Darum könnten Pilze die Rohstoffe der Zukunft sein

Pilze haben als Rohstoff enormes Potenzial – und könnten unsere Wirtschaft nachhaltiger machen. Bild: imago stock

Nachhaltigkeit

Darum könnten Pilze die Rohstoffe der Zukunft sein

Häuser und Kleidung aus Pilzgeflecht klingt erst mal irre? Pilze haben als Rohstoff enormes Potenzial – und könnten unsere Wirtschaft nachhaltiger machen.

20. November 2020

Darum geht’s:

Pilze gibt es nicht nur in der Küche, sondern auch in der Biotechnologie

Beim Stichwort Pilze denkt man natürlich erst einmal an Essen. An Champignons, Pfifferlinge und Trüffel, auf der Pizza oder in einer leckeren Soße. Vielleicht gehen die Gedanken noch weiter zu Hefeteig und Käsesorten mit Edelschimmel oder Bier, das schließlich auch mithilfe von Hefepilzen gebraut wird. Dass Pilze noch viel präsenter in unserem Alltag sind, wissen die wenigsten: Waschpulver, Papier, Medikamente wie Antibiotika, Blutdrucksenker und Vitamine oder Biotreibstoff werden unter anderem mithilfe von Pilz-Biotechnologie hergestellt.

Pilz ist nicht gleich Pilz

Sie bloß auf den Küchenkontext zu reduzieren, wird den Lebewesen also nicht gerecht. Die 350 essbaren Sorten, die es weltweit gibt, bilden nur einen Bruchteil der Artenvielfalt ab: Schätzungen gehen von 3,5 bis sechs Millionen aus. Wissenschaftlich beschrieben sind aktuell etwa 150.000. Davon wiederum sind vergleichsweise wenige überhaupt sichtbar für das bloße Auge und bilden den typischen Fruchtkörper aus, den wir als Lebensmittel oder aus dem Wald kennen.

Manche existieren als einzellige Hefen, andere bilden ein hochkomplexes Geflecht, das sogenannte Myzel. Es besteht aus einem feinen Netz aus Hyphen, winzige, röhrenartige Pilzzellen. Die fadenförmigen Hyphen verästeln an den Enden und breiten sich in ihrer Umgebung aus. Verbinden sich viele Myzelien zu einer dichten Masse, entstehen daraus die Fruchtkörper.

Von der Größe her gibt es kaum eine Begrenzung – das Myzel kann im Inneren weniger Zellen eines Blattes, in einem verrottenden Baumstamm oder als mehrere Hundert Meter breites Gebilde in der Erde wachsen. Tatsächlich soll das größte Lebewesen auf der Erde ein Pilz sein: In einem Wald in Oregon, USA, entdeckte ein Team um die Forscherin Catherine Parks 2003 ein riesiges Exemplar des sogenannten Dunklen Hallimaschs (Armillaria ostoyae). Er erstreckte sich über eine Fläche von 9,65 Quadratkilometern – etwa 1352 Fußballfelder. Das Alter des Pilzgiganten liegt schätzungsweise zwischen 1900 und 8650 Jahren.

Das haben Pilze mit Biotechnologie zu tun

1928 gab es einen Durchbruch in der Arzneimittelforschung: Der schottische Bakteriologe Alexander Fleming extrahierte Penicillin aus einem Schimmelpilz – das erste Antibiotikum war gefunden. Auch heute noch werden Pilze verwendet, um pharmazeutisch wirksame Stoffe herzustellen. Das geschieht über deren besondere Art der Ernährung: Die Hyphen geben bestimmte Proteine oder Säuren an die Umgebung ab, also zum Beispiel das Stück Holz, auf dem sie wachsen. Dadurch wird das organische Material zersetzt und der Pilz nimmt die dabei entstehenden Nährstoffe wieder auf; eine Art externe Verdauung also.

Forschende nutzen dieses Prinzip für ihre eigenen Zwecke. Die Substanzen, welche die Pilze abgeben, sind nämlich teilweise hochinteressant als Pharmazeutika und Chemikalien. Dazu zählen zum Beispiel Statine (eingesetzt als Blutdrucksenker), Cyclosporin (wichtig bei Organtransplantationen) oder Drospirenone (Antibabypille). Um sie herzustellen, werden die Pilze in riesigen Bioreaktoren gezüchtet. In die Metallbehälter passen bis zu 500.000 Liter – das entspricht etwa 3333 Badewannen. Dort hinein kommen die Pilze zusammen mit einem Nährmedium. Prinzipiell eignet sich alles, was Zuckermoleküle in irgendeiner Form enthält. Also etwa Pflanzenreste oder Melasse, ein Nebenprodukt bei der Zuckerherstellung. In dem Nährmedium wächst der Pilz munter vor sich hin und gibt die wertvollen Stoffe an seine Umgebung ab. Um diese zu ernten, muss der Brei letztendlich nur gefiltert werden.

