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Hightech-Strategie

Chemie: Die Grundlage für Werkstoffe

Der Beitrag der chemischen Forschung als Innovationsmotor und Dienstleister bei der Entwicklung innovativer Werkstoffe ist beträchtlich. Gerade wenn die Ausrichtung der Produkte am Nutzen für den Menschen oder die Einbindung des Prinzips der Nachhaltigkeit in Produktionsprozesse gefragt sind, kommt der Chemie über die Grenzen der einzelnen Wirtschaftszweige hinweg eine bedeutende Rolle zu.

Ein gutes Beispiel, das die Bedeutung der Erkenntnisse aus chemischer Forschung für die Entwicklung innovativer Produkte deutlich macht, ist die Katalysatoren-Forschung. Grundsätzlich wirkt sich der Einsatz von Katalysatoren auf chemische Prozesse durch einen geringeren Bedarf an Energie bei gleichem Ergebnis aus: Reaktionen kommen mit weniger Energie in Gang und laufen schneller ab. Ohne die in Natur und Technik weit verbreiteten Katalysatoren würden viele Reaktionen erst gar nicht zustande kommen. Eine besondere Rolle kommt Biokatalysatoren zu, die eine Vielzahl lebenswichtiger Vorgänge in lebenden Organismen ermöglichen. Ohne sie wäre Leben auf der Erde nicht möglich.

Bereits heute werden Katalysatoren in der industriellen Chemie und bei der Herstellung von polymeren Werkstoffen in großem Umfang eingesetzt. Rund 80 % aller Industrie-Produkte kommen bei ihrer Herstellung mit mindestens einem Katalysator in Kontakt.

Die Reaktionen aus dem Labor lassen sich jedoch nicht direkt in industriellen Prozessen verwenden. Ziel der Forschungen ist es, diese aus zahlreichen Beispielen bekannten Wirkungen von Katalyse-Prozessen in technischen Abläufen weiterzuentwickeln und möglichst effizient anzuwenden. Neben der Ressourcenschonung können Katalysatoren ebenfalls ein Wegbereiter bei der Veredelung oder Wiederverwertung von Werkstoffen sein. Dadurch werden Prozesse gleichzeitig wirtschaftlicher und umweltverträglicher und tragen zur Erreichung der Ziele der Wettbewerbsfähigkeit und der Nachhaltigkeit bei. Zudem können sie Innovationsmotor sein: Mithilfe des gezielten Einsatzes von Katalysatoren ist die Entstehung verschiedener Endprodukte aus den gleichen Ausgangsstoffen möglich. Die Folgen sind eine höhere Ausbeute, eine höhere Reinheit des Endprodukts und weniger Nebenprodukte, die entsorgt werden müssen. Diese Materialkostensenkung hat eine besondere Relevanz, da ihr Anteil an den Gesamtkosten der Produktion beim verarbeitenden Gewerbe über 50 % beträgt.

Selbstorganisation

Auf dem Gebiet von Produktionsprozessen und Herstellungsmethoden leistet ein weiterer Forschungsbereich Grundlagenarbeit, die für innovative Fortschritte genutzt werden können. Das "Zauberwort" heißt Selbstorganisation als Konstruktionsprinzip.

Grundlage für diesen Ansatz ist ebenfalls ein in der Natur vorkommendes Prinzip: Einzelne Atome und Moleküle ordnen sich selbständig zu wohlgeordneten, funktionierenden Einheiten. Diese Prozesse finden entweder durch die Wirkung physikalischer Gesetze oder durch codierte Selbstorganisation statt: Wenn ein Regentropfen auf ein Blatt fällt und die Form einer perfekten optischen Linse annimmt, folgt es lediglich den physikalischen Gesetzen der Thermodynamik. Der eigenständige Entwicklungsablauf eines Embryos dagegen fällt in den Bereich von - in diesem Fall genetisch - codierter Selbstorganisation.

Die Herausforderung, vor dem die Forschung und Entwicklung auf diesem und anderen Gebieten steht, ist, vorhandene Prozesse zu verstehen und zu übertragen. Gelingt dies, ist gerade auf dem Gebiet der Werkstoffe eine Fülle von Innovationen möglich, deren Entwicklung nicht nur den Nutzern der entstandenen Produkte dient, sondern auch dem Wirtschaftsstandort Deutschland und seinem Arbeitsmarkt sowie der Umwelt zu Gute kommt. Sie dient uns allen.

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