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Das DECHEMA-Forschungsinstitut gehörte 2015 zu den Gründungsmitgliedern der Zuse-Gemeinschaft. Mit dem Vorsitzenden des DFI Prof. Dr. Jens Schrader sprachen wir über die Vielfalt der Forschungslandschaft bei Zuse und den neuen Zuse-Cluster Bioökonomie.

Erzählen Sie doch kurz etwas über die Zuse-Gemeinschaft: Wozu ist sie da und was möchte sie erreichen?

Prof. Dr. Jens Schrader, Vorsitzender des DECHEMA-Forschungsinstituts

Jens Schrader: Die Zuse-Gemeinschaft ist der Zusammenschluss der industrienahen, privatwirtschaftlich organisierten Forschungseinrichtungen in Deutschland. Davon gibt es etwa 130 – 75 sind inzwischen in der Zuse-Gemeinschaft organisiert. Das gemeinsame Merkmal ist ihre Gemeinnützigkeit und Nähe zum Mittelstand sowie die Ausrichtung auf spezifische Branchen.

Welche Forschungsfelder deckt die Zuse-Gemeinschaft ab?

Die Forschungsfelder umfassen alles, was momentan gesellschaftliche Relevanz hat: von Energie über Materialien bis hin zu Informatik, Biotechnologie und Medizin ist alles dabei. Diese sehr breite Aufstellung zeigt auch die Branchenoffenheit der Institute in der Zuse-Gemeinschaft. Sie sind jeweils historisch gewachsen und mit den speziellen Problemen und Bedürfnissen ihrer Branchen bestens vertraut – daraus hat sich ein besonderes Vertrauensverhältnis zu den mittelständischen Firmen aufgebaut. Diese schätzen das flexible und schnelle Handeln der Institute sowie ihre langjährige Expertise und anwendungsorientierte Denkweise.

Und welche Rolle spielt das Thema Bioökonomie in der Zuse-Gemeinschaft?

© DECHEMA-Forschungsinstitut / Stefan Streit Fotografie

Viele Institute in der Zuse-Gemeinschaft beschäftigen sich mit F&E-Themen im Bereich Bioökonomie. Wir decken dabei die Forschung entlang der gesamten Wertschöpfungskette ab: von den verschiedenen biologischen Rohstoffen bis zu innovativen Produktionstechnologien und biobasierten Materiallösungen. Einige Institute sind auch in der professionellen Bewertung von Nachhaltigkeit erfahren. Im April haben wir mit ca. 20 Instituten den Themencluster Bioökonomie gegründet –passend zum BMBF Wissenschaftsjahr. Auf diese Weise wollen wir die internen Synergien noch stärker nutzen und die Sichtbarkeit der Zuse-Gemeinschaft in Politik und Gesellschaft weiter erhöhen. Cluster zu anderen Schlüsselthemen sollen folgen.   Auf der Zuse-Homepage lassen sich die Institute nach Biotechnologie, aber auch nach allen anderen wichtigen Technologiefeldern sortieren. Ein Besuch lohnt sich!

Die Zuse-Gemeinschaft vertritt die Interessen unabhängiger privatwirtschaftlich organisierter Forschungseinrichtungen. Dem technologie- und branchenoffenen Verband gehören bundesweit über 70 Institute an. Als praxisnahe und kreative Ideengeber des deutschen Mittelstandes übersetzen sie die Erkenntnisse der Wissenschaft in anwendbare Technologien und bereiten so den Boden für Innovationen, die den deutschen Mittelstand weltweit erfolgreich machen.

Zum Cluster Bioökonomie in der Zuse-Gemeinschaft

4 Fragen an…
Dr. Arren Bar-Even, Forschungsgruppenleiter „Systemischer und synthetischer Stoffwechsel“ am Max-Planck-Institut für molekulare Physiologie, Golm

Dr. Bar-Even, ein Schwerpunkt Ihres Forschungsteams ist der „Umbau“ des zentralen Stoffwechsels von Mikroorganismen. Was fasziniert Sie am meisten am gezielten „Design“ von Stoffwechselwegen?

Dr. Arren Bar-Even [Quelle Sevens Maltry]

Ich glaube, was mich wirklich fasziniert, ist der Stoffwechsel selbst, noch bevor wir über synthetische Biologie sprechen. Der Stoffwechsel ist im Grunde der Kern des Lebens. Die Menschen neigen dazu, immer die genetische Information, die DNA und so weiter, als das Grundphänomen des Lebens zu betrachten, aber ich bin anderer Meinung. Stoffwechsel ist Leben. Der Stoffwechsel ist die konzertierte Umwandlung von Molekülen in andere Moleküle; er reagiert auf Reize und erhält gleichzeitig die Homöostase aufrecht. Das ist Leben.

„Stoffwechsel ist Leben“

Das Faszinierende am Stoffwechsel, das mich besonders anspricht, ist die Tatsache, dass es sich um einen sehr organisierten, fast mathematischen Prozess handelt – dahingehend, dass er nach ganz bestimmten Regeln abläuft. Es ist leicht, den Stoffwechsel im Rahmen dieser Regeln zu betrachten. Wir versuchen ständig, neue Regeln aufzudecken und von ihnen zu lernen, um neue Stoffwechselwege zu entwerfen. Das ist es, was mich fasziniert. Im Grunde genommen braucht man zwei Komponenten: ein grundlegendes wissenschaftliches Verständnis der Designprinzipien des Stoffwechsels und eine eher angewandte, technische Komponente, die versucht, diese Erkenntnisse und Designprinzipien nutzbar zu machen. Das Design von Stoffwechselwegen, das „Pathway Engineering“, ist kein Ausprobieren, sondern das Durchdenken, Entwerfen und Analysieren potenzieller Routen nach bestimmten chemischen und mathematischen Regeln. Im Gegensatz zu vielen anderen biologischen Ansätzen geht es hier wirklich darum, Leben zu konstruieren.

In Ihrer jüngsten Veröffentlichung in Nature Chemical Biology beschreiben Sie einen neuen Weg, der es Bakterien ermöglicht, auf C1–Verbindungen wie Formiat und Methanol zu wachsen. Wie tragen diese Erkenntnisse zur nachhaltigen Produktion von Chemikalien bei?

Zunächst muss man sich klarmachen, dass fast alle Dinge um uns herum aus Kohlenstoff bestehen und dass dieser Kohlenstoff hauptsächlich aus fossilen Quellen stammt. Im Grunde genommen basiert also alles auf Öl . Ich spreche nicht nur von Kraftstoffen, sondern auch von Kunststoffen, Textilien, Pigmenten und Lösungsmitteln. Natürlich ist die Produktion von Dingen aus fossilem Kohlenstoff nicht nachhaltig. Letztendlich endet dieser Kohlenstoff als CO2 – das wollen wir nicht. Die Idee hinter unserer Veröffentlichung ist es deshalb, CO2 zur Herstellung all dieser Dinge um uns herum zu verwenden. In unserem Szenario schaffen wir eine zirkuläre Kohlenstoffwirtschaft, in der alle Dinge bei CO2 beginnen und in CO2 enden, aber ohne dass netto zusätzliches CO2 freigesetzt wird. Dies bringt uns zu der Hauptfrage: Wie kann man am besten mit CO2 beginnen und bei Chemikalien enden?

„Die Nutzung der Landwirtschaft zur Produktion von Chemikalien ist wahrscheinlich nicht die beste Lösung“

Zuckerrübenfeld [Quelle DarkWorkX / Pixabay]

Man kann viele verschiedene Ansätze verfolgen. Es gibt zum Beispiel rein biologische Ansätze, die sich auf die Landwirtschaft oder die Photosynthese stützen, um Kohlenstoff zu fixieren. Der Kohlenstoff wird in Zucker umgewandelt und an Bakterien verfüttert, die den Zucker in Chemikalien umwandeln. Dies ist einer der gängigsten Wege. Das Hauptproblem bei diesem Ansatz besteht darin, dass die Verwendung von landwirtschaftlichen Ressourcen zur Herstellung von Chemikalien in direkter Konkurrenz zum menschlichen Konsum steht. Folglich bedroht er die Ernährungssicherheit und erfordert die Ausweitung der Landwirtschaft, was auf Kosten des natürlichen Lebensraums geht und die biologische Vielfalt direkt bedroht. Deshalb ist die Nutzung der Landwirtschaft zur Herstellung von Chemikalien auf lange Sicht wahrscheinlich nicht die beste Lösung. Was diesen Ansatz noch komplizierter macht, ist, dass er ziemlich ineffizient ist. Im Grunde ist die Effizien von Pflanzen oder anderen fotosynthetischen Organismen, die Sonnenlicht in chemische Energie umwandeln, sehr gering.
Auf der anderen Seite kann man versuchen, CO2 durch rein chemische Katalyse in Chemikalien umzuwandeln und dabei wesentlich höhere energetische Wirkungsgrade zu erzielen. Das Problem dabei ist, dass die chemische Katalyse in der Regel große Anlagen erfordert und unter extremen Bedingungen wie hohem Druck und sehr hohen Temperaturen arbeitet. Außerdem ist man sehr eingeschränkt, wenn es darum geht, ganz spezifische Verbindungen herzustellen. Häufig erhält man stattdessen eine Mischung aus vielen, vielen verschiedenen Molekülen.

