Chemie ohne gefährliche Abfallstoffe und Treibhausgase – das hat sich der Zukunftscluster „Elektrifizierung technischer organischer Synthesen“ (ETOS) auf die Fahnen geschrieben. Das moderne Leben wäre ohne chemische Produkte vollkommen undenkbar, doch manches Syntheseverfahren funktioniert eben nicht ohne umweltschädliche Ausgangsstoffe, hohen Energieeinsatz und teure Katalysatoren. Die potenziellen Möglichkeiten organischer elektrosynthetischer Verfahren versprechen hingegen nachhaltigere und günstigere Alternativen. ETOS will dieses Potenzial heben. Diese Form der Synthese setzt mittels elektrischem Strom organische Verbindungen in die gewünschten chemischen Produkte um.

Ökologisch wie wirtschaftlich lohnend

„Noch ist die organische Elektrosynthese eine wenig erforschte Nischentechnologie, die in der Industrie selten eingesetzt wird. Wir wollen daraus nun maßgeschneiderte Verfahren für konkrete Produktionsprozesse entwickeln, die sich ökologisch und wirtschaftlich lohnen“, erläutert Ulrike Krewer, Elektrochemikerin am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) und Co-Sprecherin von ETOS. „Setzen wir dann noch auf Strom aus erneuerbaren Energien, sind die neuen Verfahren ein wichtiger Schritt in Richtung CO₂-Neutralität in diesen Prozessen.“ Die Projektbeteiligten möchten derartige Verfahren nicht nur im Labor entwickeln, sondern auch das Upscaling vorantreiben, um diese Prozesse industrietauglich weiterzuentwickeln.

Energie und Rohstoffe einsparen

Die Motivation zu dem Vorhaben schildert Philipp Röse vom KIT: „Der Vorteil ist, dass keine Abfälle entstehen, wenn mithilfe von Elektrizität eine Reaktion ausgelöst wird. Es ist ein ‚sauberes‘ Verfahren, erlaubt milde Synthesebedingungen und ist von Natur aus sicher.“ Die Forschenden erhoffen sich, für unterschiedliche Synthesen von Feinchemikalien Verfahren zu finden, die Energie und Rohstoffe einsparen. „Dabei geht es um das Verbessern einzelner Bauteile, etwa Elektroden, genauso wie um ganze Demonstratoren bis hin zur kompletten Prozesskette in Großanlagen“, erläutert Röse.

15 Mio. Euro Fördermittel

ETOS ist einer von sieben Clustern aus dem „Cluster4Future“-Wettbewerb, die vom Bundesministerium für Bildung und Forschung gefördert werden. Für die erste Förderperiode in den Jahren 2023 bis 2025 erhält ETOS eine Förderung von etwa 15 Mio. Euro. Die Industrie bringt zusätzlich circa 5 Mio. Euro ein. Anschließend kann noch zweimal eine solche Förderung für jeweils drei weitere Jahre beantragt werden, sodass ETOS insgesamt mehr als neun Jahre mit bis zu 45 Mio. Euro gefördert werden könnte. Beteiligt sind neben der projektleitenden Universität Mainz und dem KIT die TU Kaiserslautern, die TU Darmstadt, das Fraunhofer-Institut für Mikrotechnik und Mikrosysteme sowie 15 Industriepartner, darunter BASF, Boehringer Ingelheim, Merck, Bayer und Evonik.

bl