Seide aus dem Labor

Was zunächst nach einem Nerd-Projekt klingt, beschäftigt sich vielmehr mit einer der größten Nachhaltigkeitskrisen unserer Zeit. „Wir haben über acht Milliarden Menschen auf der Erde. Wie können wir diese einkleiden und gleichzeitig unseren Planeten schützen?“, fragt Widmaier. Die Vereinten Nationen messen dem Problem so viel Bedeutung bei, dass sie zur Lösung eine eigene Institution geschaffen haben: Die UN-Allianz für nachhaltige Mode. Diese präsentierte in einem Report 2021 bedenkliche Zahlen: Entlang ihrer gesamten Wertschöpfungskette und darüber hinaus – angefangen beim Anbau der Rohstoffe wie Baumwolle über die Herstellung der Kleidungsstücke bis hin zu Entsorgung oder Recycling – ist diese Branche pro Jahr für bis zu acht Prozent der weltweiten Treibhausgasemissionen verantwortlich. Damit bringt sie es auf höhere Werte als der Flug- und Schiffsverkehr zusammen. Denn sie verbraucht rund 215 Billionen Liter Wasser und trägt zu neun Prozent des in die Weltmeere entlassenen Mikroplastiks bei. „Akteure im Modesektor spielen eine entscheidende Rolle, wenn es darum geht, ob wir die UN-Ziele für nachhaltige Entwicklung erreichen“, betont die Autorin des Reports, Leonie Meier von der UN-Wirtschaftskommission für Europa.

Christine Goulay ist eine Expertin für Nachhaltigkeit, die an der Schnittstelle zwischen Wirtschaft und Wissenschaft Innovatoren, Investoren und auch bekannte Modelabels berät. „Ich beobachte seit 2017 solche materialwissenschaftlichen Innovationen im Bereich der Mode“, so die Leiterin des Beratungsservice Sustainabelle in Paris. Laut Goulay haben sich viele Marken bereits seit einiger Zeit ehrgeizige Ziele im Rahmen einer Selbstverpflichtung auferlegt, um ihren Treibhausgasausstoß, ihren Energieverbrauch oder ihren Wasserverbrauch zu reduzieren. „Besonders in den vergangenen Jahren ist offensichtlich die ganze Welt aufgewacht und hat die Dringlichkeit der Klimakrise erkannt. Das hat den Bemühungen der Branche einen Turbo-Antrieb verliehen“, sagt die Expertin.

Rohmaterialen haben einen Anteil von bis zu 70 Prozent an der Gesamtumweltbelastung eines Modeprodukts. Demzufolge können gesetzte Ziele nur dann erreicht werden, wenn die Herstellung dieser Materialien radikal überdacht wird. Ein entscheidender Faktor für die schlechte Bilanz sind vor allem der Anbau und die Gewinnung der Rohstoffe, mit einhergehender Zerstörung von Natur und der Erzeugung von CO2-Emissionen. Die Verlagerung ins Labor scheint eine logische Lösung zu sein. „Allein in der Europäischen Union sind 16 verschiedene Gesetzesinitiativen auf dem Wege, die den Bekleidungssektor betreffen. Damit werden für die Branche aus freiwilligen Verpflichtungen in den kommenden Jahren verbindliche Anforderungen“, betont Goulay. Dies reiche von erweiterter Herstellerverantwortung über die Kennzeichnung des ökologischen Fußabdrucks eines Produkts mit Angaben zur Recyclingfähigkeit oder zum Recyclinganteil der Materialien bis hin zum digitalen Produktpass, mit dem Materialien innerhalb der Lieferkette bis zu ihrem Ursprung zurückverfolgt werden können.

