten wie Strukturverlust, Verdichtung, Versiegelung, Versauerung, Versalzung sowie Erosion leidet. Insgesamt gilt ein Viertel der globalen landwirtschaftlich genutzten Fläche bereits heute als hochgradig geschädigt. (Nkonya et al., 2015 & FAO, 2012) Dies führt zur Bedrohung von ganzen Ökosystemen und zur Beeinträchtigung der Nahrungsmittelproduktion. Denn Böden verlieren ihre Fähigkeit, Nährstoffe und Wasser für die Pflanzenproduktion bereitzustellen (Produktionsfunktion), Kohlenstoff aus der Atmosphäre zu binden, verschmutztes Wasser zu filtern (Regelungsfunktion) und die Artenvielfalt aufrechtzuerhalten (Lebensraumfunktion). (Bioökonomierat, 2015)
Auch die weltweiten Süßwasserressourcen sind in die Kategorie der knappen Georessourcen einzuordnen. Denn allein die Landwirtschaft verbraucht 70 Prozent des global verfügbaren Süßwassers für die künstliche Bewässerung (Brown, 2009) – Tendenz steigend – während die Nachfrage nach Wasser auch in anderen Sektoren steigt. Grundwasserreserven werden damit schneller verbraucht, als sie durch Niederschläge wieder aufgefüllt werden können. (Brown, 2009) In Verbindung mit dem zunehmenden Klimawandel könnte dies weltweit zu noch mehr Wasserknappheit führen (OECD, 2008).
In Bezug auf biotische Faktoren sind beispielsweise pflanzenpathogene Organismen, Schädlinge und Konkurrenzpflanzen zu nennen, die die Produktion von biobasierten Rohstoffen bestimmen. Derartige Schadorganismen können extreme Ernte- und Forstverluste herbeiführen und die erforderlichen Gegenmaßnahmen, speziell chemische Pflanzenschutzmittel, können weitere negative Auswirkungen für Umwelt und Verbraucher haben. (Bioökonomierat, 2015)
Auch der Erhalt der Biodiversität – also der Vielfalt innerhalb der Arten (genetische Diversität), zwischen den Arten (Artenvielfalt) und der Vielfalt der Ökosysteme (Ökosystemdiversität) – spielt eine bedeutende Rolle für die nachhaltige Produktion und Nutzung biobasierter Rohstoffe. Dies betrifft sowohl die marinen, landwirtschaftlichen und forstwirtschaftlichen Bereiche. Die Komponenten der biologischen Vielfalt, die für Ernährung und Landwirtschaft sowie das Funktionieren der Agrarökosysteme relevant sind, werden unter dem Begriff der Agrobiodiversität zusammengefasst. Die Erhaltung und nachhaltige Nutzung der Agrobiodiversität stellt eine ganz wesentliche Voraussetzung für die Produktivität und Ressourceneffizienz entlang der Wertschöpfungskette dar. Der 2017 erschienene Agrar-Bericht des Bundesamtes für Naturschutz dokumentiert erstmals den Artenverlust und die Bedrohung dieser Vielfalt in Deutschland (Bioökonomierat, 2015 & BfN, 2017)
Beiträge und Chancen der Bioökonomie
Um die steigende Nachfrage nach biobasierten Rohstoffen trotz begrenzter Georessourcen zu decken, bietet die Bioökonomie neue Lösungsansätze, die ein verantwortungsvolles, effizientes Ressourcenmanagement fördern, den Rückgang der biologischen Vielfalt stoppen und die Regeneration der Ökosysteme begünstigen. Dazu verfolgt die Bioökonomie zwei Strategien: einmal die nachhaltige und effiziente Produktionssteigerung biobasierter Rohstoffe sowie zum anderen deren effiziente und bedarfsgerechte Verwertung. Wobei ich bemerken möchte, dass die nachfolgenden Absätze Großteils das Hintergrundpapier des Bioökonomierats zur nachhaltigen Bereitstellung von biobasierten agrarischen Rohstoffen zitieren.