„Wir kombinieren abiotische und biotische Katalyse“

Der Ansatz, den wir verfolgen, ist, abiotische Katalyse und biotische Katalyse so zu kombinieren, dass wir die Vorteile beider Ansätze nutzen können, ohne unter ihren Nachteilen zu leiden. Die Idee: Wir aktivieren CO2, in dem wir abiotisch einfache C1-Verbindungen herstellen. Diese C1-Verbindungen verfüttern wir an Mikroorganismen, die sie in komplexe Moleküle umwandeln. Beide Schritte können auf sehr effizient und spezifisch durchgeführt werden. Unsere Produktionskette geht also von CO2 aus, verläuft über die katalytische Herstellung von C1-Verbindungen und von dort zu den Mikroorganismen.

E. coli [Gerd Altmann / Pixabay]

Ameisensäure und Methanol, über die wir auch in der Veröffentlichung berichten, sind Schlüsselmoleküle, weil sie sehr effizient aus CO2 hergestellt werden können. Außerdem sind sie flüssig und löslich, sie können also bei Bedarf gelagert und transportiert werden, und sie können von lebenden Zellen leicht aufgenommen werden. In unserer Veröffentlichung haben wir E.coli-Bakterien so verändert, dass sie auf Formiat und Methanol wachsen können. Dieser Stamm kann nun so weiter manipuliert werden, dass er jede Chemikalie produziert, die Sie gerne hätten. Das könnte Kraftstoff sein, Kunststoffmonomere, irgendein chemischer Grundstoff und so weiter. In unserem Konzept bilden neue Bakterienstämme den Schlüssel für die Umsetzung einer Kohlenstoff-Kreislaufwirtschaft.

Das klingt vielversprechend und bringt mich zur nächsten Frage: Von welchem Stoffwechselweg träumen Sie? Und was ist nötig, damit dieser Stoffwechselweg zukünftig genutzt werden kann, um bio-basierte Chemikalien in großem Maßstab herzustellen?

Wenn es um den Stoffwechselweg meiner Träume geht, bin ich befangen: Ich glaube, es ist der, den wir in Nature Chemical Biology vorgestellt haben. An diesem Weg – der reduktiven Glycin-Route – arbeite ich schon sehr lange, und ich sehe ihn sehr optimistisch. Es gibt einige Gründe, warum ich gerade diese Route besonders mag. Erstens ist sie sehr effizient. Man kann sie nutzen, um Formiat oder Methanol mit wenig Aufwand für die Zelle herzustellen. Das heißt, man bekommt viel Biomasse und hohe Produktausbeuten, und das ist der Schlüssel für eine wirtschaftlich wettbewerbsfähigen und nachhaltigen Prozess.

„Diese Route scheint ein „plug-and-play“-Mechanismus zu sein“

Was aber noch wichtiger ist: Diese Route scheint ein „plug-and-play“-Mechanismus zur Verarbeitung von C1-Verbindungen zu sein, man kann sie also in verschiedenen Wirten einsetzen. Sie ist nicht spezifisch für einen Organismus. Neben dem Einsatz in E.coli, über den wir in Nature Chemical Biology berichten, haben wir sie auch in andere Mikrooganismen eingebracht. So könnte möglicherweise jedes Labor die Route im Organismus seiner Wahl einsetzen und ihn so befähigen, auf Methanol und Formiat zu wachsen und Wertstoffe zu produzieren.

„Es gibt noch viel zu tun”

Um die Frage zu beantworten, was getan werden muss, um synthetische Wege in der Industrie zu implementieren – es gibt noch viel zu tun. Derzeit können wir diese Technologie noch nicht im großen Maßstab einsetzen, weil viele Schritte noch optimiert werden müssen. Betrachtet man die rein biologischen Prozesse, muss die Fähigkeit der mikrobiellen Stämme, auf Formiat und Methanol zu wachsen, weiter verbessert werden. Langfristige Entwicklung, Anpassung und Optimierung sind erforderlich, damit die vielversprechendsten Stämme das volle Potenzial des Pfades ausschöpfen können. Wenn wir außerdem etwas ganz Bestimmtes aus Formiat oder Methanol herstellen wollen, müssen wir den Stamm weiter entwickeln und die metabolische Umwandlung von Formiat oder Methanol in das Produkt optimieren. Und wenn man andere Mikroorganismen zur Herstellung neuer Verbindungen verwenden will, muss man zunächst den reduktiven Glycinweg im neuen Wirt etablieren, was zusätzliche Arbeit erfordert.

„Vom CO2 zum Formiat“

Photo by ThisIsEngineering on Pexels.com

Darüber hinaus gibt es im abiotischen Teil noch viel zu tun. Wie schon dargestellt, ist unsere Technologie auf eine abiotische Aktivierung von CO2 angewiesen, um die Umwandlung in C1-Verbindungen zu ermöglichen. Viele Labore und Unternehmen auf der ganzen Welt forschen umfassend an diesen Verfahren, und viele Fortschritte haben dazu beigetragen, dass die Umwandlung wirtschaftliche rentabel wird. Der Prozess der Umwandlung von CO2 in Methanol ist relativ weit entwickelt und bereits kommerziell verfügbar. Was wir jedoch noch interessanter finden, ist die Umwandlung von CO2 in Formiat. Dieser Prozess befindet sich noch immer auf einem relativ niedrigen Technology Readyness Level. Es besteht noch eine Menge Optimierungsbedarf, um sowohl die Effizienz hoch als auch die Kosten des Elektrolyseurs so niedrig wie möglich zu halten. Deshalb arbeiten wir auch mit Chemikern und Chemieunternehmen zusammen, die sich auf CO2-Umwandlungstechnologien konzentrieren.
Wir sprechen also optimistisch von einem Zeitraum von mehreren Jahren, bis wir in der Lage sein werden, eine komplette Produktionskette vom CO2 bis zum Produkt im kommerziellen Maßstab umzusetzen.

Sie sind Teil eines nationalen Projekts namens ForceYield zu synthetischen Stoffwechselwegen, das vor kurzem angelaufen ist. Was ist der Mehrwert solcher Projekte mit vielen Partnern?

Ich kenne viele Leute, die sich alleine um eine Finanzierung bewerben, und ich kenne viele Leute wie mich, die sich in der Regel im Rahmen eines Konsortiums um eine Fördergelder bewerben. Ich glaube, der Hauptunterschied besteht darin, dass man sich für Grundlagenforschung tatächlich alleine um Fördermittel bewerben kann. Wenn man jedoch ein eher angewandtes Forschungsthema, einen methodischen Ansatz oder ein neues Produkt anstrebt, ist es fast unmöglich, ein solches Projekt allein durchzuführen. Man muss zusammenarbeiten; man muss ein Konsortium haben, das Fähigkeiten umfasst, die über das eigene Know-How hinausgehen.

„Man braucht Experten für verschiedene Aspekte“

Um von einer Idee zu einem Produkt zu kommen, bedarf es eines stark interdisziplinären Hintergrunds und sehr unterschiedlicher Fähigkeiten, um verschiedene Herausforderungen entlang der Entwicklung der Produktionskette anzugehen. Dies gilt auch für das ForceYield-Projekt. Wir haben Leute mit ganz unterschiedlischer Expertise an Bord und jeder von ihnen muss seinen Teil dazu beitragen, damit wir am Ende einen tragfähigen Prozess haben. Innerhalb des ForceYield-Teams haben wir Experten für Metabolic Engineering, die den inneren Aufbau der Zellen verändern können. Wir haben andere, die sich besonders gut mit Stammoptimierung und der langfristigen Evolution von Zellen auskennen, und wieder andere, die Experten in der Entwicklung und Optimierung von Bioprozessen sind. Eine enge Zusammenarbeit dieser Disziplinen ist für den Gesamtprozess unerlässlich. Darüber hinaus ist die Beteiligung von Industrieunternehmen, sowohl im Beirat als auch im Projekt selbst, entscheidend, um einen Ansporn und die richtigen Informationen zu erhalten, damit wir das Projekt auf einen wirtschaftlich tragfähigen Weg steuern können.

Dr. Bar-Even, vielen Dank für dieses Gespräch!

Neben dem ForceYield-Projekt arbeitet die DECHEMA e.V. auch im nationalen Projekt TRANSFORMATE mit Dr. Arren Bar-Even zusammen. Nachfolgend finden Sie eine kurze Beschreibung beider Projekte. Wenn Sie mehr über das ForceYield- und das TRANSFORMATE-Projekt erfahren möchten, dann schauen Sie doch mal unter www.dechema.de/forceyield und
https://dechema.de/Forschungsförderung/Projekte/TRANSFORMATE.html.

Das Ziel des ForceYield-Projekts ist die Entwicklung eines innovativen bakteriellen Plattformorganismus, der in der Lage ist, landwirtschaftliche Abfälle in wertvolle Chemikalien auf biologischer Basis umzuwandeln. Mit Hilfe eines neuartigen synthetischen Stoffwechselweges wird der Organismus in der Lage sein, außergewöhnlich hohe Produkterträge zu erzielen.

