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Transformation der chemischen Produktion: Zirkuläre Wirtschaft durch Kreisläufe für Kohlenstoff

Im mitteldeutschen Chemiedreieck könnten wichtige Weichen gestellt werden für eine klimaneutrale Transformation der gesamten chemischen Industrie in Deutschland und weltweit. Die interdisziplinäre Exzellenzcluster-Initiative „SmartProSys“ hat das Ziel, die chemischen und biotechnologischen Produktionsprozesse nachhaltig umzugestalten − auf der Grundlage einer grünen Kreislaufwirtschaft für Kohlenstoff. Dabei dreht sich alles um die Frage, wie sich Plastikmüll und biogene Rest- und Abfallstoffe systematisch und effizient in wertvolle Moleküle für neue Produkte umwandeln lassen. Denn bis 2050 soll die chemische Industrie klimaneutral produzieren. Nicht mehr mit fossilen, sondern mit erneuerbaren Kohlenstoffquellen. Die dafür notwendigen Technologien gibt es aber erst zum Teil.

„Unser Forschungsvorhaben packt eine große Herausforderung der Zukunft für die Gesellschaft im Allgemeinen und für die chemische Industrie im Besonderen an: Die Transformation von energieintensiven, linearen Prozessketten auf Basis fossiler Rohstoffe und Energieträger hin zu nachhaltigen, vollständig geschlossenen, energiesparenden Kreisläufen unter Nutzung von Biomasse, Recyclaten und erneuerbaren Energien.“

Prof. Dr.-Ing. Kai Sundmacher, OVGU, Sprecher der Exzellenzcluster-Initiative „SmartProSys“

Modelle für intelligente Prozesssysteme schaffen: Simulation, Optimierung, Steuerung

Daher will das Forschungsteam mit neuen Methoden und Wegen eine Grundlage für verfahrenstechnische Prozesse der chemischen Industrie von Morgen schaffen. Mit leistungsstarken Berechnungsmethoden und Algorithmen wollen sie die Grundlagen für die Simulation, Optimierung und Steuerung intelligenter Prozesssysteme schaffen. Das beantragte Exzellenzcluster nimmt dafür auch die gesellschaftlichen Aspekte des Übergangs in die Kreislaufwirtschaft in den Blick.

  • Prozessebene: ressourcen- und energieeffiziente mechanische, chemische und biologische Zerlegung von Rest- und Abfallstoffen in verwertbare Bausteine und die (Re-)Synthese von Wertstoffen und Wertprodukten
  • Molekulare Ebene: Identifikation intelligenter katalytischer Konversionspfade und Trennprinzipien für komplexe Mehrstoffgemische
  • Systemebene: Analyse wirtschaftlicher, politischer, verhaltens- und gesellschaftsbezogener Rahmenbedingungen

„Im Grunde geht es uns darum, die chemische Industrie insgesamt zu transformieren in Richtung Nachhaltigkeit. Unser Cluster erarbeitet die ingenieurwissenschaftlichen, naturwissenschaftlichen und mathematischen ebenso wie die politikwissenschaftlichen, wirtschaftswissenschaftlichen und sozialwissenschaftlichen Grundlagen, um diesen Transformationsprozess zu schaffen.“

Prof. Dr.-Ing. Kai Sundmacher

Wichtige Weichen stellen für eine weltweit nachhaltige Zukunft der chemischen Industrie

Die Exzellenzcluster-Initiative „SmartProSys“ geht aus einer langjährigen, sehr erfolgreichen Kooperation zwischen der Otto­von-Guericke-Universität Magdeburg und dem Max-Planck-Institut für Dynamik komplexer technischer Systeme in Magdeburg (MPI-DCTS) auf dem Gebiet des „Systems Engineering" hervor. Ergebnisse daraus waren bereits gemeinsame Berufungen und Drittmitteleinwerbungen, gemeinsam gestaltete Studiengänge und die Etablierung des Magdeburger Forschungszentrums für Dynamische Systeme (CDS). Darüber hinaus kommt aus dem Leibniz-Institut für Katalyse (LIKAT) in Rostock eine weltweit führende Expertise im Bereich der Katalyse und aus der Brandenburgischen Technischen Universität (BTU) Forschung zu sozio­technischen Transformationsprozessen hinzu. Längerfristig sollen grundlegende Forschungsergebnisse von „SmartProSys“ in die industrielle Anwendung übertragen werden, insbesondere durch eine enge Zusammenarbeit mit dem neu gegründeten Center for the Transformation of Chemistry (CTC) mit Sitz in Delitzsch.

„Für unsere Forschung ist es sehr vorteilhaft, dass wir die chemische Industrie direkt vor Ort haben, im Chemiedreieck. Was wir tun, ist für unser Bundesland Sachsen-Anhalt unmittelbar relevant. Unser Konsortium ist aber auch international ausgerichtet. Denn der Transformationsprozess muss natürlich auch an anderen Chemiestandorten geschafft werden, in Europa und weltweit. Wir möchten hier in Sachsen-Anhalt wichtige Weichen für eine nachhaltige Zukunft der gesamten chemischen Industrie stellen.“

Prof. Dr.-Ing. Kai Sundmacher

Netzwerk

Federführende Einrichtung:

  • Otto­von-Guericke-Universität Magdeburg

Weitere beteiligte Einrichtungen:

  • Max-Planck-Institut für Dynamik komplexer technischer Systeme (MPI-DCTS), Magdeburg
  • Leibniz-Institut für Katalyse (LIKAT), Rostock
  • Brandenburgische Technische Universität (BTU), Cottbus

Kooperationspartner:

  • Center for the Transformation of Chemistry (CTC), Delitzsch