Problem-Branche Leder

Die massiven Veränderungen sind besonders in der Lederbranche spürbar. Der Hunger der Industrie und der Verbraucher nach dem populären und belastbaren Material geht dabei über die Modebranche hinaus und umfasst Branchen wie die Möbel- oder die Autoindustrie. Gleichzeitig gilt die Rinderzucht als treibende Kraft für Umweltzerstörung und Treibhausgasemissionen: von den Verdauungsgasen der Tiere über die Abholzung des Amazonas und anderer Karbonsenken für Weideflächen bis hin zur Wasserverschmutzung sowohl durch die Rinder selbst als auch durch die Chemikalien der Gerbereien. Etwa 80 bis 90 Prozent des Leders werden während des Gerbungsprozesses mit giftigem Chrom behandelt, mithilfe dessen Haare und Gewebe von der Tierhaut entfernt werden. Mit Chrom belastete Abwässer der Gerbereien können Wasserwege verschmutzen und die Gesundheit der Lederarbeiter und der lokalen Bevölkerung gefährden.

Wenn eine große Nachfrage Profit verspricht, aber gleichzeitig solche Probleme innovative Lösungen erfordern, lassen Start-ups und findige Unternehmer nicht lange auf sich warten. So haben Bio-Ingenieure und deren Geschäftspartner gerade in der Lederindustrie Dutzende von Projekten angeschoben, die sich zum Teil völlig unterschiedlicher wissenschaftlicher Methoden bedienen, um das Lederproblem zu lösen. Die Konkurrenz der Erfinder um das Interesse der Mode-Riesen und die Überzeugung vom eigenen Produkt erschweren es zu beurteilen, wie geeignet und belastbar ein im Labor erzeugtes Ersatzleder tatsächlich ist.

„Nachhaltigkeit ist kompliziert. Sie kann mit Wissenschaft gefüllt sein, aber auch mit vielen Überzeugungen und Meinungen“, sagt etwa Dave Williamson, Chief Technology Officer der Biotech-Firma Modern Meadow. Das Beispiel der Firma illustriert, wie oft die Innovatoren sich ständig veränderten Voraussetzungen anpassen müssen. 2011 war die Firma noch an den Start gegangen, um Leder und schließlich sogar Fleisch in Gewebekulturen im Labor zu züchten. Dazu wurden Kühen per Biopsie Zellen entnommen – eine Methode, die zum Beispiel bis heute noch das Unternehmen Vitrolabs praktiziert. Es wirbt damit, dass die Biopsie einer einzigen Kuh zu Millionen von Handtaschen führen könne. Das Resultat einer solchen genetisch manipulierten Substanz bedarf immer noch einer Gerberei, obgleich die besonders schädlichen Prozesse übersprungen werden können.

[bafg id=”300728″]

Modern Meadow hingegen verlagerte sich 2017 darauf, einen Hefestamm zu züchten, der in der Lage ist, sogenanntes Kollagen zu produzieren. Es ist das Protein der Haut, das Leder seine Festigkeit und Dehnbarkeit verleiht. Der Ansatz, die DNA eines Tieres, einer Nutzpflanze oder einer anderen Substanz mit genetischer Technologie in Hefestämme hineinzukopieren und dann mithilfe von Fermentierung eine Substanz zu erzeugen, mit der sich ein ähnliches Material erzeugen lässt, ist auch für eine ganze Reihe anderer Modeprodukte wie Seide, Denim oder Pelz relevant. „Doch 2018 und 2019 haben wir eine neue Familie von Materialien entdeckt, die wir Biolegierungen nennen. Dabei handelt es sich um Hybride aus Proteinen und biobasiertem Polyurethan“, erläutert Williamson. Trotz der ständigen Wechsel ist der Experte überzeugt, dass seine Firma nun bei ihrem endgültigen Bio-Leder namens Bio-Vera angelangt ist. Ein Grund für die häufigen Wechsel ist die Skalierbarkeit: Oft werden Biotech-Leder und andere im Labor gezüchtete Materialien noch immer auf einem Tablett-System hergestellt, was es der Industrie erschwert, diese in ihre Produktionsabläufe einzubinden. Erfinder, die ihr Bio-Leder auf einer Rolle präsentieren könnten, seien im Vorteil, so Goulay.

