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Archive for the ‘Chemie’ Category

Follow us to the year 2040…

It’s harvesting time. After delivering the wheat to the silo, the harvesting machine delivers the straw to the plant that has been temporarily placed next to the farm. After biotechnical and chemical processing, the bio-based plastic granulate is filled and ready for shipment; over the next couple of days, it will be sold via regional shops to the consumers who use it as feed for their 3D printers at home and produce their own goods as required.

Meanwhile, at the industrial site close by, the chemical plant has switched from producing ingredients for the sun-tan lotion to synthesizing anti-freeze agents. Decoupling one module and replacing the downstream processing unit has been a matter of hours. The central software has calculated the required formulations and production parameters, and the individual components have already started to fine-tune their settings in bilateral communications.

F3 Factory Container_kleinVision, forecast or mumbo jumbo? As far-fetched as the scenario may seem, the technological foundations are being laid today: Modularisation and automation are not only taking the process industry to new levels of efficiency, but they will fundamentally change the business models of the chemical and pharmaceutical industry.

The key to the future lies in the combination of automation and modularization. Experts envision different ways on how these two developments interact: Herman Bottenberg, Zeton, is convinced that “for true flexible manufacturing for multi purpose products and when applying the modular approach both hardware and automation has to become 100% modular!” Axel Haller, ABB, says: “Modular and system independent automation is possible. The market will decide if this will be the next step into the future”.

At first sight, the performance improvements that are enabled within existing processes seem more evolutionary than revolutionary. Marc Richter, Renishaw points out the quality improvements by new techniques and the speed-up development cycles of pharmaceuticals. And Marin Valek, GE, adds: “Companies use less than 10% of the information available to be better in operations. Winners will use IIoT technology and data science to get the competitive advantage of having high predictable performance.”

The technological progress opens up two different pathways: One leads from today’s batch-based production to continuous flows. This is more than a change in process – it calls for a different conceptual approach. Alessandra Vizza, Corning: “Mindset change is required to understand that continuous flow processes are no more a new system to test but the tool to be used for cost reduction; safety; environmental impact and innovation. An appropriate solution to fine-tune chemical production needs with world behaviour and epoch constraints.”

On the other hand, modular plants offer high flexibility and the opportunity for customized or even personalized products in small volumes. This entails a fundamental change in business models. Says Mario Bott, Fraunhofer IPA: “Monolith organizational approaches in process industries will struggle to manage the challenges of mass personalization.” Yet, the chances of the necessary transformation are often underestimated.  Mark Talford, BRITEST, says that “much has been done to develop practical modular continuous production technologies, but there is still a challenge to convince decision-makers to invest. As well as new business models, we need tools and guidance to help decision-makers overcome their perceived fears.” The adaptation will certainly be worth it. Dirk Kirschneck, Microinnova, summarizes the opportunities a successful transformation offers: “Industry 4.0 delivers the bridge between the production flexibility and knowledge-based process performance. Industry 4.0 will transform the chemical industry and will lead to a new efficiency level in terms of speed, quality and resources. Radical new business models will push the chemical industry to a new performance level.”

And what is your opinion? Give us your view and discuss with the expert’s quotes and many others at the PRAXISforum “Future of Chemical and Pharmaceutical Production”…

PF Future Production 2017

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Whether you missed the event or want to reminisce about the great days at Lake Konstanz, here are some impressions we found on Twitter – click on the link below to see the Storify:

ISCHM 2017 on Storify

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„More than 50% of the companies are not willing to invest in Big Data Applications. These companies will go bankrupt over the next 10 years“. A provoking statement made by Thomas Froese from atlan-tec, a software developing company specializing on process optimization and data mining. And yet, there are many who share his view: Huub Rutten,Sopheon, points in the same direction when he says that „companies that think Big Data Analytics is something for their marketing department, and not relevant to all other functions, will not have a long life anymore.“

The awareness in the process industry is there: According to Accenture’s Digitals Chemicals Survey in 2014, 79% of chemical industry executive expected digital to make the greatest impact over the next five years through improved productivity. On the other hand, only 58% were embracing digital to gain a competitive advantage over industry peers. Taking the expert statements on competitiveness into account, there seems to exist a potentially dangerous gap – big data is introduced, but it might in some cases be too little, too late.

