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Special issue in der renommierten Zeitschrift Chemical Reviews zum Thema “Computational Design of Catalysts”

Katalysatordesign, virtuelles Screening, Quantenmechanik, Katalyse, Review

Die renommierte Zeitschrift Chemical Reviews widmet ihre Ausgabe 11 von Band 119 (Chem. Rev. 2019, 119 (11), 6507 – 6768) quantenchemischen Simulationen mit Fokus auf das Design von Katalysatoren. Dies unterstreicht welche Bedeutung quantenchemischen Simulationen für das Design von Katalysatoren und die Aufklärung von Reaktionsmechanismen erreicht haben.

Katalyse ist eine wichtige Quelle für technologie-basiertes Effizienzsteigerungspotential

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Der verringerte Verbrauch und der geringere Ausstoß an Treibhausgasen hängt maßgeblich von katalytischen Prozessen ab. Etwa 90% der chemischen Prozesse benutzen Katalysatoren zur effizienten Herstellung von Produkten. Die Katalyse ist eine wichtige Quelle für technologie-basiertes Effizienzsteigerungspotential. Die Roadmap “Energy and GHG Reductions in the Chemical Industry via Catalytic Processes” benennt das Potential zur Energieeinsparung bis 2050 auf 13 Exajoule (EJ) - dies entspricht des jährlichen primären Energieverbrauchs in Deutschland.

Kreativität entscheidet

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Was treibt Innovationen? „Unternehmen" antworteten 45% der internationalen Teilnehmer. Die Nächstplatzierten „Regierungen" und „Universitäten" kamen auf 18 bzw. 17%. Die maßgeblichste Eigenschaft für Innovationskraft ist Kreativität, die größten Hürden sind Geldmangel, die Unternehmenskultur, Trägheit und schwaches Management. „Die befragten Millennials sehen den Nutzen einer Innovationskultur, aber auch die Differenzen zwischen Anspruch und Realität - insbesondere bei der Förderung in den Unternehmen. Vor allem „jungen" Unternehmen trauen sie mehr zu als den traditionellen Innovationsvorreitern der deutschen Industrie. Interessant: Nur ein Fünftel sieht verschärften Wettbewerb als Innovationsmotor, vielmehr setzen die Befragten auf Kollaboration".

Interview mit Nobelpreisträger Prof. Ertl

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Im Rahmen der Ehrung von Herrn Prof. Dr. Gerhard Ertl bei der Eröffnung des Gerhard Ertl Center in Berlin, haben wir die Möglichkeit bekommen den Nobelpreisträger für Chemie von 2007 zum Thema "Katalyse und Forschung" kurz zu befragen. Hierbei bekräftigt Herr Prof. Ertl, dass die Katalyse eine Schlüsselrolle in der Thematik Energie, Materialien und Umwelt spielt. Speziell die Fragen zur Energiespeicherung und Wasserstofferzeugung sind noch nicht hinreichend gelöst. Bei der Entwicklung neuer Katalysatoren werden hierzu quantenchemische Simulationen immer wichtiger.

Chemie 2030 in Deutschland und Europa

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Der Verband der Chemischen Industrie hat eine Studie zu Entwicklungspfaden der deutschen Chemie bis 2030 veröffentlicht. In der Studie wurden vier Punkte herausgestellt, wie sich die Unternehmen der Herausforderung eines stärkeren Wettbewerbs stellen können. Die Reaktion auf intensiveren globalen Wettbewer sind:

Katalyse

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Die Wertschöpfung durch katalytische Prozesse in der chemischen Industrie ist von erheblicher Bedeutung. Die chemische Industrie in Deutschland setzte 2011 186,5 Milliarden Euro um. Dabei basieren 80% aller Chemieerzeugnisse auf katalytischen Prozessen, welche den Ressourcen- und Energieeinsatz bei der Produktion erheblich senken. Der unternehmerische Erfolg von Unternehmen hängt somit maßgeblich davon ab, innovative Ansätze zur chemischen Prozessoptimierung aufzugreifen.

Chemische Energiespeicher

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Durch den Energiewandel steigt der Anteil an Energiequellen mit schwankender Leistung wie Wind- und Solarenergie stetig an. Im Jahr 2020 werden voraussichtlich 40 TWh Stromspeicherkapazitäten benötigt. Aufgrund geringer Speicherkapazitäten (0,05 TWh) musste bereits 2011 überschüssiger Strom für 40 Millionen Euro runtergeregelt werden. In Anbetracht der theoretischen Speichermöglichkeiten und technischen Realisierbarkeit stellt die Form der chemischen Energiespeicher eine herausragende Möglichkeit dar, das Problem der fehlenden Speicherkapazitäten zu lösen.

CH-Aktivierung

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Die Vielfalt an chemischen Verbindungen basiert zum größten Teil auf Grundchemikalien wie z.B. Ethan, Ethylen, Propan, Propylen, C4-Olefine, Benzol, Toluol und Xylol. Eine direkte Verwertung von organischen Grundchemikalien stellt in der chemischen Synthese immer noch eine große Herausforderung dar. Dies bietet jedoch auch eine große Chance hinsichtlich einer signifikanten Verbesserung der Wettbewerbsfähigkeit eines Unternehmens, wenn es gelänge innovative Katalysatoren zu entwickeln, die direkt organische Grundchemikalien verarbeiten können.

CO2 Verwertung

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Die Verwertung von CO2 bietet eine hervorragende Möglichkeit chemische Grundchemikalien unabhängig von Rohöl und Erdgas herzustellen. Um den CO2-Gehalt der Atmosphäre zu senken ist die Verarbeitung von CO2 nicht geeignet. Zur Zeit sind nur sehr kleine Märkte für die Verwertung von CO2 in Reaktionsprozessen vorhanden. Mit Hilfe innovativer Katalysatoren können neue Prozesse entwickelt und neue Märkte erschlossen werden.

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