Nachhaltigkeit messen

Ein großes Thema bei der Nachhaltigkeit in der Modewelt ist es, die Auswirkungen eines Produkts auf die Umwelt genau messen zu können. Dabei müssen nicht nur die eigentliche Produktion, sondern auch spätere Folgen wie die Abbaubarkeit als Abfall oder die Möglichkeit zum Recyceln bewertet werden. Sogenannte Lebenszyklusanalysen (Life Cycle Assessments, LCA) sollen eine „von-der-Wiege-bis-zur-Bahre“-Analyse darstellen oder „Wiege-zur-Wiege“, wenn das Material wiederverwertbar ist. „Viele LCAs sind hingegen nur Analysen, die von der Wiege bis zum Werkstor gehen“, sagt Goulay. Das bedeute, dass das Lebensende bei der Auswirkungsbewertung nicht berücksichtigt werde. Ökobilanzen für Start-ups seien außerdem selten aussagekräftig, da das Material noch nicht im großen Maßstab produziert werde. Wichtige Aspekte wie Produktionsort oder Details über den Laborprozess hinaus seien oft unbekannt.

Modern Meadow produziert sein Bio-Leder auf Rolle und bindet am Ende des Produktionsprozesses Gerbereien mit ein. „Es ist wichtig, dass wir der Industrie etwas bieten, auf das sie umsteigen kann. Wenn man einer Branche sagt, dass man sie ersetzen wird, wird sie sich dagegen wehren“, sagt Dave Williamson. Bei Bio-Vera stammt das Ursprungsmaterial von Reifenabfällen, die von BASF mit einem chemischen Recyclingverfahren namens Chemcycle in ein nylonartiges Vorprodukt verwandelt werden. „Dann umhüllen wir es mit unserer Biolegierung. Das Protein, das in die Biolegierung eingeht, ist pflanzlicher Herkunft“, so Williamson. Dies führe zu einer mehr als 90 Prozent nachhaltigen Lederalternative, die dann an die Gerber weitergegeben werde, ohne dass diese noch die umweltschädlichen Reinigungsprozesse wie etwa bei Rinderhäuten vornehmen müssten.

Obwohl das so verarbeitete Nylon von dieser nachhaltigen Biolegierung modifiziert wurde, kommt es nicht ohne ein Polyurethan aus, das mit dem Pflanzenprotein kombiniert wird. Dies führe nach den Angaben Williamsons zu einer hohen Ähnlichkeit mit Leder, besonders unter dem Aspekt der Belastbarkeit, vor allem bei Schuhen. Gleichzeitig stehen solche Methoden in der Kritik. „Die überwiegende Mehrheit der auf dem Markt befindlichen Lederalternativen enthält in der Regel Kunststoffe, auch wenn das Gesamtprodukt immer noch als ‚pflanzlich‘ bezeichnet wird“, sagt Steven Lange vom Lederlabor der University of Cincinnati in den USA. Er kritisiert, dass die Analysen dieser Firmen, um ihre Materialien mit echtem Leder zu vergleichen, oft „grob fehlerhaft und in Richtung ihrer gewünschten Schlussfolgerung geneigt“ seien.