Predictive Big Data Analytics and Machine Learning will transform most industries by supporting better informed and more customized decisions by both, humans and machines, increasing agility and efficiency, lowering costs, enabling better and more customized products and services, forecasting risks and opportunities, and increasing automation. Early adopters will gain significant competitive advantages, while others are likely to be left behind.

Ralf Klinkenberg, RapidMiner

Big Data analytics has become more and more important to the process industries. Sure, the process industry has always collected data to supervise production processes, to identify disturbances, and to ensure product quality, and this will continue.

The application of data analytics will improve efficiency in the chemical industry!

Matthias Hartman, ThyssenKrupp System Engineering

But with the tremendous increase in data storage and processing capacities, new algorithms have become accessible. They open up new market opportunities, enabling process advantages and cost reductions within the production, decreasing time to market and, ultimately, making new customized and individualized products accessible. The application areas in which data analytics can be used profitably are diverse and in process industries nowhere near exhausted.

In the process industry, digital technology provides actionable solutions to challenges and groundbreaking opportunities for innovation.

Matthias Feuerstein, Microsoft

Provided the data is collected, analyzed and used intelligently and efficiently, as Benjamin Klöpper, ABB Research Center, points out:The major challenge for Big Data Analytics in Process Industries are not scalable architectures or clever algorithms, but remains to have the right data in the right quality to address relevant and pressing issues. Today’s information system infrastructure often prevent us often from obtaining this right data in an efficient data.“ Adds Nico Zobel, Fraunhofer IFF: „One of the major challenges will be to generate use cases of the analysis of data from heterogeneous sources.” And the sources in the chemical industry are nearly endless.

Chemical space is big. Very big. Published and unpublished data only cover only an exceedingly small part of possible small molecule space. Machine learning and algorithmic prediction tools can help fill in the explored parts of chemical space. What kinds of data sources and prediction tools will come next?

David Flanagan,  Wiley ChemPlanner

Jens Kamionka, T-Systems Multimedia Solutions, widens the scope by taking security issues into account – a major challenge in times of increasing cyberattacks: „Many companies still fail to address security, infrastructure or data quality issues.” Concepts that allow one the one hand the company-wide or even inter-company integration of data streams along value chains, at the same time preventing data leaks and cyberattacks, are the intensely sought after.

And once these questions are solved – are we looking at a future with fully automized, smart plants that anticipate customers’ wishes before they are even aware of them? No, according to the experts. Human intelligence will always have its place. „Big Data opens up many opportunities in different areas of a chemical company. Besides toolsets and technology, mind-set and communication skills are additional success factors for these novel approaches”, says Sindy Thomas, Clarian. And Drazen Nikolic from Ernst & Young sums it up:““If you do not understand the problem, you are not able to frame the right question. “

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Meet these and other experts and discuss what Big Data analytics might mean for your business at the DECHEMA-PRAXISforum “Big Data Analytics in Process Industry”, 1-2 February 2017, Frankfurt. For the full program and registration, click here DECHEMA-PRAXISforum Big Data Analytics in Process Industry

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Achema_Gruenderpreis_positiv_BildschirmZum zweiten Mal sind unternehmungsfreudige Wissenschaftler, zukünftige Gründer und Inhaber von Start-Ups aufgerufen, sich um den ACHEMA-Gründerpreis zu bewerben. Ab sofort können Ideen, Konzepte und Businesspläne aus den Bereichen Chemie, Verfahrenstechnik und Biotechnologie eingereicht werden. Die Finalisten haben die einmalige Chance, sich im Rahmen der ACHEMA 2018 dem internationalen Fachpublikum zu präsentieren. Drei Gesamtsieger erhalten darüber hinaus je ein Preisgeld von 10.000 Euro. 