Darum müssen wir drüber sprechen:

Richtig eingesetzt, könnten sie die Welt ein Stück besser machen

Mal ehrlich, die Erde hat schon bessere Tage gesehen als aktuell. Klimawandel, der hohe Verbrauch fossiler Energieträger wie Erdöl, Umweltverschmutzung, ausgelaugte Böden und so weiter. Dazu kommen Dinge wie Hunger, knappes Trinkwasser oder Wohnungsnot. Insgesamt 17 Ziele haben sich die Vereinten Nationen (UN) im Jahr 2015 gesetzt, um diese Probleme anzugehen und eine nachhaltige Zukunft für alle Menschen zu gestalten. Ein internationales Team um die deutsche Biotechnologin Vera Meyer ist überzeugt: Zu zehn von diesen 17 Zielen kann Pilz-Biotechnologie einen wichtigen Beitrag leisten.

Ein Beispiel: das Ziel „Zero hunger“. Pilze als Nahrungsmittel sind weltweit bekannt. Manche erinnern in Geschmack und Konsistenz sogar ein bisschen an Fleisch. In den letzten Jahren geht der Trend nun dahin, Fleischersatzprodukte aus Pilz-Myzel herzustellen. Die Hyphen bestimmter Fadenpilze etwa liefern ein ähnliches Kaugefühl wie Hühnerfleisch – da die Fasern der beiden Produkte ungefähr die gleiche Größe haben. Das Pilzfleisch ist außerordentlich gesund, es enthält viele Proteine, Aminosäuren und Ballaststoffe. Das Wichtigste aber: Der Fleischersatz aus dem Bioreaktor ist viel effizienter und nachhaltiger als das tierische Original. Für die gleiche Menge Protein aus Pilzen wird bei Rindfleisch zehnmal, bei Hühnerfleisch doppelt so viel Wasser verbraucht. Außerdem: Die ersten Pilzfäden können bereits nach wenigen Stunden geerntet werden.

Grüne Alternativen zu Erdöl dank Pilztechnik

Andere Einsatzmöglichkeiten von Pilzen sind weniger offensichtlich. So könnten die Fungi die Produktion von Biokraftstoff verbessern. Während dieser aktuell hauptsächlich aus Raps, Zuckerrüben oder Mais hergestellt wird, könnten Pilze auch Abfälle aus der Holzindustrie als Rohstoff verwenden. Das hätte den Vorteil, dass keine Pflanzen verschwendet würden, die man eigentlich als Futter- oder Lebensmittel braucht. Es gibt bereits technische Verfahren, um Holz entsprechend weiterzuverarbeiten, allerdings ist das sehr aufwendig. Pilze hingegen würden das tun, was sie sowieso immer machen: organisches Material zersetzen und nebenbei nützliche Chemikalien produzieren.

Prinzipiell lassen sich auch andere Produkte ersetzen, die eigentlich auf Erdöl als Rohstoff basieren. Zum Beispiel Plastik oder Styropor. Denn Pilzfäden können in beliebigen Formen wachsen, werden getrocknet und verarbeitet wie andere Materialien. Je nach Art, „Futter“ und äußeren Bedingungen sind sie hart oder flexibel. Sie haben gute thermische Eigenschaften und könnten deshalb als Isolierung in Zügen, Autos, Flugzeugen oder Raumschiffen dienen. Oder als Verpackungsmaterial – im Gegensatz zum Styropor jedoch mit geringem CO2-Abdruck und 100 Prozent biologisch abbaubar.

Aber:

Der Sprung in den Massenmarkt fehlt noch in einem Bereich

Die Pilz-Biotechnologie ist aktuell eine klassische Zulieferindustrie: Mit den Chemikalien, die von den Pilzen produziert werden, arbeiten andere Firmen weiter und stellen zum Beispiel Medikamente her oder ersetzen Weichmacher in Beton. Das volle Potenzial der Technologie ist damit aber noch nicht ausgeschöpft – und das ist ein Problem.

