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• 16.01.2012

Katalyse

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 Markt für Katalysatoren betrug 2007 weltweit mehr als 16 Milliarden Dollar. Der unternehmerische Erfolg von Unternehmen hängt somit maßgeblich davon ab, innovative Ansätze zur chemischen Prozessoptimierung aufzugreifen. In Deutschland investiert die chemische Industrie jährlich etwa 8,8 Milliarden Euro in die Forschung und Entwicklung (inkl. der pharmazeutischen Forschung). Hierbei entstehen neben neuen Produkten auch Prozessverbesserungen, die etwa 5,3 Milliarden Euro an Rohstoff- und Energiekosten einsparen. Um chemische Prozessverbesserungen zu entwickeln bedarf es jedoch hoher Investitionen in Personal, Material und Zeit. Die Erfolgsquote wesentlicher Prozessverbesserungen bei Forschungsvorhaben beträgt hingegen nur weniger als 20%.

Heutzutage ist man in der Lage mit Hilfe von quantenchemischen Simulationen chemische Prozesse direkt auf molekularer Ebene zu untersuchen und die wesentlichen Effekte einer Reaktion zu analysieren. Wir von CreativeQuantum bieten an zielgerichteter nach Prozessverbesserungen zu forschen. Zusätzlich bieten wir mit einzigartigen Untersuchungsmöglichkeiten den Zugang zur Bestimmung von chemischen Eigenschaften, die auf klassische Weise nur mit erheblichem Aufwand zu ermitteln sind. Durch virtuelle Screenings kann CreativeQuantum noch vor der kostenintensiven Forschung im Labor potentielle leistungsfähige Katalysatoren identifizieren und somit die hohen Kosten von Prozessoptimierungen signifikant senken. Hierbei können wir die besonderen Aspekte der homogenen, als auch der heterogenen Katalyse betrachten.

Homogene Katalysatoren:

• Screenings der Metalle und Liganden beliebiger Reaktionsschritte:
  Die Aktivierungsbarrieren eines Teilschritts lassen sich in einem Screening für jede Modifikation eines Katalysators bestimmen.In kurzer Zeit kann festgestellt werden, welche Metall-Ligand-Kombinationen bei einem bestimmten Reaktionsschritt die niedrigsten Aktivierungsbarrieren aufweisen. Somit spart man Zeit und Laborkapazitäten und konzentriert sich bei der Forschung nur auf die erfolgversprechendsten Systeme.
• Einfluss von Ligandenmodifikationen auf jeden einzelnen Reaktionsschritt:
  Neben neuen Metall-Ligand-Kombinationen lassen sich auch etablierte Katalysatoren durch umfangreiche Derivatisierung auf Optimierungsmöglichkeiten untersuchen.
• Screenings asymmetrischer Katalysatoren:
  Katalysatoren für asymmetrische Reaktionen können ebenfalls mit Hilfe von virtuellen Screenings untersucht werden. Hierbei kann für die Umsetzung eines Substrats ein neuer asymmetrischer Katalysator entwickelt werden. Ebenfalls kann untersucht werden, wie sich die Reaktionsparameter ändern, wenn ein neues Substrat mit einem etablierten asymmetrischen Katalysator reagiert.
• Design von Organokatalysatoren:
  Neben Organometallkatalysatoren können auch beliebige metallfreie Katalysatoren untersucht werden. Nach einer Analyse der zur chemischen Umwandlung notwendigen Einzelreaktionsschritte können gezielt Organokatalysatoren entwickelt werden, welche die Übergangszustände entlang des Reaktionspfads stabilisieren.

Heterogene Katalysatoren:

• beliebige Oberflächenprozesse an beliebigen Oberflächenausschnitten:
  Chemische Reaktionen laufen an unterschiedlichen Oberflächen von heterogenen Katalysatoren mit unterschiedlichen Reaktionsgeschwindigkeiten ab. Eine selektive Untersuchung der Kinetik und Thermodynamik eines Reaktionsschrittes an definierten Oberflächen ist im Laborexperiment nur an wenigen Beispielen bekannt. Mit Hilfe von quantenchemischen Simulationen ist man in der Lage beliebige Reaktionsschritte an beliebigen Oberflächen zu untersuchen und erhält somit einen einzigartigen Zugang zur Kinetik und Thermodynamik der einzelnen molekularen Prozesse.
• Screenings verschiedener Metalle und Legierungen:
  Die Umsetzung von Substraten lässt sich mit Hilfe von virtuellen Screenings an verschiedenen heterogenen Katalysatoren simulieren. Hierbei können Reaktionen an verschiedenen Metallen und Legierungen untersucht werden. Damit können aus einer Vielzahl an verschiedenen Kombinationsmöglichkeiten von Oberfläche, Metall oder Legierung geeignete Katalysatoren für eine spezielle Umsetzung identifiziert werden.
• Untersuchungen von Schichtkatalysatoren:
  Neben Legierungen bieten Schichtkatalysatoren eine Vielfalt an Katalysatormodifikationen. Mit Hilfe von quantenchemischen Simulationen ist man in der Lage die Adsorptionsstärke von Molekülen von beliebigen Systemen zu untersuchen und eine Vorauswahl an zu untersuchenden Katalysatoren treffen.

Falls Sie von den Untersuchungsmethoden von CreativeQuantum flexibel profitieren möchten, so können wir für Sie mit unserem Know-how und Equipment Einzeluntersuchungen (Simulation Service) sowie ganze Forschungsprojekte (Contract Research) realisieren. Falls Sie weitere Fragen haben, so besuchen Sie unsere FAQ Seite oder nehmen direkt Kontakt mit uns auf.