Pilze statt Plastik

Um solche Kritik zu vermeiden, versucht das Unternehmen MycoWorks mit seinem Bio-Leder namens Reishi derweil, vollständig auf einen Prozess zu setzen, bei dem keine Kunststoffe beigefügt werden. Die mutige Behauptung, Reishi sei „das erste kohlenstoffarme und biologisch abbaubare alternative Leder“, wird allerdings mit einer LCA begründet, die nur bis zum Werkstor reicht. Das Leder wird aus Myzel hergestellt, einem verzweigten Pilzgeflecht, das sich zuvor von Abfallprodukten aus der Holzindustrie ernährt hat. Dann kann es in ein strukturelles Material wie Baumwolle integriert werden, in dem es weiterwächst. „Während andere das Myzel als Zutat behandeln, haben wir es als Materialplattform entwickelt“, sagt Sheila Bryson von MycoWorks. Reishi werde dabei ohne die Verwendung von Plastik gezüchtet. „Unsere Partner haben dann die Möglichkeit, ein Material in den Wachstumsprozess einzubinden – zur Schaffung einer Textur oder aus funktionalen Gründen. Sie könnten sich auch für ein Polyurethan oder ein recyceltes Polyurethan entscheiden, aber das liegt in ihrem Ermessen“, so Bryson.

Hinter den funktionalen Gründen verbirgt sich das entscheidende Problem der Bio-Leder-Hersteller, besonders derjenigen, die mit Myzel arbeiten: Leder ist für seine Belastbarkeit bekannt. Ersatzstoffe können oft nicht die gleiche Langlebigkeit oder Zähigkeit bieten. So scheint es, dass in vielen Prozessen früher oder später zumindest noch etwas Plastik erscheint, egal ob es in ein pflanzliches Protein gehüllt oder recycelt ist.

Seide in Kosmetik

Was Spinnenseide angeht, so setzt das Manchester Institute for Biotechnology auf Wirtssysteme wie etwa Hefestämme oder Bakterien. In einer Veröffentlichung in Trends in Biotechnology berichten Eriko Takano und ihr Kollege Rainer Breitling von den Fortschritten bei den Methoden, mit denen rekombinante Spinnenseide gewonnen werden kann. So können Spinnenseiden-Proteine zum Beispiel mithilfe genetischer Manipulation in einem Wirtssystem wie Kolibakterien im Labor erzeugt werden. Ähnliche Erfolge wurden mit transgenen Wirten wie Reis, Alfalfa oder Schafsembryos erzielt. Die gewonnenen Mengen sind jedoch klein. Bei Hefewirten können größere Mengen erreicht werden, aber der Prozess bleibe aufwendig.

„Die Produktion in großem Maßstab scheint derzeit am vielversprechendsten in mikrobiellen Systemen zu sein, die im Prinzip auf relativ billigen Rohstoffen wie Bioabfall im Dunkeln und in hoher Dichte wachsen können – aber sie sind nicht sehr gut darin, große Seiden herzustellen”, erläutert Takano. Breitling verweist darauf, dass sich in nächster Zukunft die Spinnenseiden-Produktion im Labor im kleineren Maßstab auf spezielle Anwendungen in der Medizin oder Kosmetik beschränken wird. „Derzeit gibt es noch kein Wirtssystem, das die Herstellung sehr großer Mengen rekombinanter Spinnenseide zu einem wirtschaftlich vertretbaren Preis ermöglichen würde“, sagt Breitling. Das gelte auch für Bolt Threads Laborseide B-Silk, aus der jene Krawatte entstand, die Dan Widmaier in seinem TED-Vortrag präsentierte. B-Silk wird nun vor allem in Kosmetikprodukten verwendet.

Das muss nicht so bleiben, denn die Disziplin der Bio-Materialien aus dem Labor entwickelt sich nach Einschätzung aller Experten in rasender Geschwindigkeit. „Wenn man schaut, wie lange die Forschung und Entwicklung dauerte, um die meisten der heutzutage verwendeten Materialien herzustellen, dann sind das Jahrzehnte“, sagt Goulay. Demgegenüber entwickelten und veränderten sich diese neuen Materialien im Augenblick „sehr, sehr schnell“. So könnte der Begriff Fast Fashion vielleicht eines Tages nicht mehr für exzessives Konsumverhalten stehen, sondern für die Forschung, die hinter den Materialien steht.

Menschen orientieren sich bei Entscheidungen an den Erfahrungen anderer. Dieses als „Social Proof“ bekannte psychologische Phänomen…