TRANSFORMATE
Das Ziel des TRANSFORMATE-Projekts ist die Umwandlung von CO2-haltigen Abgasströmen aus Industrieparks in wertvolle biologisch abbaubare Biokunststoffe. Dazu wird ein Verfahren entwickelt, das CO2 in einem ersten Schritt durch elektrochemische Umwandlung zu Ameisensäure reduziert und dann im Bioreaktor mit hoher Selektivität in Spezialchemikalien (PHB und Croto®) umwandelt.

… Prof. Dr. Kurt Wagemann, Geschäftsführer des DECHEMA e.V., und Dr. Florian Ausfelder, Themensprecher „Energie & Klima“ beim DECHEMA e.V.

Wasserstoff gilt als Energieträger der Zukunft, denn er kann mithilfe erneuerbarer Energien klimaneutral hergestellt werden. So kann Strom, beispielsweise aus Solar- und Windkraft, in Form von Wasserstoff gespeichert und transportiert werden. Außerdem kann das Gas als Brennstoff oder Ausgangsstoff für Chemikalien und Kraftstoffe fossile Energieträger in Bereichen ersetzen, die nicht auf Strom umgestellt werden können. Dazu zählen unter anderem der LKW-, Flug- und Schiffsverkehr sowie verschiedene Industriezweige. Damit Deutschland die Zukunft der Wasserstofftechnologien aktiv mitgestaltet, hat die Bundesregierung kürzlich die Nationale Wasserstoffstrategie beschlossen. Was steckt dahinter? Wie realistisch sind die Ziele und wo steht die deutsche Forschung heute? Prof. Dr. Kurt Wagemann und Dr. Florian Ausfelder geben Antworten.

Quelle Adobe Stock/ Fokussiert

Um die Nationale Wasserstoffstrategie wurde lange gerungen. Nun wurde sie endlich beschlossen – milliardenschwer. Zusammen mit dem Konjunkturpaket als Reaktion auf die Corona-Krise sollen neun Milliarden Euro in Wasserstofftechnologien fließen. Wie bewerten Sie die Nationale Wasserstoffstrategie?

Wasserstoff hat als zukünftiger Energieträger das Potenzial, unser gesamtes Energiesystem nachhaltig zu verändern.  Daher ist es sehr zu begrüßen, wenn die Entwicklung einer solchen Zukunftstechnologie nicht nur in isolierten Anstrengungen verfolgt wird, sondern eine konzertierte Herangehensweise nicht nur der verschiedenen Ministerien, sondern auch in engem Kontakt mit Wirtschaft und Wissenschaft angestrebt wird.

Wasserstoff kann in vielen Bereichen einen wesentlichen Beitrag zur Energiewende und einer nachhaltigen Entwicklung leisten. In einigen Bereichen ist er jedoch langfristig alternativlos und wir begrüßen ausdrücklich den Fokus auf die industrielle Nutzung von Wasserstoff in den Grundstoffindustrien, speziell auch der chemischen Industrie.

Die Antwort auf die Frage, welche Farbe der Wasserstoff haben kann und darf, hätten wir uns aus folgenden Gründen offener gewünscht: Wir bezweifeln, dass ausreichende Mengen an „grünem“ Wasserstoff schnell und kostengünstig genug zur Verfügung stehen werden, um die neuen Industrieprozesse rasch auszurollen und die Infrastruktur zügig zu entwickeln. Auch sehen wir die Position als zu einengend im Kontext eines  europäischen Binnenmarktes an. Wasserstoff wird zu einem wichtigen Handelsgut innerhalb Europas werden, dessen Quellennachweis aber nachverfolgbar sein muss.

Wie realistisch sind die Ziele? Und wie können diese erreicht werden?

Das Ziel, Wasserstoff über einen Leitmarkt als Dekarbonisierungsoption zu etablieren und damit einen Beitrag zum Klimaschutz zu leisten, ist ein hoher Anspruch, vor allen Dingen im Hinblick auf die beabsichtigte Zeitschiene und mit dem Anspruch allein auf „grünen“ Wasserstoff zu setzen. Als „grüner“ Wasserstoff wird im Kontext der Nationalen Wasserstoffstrategie nur Wasserstoff verstanden, der unter Einsatz erneuerbarer Energien bereitgestellt wird. Die Zielsetzungen sind ambitioniert. Es geht dabei auch um die Förderung von Forschung und Entwicklung für das Upscaling der Elektrolyseure bis in den Gigawatt-Bereich und um Investitionsmittel, um Elektrolysekapazitäten schneller hochzufahren. Zentral wird aber sein,  zu welchen Kosten der Wasserstoff nachher zur Verfügung steht und ob dies für die Anwendungen im Vergleich zu den Alternativen wettbewerbsfähig ist. Hier sehen wir noch Herausforderungen, sowohl im notwendigen zusätzlichen Ausbau erneuerbarer Energien, den Kosten für „grünen“ Strom und dem Umbau der Prozessketten. Wie in der Nationalen Wasserstoffstrategie ausgeführt, werden wir um den Import nicht herumkommen. Dieser sollte im Kontext einer vertrauensvollen Zusammenarbeit und mit Rücksicht auf die energie- und entwicklungspolitischen Ziele der Exportländer entwickelt werden.

„Wasserstoff wird zu einem wichtigen Handelsgut innerhalb Europas werden.“

Welche Industriezweige und Sektoren, sprich Industrie, Verkehr, Wärme etc., können besonders von der Nationalen Wasserstoffstrategie profitieren?

Für einige Industriebranchen, vor allen Dingen in der Grundstoffindustrie, ist Wasserstoff mittelfristig alternativlos, um die Produktion nachhaltig und klimaneutral zu gestalten. Hierzu gehören die chemische Industrie und die Stahlindustrie. Auch andere Industrien können profitieren, entweder durch den Einsatz von Power-to-X-Brennstoffen oder als Lieferant des dafür erforderlichen neuen Rohstoffs Kohlenstoffdioxid (CO2), der unter Einsatz von Wasserstoff zu diesen Brennstoffen umgesetzt wird. Wir sollten uns aber nichts vormachen. Die Grundstoffindustrien zeichnen sich durch einen sehr hohen Energiebedarf für die chemischen Umwandlungen aus, gleichzeitig aber durch eine relativ geringe Wertschöpfung pro eingesetzter Einheit Energie. Umgekehrt bedeutet dies, dass wenig Spielraum für eventuell anfallende Mehrkosten verfügbar ist. Gerade auch deshalb wird die Herausforderung darin bestehen, die Kosten für „grünen“ Wasserstoff sehr schnell und substanziell gegenüber dem aktuellen Kostenniveau zu senken.

Deutschland soll international führend im Bereich der Wasserstofftechnologien werden. Dazu soll die Forschungsförderung in den nächsten Jahren deutlich erhöht werden. Wie ist hierzulande der aktuelle Stand von Forschung und Entwicklung? Wo muss noch mehr getan werden?

Deutschland ist aktuell sehr gut im Bereich der Forschung und Entwicklung dabei. Wir sehen ein starkes Engagement sowohl der industriellen Endanwender als auch im Anlagenbau. In diesem Sinne werden von der Nationalen Wasserstoffstrategie wichtige Impulse für die weitere Entwicklung ausgehen. Wir als DECHEMA sprechen uns für eine enge Verzahnung von akademischer und industrieller Forschung und Entwicklung aus. Zum einen muss die akademische Community hinsichtlich der industriellen Herausforderungen sensibilisiert werden, zum anderen werden auch im industriellen Umfeld die Chancen einer Zusammenarbeit im Hinblick auf die Etablierung von gesamten Wertschöpfungsketten stärker dargestellt werden müssen. Nur dann lassen sich, ausgehend von einer frühzeitigen Zusammenarbeit in Forschungs- und Entwicklungsprojekten über Branchengrenzen hinweg, gemeinsam die Herausforderungen erfolgreich meistern. Im Rahmen der Forschungsoffensive sind auch große Forschungsvorhaben „Wasserstoff in der Stahl- und Chemieindustrie“ als zukunftsweisende Angebote angekündigt, um Klimaneutralität zu erreichen. Wir sehen in dieser Maßnahme eine gute Chance, früh die relevanten Prozesse zu adressieren und zukunftsfähig und nachhaltig zu gestalten.

„Für einige Industriebranchen ist Wasserstoff alternativlos, um die Produktion nachhaltig und klimaneutral zu gestalten.“

Wie trägt die DECHEMA dazu bei?

