Nachwachsende Rohstoffe für die chemische Industrie
- TU News
Die chemische Industrie greift bislang hauptsächlich auf Petrochemikalien wie Mineralöl zurück, um Kunststoffe, Tenside, Schmiermittel oder Weichmacher herzustellen. Indem sie nachwachsende Rohstoffe wie pflanzliche Öle (sogenannte Oleochemikalien) als Ersatz für Petrochemikalien nutzbar macht, möchte die Nachwuchsgruppe dazu beitragen, die Industrie nachhaltiger zu gestalten. Als Schlüsseltechnologie, um verschiedene Pflanzenöle – von Raps und Soja über Sonnenblume und Distel bis hin zu Hanf und Alge – in eine biobasierte Wertschöpfungskette zu integrieren, sind neuartige Katalysen erforderlich. Die Wissenschaftler*innen um Dr. Thomas Seidensticker haben daher unter anderem ein innovatives Katalysatorsystem entwickelt, um neue biobasierte Plattformchemikalien zu erhalten. Dabei handelt es sich um Grundchemikalien, die nicht petrochemisch, sondern aus nachwachsenden Rohstoffen hergestellt sind. Sie dienen als Synthesebausteine für zahlreiche Chemikalien und können so die Grundlage für eine ressourceneffiziente und potenziell zirkuläre chemische Industrie liefern.
Zwei Patentanmeldungen
Seine Technologie hat das Renewlysis-Team mittlerweile zum Patent angemeldet. „Das von uns entwickelte Katalysatorsystem ist allen bisher verfügbaren Verfahren sowohl in der Performance als auch hinsichtlich ökonomischer Aspekte überlegen“, sagt Dr. Thomas Seidensticker. Auch den Praxistest habe es bereits bestanden: „Wir haben den Maßstab so vergrößert, dass wir diese Plattformchemikalien jetzt kilogrammweise herstellen können, zum Beispiel als Muster für Chemieunternehmen. Damit haben wir unter Beweis gestellt, dass sich unser Forschungsansatz potenziell in die industrielle Anwendung transferieren lässt.“
Und die Nachwuchsgruppe hat noch ein weiteres Patent angemeldet: eine durch Künstliche Intelligenz gestützte Methode, die die Wahl des optimalen Lösungsmittels für die Katalyse deutlich vereinfachen kann. Das passendste Mittel muss bislang meist empirisch ermittelt werden, was aufwendig und zeitintensiv ist. Gemeinsam mit Wissenschaftler*innen aus dem Fachbereich Thermodynamik an der Fakultät Bio- und Chemieingenieurwesen haben Dr. Thomas Seidensticker und seine Nachwuchsgruppe nun Maschinelles Lernen eingesetzt, um sehr effizient die physikalischen Eigenschaften von Lösungsmitteln in Anhängigkeit der Temperatur vorherzusagen. Aus rund 110.000 gemessenen Daten können mithilfe der zum Patent angemeldeten Methode beispielsweise mehr als sieben Millionen Aktivitätskoeffizienten vorhergesagt werden. Diese beschreiben die Aktivität eines Stoffgemischs im Verhältnis zum Lösungsmittel. „Die Genauigkeit dieser Vorhersagen ist deutlich größer, als dies experimentell derzeit möglich wäre. Mit den vorhergesagten Aktivitätskoeffizienten können wir dann systematisch das passendste Lösungsmittel auswählen“, sagt Dr. Thomas Seidensticker.
Erfolg beim Forum Junge Spitzenforschung
Mit ihren Innovationen für eine nachhaltigere Gestaltung der Chemieindustrie konnten Dr. Thomas Seidensticker und seine Nachwuchsgruppe Ende April auch die Jury beim Forum Junge Spitzenforschung überzeugen. Der gemeinsam von der Stiftung Industrieforschung und der TU concept GmbH veranstaltete Wettbewerb bietet Nachwuchswissenschaftler*innen aus der Region die Möglichkeit, ihre Forschungsideen zu präsentieren. Renewlysis schaffte es auf den ersten, mit 10.000 Euro dotierten Platz. Der Wettbewerb stand in diesem Jahr unter dem Thema „Ressourceneffiziente Kreislaufwirtschaft“.
Die Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe fördert die Nachwuchsgruppe Renewlysis (zusammengesetzt aus den Wörtern renewables und catalysis) im Auftrag des Bundesministeriums für Ernährung und Landwirtschaft seit 2020. Für die erste Förderperiode stellte sie rund 1,1 Millionen Euro zur Verfügung, für die Verlängerung von April 2024 bis März 2026 kommen nun weitere rund 800.000 Euro hinzu.