Alle weiteren Informationen auf www.achema.de/gruenderpreis.

Die chemische Industrie ist Innovationsmotor für zahlreiche andere Branchen. Innovationen in Chemie, Verfahrenstechnik und Biotechnologie können Technologien und Produkte auf breiter Ebene grundlegend verbessern. Doch die Zahl der Firmenneugründungen in diesen Bereichen ist niedrig. Gute Ideen und junge Unternehmer brauchen mehr Unterstützung beim Erschließen neuer Geschäftsfelder; dabei sind der Zugang zu erfahrenen Mentoren und die Möglichkeit, Kontakte zu knüpfen, als mindestens ebenso wichtig anzusehen wie finanzielle Aspekte.

Deshalb schreiben die DECHEMA, die Business Angels FrankfurtRheinMain und der High-Tech Gründerfonds zur ACHEMA 2018 zum zweiten Mal den ACHEMA-Gründerpreis aus. Ideengeber und Unternehmensgründer können sich ab sofort darum bewerben. Abweichend von der ersten Vergabe 2015 besteht diesmal keine Einschränkung auf bestimmte Kategorien; zugelassen sind alle Themen, die auch auf der ACHEMA vertreten sind, vom Anlagenbau bis zur industriellen Biotechnologie.

Der Wettbewerb läuft über drei Phasen – bis 31.3.2017 können Ideen, bis 31.7.2017 Konzepte und bis 31.11.2017 Businesspläne vorgelegt werden. Besonders in den frühen Phasen haben die Bewerber von Beginn an die Möglichkeit, mit hochrangigen fachlich versierten Mentoren ihre Konzepte zu diskutieren und auf dieser Basis Unterstützung für die Ausarbeitung ihrer Businesspläne zu bekommen. Die Bewerber sowie nach dem 1.7.2015 gegründete oder in Gründung befindliche junge Start-Ups sollen schon in dieser frühen Phase Zugang zu potenziellen Investoren bekommen, um die Möglichkeiten einer Finanzierung zu besprechen. Unabhängig vom Zeitpunkt des Einstiegs in den Wettbewerb gehen alle Businesspläne, die bis zum 30. November 2017 vorliegen, ins Rennen um die Finalplätze.

Bis zu zehn aussichtsreiche Gründungen bzw. Gründungsideen erhalten die Möglichkeit, sich auf der ACHEMA 2018 im Rahmen eines Gründerpreisstandes sowie einer speziellen Pitchsession vorzustellen und Kontakte zu knüpfen. Drei Gesamtsieger erhalten darüber hinaus ein Preisgeld in Höhe von je 10.000 Euro.

Träger des ACHEMA-Gründerpreises sind die DECHEMA Gesellschaft für Chemische Technik und Biotechnologie e.V., die DECHEMA Ausstellungs-GmbH, die Business Angels FrankfurtRheinMain e.V. und der High-Tech Gründerfonds. Unterstützt wird der ACHEMA-Gründerpreis zudem von der Gesellschaft Deutscher Chemiker (GDCh), dem Verein Deutscher Ingenieure (VDI), dem Verband der Chemischen Industrie (VCI) und der Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschungsvereinigungen (AiF) sowie dem Business Angels Netzwerk Deutschland, eXist und dem Wettbewerb GO-Bio.

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Direkt zum Whitepaper Digitalisierung der Chemieindustrie

Digitalisierung ist in aller Munde – aber was damit gemeint ist, reicht vom Kühlschrank, der die Milch nachbestellt, bis zur automatisierten Fertigungsstraße, die die Stoßstange vor Montage blau, gelb oder grün lackiert. Auch in Verbindung mit der chemischen Industrie ist immer häufiger von Digitalisierung oder „Chemie 4.0“ die Rede. Das war der DECHEMA Anlass, um den Jahreswechsel 2015/16 eine Befragung in den rund 120 DECHEMA- und ProcessNet-Gremien durchzuführen und einen Thementag Digitalisierung mit deren Vertretern zu organisieren.