Die DECHEMA sieht sich an der Schnittstelle von Akademia, Industrie und Gesellschaft. In unseren Netzwerken werden die Themen ausgiebig von Experten mit unterschiedlichsten Hintergründen diskutiert. Wir sind darüber hinaus intensiv selbst in Forschungs- und Entwicklungsprojekten aktiv. Im Zentrum unseres Engagements steht das professionelle Management sehr großer BMBF-geförderter Projekte: Das Kopernikus-Projekt P2X, das  verschiedene Power-to-X-Wertschöpfungsketten abbildet, und NAMOSYN, das  sich mit synthetischen Kraftstoffen beschäftigt. Hinzu kommen weitere Projekte wie Power-to-Methanol als eine Vorstudie für eine Anlage zur Produktion von erneuerbarem Methanol. Diese Projekte ergänzen sich hervorragend mit unseren Aktivitäten zur CO2-Abtrennung und Nutzung als einem unverzichtbaren Baustein für die weitere Nutzung von Wasserstoff in Form von kohlenstoffhaltigen Energieträgern oder chemischen Grundstoffen. Im Kontext nationaler und internationaler Aktivitäten bilden unsere Veranstaltungen eine Möglichkeit, den Austausch in und zwischen den Communities zu stärken und voranzubringen. Die DECHEMA hat außerdem in Form von Studien- und Positionspapieren schon früh die Bedeutung von Wasserstoff hervorgehoben und insbesondere im Kontext der chemischen Industrie analysiert.

Wohin nach dem Labor?

Das Studium der verschiedenen MINT-Fächer fordert und fördert zugleich. Es eröffnet den Studierenden viele Perspektiven für den Einstieg in die Berufswelt . Genau dieses Vielerlei an Möglichkeiten führt aber zu Fragen, die nicht so einfach in einem Studienbuch oder durch Lehrpersonal beantwortet werden können. Wie sieht der Berufsalltag aus, wenn ein Biochemiker das Labor gegen den Schreibtisch eintauscht? Oder sich gar als Patentanwältin den Paragraphen widmet, statt den Reagenzgläsern treu zu bleiben?

Viele dieser Fragen haben die über 50 Teilnehmerinnen und Teilnehmer beim  YOUNG DECHEMA-Webinar „Raus aus dem Labor – Berufliche Perspektiven für MINT-Studierende außerhalb des Labors“ gestellt. Zwei Referentinnen haben ehrlich, offen und kompetent die Antworten geliefert und einen ausführlichen Einblick in ihren Werdegang und den heutigen Berufsalltag gewährt.

Zunächst hieß es „Nicht mehr im Labor, aber noch nah dran“

CMC-Managerin Regina Medvedev

Oder auch mittendrin, aber nicht mehr ganz dabei. Wie das geht, verriet Dr. Regina Medvedev, CMC Managerin bei der Biotest AG in Dreieich. Hier lernten die Teilnehmer gleich zu Beginn etwas – denn die Funktionsbezeichnung CMC steht für „Chemistry, Manufacturing and Controls“, und beschreibt den Tätigkeitsbereich  „Informationen bewerten, die notwendig sind, um ein Medikament mit gleichbleibender, hoher Qualität produzieren zu können.“ Die promovierte Biochemikerin bot den Teilnehmern einen Einblick in ihren akademischen Werdegang und verriet, welche Stationen und damit verbundene Herausforderungen sie dazu gebracht haben, das Labor zugunsten des Schreibtisches zu verlassen. Unter anderem waren fehlende Planungssicherheit durch oftmals befristete Verträge in Forschungsprojekten sowie ungeregelte Arbeitszeiten, die der Arbeitsalltag in Laboren mit sich bringt, ausschlaggebend, den Weg in die Wirtschaft und aus dem klassischen Laboralltag zu wagen. Dr. Medvedev machte auf die Hindernisse der Jobsuche aufmerksam und mahnte, nicht zu spät mit der Suche zu beginnen, sich lieber schon vor dem Ende des Studiums bzw. der Promotion zu bewerben und Gelegenheiten für Praktika bereits während des Studiums zu ergreifen. Praktisches Know-How und ein breites persönliches Netzwerk können die Jobsuche erheblich erleichtern. Viele Teilnehmer nutzten die Gelegenheit, ihre Fragen an die Referentin zu richten. Ist es realistisch, eine Stelle zu bekommen, obwohl man als Bewerber nicht alle in der Stellenanzeige angegebenen Kompetenzen mitbringt? Und auf welchen Wegen können Studenten sich diese bereits im Studium aneignen? Die lebhafte Fragerunde lieferte nützliche Tipps und machte auf die verschiedenen Karrierewege nach dem Studium neugierig.

Akten statt Reagenzglas – Berufsbild Patentanwältin“

Patentanwältin Anna-Katharina Heide

Das Webinar ging spannend weiter: Was bewegt eine promovierte Naturwissenschaftlerin dazu, ein weiteres Studium aufzunehmen, dies berufsbegleitend und in einem Feld, das ganz andere Kompetenzen voraussetzt als es der klassische Doktorand eines MINT-Faches gewohnt ist? Dr. rer.nat. Dipl. Biol. Anna-Katharina Heide, Patentanwältin, European Patent Trademark and Design Attorney, bei IP-Patentanwälte, referierte über ihren Karriereweg und zeigte den Teilnehmern detailliert auf, welche Stationen es auf dem Weg zum Patentanwalt zu bewältigen gilt und wie zeitintensiv eines Studiums an einer Fernuniversität ist. Sie ging auch auf die einzelnen Stationen und die damit verbundenen Herausforderungen ausführlich ein, wie etwa auf das Amtsjahr sowie die Europäische Prüfung.

Die Teilnehmer interessierte sich besonders  dafür, welche Charakterzüge für die Ausübung dieses Berufes relevant seien. Dr. Heide nannte hier eine Vielzahl von Eigenschaften, darunter solche wie „Demut vor der Komplexität der Materie, Klarheit über die rechtlichen Folgen für den Mandanten, hohe Sorgfalt und Genauigkeit mit Blick für das Detail, gutes Erinnerungsvermögen und analytisches Denken“. Sie gewährte auch einen Einblick in ihren Berufsalltag:„Sie arbeiten am Schreibtisch, mit wenig zwischenmenschlichen Kontakten, aber dafür mit ganz viel Papier und Internet!“. Im Anschluss beantwortete Dr. Heide Fragen der Teilnehmer darüber, wie sie zu Ihrem ersten Mandanten kam und ob sich der lange Weg vom Studium in den Beruf gelohnt hat.

Bedauern Sie, dass Sie das Webinar verpasst haben?

Damit das nicht wieder vorkommt – werden Sie Mitglied bei „YOUNG DECHEMA“ oder folgen Sie den DECHEMA-Social Media- Kanälen! YOUNG DECHEMA, das Netzwerk für Studierende und Young Professionals, veranstaltet nicht nur Webinare zu Studienfragen und Karrierewegen mit nützlichen Tipps und Tricks aus der Praxis. Im Mitgliederbereich und über unseren Newsletter erhalten Sie , Informationen und Zugänge zu Reisestipendien, Ehrungen und Preise für Studierende und Doktoranden, Summer Schools und nützliche Kontakte sowie 11 x Jahr das DECHEMA-Mitglieder Magazin „DECHEMA aktuell“ in der digitalen Version. Die Mitgliedschaft ist seit dem Jahr 2020 für Studierende bei Vorlage eines Studierendenausweises „Kostenfrei, aber nicht umsonst!“.

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Überrollt uns die Digitalisierungswelle? Mit einem Blick auf die letzten Wochen könnte man das wohl sagen – allerdings ganz anders, als wir zu Beginn unserer Digitalisierungsserie hier im Blog dachten. Und wir hatten auch nicht damit gerechnet, das so unmittelbar am eigenen Leib zu erfahren …

Die letzten Wochen haben zu vielen Veränderungen in unserer Art zu Arbeiten geführt. Schon seit Jahren wird diskutiert, ob eine Ausweitung von Homeoffice zu mehr oder weniger Produktivität führt. Vielfach war die Infrastruktur für den Zugriff auf Firmenressourcen lediglich auf wenige Mitarbeiter auf Dienstreise ausgelegt.

In Zeiten von #SocialDistancing,  #StayHome und #FlattenTheCurve halten aber viele Firmen auf einmal große Teile der Belegschaft zur Arbeit vom heimischen Schreibtisch an (beim Verfassen dieses Textes handelt es sich sogar um das heimische Sofa). Dies führt zu einem Sprung in der Digitalisierung der Arbeit, der eine Herausforderung für alle Beteiligten darstellt. Die IT-Abteilungen müssen Lizenzen für VPN-Zugänge beschaffen und Mitarbeiter ohne Laptop müssen mit entsprechender Hardware ausgestattet werden.

Da ist es von Vorteil, wenn man, wie bei Covestro vermeldet, ohnehin gerade entsprechende Digitalisierungsprojekte in Vorbereitung hat. Für das geplante Training an den neuen Tools ist dann zwar keine Zeit mehr, aber zumindest stehen die Programme zur Verfügung.

Digitalisierung
© pixabay

Neue Art der Kommunikation

Auch die Art zu kommunizieren ändert sich. Persönliche Treffen werden auf Webkonferenzen umgestellt, große Veranstaltungen werden digital übertragen und das ein oder andere lässt sich statt mit einer Besprechung auch per E-Mail klären. Die ersten Tage in dieser neuen Situation waren dann auch etwas holprig. Web- und Telefonkonferenz-Dienste stießen an ihre Kapazitätsgrenzen und mussten aufrüsten oder ihre Leistungen anpassen.