Einen Ansatzpunkt für die Steigerung der Produktivität landwirtschaftlicher Erträge sieht die Bioökonomie in der Neu- und Weiterentwicklung von Forschungsansätzen zum Verständnis von Wechselwirkungen zwischen Ausgangssubstrat, Klima, Landschaftsmorphologie, Nutzungsgeschichte, Bewirtschaftung und dem Kohlenstoff- und Nährstoff-Haushalt von Böden. Besonders vor dem Hintergrund der besorgniserregenden Degradation fruchtbarer Böden weltweit, gewinnen Bodenmikroorganismen als Motor der Nährstoffumsetzungen und -verfügbarkeit in Böden mehr und an Bedeutung. Es ist deshalb notwendig, ihre Rolle für die effiziente Pflanzenernährung, den Humus-Aufbau und -Abbau sowie für den Klimaschutz weiter zu erforschen und für eine nachhaltige Landwirtschaft nutzbar zu machen. (Bioökonomierat, 2017)
Einen weiteren Ansatzpunkt sieht die Bioökonomie in der nachhaltigen Intensivierung – der Erzeugung biobasierter Rohstoffe auf bereits genutzten Anbauflächen unter Anwendung neuster Erkenntnisse der Pflanzen- und Tierzüchtung. Die nachhaltige Intensivierung stützt sich auf folgende Schlüsselprinzipien (Royal Society, 2009):
- Beständigkeit: die Fähigkeit, zuverlässig und langfristig (über Generationen hinweg) möglichst hohe Erträge zu liefern.
- Elastizität/Anpassungsfähigkeit: die Fähigkeit, biotische und abiotische Stressfaktoren strukturell und ohne Qualitätseinbußen zu tolerieren oder sogar davon zu profitieren.
- Autarkie: die Fähigkeit, innerhalb von Systemgrenzen mit den vorhandenen Ressourcen (Produktionsfaktoren) die gewünschten hohen Erträge zu liefern.
- Naturerhaltung: die Fähigkeit, die gewünschten Produkte (Food, Feed, Fiber, Fuel) zu produzieren, ohne das Funktionieren der Ökosystemdienstleistungen zu beeinträchtigen und die natürlichen Ressourcen (Biodiversität, Boden, Wasser) zu erschöpfen.
Um diesen Prinzipien gerecht zu werden, bedarf es Forschung und technologischen Weiterentwicklungen entlang der gesamten Primärproduktionskette. (Bioökonomierat, 2015)
So werden zukünftig z. B. Pflanzensorten mit höheren Erträgen und besseren Anpassungsfähigkeiten an verschiedene Anbau- und Umweltbedingungen benötigt. Im Bereich der Pflanzenzüchtung muss dazu zum einen die Optimierung der Pflanzenphysiologie gefördert werden. Dies kann u. a. durch die Weiterentwicklung der Phänotypisierung und die Anwendung der etablierten OMICs-Technologien sowie bioinformatischen Werkzeugen gelingen. Aber auch die Entwicklung und Anwendung neuer biotechnologischer Verfahren kann dazu beitragen, züchterische Maßnahmen zur Generierung besserer Nutzpflanzen voranzubringen.
Die Förderung der Ertragsleistung von Nutzpflanzen muss gleichzeitig durch die kontinuierliche Steigerung des Züchtungserfolges sichergestellt werden. Dabei stellt die wissensbasierte Integration von genomischen und phänotypischer Selektion in einen einheitlichen Züchtungsansatz eine zentrale Herausforderung dar. (Bioökonomierat, 2015)
Im Bereich der Tierhaltung thematisierten bereits verschiedene Ausführungen die Themen Tierwohl und gesellschaftliche Diskussion der modernen Nutztierhaltung (z. B. WBA, 2015) und sprachen entsprechende Empfehlungen aus. Weiterer Forschungsbedarf besteht in diesem Zusammenhang z. B. zum Verständnis der Genotyp-Umwelt-Interaktion von Nutztieren, um Maßnahmen zur tiergerechten Haltung zu identifizieren und Tiergesundheit und Tierwohl zu fördern. Grundsätzlich müssen derartige Ansätze aus Pflanzenanbau und -züchtung sowie Tierzucht, -haltung und -fütterung mit Informations- und Kommunikationstechnologien miteinander verknüpft werden. Denn nur so kann sichergestellt werden, dass der Futterwert von Pflanzen und die Bedürfnisse von Tieren genauer diagnostiziert, zielgerichtet entsprechende Futterpflanzen gezüchtet und Lagerverluste von Futtermitteln verhindert werden. (Bioökonomierat, 2015)
Fortschritte in der Phytomedizin können darüber hinaus dazu beitragen, die Erträge von Nutzpflanzen zu steigern, indem Krankheiten und Beschädigungen der Pflanzen identifiziert und entsprechende Maßnahmen zur Gesundhaltung der Pflanze und der Bekämpfung von Schaderregern ergriffen werden. Dazu kann beispielsweise die Entwicklung von nachhaltigen Kontroll- und Abwehrverfahren beitragen, aber auch die Entwicklung spezifischer Wirkstoffe sowie biologischer Verfahren/biotechnologischer Verfahren für den Pflanzenschutz. Erkenntnisse aus der Resilienzforschung können in diesem Zusammenhang zur ganzheitlichen Charakterisierung sowie Steuerung und Regelung biologisch-technischer sowie sozioökonomischer Systeme beitragen und so die nachhaltige Steigerung der Produktion von biobasierten Rohstoffen sicherstellen. (Bioökonomierat, 2015)
Effiziente und bedarfsgerechte Verwertung biobasierter Rohstoffe
Um eine effiziente und bedarfsgerechte Nutzung biobasierter Rohstoffe zu gewährleisten, setzt die Bioökonomie auf die nachhaltige und effiziente Nutzung der Ressourcenbasis, die Erhöhung der Verwertungseffizienz sowie ein verändertes Konsumverhalten.