Digital integrierter Standort2.jpgDie Befunde waren teils überraschend: Zwar spielt Digitalisierung in fast allen Unternehmen und Organisationen eine Rolle, wurde aber bis dahin kaum in den Gremien diskutiert. Auch das Verständnis, was Digitalisierung bedeutet, ging sehr weit auseinander. High-Throughput-Technologie, „klassische“ Mess- und Regeltechnik, flexible Produktion, e-learning waren nur einige Schlagworte, die genannt wurden.

Diese Rückmeldungen und die Ergebnisse des Thementags im Februar 2016 wurden in den letzten Wochen gesichtet, geordnet und systematisiert. Die Ergebnisse wurden zudem in Beziehung gesetzt zu Papieren, die in der jüngeren Vergangenheit in verschiedenen Gremien publiziert wurden.

Daraus ist ein Whitepaper Digitalisierung entstanden, das heute kurz vorgestellt wird. Anliegen dieses Papiers ist es, die verschiedenen Themenbereiche der Digitalisierung und ihre Auswirkungen in Bezug zur chemischen Industrie zu setzen.

Auf den ersten Blick ist die chemische Industrie heute bereits in vielen Bereichen stark „digitalisiert“. Die wirklichen Veränderungen, die durch große Datenmengen, hohe Rechnerkapazitäten und neue Algorithmen möglich werden, stehen aber noch bevor:

Vermehrte Integration von Standorten und standortübergreifenden Systemen, aber auch die Entwicklung disruptiver Produktinnovationen auf Basis gewonnener Daten setzen die Kopplung interner und externer Daten (Kundendaten) voraus. Doch bislang gibt es Widerstände mit Blick auf Datensicherheit und kritisches Wissen, die diese Zusammenarbeit behindern. Diese Hürden können nur gemeinsam und auf Basis klarer Absprachen und nicht zuletzt Vertrauen überwunden werden.

Von der digitalen Transformation wird auch die modulare Produktion profitieren, da vielfach die Produktion flexibler werden muss. Modulare Produktionsanlagen können vor allem dort ihre Stärken ausspielen, wo viele unterschiedliche Reaktionsschritte nötig sind und nur geringe Mengen eines hochwertigen Produktes hergestellt werden, also insbesondere in der Fein- und Spezialchemie. Doch um eine ökonomisch sinnvolle Produktion sicherzustellen, sind noch viele Entwicklungsschritte notwendig. Insbesondere standardisierte Module und Datenschnittstellen werden benötigt, um beispielsweise ein einfaches “Plug&Play” und die digitale Kommunikation der modularen Anlagen untereinander zu ermöglichen.

Nur so ist ein schneller Austausch von Modulen möglich. Gleichzeitig gilt es auch, große Datenmengen („Big Data“), wie sie beispielsweise Echtzeitsensor-Netze liefern, zu analysieren. Für all diese Anforderungen benötigt die chemische Industrie neben der entsprechenden Hardware und geeigneten Algorithmen auch qualifiziertes Fachpersonal („Chemotroniker“, „IT-Chemiker“).

Produktionsseitig ist in der Fein- und Spezialchemie seit Jahren ein Trend zu modularer und kontinuierlicher Produktion auszumachen. Diese bei weitem noch nicht abgeschlossene Entwicklung soll der Branche dabei helfen, den zunehmend individuellen Kundenansprüchen zeitnah und ökonomisch zu entsprechen. Neuartige digitale Steuerungselemente und –software sind hierbei wichtig, um tatsächlich ökonomisch in Kleinstmengen individuell zu produzieren.