Auch die interne Abstimmung zur Nutzung der vorhandenen Lizenzen wurde komplizierter, weil plötzlich alle gleichzeitig darauf zugreifen wollten. Inzwischen funktioniert die Arbeit recht reibungslos und auch die Kommunikation läuft deutlich routinierter. Und auch Fortschritte bei schon lange verwendeten Tools sind erkennbar: Musste man früher mindestens die ersten fünf Minuten von Webkonferenzen für technische Schwierigkeiten mindestens eines Teilnehmers einplanen, ist dies inzwischen eher die Ausnahme. Es macht eben einen Unterschied, ob man einmal im Monat oder zweimal pro Tag die Einstellung für sein Mikrofon sucht.

Diagnose von Schwachstellen

Was zudem deutlich wird, sind die Schwachstellen, die unsere Infrastruktur noch bei der Digitalisierung hat. Streaminganbieter mussten die Bildqualität auf SD reduzieren, nachdem unter anderem in der Schweiz zeitweise über eine Nicht-Durchleitung dieser Dienste zu Bürozeiten diskutiert wurde. So gefährdet dann noch die plötzliche Umstellung auf flächendeckendes Homeoffice in Kombination mit Schulschließungen die Netzneutralität.

Und natürlich gibt es auch die Arbeiten, die nicht im Homeoffice erledigt werden können. In der Produktion sind Mitarbeiter vor Ort unerlässlich. Bei Wartung und Instandhaltung versteht sich das von selbst, aber auch bei der Anlagensteuerung wäre ein Remote-Zugriff mit erheblichen Sicherheitsrisiken verbunden. Auch hier könnte die Digitalisierung Wege eröffnen, den Präsenzbedarf zumindest zu verringern, von sicherem Remote-Zugriff auf vollautomatisierte Anlagen bis zur Anlagensteuerung mit Künstlicher Intelligenz. Doch in diesen Bereichen ist noch viel Entwicklungsarbeit nötig.

Integration statt Balance?

Aber zurück zu uns Schreibtischtätern. Die eingangs erwähnte Unsicherheit, wie sichHomeoffice auf die Produktivität auswirkt,  entsteht auch durch unzureichende Erfahrung. Diese Erfahrung werden jetzt viele von uns machen. Statt der Kaffeepause wird eben mal eine Pause zum Windelwechseln gemacht (fügen Sie an dieser Stelle eine beliebige Tätigkeit in Ihrem Haushalt ein). So wird aus der vielbeschworenen Work-Life-Balance eine Work-Life-Integration. Dabei hilft es, dass derzeit auch die Toleranz gegenüber Haustieren oder neugierigen Kleinkindern in der Webkonferenz etwas größer ist, als sie das noch vor einigen Wochen war.

Was jedoch in jedem Fall fehlt, ist das Gespräch mit den Kolleginnen und Kollegen. Neben den sozialen Aspekten sind diese Gespräche auch für den ungezwungenen Austausch da. So manche Projektidee ist in der Kaffeeküche entstanden. Bei Veranstaltungen in digitalen Formaten kann zwar die wissenschaftliche Qualität genauso hoch sein wie bei einer Präsenzveranstaltung. Der hohe Wert von Letzteren ergibt sich aber immer auch aus den persönlichen Gesprächen in den Vortragspausen, wenn alle an einem Ort versammelt sind und Zeit haben.

Lassen Sie uns also unseren Teil dazu beitragen, diese Situation zu überstehen. Bleiben wir zu Hause, wenn es möglich ist und lassen den Platz im öffentlichen Verkehr den Kolleginnen und Kollegen, die vor Ort gebraucht werden. Wenn es überstanden ist, freuen wir uns auf ausgiebige Gespräche an der Kaffeemaschine und auf den persönlichen Austausch auf der nächsten Tagung. Und vielleicht führt die Erfahrung mit vielen digitalen Formaten in dieser Zeit auch zu einem nachhaltigen Sprung in der Digitalisierung der Arbeitswelt.

Autor: Dr. Alexander Möller, DECHEMA e.V. / Forschungs- und Projektkoordination

Wir leben in einer digitalen Welt – nahezu alles und jeder ist vernetzt, Informationen und Services sind rund um die Uhr verfügbar. Und doch gibt es nach wie vor Bereiche, die sich nicht digitalisieren lassen. Dazu gehören vor allem Konferenzen und Messen, die vom persönlichen Kontakt von Angesicht zu Angesicht leben – zumindest war das die Annahme „Prä-Pandemie“. Der weltweite Ausbruch von COVID19 hat die Grenzen dessen, was digital möglich ist, verschoben.

Eine der ersten Veranstaltungen der DECHEMA, die das zu spüren bekam, war die gemeinsame Abschlusskonferenz der beiden EU-Projekte INSPIREWATER und SPOTVIEW, die am 25. und 26. März in Brüssel stattfinden sollte. Das EU-finanzierte Projekt INSPIREWATER forscht seit 2016 nach neuen Lösungen für effizientes Wasser-Management in der Prozessindustrie. Nach einer Projektlaufzeit von 42 Monaten sollten nun die Ergebnisse mit den Konferenzbesuchern geteilt werden. Während das Datum der Konferenz immer näher rückte, wurde schnell klar, dass die Veranstaltung zum Schutze der Besucher nicht wie geplant stattfinden konnte. Statt die Konferenz abzusagen, entschieden sich die Veranstalter für das Wagnis Web-Konferenz. Welche Herausforderungen sich aus dieser Entscheidung ergaben, was positiv lief und was sie beim nächsten Mal anders machen würden, lesen Sie hier.

Offline zu online passiert nicht im Handumdrehen

Die Herausforderungen waren vielfältig und natürlich mit hohem Zeitdruck verbunden. Räumlichkeiten sowie Catering wurden abgesagt, alle Konferenz-Speaker mussten informiert und über das weitere Vorgehen unterrichtet werden. Besonderes Augenmerk lag hier darauf, die Sprecher*innen für die Online-Konferenz zu gewinnen. Dafür mussten die Vorträge angepasst und die Zustimmung zur Aufnahme der Vortragenden eingeholt werden. Zudem mussten die Organisatoren das komplette Programm der Konferenz ändern, damit es auch als Online-Veranstaltung funktionieren würde.

Von offline zu online bedeutet auch, dass ein entsprechendes Webkonferenztool benötigt wird. Ist dieses gefunden, müssen sämtliche Speaker*innen ein Training erhalten, um ihren Part einwandfrei durchführen zu können.

Visual Artist Blanca Tulleuda

Selbstverständlich wird auch eine Moderation benötigt, die gekonnt durch die Online-Veranstaltung führt. Noch mehr als bei einer herkömmlichen Veranstaltung sind visuelle Hilfsmittel nötig, um die „Besucher“ oder besser „Viewer“ bei der Stange zu halten. Hierfür engagierten die Organisatoren einen sogenannten Visual Online Artist, der die Ergebnisse der Konferenz auf unterhaltsame und einprägsame Weise festhielt.

Es reicht natürlich nicht aus, aus einer physischen eine Web-Konferenz zu machen – man muss es auch kommunizieren. Was wäre dafür besser geeignet als das World Wide Web? Die Veranstaltung wurde auf diversen Kommunikationsplattformen erneut im neuen Gewand beworben, um möglichst viele potenzielle Besucher zu erreichen. Bereits registrierte Personen wurden über Veränderungen informiert und nach einer gründlichen Testphase wurde die Registrierung für neue Teilnehmer geöffnet.

Der Aufwand hat sich gelohnt: Die Konferenz war ein voller Erfolg

Trotz der Kurzfristigkeit ist es den Organisatoren gelungen, eine erfolgreiche Web-Veranstaltung auf die Beine zu stellen. Am Tag der Konferenz loggten sich über 100 Teilnehmer ein und blieben konstant dabei – ein großer Erfolg, ist doch die Hemmschwelle „einfach zu gehen“, online deutlich niedriger. Das interessante Programm und die Auswahl der Speaker*innen haben maßgeblich dazu beigetragen.

Begrüßung durch die drei Moderatoren

Zum Thema „Challenges for Water Management in Industry“ kamen Niels Groot von DowBenelux, Sophie Carler von Jernkontoret the Swedish Steel Producers Association, Jori Ringman von Confedaration of European Paper Industries sowie Bettina Doeser  eine Vertreterin der Europäischen Kommission und Head of Clean Water Unit miteinander ins Gespräch.

Auch der zweite Konferenztag hatte mit fast 100 Teilnehmern eine mit Offline-Veranstaltungen vergleichbare Publikumsgröße. Das Programm startete mit einem Wrap-up des Vortages gefolgt von

Keynote-Vorträgen über den Energie-Fußabdruck von Wasserbehandlung (Joachim Koschikowski – Fraunhofer Institute for Solar Energy Systems ISE), den Wasser-Fußabdruck und die Finanzierung von industriellem Wassermanagement durch „Blue Bonds“ (Jaap Feil – iWater – Water Footprint Implementation) sowie über die Bedeutung und den „wahren“ Wert des Wassers (Thomas Track – DECHEMA).