In einer zukunftsfähigen Bioökonomie muss die Wirtschaft die biologische Ressourcenbasis effizienter und nachhaltiger als bisher nutzen, sodass idealerweise aus einer Einheit „Input“ mehr „Output“ und Wertschöpfung entsteht. Dies kann beispielsweise durch die Erschließung neuer Anbauflächen, auch in urbanen Räumen, geschehen. Gleichzeitig muss der Umgang mit Düngemitteln so ressourcenschonend wie möglich gestaltet werden, um den Stickstoffhaushalt des Bodens optimal zu regeln. Ansätze wie die Analyse des standort- und sortenspezifischen Stickstoffbedarfs, die Entwicklung technologischer Konzepte zum Stickstoff-Recycling oder dem reduzierten Einsatz von Chemikalien in der Landwirtschaft gewinnen vor diesem Hintergrund an Bedeutung.
Des Weiteren muss für die Verbesserung der Bodenfruchtbarkeit Sorge getragen werden. Die Entwicklung neuer Konzepte für die optimierte Fruchtfolge sowie zum Erosionsschutz erscheinen in diesem Zusammenhang als unabdingbar. Zudem können die Schließung von Nährstoffkreisläufen mithilfe bodenbiologischer Prozesse, aber auch neue Methoden der Bodenbearbeitung dazu beitragen, die Leistungsfähigkeit der Böden zu verbessern und die Bodenstruktur zu schützen.
Im Hinblick auf die effiziente und nachhaltige Nutzung von Wasserressourcen gerät die Entwicklung und Anwendung neuster Bewässerungstechnologien in den Vordergrund. Und durch die Förderung von Genomforschung und Phänotypisierung sowie die Einrichtung von Genbanken kann sichergestellt werden, dass die genetische Vielfalt innerhalb der Arten für deren gezielte Züchtung nutzbar gemacht wird. Aber auch die Entwicklung neuer Konzepte für die Ausgestaltung und Erweiterung der Agrobiodiversität sowie international abgestimmte Strategien können den Erhalt und die nachhaltige Nutzung der Biodiversität fördern.
Einen wesentlichen Beitrag zur nachhaltigen und effizienten Nutzung der Ressourcenbasis stellt darüber hinaus die Präzisionslandwirtschaft dar. Ihr Grundgedanke ist es, begrenzte Ressourcen mit Hilfe von GPS- und sensorgesteuerte Bodenbearbeitungs-, Düngungs-, Pflanzenschutz- und Erntesystemen für den standortangepassten Pflanzenbau effizienter zu nutzen. Gleichzeitig fokussiert sie neue Technologien des „smart livestock farmings“, wie z. B. die Anwendung von sensor- und indikatorgestützten technologischen Lösungen zur Steuerung und Optimierung von Ressourcenverbrauch, Energie- und Stoffflüssen entlang der Wertschöpfungskette. Die Präzisionslandwirtschaft bedient sich dabei den Fortschritten der Landtechnik.
Die Bioökonomie zielt darauf ab, die Verwertungseffizienz biobasierter Rohstoffe entlang der Wertschöpfungskette zu erhöhen und Verluste zu reduzieren. Vor dem Hintergrund, dass rund ein Drittel der produzierten Nahrungsmittel während der Produktion, der Verarbeitung, dem Transport oder durch den Endverbraucher auf dem Müll landen (FAO, 2011), sind dringend neue Konzepte zur Verringerung dieser sogenannten Nachernteverluste gefragt. Die Phytomedizin sowie neue Infrastruktur- und Logistikkonzepte können beispielsweise zur Verhinderung von Lager- und Transportverlusten beitragen.
