Endlich eine nachhaltige und trotzdem wettbewerbsfähige Chemieindustrie? Die Forschungsinitiative ASCEND entwickelt neue Katalysatoren und setzt dabei auf KI und selbststeuernde Labore.
Katalysatoren sind nicht nur im Auto verbaut, sie sind auch für andere Produkte unerlässlich — von Medikamenten über Dünger bis zu Kosmetik. Diese alltäglichen Dinge werden aus Basischemikalien hergestellt wie Methanol, Ethylen, Propylen oder Ammoniak. Diese Grundstoffe herzustellen, ist sehr energieintensiv. Deshalb spielen bei den Herstellungsprozessen Katalysatoren eine zentrale Rolle. Sie beschleunigen die chemische Reaktion und machen Verfahren so energieeffizienter.
Das Projekt ASCEND möchte die Entwicklung von Katalysatoren der nächsten Generation beschleunigen. Dahinter stecken mehrere Partner aus Forschung und Industrie — darunter das Helmholtz-Zentrum Berlin (HZB), Dunia Innovations und die Technische Universität Berlin.
ASCEND führt zwei neue Ansätze zusammen: digitale Katalyse und Dünnschichtkatalysatoren. Dünnschichtkatalysatoren reduzieren den Materialverbrauch und verbessern die Effizienz. Die digitale Katalyse nutzt künstliche Intelligenz (KI), Simulationen und selbststeuernde Labore (Self-Driving Labs, kurz: SDLs), um Hochleistungsmaterialien schneller zu entwickeln, sagt Projektmanagerin Dr. Steffi Hlawenka.
Bei der digitalen Katalyse nutzen wir vorhandene Forschungsdaten digital, Machine Learning und künstliche Intelligenz, um die Forschung zu beschleunigen. Der klassische Trial-and-Error-Ansatz in der Katalysatoren- bzw. Materialforschung ist im Vergleich eher langsam. Ein Innovationszyklus — von der Idee bis zur industriellen Anwendung — dauert ungefähr zehn Jahre. Mit Blick auf erneuerbare Energien und Klimawandel, denke ich, haben wir keine weiteren zehn Jahre.
Dr. Steffi Hlawenka, Projektmanagerin ASCEND am Helmholtz-Zentrum Berlin
Die KI beschleunigt die Planung erheblich, sie kann Experimente vorschlagen, um bestimmte Materialkombinationen zu erforschen. Denn Katalysatoren bestehen oft aus kostspieligen Materialien wie Platin oder Iridium; ASCEND will diese Materialien beispielsweise durch Nickel oder Eisen ersetzen.
ASCEND hat einen starken Schwerpunkt auf grüne Energieträger und grüne Chemie. Das heißt hier explizit: die Herstellung von Wasserstoff bzw. die Weiterverarbeitung von CO2 zu wertvolleren Grundchemikalien. Wir wollen Materialien in Betracht ziehen, die das Problem der geringen Verfügbarkeit von Stoffen wie Platin oder Iridium angehen.
Dr. Steffi Hlawenka
Ziel dieser Forschung ist es, nachhaltige synthetische Kraftstoffe und Basischemikalien als Ersatzstoffe für die Industrie bereitzustellen, damit die industrielle Wettbewerbsfähigkeit — vor allem im Chemiesektor — erhalten bleibt.