Ergebnis der Podiumsdiskussion

In der anschließenden Podiumsdiskussion wurde die Frage „How to save costs with water in industry?“ erläutert und nach einer kurzen Kaffeepause ging es mit den Ergebnissen der beiden Projekte INSPIREWATER und SPOTVIEW zu den Aspekten ganzheitliches

Wassermanagement, Umweltauswirkungen von Wasseroptimierungsstrategien sowie die ökologische und wirtschaftliche Bewertung von Lösungen für die Rückgewinnung von Ressourcen in der Prozessindustrie weiter.

Positives Feedback von allen Seiten: Das sagten die Teilnehmer

Das Wichtigste an einer Konferenz ist natürlich, dass die Inhalte einen Mehrwert für das Publikum bieten. Hier konnten INSPIREWATER und SPOTVIEW mit interessanten Präsentationen und Diskussionen punkten. Die Teilnehmer lobten vor allem die Beispiele und Fallstudien aus dem industriellen Wassermanagement, die ganzheitliche Sichtweise sowie die Zahlen und Erklärungen zum Wasserfußabdruck. Die große Vielfalt an Beiträgen – Keynotes, Podiumsdiskussion, Ergebnisse und Zeichnungen – wurden ebenfalls lobend erwähnt. Überzeugen konnten auch die Referenten, sowohl mit ihren spezifischen Themen als auch mit ihrer sehr guten Präsentationsweise.

Durch die Veränderung von offline zu online gab es natürlich auch noch einige andere Aspekte, die von den Teilnehmern bewertet werden konnten. Positiv fiel hier die Möglichkeit zur Interaktion durch den Chat auf – so konnten die Teilnehmer dynamisch auf die präsentierten Inhalte reagieren und Fragen stellen. Besonders begeistert wurden die Illustrationen von Blanca Tulleuda aufgenommen – diese halfen, das Gesagte besser im Gedächtnis zu behalten und sorgten zudem für einen gewissen Unterhaltungseffekt.

Obwohl Podiumsdiskussionen ein typischer Bestandteil von Offline-Veranstaltungen sind, haben sie auch in der Online-Version gut funktioniert. Das hing maßgeblich mit der exzellenten Moderation durch den Journalisten Brian Maguire zusammen. Er moderierte in einer lockeren und unterhaltsamen Weise und führte zeitlich perfekt abgestimmt durch das Programm. Die große Herausforderung der Übertragungstechnik wurde ebenfalls gut gemeistert: Das Webkonferenztool funktionierte über die zwei Tage ohne größere Probleme.

Tipps fürs nächste Mal: So können Web-Konferenzen verbessert werden

Raum für Weiterentwicklung gibt es immer – so hatten die Teilnehmer auch konstruktive Tipps, wie eine Online-Veranstaltung zukünftig noch besser gestaltet werden könnte. Besonders bei der digitalen Präsentation von Inhalten ist weniger mehr. Möglichst wenig Text auf den Folien erleichtert die Aufnahme relevanter Informationen. Die Teilnehmer wünschten sich außerdem mehr Zeit für die Beantwortung ihrer Fragen und auch für die Diskussion nach den Keynote-Vorträgen. Auch noch mehr Interaktivität war gewünscht – zum Beispiel die Möglichkeit, in Untergruppen mit Workshop-Charakter diskutieren zu können. Interaktive Umfragen nach der Podiumsdiskussion kamen ebenfalls als Vorschlag. Der Wunsch, die Redner*innen auch während ihres Vortrags sehen zu können, zeigt dann auch die (initialen) Einschränkungen einer Webkonferenz. Hier kann durch eine Übertragung via Kamera zukünftig Abhilfe geschafft werden.

Fazit: Nicht einfach, aber machbar

Gerade durch den hohen Zeitdruck und die fehlende Vorerfahrung war es mit viel Aufwand verbunden, die Abschlusskonferenz der beiden Projekte INSPIREWATER und SPOTVIEW in eine Webkonferenz zu verwandeln. Nichtsdestotrotz war die Veranstaltung ein toller Erfolg und ist von den Teilnehmern gut angenommen worden. Sicherlich ist der persönliche Kontakt und der Austausch vor Ort ein Faktor, der sich online nicht reproduzieren lässt. Dennoch sind Webkonferenzen in Ausnahmesituationen ein gutes Tool, um den Austausch von Wissen aufrecht zu erhalten.

Sie interessieren sich für das vollständige Recap der Konferenz sowie die Ergebnisse des Projekts? Dann besuchen Sie gern die INSPIREWATER-Webseite oder schauen sich die Projekt-Broschüre an.

Obst haltbar machen, Atemluft reinigen, reaktive Gase stabiliseren: So unterschiedlich diese Fragestellungen sind, metallorganische Gerüstverbindungen (MOFs) sind die Antwort. Aus der unglaublichen Vielfalt an möglichen Strukturen und Zusammensetzungen von MOFs ergeben sich entsprechend viele Einsatzmöglichkeiten.

Die entscheidende Rolle bei den Anwendungen außerhalb der Katalyse spielt dabei die Fähigkeit der MOFs, insbesondere Gase selektiv zu adsorbieren und freizusetzen. Diese Eigenschaft kann sowohl zur Speicherung von Gasen wie Wasserstoff oder Methan dienen, zur Adsorption von CO2 aus Abgasströmen, aber auch zur gezielten Freisetzung von Gasen.

Durchbruch im Jahr 2016

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Letzteres war der Schlüssel zur laut Presseberichten ersten kommerziellen Anwendung von MOFs bei der Lebensmittellagerung: 2016 verkündeten der MOF-Hersteller MOF Technologies Ltd. und das Obstlogistik-Unternehmen Decco Worldwide Post-Harvest Holdings, man habe gemeinsam eine Technologie entwickelt, um Obst länger zu lagern. Kern des Verfahrens sind MOFs, die in der Verpackung 1-Methylcyclopropen freisetzen; es verhindert den Nachreifungsprozess bei Obst.

Auch in der Öl- und Gasindustrie kommen MOFs bereits zum Einsatz. Die Firma framergy hat sich darauf spezialisiert und bietet maßgeschneiderte MOFs für die Gasreinigung. Noch wichtiger könnte aber ein spezifisches Anwendungsfeld werden: framergy entwickelt Lösungen, um Fackelgase aufzufangen, und könnte damit einen signifikanten Beitrag für Wirtschaftlichkeit und Umweltverträglichkeit bei der Öl- und Gasgewinnung leisten. Demonstrationsanlagen sind bereits in Betrieb.

Der Wert der Zuverlässigkeit

Wo der Preis gegenüber der Zuverlässigkeit nachrangig ist, können MOFs ihre Stärken voll ausspielen. Das gilt für den Einsatz in Atemschutzmasken, wo sie Lücken im Adsorptionsspektrum schließen könnten, die Aktivkohle und andere konventionelle Materialien bisher hinterlassen. Unter anderem forscht die Bundeswehr an entsprechenden Technologien.

Es gilt aber auch in der Halbleiterindustrie. NuMat Technologies, ein junges US-Unternehmen, hat sich dafür mit Versum Materials zusammengeschlossen, einem Anbieter von Ausgangsstoffen und Gasen für die Halbleiterindustrie. Die von NuMat entwickelten MOFs sollen in Gasbehältern dafür sorgen, dass Gase wie Arsin, Phosphin und Bortrifluorid mit höchster Reinheit auch bei Unterdruck gelagert und transportiert werden können. Das stabilisiert einerseits die reaktiven Gase und reduziert gleichzeitig die Risiken bei Lecks.

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Das Schweizer Startup novoMOF AG untersucht ebenfalls zahlreiche mögliche Einsatzgebiete für ihre MOFs. Dazu gehört auch die Gewinnung von Edelgasen. Anstelle der sehr energieaufwändigen Luftfraktionierung sieht novoMOF die Möglichkeit, hochselektive MOFs zu nutzen, um insbesondere die seltenen Edelgase Krypton und Xenon zu gewinnen, und wirbt um Partner für die Pilotierung.

Wenn die Einsatzmöglichkeiten so zahlreich sind, warum sehen wir dann derzeit doch noch relativ wenige Anwendungen im Markt? Das liegt zum einen an den Kosten, zum anderen aber auch an Fragen wie der Stabilität der Verbindungen. Dazu mehr im nächsten Beitrag in der kommenden Woche.

https://dechema.de/MOF2020.html

Technische und digitale Innovationen für das Gesundheitssystem

Wenn es um unsere Gesundheit geht, stehen wir gerne im Mittelpunkt. Doch in der Realität sieht es oft anders aus. Die Praxen sind überfüllt, pro Patient haben Ärzte nur wenige Minuten Zeit. Im Gesundheitssystem der Zukunft sollen Digitalisierung und technische Innovationen die Medizin personalisieren und die Behandlung so deutlich verbessern. Dr. Klaus-Michael Weltring, Referent des Perspektiv-Vortrags der diesjährigen NanoVision, erklärt, welche Veränderungen uns in den nächsten Jahren erwarten.

