Effizientere Prozesse
Dr. Sebastian Wohlrab
Dr. Bernd Müller

Die Forschung innerhalb des TF 06 ist auf neue Kooperationen und Konzepte ausgerichtet, die zukünftigen Herausforderungen erfolgreich begegnen können. Wirtschaftliche Synthesewege,
vielversprechende neue Ausgangsstoffe sowie neuartige attraktive Prozesse für industrielle Anwendungen sind das Ziel.

Die Gestaltung effi zienterer Prozesse umfasst vier verschiedene Säulen: 

(i) Effizientere Katalysatoren: Ein gezieltes Ligandendesign und deren Synthese spielen in der homogenen Katalyse eine herausragende Rolle. Denn bereits kleinste strukturelle Änderungen
können drastische Auswirkung auf die katalytische Wirksamkeit des Katalysators haben. Neben der Synthese von Liganden und Komplexen für die Homogenkatalyse widmet sich TF 06 der Forschung an heterogenen Katalysatoren. Ein Fokus liegt auf der Entwicklung kostengünstiger und umweltfreundlicher Alternativen zu kommerziell eingesetzten Katalysatorsystemen. Priorität hat die Regenerierbarkeit der entwickelten Katalysatoren, ohne dabei Aktivität, Selektivität und On-Stream-Stabilität einzubüßen. 

(ii) Effizientere Prozesskontrolle: Gegenstand der Untersuchungen sind u. a. Transfers vom Batchin den kontinuierlichen Betrieb, mit dem Ziel verschiedene Faktoren wie thermisches Management, Verweilzeitverteilung, Produkttrennung und damit letztendlich Selektivität und Ausbeute zu verbessern. Ein weiteres Werkzeug, um thermodynamisch und kinetisch anspruchsvolle Reaktionen effizienter zu gestalten, ist der Einsatz von katalytischen Membranreaktoren. Durch den Einsatz von Membranen lassen sich thermodynamische Gleichgewichte verschieben oder die Selektivität sowie die Produktivität erhöhen.

(iii) Effizientere Synthesewege: Sogenannte „Dream Reactions“ sind attraktive Reaktionen, die oftmals nur auf dem Papier existieren, beispielsweise die Herstellung einer komplexen Verbindung in nur einem Reaktionsschritt. Die Katalyse eröffnet jedoch die Möglichkeit, ganz neue Synthesewege zu gehen. Ein solcher „Durchbruch“ ist die einstufi ge Dicarbonylierung von Butadien. Nach über 60 Jahren weltweiter intensiver Forschung konnte die Reaktion am LIKAT realisiert und in die Anwendung überführt werden. Die gezielte Einstellung des H2:CO-Verhältnisses von Synthesegas bei der katalysierten Reformierung von Methan ist eine weitere solcher Traumreaktionen, die Gegenstand intensiver Untersuchungen sind.
(iv) Effizientere Nutzung von Ressourcen: Das große Interesse der Industrie, ihre Prozesse in Hinsicht auf Umsatz, Selektivität und Produktivität zu verbessern - selbst um nur wenige Prozentpunkte - begründet den vierten Schwerpunkt von TF 06. Hinter den primären Zielen verbirgt sich eine effizientere Nutzung von Rohstoffen und Energie, die von großer gesellschaftlicher Bedeutung für die Schonung unserer Ressourcen ist. Von großer Bedeutung sind Forschungsarbeiten zur Kohlenstoffgewinnung aus der Luft und die Weiterverarbeitung von Luft-CO2 unter milden Bedingungen.