Neben all den genannten Beispielen liegt für die Chemiebranche das wahrscheinlich größte Entwicklungspotential in digitalen Service-orientierten Geschäftsmodellen. Die Weiterentwicklung der Agrarchemie hin zu einer Service-orientierten Branche, die dem Kunden einen Mehrwert durch die Kombination von Daten (Wetter, Schädlingsbefall, Bodenbeschaffenheit) und Agrarchemieprodukten verkauft, zeigt beispielhaft auf, welche Möglichkeiten in der Fein- und Spezialchemiebranche bestehen, bestehende Geschäftsmodelle weiter zu entwickeln und neue zu schaffen – unerlässliche Schritte zur Sicherung des Innovations- und Produktionsstandortes Deutschland. Wir wollen mit diesem Whitepaper auch einen Anstoß geben, die Diskussion über neue Geschäftsmodelle, die in unserer Industrie erst begonnen hat, weiter zu intensivieren und die Chancen zu nutzen.

Soweit in Kürze das Zwischenfazit des Whitepapers. Es handelt sich um eine „Work in Progress“ – auch deshalb haben wir davon abgesehen, es in gedruckter Form zu verteilen. Es ist stattdessen im DECHEMA-Blog veröffentlicht, wo wir uns Rückmeldungen und Ergänzungen aus unserer Community wünschen. Wir denken dabei auch an die Experten, die in den einzelnen Unternehmen intensiv mit der Digitalisierung befasst sind – auch wenn sich das Whitepaper im Ergebnis weniger an diese richtet, sondern eher an all die Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter der Prozessindustrie, für die die Digitalisierung bislang ein großes, aber wenig greifbares Thema ist.

Wir freuen uns, wenn auch Sie als Fachmedien unsere Einladung annehmen, sich an der Entwicklung einer stringenten Vision einer digitalisierten Chemieindustrie zu beteiligen.

Zum whitepaper-digitalisierung_final

 

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DECHEMA-TagKeine Rohstoffknappheit mehr, keine Abhängigkeit von anderen Staaten, keine Müllhalden in Drittweltländern, auf denen mit zweifelhaften Methoden Metalle aus Elektroschrott gewonnen werden, gleichzeitig weiterhin die Annehmlichkeiten der modernen Konsumgesellschaft, und der Klimawandel kann auch noch gestoppt werden. Das sind im Kern die Visionen, die durch eine vollständige Kreislaufwirtschaft verwirklicht werden sollen. Die EU hat sich die Circular Economy auf die Fahnen geschrieben. Doch lassen sich diese Ansprüche wirklich erfüllen? Und was heißt das für Produkte und Dienstleistungen, für Hersteller und Konsumenten? Diese Fragen standen im Mittelpunkt der Diskussion beim ersten DECHEMA-Tag am 1. Juni 2016 in Frankfurt.

Und die Antworten fielen denkbar unterschiedlich aus. Das macht sich schon an Grundlagen der Circular-Economy-Idee wie „Langlebigkeit“ oder „Nachhaltigkeit“ fest: Für Dr. Eric Bischof, VP Corporate Sustainability bei Covestro Deutschland, steht Circular Economy „für den Gedanken, ein Produkt möglichst lange auf einer möglichst hohen Wertschöpfungsstufe zu halten.“ Dazu gehören eine lange Nutzungsdauer, die Reparatur und Wiederverwendung; stoffliches Recycling stelle nur die Ultima Ratio dar.