Dr. Klaus-Michael Weltring

DECHEMA: Sie werden den Perspektiv-Vortrag der NanoVision 2020 halten mit dem Titel „Technology Driven Vision of Future Healthcare“. Wie sieht das Gesundheitssystem der Zukunft aus?

Die Medizin wird sich in Zukunft immer stärker in Richtung Prävention und Personalisierung entwickeln, weil wir durch die Verknüpfung von genetischen und physiologischen Daten mit klinischen Symptomen die Ursachen und Verläufe von Krankheiten immer besser verstehen. Dadurch erhalten wir neue spezifische Biomarker und Therapietargets, die eine immer präzisere und frühere Diagnose und Therapie erlauben. Gleichzeitig wird es möglich sein, durch Messung spezifischer Biomarker mit Hilfe von Sensoren im oder am Körper gefährdete oder chronisch kranke Patienten kontinuierlich medizinisch zu betreuen, unabhängig davon, ob sie in einer Stadt oder auf dem Land wohnen.

„Eine entscheidende Voraussetzung für die Digitalisierung ist die Entwicklung der entsprechenden „smarten“ Geräte.“

Welche Rolle wird die Digitalisierung dabei spielen? Welche Technologien werden eingesetzt?

Digitalisierung spielt die zentrale Rolle, weil sie nicht nur hilft, z. B. durch Sensoren Daten zu generieren, sondern vor allem dazu nötig ist, die Daten eines Menschen aus verschiedenen Quellen wie Genom, Mikrobiom, Metabolismus, Medikation, Operationen, soziales und klimatisches Umfeld, etc. zu verknüpfen und mittels Künstlicher Intelligenz zwecks personalisierter Therapie zu interpretieren. Hinzu kommt, dass Prozesse im Krankenhaus digital überwacht und gesteuert werden, um die Patientenversorgung, Mitarbeiterbelastung und Kosten zu optimieren. Eine entscheidende Voraussetzung für die Digitalisierung ist allerdings die Entwicklung der entsprechenden „smarten“ Geräte durch die verstärkte Kombination verschiedener Technologien wie Nano- und Biotechnologie, Photonik und Elektronik sowie neue (Bio-)Materialien, die Daten generieren, transferieren und verarbeiten können. Dieses wird bei der Diskussion über Digitalisierung häufig übersehen.

Wie nah ist diese Zukunft? Welche Innovationen kommen bereits zum Einsatz?

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Die Zukunft hat bereits begonnen: Das Genom eines Menschen lässt sich für weniger als 1.000 Euro sequenzieren und erlaubt so Voraussagen über mögliche Krankheitsgefahren, Smart Watches ermöglichen die Überwachung von Körperfunktionen bis hin zum EKG, Augmented Reality unterstützt Chirurgen bei komplizierten Operationen, Implantate kommen zunehmend aus dem 3D-Drucker und Roboter halten Einzug in die Pflege von chronisch kranken Patienten.

Wie werden diese Innovationen und Veränderungen das Gesundheitssystem verbessern?

Die technischen und digitalen Innovationen werden zu einem „Continuum of Integrated Care“ führen, in dem Gesundheitsdaten von der Geburt bis zum Tod eines Menschen in einem „Digitalen Zwilling“ gesammelt und verfügbar gemacht werden. Die dadurch mögliche optimale personalisierte und frühzeitige Behandlung eines Menschen erfordert eine sektorübergreifende Vernetzung von Patienten, Ärzten, Kliniken und Pflegediensten, die ihr Angebot basierend auf den Daten effizient aufeinander abstimmen können. Das wird zu späte, doppelte oder unnötige Behandlungen reduzieren und damit Kosten und Ressourcen sparen. Gleichzeitig werden aber auch Patienten motiviert, selber in höherem Maße für ihre Gesundheit Sorge zu tragen, weil sie viel stärker ihre eigenen Gesundheitsdaten analysieren und verfolgen können. Die inzwischen weit verbreiteten Fitnesstracker sind ein erstes Beispiel für diese Entwicklung. Alle Akteure des Gesundheitssystems werden ihre Rolle und ihren Beitrag neu definieren und finden müssen.

„Die neuen Technologien werden ganz sicher zum „gläsernen Patienten“ führen. Die Frage ist, wer in das Glas hineinschauen darf.“

Wo Licht ist, ist meist auch Schatten. Wie können sensible Gesundheitsdaten geschützt werden? Droht im Zuge der Digitalisierung der „gläserne Patient“?

Die neuen Technologien und die Digitalisierung werden wie oben beschrieben ganz sicher zu einem „gläsernen Patienten“ führen, der ja eine wichtige Basis für die angestrebte personalisierte Präzisionsmedizin ist. Die Frage ist, wer in das Glas hineinschauen darf und wer das entscheidet. Neben der Entwicklung technischer Sicherungssysteme ist es dringend erforderlich, Patienten, Gesundheitsakteure und die Politik auf die neuen technischen Möglichkeiten und die Geschwindigkeit, mit der sie Einzug in das Gesundheitssystem halten, durch intensive Aufklärung vorzubereiten. Mit der Beschreibung unseres „Continuum of Integrated Care“ Konzepts versuchen wir zu einer solchen Sensibilisierung beizutragen.

Welche Rolle spielt die EU auf dem Weg zur „Future Healthcare“?

Das Thema Gesundheit ist im neuen Forschungsrahmenprogramm der EU eines von sechs thematischen Clustern im Bereich globale Herausforderungen und industrielle Wettbewerbsfähigkeit Europas. Daneben hat die EU-Kommission eine Initiative gestartet, in der sich sechs Industriebranchen von Pharma über Medtech und Biotech bis zu Impfstoff- und Bildgebungsindustrien zu einem Public Private Partnership „Health Innovation“ zusammengeschlossen haben, um industriesektorübergreifend Innovationen voranzutreiben. Parallel dazu hat die Europäische Technologieplattform Nanomedicine (ETPN) im Rahmen des EU-Projekts NOBEL begonnen, in Zusammenarbeit mit europäischen Technologieplattformen und Netzwerken aus den Bereichen Photonik, Elektronik, Robotik, Neue Materialien, Textilien und Big Data eine Meta-Roadmap auszuarbeiten, in der technologieübergreifend innovative Lösungen für die Herausforderungen bei der Realisierung der personalisierten Präzisionsmedizin entwickelt werden. Das gerade überarbeitete Positionspapier der Deutschen Plattform NanoBioMedizin, das auf der NanoVision vorgestellt wird, steuert die für deutsche Forscher und Unternehmen wichtigen Themen bei.

Das Programm der NanoVision 2020 und weitere Informationen zur Veranstaltungen finden Sie hier.

Dr. Klaus-Michael Weltring hat in Münster Biologie studiert und dort auch promoviert und habilitiert. Seit 2001 ist er Geschäftsführer der Gesellschaft für Bioanalytik Münster e. V., dem lokalen Netzwerk aus Wissenschaftlern, Unternehmen, den beiden Hochschulen und regionalen Förderern. Von 2007-2019 war er Mitglied des Executive Boards der Europäischen Technologieplattform Nanomedicine und seit März 2015 ist er Sprecher der Deutschen Plattform NanoBioMedizin.

Faszinierende Grundlagenforschung, neue Funktionsmaterialien und dynamische Strukturen, die ganz neue Verfahren zugänglich machen: Die „MOF-Szene“ ist enorm vielfältig – und trotzdem kann eine Tagung alle Stakeholder integrieren. Warum das so ist und wo zur Zeit die Forschungsschwerpunkte bei metallorganischen Frameworks und anderen porösen Materialien liegen, hat uns Prof. Dr. Stefan Kaskel erzählt:

Die MOF findet 2020 bereits zum 7. Mal statt. Was zeichnet diese Konferenz aus Ihrer Sicht besonders aus?

Prof. Dr. Stefan Kaskel ist Professor für Anorganische Chemie an der TU Dresden und Abteilungsleiter Chemische Oberflächen- und Reaktionstechnik am Fraunhofer Institut für Werkstoff-und Strahltechnik (IWS) in Personalunion. Er ist Chairman der MOF 2020.

Die ersten MOFs wurden Ende der 90er Jahre „gefunden“ und im Milligramm-Maßstab synthetisiert. Seitdem hat sich unglaublich viel getan; heute haben wir eine große Community, die gleichzeitig sehr breit und interdisziplinär aufgestellt ist.

Die erste MOF-Tagung fand 2008 in Augsburg statt. Damals ging es vor allem um das gegenseitige Kennenlernen und um die „klassischen“ Themen wie MOF-Synthese und Adsorptionsanwendungen, z.B. für die Speicherung von Wasserstoff oder Erdgas.

Heute hat sich das Feld sehr stark gewandelt und differenziert. Im Bereich der Anwendung wird vor allem an optischen und elektronischen Funktionsmaterialien geforscht. Dabei geht es nicht nur um die Funktionalität selbst, sondern auch die Integration in Devices oder Bauteile. Dafür müssen MOFs als Schichten oder Nanopartikel hergestellt oder in Membranen integriert werden.

Welche Rolle spielt die Grundlagenforschung?