Zudem ist die Entwicklung neuer Bioraffinerie-Konzepte für die Kaskaden- und Koppelnutzung notwendig, um eine möglichst mehrfache und hochwertige stoffliche Nutzung biobasierter Rohstoffe sicherzustellen und im Anschluss eine effiziente energetische Weiterentwicklung zu ermöglichen. Dadurch können Flächenkonkurrenzen zwischen Nahrungsmittelproduktion und stofflicher Nutzung verringert werden. Außerdem können neue Aufschlussmethoden die Einsatz- und Verwertungsmöglichkeiten von biobasierten Rohstoffen, Abfall- und Reststoffen erhöhen.
Die Bedeutung der Nachfrage und des Verbraucherverhaltens
Um die ressourceneffiziente Nutzung biobasierter Rohstoffe zu fördern, verfolgt die Bioökonomie-Politik auch die gezielte Einbeziehung der Konsumenten und deren verändertes Konsumverhalten. Der Begriff der Bioökonomie ist auf Seiten der Verbraucher bisher nur wenig bekannt (IfD, 2013) und auch die Produkteigenschaft „biobasiert“ ist bislang nicht klar definiert. Dies führt dazu, dass biobasierte Produkte vom Konsumenten noch sehr unterschiedlich wahrgenommen werden. (Sijtsema u. a., 2015) Dennoch ist es nicht von der Hand zu weisen, dass Nachhaltigkeit inzwischen zu einem gesellschaftlichen Megatrend geworden ist. Produkte mit nachhaltigen Eigenschaften werden weltweit mehr und mehr nachgefragt, nicht nur in den reicheren Ländern. Gründe dafür sind wahrscheinlich Risikobewertungen und reflexives Verbraucherverhalten (Vermeir & Verbeke, 2006). Die weitere Entwicklung der Bioökonomie und der damit verbundene technologische Fortschritt im Bereich der Lebenswissenschaften lässt erwarten, dass neue Produkte entwickelt werden, die Nachhaltigkeit mit erhöhtem Verbrauchernutzen verbinden und damit neue Lebenskonzepte ermöglichen (FNR, 2014).
Schon jetzt wird beispielsweise im Silicon Valley unter dem Schlagwort der „post-animal bioeconomy“ an neuen Ernährungskonzepten gearbeitet, die auf eine nachhaltigere Lebensmittelproduktion mit geringeren Ressourcen-Fußabdrücken sowie gesundheitsförderliche Lebensstile abzielen. Auch in Deutschland haben Start-ups nährstoffreiche, nichttierische Produkte aus Algen und Lupinen entwickelt. In Städten wie Berlin und München finden sich zahlreiche Bürger-Initiativen für food-sharing und urbane Gemeinschaftsgärten. Auch große Konsumgüterfirmen nehmen biobasierte Produktinnovationen in ihr Sortiment auf, wie beispielsweise biobasierte Verpackungen, vegane Lebensmittel oder natürliche Kosmetika.
Über den Bioökonomierat
Der Bioökonomierat berät die Bundesregierung bei der Umsetzung der „Nationalen Forschungsstrategie BioÖkonomie 2030“ auf dem Weg zu einer bio-basierten Wirtschaft. Das Ziel des Bioökonomierates ist es, in Deutschland sektorübergreifend eine wissensbasierte Bioökonomie zu etablieren. Sie bringt neue, nachhaltig erzeugte Produkte und Dienstleistungen hervor und vereint demnach ökonomisches Wachstum mit dem Ziel ökologischer Verträglichkeit. Als unabhängiges Beratungsgremium für die Bundesregierung wurde der Bioökonomierat in seiner jetzigen Besetzung 2012 durch das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) und das Bundesministerium für Ernährung und Landwirtschaft (BMEL) berufen. Mit seinen Empfehlungen will der Rat:
- Forschung und Entwicklung in der wissensbasierten Bioökonomie fördern,
- positive Rahmenbedingungen für eine biobasierte Wirtschaft auf den Weg bringen,
- Aus- und Weiterbildung in der Bioökonomie verbessern,
- die Gesellschaft informieren und mit ihr einen offenen Dialog führen.