Pilzfasern lassen sich wie bereits erwähnt beliebig formen und weiterverarbeiten, etwa zu Schuhleder. Oder zu Bodenbelägen, ähnlich wie Linoleum, und Wandverkleidungen. Oder zu Stofffasern, ähnlich wie Baumwolle. Dabei sind die Pilzprodukte in der Regel ökonomischer, nachhaltiger und biologisch abbaubar. Für ein Kilo Baumwolle beispielsweise gehen rund 10.000 Liter Wasser drauf. Die gleiche Menge Textilien aus Pilzen braucht nur 100 Liter.

Solche Produkte werden schon vereinzelt produziert, aber den Massenmarkt haben sie noch nicht erobert. Es ist eine Frage des Upscaling: Was im Kleinen funktioniert, muss auch im großen Maßstab laufen. „Im Prinzip ist bei Pilz-Biotech die größte offene Frage: Wie produziere ich in großem Maße kostengünstig?“, erklärt die Biotechnologin Vera Meyer. Prozesse und Produktionsketten müssen erstellt und optimiert werden, vor allem auch im Bereich Qualitätssicherung. Bei natürlichen, wachsenden Rohstoffen kann es leicht zu Abweichungen kommen. Zudem müsse die Einstellung von Fachkräften finanziert werden; es fehlt an Investierenden.

„Gerade im Bereich Baustoffe ist es ein Preiskampf“, sagt Julia Krayer, die am Fraunhofer-Institut für Umwelt-, Sicherheits- und Energietechnik an der Entwicklung von Schallschutz auf Pilzbasis arbeitet. Vor allem bei der Innenausstattung von Räumen werden oft große Mengen an Material gebraucht – da sei es schwierig, preislich mit sehr kostengünstigen Rohstoffen wie Styropor mitzuhalten.

Auch die Akzeptanz sei ein Thema. „Schimmelt das nicht? Wächst das weiter?“ Fragen wie diese beschäftigen Menschen, die zum ersten Mal davon hören, Häuser aus Pilzfasern zu bauen. (Antwort übrigens: Nein. Es gibt verschiedene Möglichkeiten, zum Beispiel Hitze, um die Pilze zu inaktivieren.)

Und jetzt?

Pilz-Biotech hat viel Potenzial – es muss sich nur weiter durchsetzen

Seit etwa fünf Jahren läuft der Innovationsschub bei Pilzen als Verbundmaterialien an, schätzt Meyer. In dem Zeitraum wurden etwa 260 Patente auf Pilztechnologien angemeldet, zeigt ein Report von März 2020; nicht unbedingt mehr als in den Jahren davor. Die Trends gehen allerdings stark in zukunftsweisende Richtungen: Pilzprotein als Nahrungsmittel, die Reinigung von Abwässern, die Produktion von Biodiesel und die Schädlingsbekämpfung bei Nutzpflanzen dominieren als Themen – und arbeiten damit an potenziellen Lösungen für die großen globalen Probleme der heutigen Zeit (zum Beispiel Hunger, Wasserknappheit, Klimawandel).

Eine Studie von 2019, die sich mit Pilzfasern als Material und Werkstoff beschäftigt, kommt zu dem Schluss: Pilz-Innovationen werden die Zukunft von Materialwissenschaften und deren Einsatz in der Industrie bedeutend gestalten. Denn im Gegensatz zu klassischen, erdölbasierten Stoffen gelten sie als nachwachsender Rohstoff, sind nachhaltig und biologisch abbaubar.

Optimistisch geschätzt, sieht Meyer noch etwa fünf bis zehn Jahre Entwicklungsbedarf: „Dann könnte ich mir vorstellen, haben wir die ersten Häuser, die aus pilzbasierten Baustoffen hergestellt sind, und die ersten Autos mit einer Bio-Innenausstattung aus Pilzmaterialien.“

Auch Krayer denkt, dass es in fünf Jahren deutliche Fortschritte geben wird. Mit einer konkreten Prognose tut sie sich schwer: Dafür seien die Produkte zu unterschiedlich. „Seit mehr und mehr Forschungsinstitute in dem Bereich aktiv werden, hat sich bereits einiges getan. Und den Sprung in den Massenmarkt schaffen wir vermutlich über die biologische Komponente – Pilze statt Plastik.“

Franziska Lehnert
Recherchiert als Wissenschaftsjournalistin oft zu Gesundheit, Umwelt und Klimawandel. Liebt Online und Social Media, weil es da einfach die geilsten Möglichkeiten zur Formatgestaltung gibt.

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