Die neuen Erkenntnisse der Grundlagenforschung sind faszinierend: Dort werden die Mechanismen bei der Bildung der Materialien untersucht. Durch Verfahren wie die Transmissions-Elektronenspektroskopie  ist eine noch genauere Charakterisierung möglich geworden. Eigenschaften und Feinstruktur von MOFs hängen eng miteinander zusammen. Dynamische MOFs zeigen ein reversibles Öffnen und Schließen der Porenstruktur, ein einzigartiges Verhalten im Vergleich zu klassischen starren Adsorbentien; das lässt sich mit in situ- oder Operando-Methoden beobachten. Das Verständnis der physikalischen Grundlagen und der Festkörperchemie ist gerade auch bei jüngeren Forschern ein großes Thema.

Das Themengebiet, das die MOF adressiert, ist extrem breit. Was ist die gemeinsame Schnittmenge, und wie würden Sie das Verhältnis zwischen sehr spezialisierten Sessions und Konferenzteilen, die sich mehr oder weniger an alle Teilnehmer richten, beschreiben?

Da alle Aspekte miteinander zusammenhängen, ist die Community noch nicht „zerfallen“. Es gibt einige Sessions und Plenarvorträge, die für alle interessant sind, die sich irgendwie mit MOFs befassen. Andere Themen wie die Funktionsmaterialien sind dann spezieller. Insgesamt ist die Community erfreulich interdisziplinär.

Was können speziell erfahrene Wissenschaftler, Nachwuchswissenschaftler und Industrievertreter von der MOF 2020 erwarten?

Von Tony Boehle – Eigenes Werk, CC BY-SA 3.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=27335434

Für jüngere Wissenschaftler bieten wir zwei Workshops an: Die MOF 2020 Expert View Series ist ein Tutorial zum Einsatz von MOFs von den Grundlagen bis zur Anwendung und richtet sich besonders an Doktoranden oder Wissenschaftler mit anderen Forschungsschwerpunkten. Beim Young Investigators Forum können Doktoranden und PostDocs ihre eigene Forschung präsentieren.

Industrievertreter haben bei einem eigenen Workshop die Gelegenheit, sich über Synthese, Verarbeitung und Anwendungen von MOFs und porösen Polymeren in der Praxis zu informieren.

Womit beschäftigen Sie sich in Ihrer eigenen Forschung derzeit am intensivsten?

Wir beschäftigen uns mit dynamischen MOFs, die ihre Struktur responsiv ändern, wenn bestimmte Moleküle selektiv aufgenommen werden. Um diese Responsivität besser zu verstehen, kombinieren wir in-silico-Simulationen, Synthese und Analytik. Das ist extrem spannend für Trennprozesse, weil sich die Selektivität enorm erhöht.

Von der Grundlagenforschung bis zur Anwendung, vom Doktoranden bis zum Industrieexperten – die 7th International Conference on Metal-Organic Frameworks and Open Framework Compounds vom 20.-23. September 2020 in Dresden hat für jeden etwas zu bieten. Mehr unter https://dechema.de/en/MOF2020.html

Eine Veranstaltung wie jede andere? Das ist die NanoVision ganz sicher nicht. Dafür sorgt allein das Format. Denn das Organisationskomitee von NanoMat holt sich in jedem Jahr einen anderen Partner ins Boot, mit und bei dem die Veranstaltung organisiert wird – neue Themen, Perspektiven und Kontakte inklusive. In diesem Jahr ist die DECHEMA mit ihrer Deutschen Plattform NanoBioMedizin Co-Organisator. Wir haben mit Nathalie Matter-König, der langjährigen Organisatorin der NanoVision, über die Veranstaltung gesprochen.

DECHEMA: Was ist das Besondere am internationalen Science-Industry-Symposium „NanoVision“?

Nathalie Matter-König: Die NanoVision ist eine Veranstaltung mit Tradition, die es seit 20 Jahren gibt und die sich mit NanoMat und den Partnern immer weiterentwickelt hat bis zum heutigen Format. Hier treffen sich Teilnehmer/innen aus der Industrie und verschiedenen wissenschaftlichen Institutionen, um zu gegebenen Themen einen regen Austausch zu haben, auch mit der Idee, neue Zusammenarbeiten zu knüpfen. Bei der NanoVision gibt es einen besonderen „Esprit“. Er beruht darauf, dass immer langjährige NanoMat-Partner/innen dabei sind, sowie Personen, die zum ersten Mal kommen, alle aber ein „Zugehörigkeitsgefühl“ haben.

Warum wird ein besonderer Fokus darauf gesetzt, die Veranstaltung mit wechselnden Partnern und an immer neuen Orten stattfinden zu lassen?

Zu Beginn war es so, dass die NanoVision hauptsächlich in Karlsruhe stattgefunden hat, am Sitz des NanoMat-Clusters. Unsere Partner haben uns angeboten, die NanoVision mit zu tragen, indem wir sie bei ihnen durchführen. Zum einen gibt es dem Co-Organisations-Partner eine hohe Sichtbarkeit, zum anderen orientieren sich auch die Themen der NanoVision an der Expertise und dem aktuellen Forschungsschwerpunkt des Partners. Das heißt, dass der Partner dank der NanoVision in seinem Hause in konzentrierter Form Gäste mit den gleichen Interessen und einer komplementären Expertise hat. Meist folgt auch eine Instituts- oder Laborbesichtigung am Veranstaltungsort für interessierte Teilnehmer/innen, so dass man detaillierte Einblicke in die Forschung der ausrichtenden Organisation erhalten kann.

https://www.nanomat.de/NanoVision2020.php

Wodurch zeichnet sich die NanoVision 2020 aus?

Ein Highlight der NanoVision 2020 ist, dass die BASF SE, ein langjähriger NanoMat-Partner, dieses Jahr drei Posterpreise vergeben wird. Die wissenschaftlichen Projekte, die hier vorgestellt werden, erhalten dadurch die Chance auf eine hohe Sichtbarkeit. Die NanoVision 2020 gibt dieses Jahr Einblicke in interessante Aspekte der Wechselwirkungen an den Schnittstellen zwischen Biologie und Technologie, wie z. B. neuro-elektronische Schnittstellen, Interaktion der Biomaterialien mit Stammzellen… Die NanoVision 2020 schließen wir mit einem Perspektiv-Vortrag zu der technologiegetriebenen Vision des zukünftigen Gesundheitswesens ab – ein Thema, das uns alle im Alltag früher oder später beschäftigen wird.

Die Veranstaltung steht unter dem Motto „Sense of Materials“. Was kann man sich darunter vorstellen? Was erwartet die Teilnehmer inhaltlich?

Die NanoVision 2020 – Sense of Materials gliedert sich in die drei Themen Bioelektronik, Funktionale Oberflächen und Smart Nanomedizin. Jedes dieser Themen bedarf der Entwicklung neuer Materialien und Grenzflächen. Weiterhin befinden sich die einzelnen Themen an einer Schnittstelle zwischen verschiedenen Expertisen, was für die Teilnehmer besonders attraktiv ist. Diese Themen betreffen direkt die Gesellschaft, werden in unserem Alltag erläutert und die NanoVision gibt den Teilnehmer/innen einen Blick in das „Hier und Jetzt“, aber auch in die zukünftigen Potentiale.

Warum sollte man die diesjährige NanoVision auf keinen Fall verpassen? Für wen ist die Veranstaltung interessant?

Die NanoVision sollte man nie verpassen, die Veranstaltung ist immer eine Bereicherung. Die NanoVision 2020 ist nicht nur für Start-ups, Wissenschaftler/innen und Studierende interessant, sondern auch für Bürger/innen, die sich für diese Themen interessieren. Journalisten/innen nehmen auch oft teil. Natürlich, wie es der Name sagt, ist es eine internationale Veranstaltung, das heißt, dass die Vorträge in englischer Sprache stattfinden. Dieses Jahr ist die Balance zwischen Referenten/innen aus der Industrie und den wissenschaftlichen Institutionen besonders ausgeglichen. Auch hier kann man verschiedene Blickwinkel erfahren. Die NanoVision bietet in kurzer Zeit ein breites Spektrum an Informationen und Einblicken an und das Format ist ganz bewusst so ausgewählt, dass es viele Möglichkeiten für Einzelgespräche gibt.

Das Programm der NanoVision 2020 und weitere Informationen zur Veranstaltung finden Sie hier.

Dr. rer. nat. Nathalie Matter-König studierte Zell- und Molekularbiologie an der Universität Louis Pasteur in Straßburg mit anschließender Promotion über die Regulation der Aktivität des Zellkern-spezifischen inositol 1,4,5-trisphosphate Rezeptors. Danach bekleidete sie seit 1996 verschiedene Positionen am Karlsruher Institut für Technologie, KIT. Sie war dort Postdoktorandin und wissenschaftliche Mitarbeiterin am Institut für Toxikologie und Genetik, Programmbevollmächtigte des Helmholtz-Programms BioInterfaces und Persönliche Referentin des Bereichsleiters des KIT-Bereichs V: Physik und Mathematik. Seit 2015 ist sie Wissenschaftsmanagerin beim NanoMat-Cluster und Geschäftsführerin des KIT-Zentrums Materialien.