Innerhalb des Bioökonomie-Konzepts sind neben Technologien für Erneuerbaren Energien Pflanzenwissenschaften und Biotechnologie Schlüsseltechnologien, um die Herausforderungen für eine zukünftige Bioökonomie zu bewältigen. Für die industrielle Stoffliche Nutzung muss jeweils ein integrierter Bioraffinerie-Ansatz gefunden werden der regional die Bedürfnisse befriedigt ohne die Umwelt zu belasten.
Pflanzen müssen so nachhaltig wie möglich produziert werden und so wenig Wasser, Nährstoffe und Land wie nötig verbrauchen. Darüber hinaus müssen sie an den Klimawandel, für gesündere Lebensmittel entwickelt und an alternative Verwendungen angepasst werden. Die Vielfalt der mikrobiellen Systeme soll zur Entwicklung von Mikroben und Prozessen für innovative Zellfabriken genutzt werden, die wertvolle Verbindungen aus erneuerbaren Energien erzeugen. Dies erfordert eine Analyse und Technik des Stoffwechsels, dessen Regulierung und Signaltransduktion auf der Grundlage des systemischen Verständnisses von mikrobiellen Zellen.
Neben Technologien für die stoffliche Nutzung von Biomasse steht auch die energetische Nutzung stark im Fokus um die Energiewende zu gewährleisten. Ein wichtiger Faktor neben der Generation von nachhaltiger Energie ist dessen Netzintegration. Unter Netzintegration versteht sich die Kombination von Erzeugung, Netz und Verbrauch, unter Berücksichtigung von Energiespeichern, Last-, Speicher- und Erzeugungsmanagement. Es gilt neben der überregionalen Aufgabe des sicheren Netzbetriebs bereits am Ort der Erzeugung ein stabiles und zuverlässiges Netz bzw. eine kontinuierliche Versorgung mit elektrischer Energie zu gewährleisten.