Für Prof. Dr. Michael Braungart, einen der Entwickler des Cradle-to-cradle-Konzeptes, ist Nachhaltigkeit dagegen keine Lösung, denn sie mache „nur weniger kaputt“. Eine Reduktion von 90 auf 4 Giftstoffe mache ein Produkt nicht ungiftig. Außerdem schließen sich aus seiner Sicht Nachhaltigkeit und Innovation aus: Bei einem Innovationszyklus von 8 bis 9 Jahren ist eine Lebensdauer von 30 Jahren für ein Produkt wie eine Waschmaschine ein Innovationshindernis. Stattdessen plädiert er dafür, Produkte von vornherein so zu konzipieren, dass die verwendeten Materialien und Komponenten vollständig wiederverwertet werden können – entweder im „technologischen Kreislauf“ oder über den Umweg der Kompostierung im biologischen Kreislauf.

Ressourcen ge- statt verbrauchen

Über eines waren sich allerdings alle Experten einig: An veränderten Nutzungskonzepten für Ressourcen führt kein Weg vorbei. Prof. Dr. Gerhard Sextl, Fraunhofer ISC, bringt es auf den Punkt: „Wir müssen lernen, Ressourcen zu gebrauchen statt zu verbrauchen.“ Dazu gehöre auch ein intelligentes Recycling: Es ist nicht notwendig, Materialien jedes Mal auf die Ebene der Elemente zu desintegrieren. Stattdessen können sie auf dem Niveau von Funktionswerkstoffen neu genutzt werden. Damit kann auch das Downcycling vermieden werden.

13 PodiumsteilnehmerAllerdings ist es bis dahin noch ein weiter Weg, denn die derzeit eingesetzten Produkte enthalten eine solche Vielzahl von Werkstoffen und Zusätzen, dass eine sinnvolle Trennung kaum möglich erscheint. Selbst Hersteller wissen oft nicht, welche Materialien sie in Form von Komponenten in ihren Produkten verbaut haben. Gerhard Sextl sieht eine Chance in der Digitalisierung: Jedes Produkt könnte einen „Pass“ erhalten, in dem seine Inhaltsstoffe aufgelistet sind.

Dennoch bleibt die Frage offen, ob es tatsächlich gelingen kann, alle „technologischen Rohstoffe“ vollständig im Kreis zu führen. Sicher lässt sich aus Legierungen reines Kupfer zurückgewinnen, wie Michael Braungart postuliert – allerdings kaum zu 100 %. Alle Formen der Dissipation, sei es Abrieb im Gebrauch, Verluste bei der Verarbeitung beispielsweise beim Schleifen, Bohren oder Fräsen oder eben bei der Aufarbeitung müssten vollständig ausgeschlossen werden. Auch der Ersatz von Materialien erweist sich häufig als mühsam. Prof. Dr. Rainer Grießhammer vom Öko-Institut führt als Beispiel den Recyclingbeton an, bei dem seit Jahren auf einen Anteil von 10 % hingearbeitet wird, der jedoch hartnäckig bei 4 % stagniert. Michael Braungart sieht in der Materialentwicklung eine gewaltige Chance für Chemiker und Verfahrenstechniker. Nach den Unfällen der 80er Jahre, speziell der Sandoz-Katastrophe, sei der Chemie eine ganze Generation von klugen Köpfen verloren gegangen. Die Neuentwicklung von Produkten, Materialien und Nutzungskonzepten mache Chemie und Verfahrenstechnik entscheidend. Dementsprechend wirbt er in seinen  Vorträgen um junge Leute für die Wissenschaft.

Neues Design eröffnet Möglichkeiten

Dank neuer Fügetechniken kann die Demontierbarkeit von wieder nutzbaren Komponenten oder einheitlichen Materialien sicher gestellt werden. Anne Farken, BMW Group Designworks, weist darauf hin, dass das die Rolle der Designer verändert: „Die genaue Kenntnis der Materialien und Technologien ist Voraussetzung für ein intelligentes Produktdesign, bei dem auch das Nutzungsende berücksichtigt wird.“ Bereits heute können 95 % eines Autos recycelt werden. Und sie sieht noch weitere Vorteile für die Produkte: Mit Hilfe eines modularen Aufbaus lässt sich nicht nur die Wiederverwertung am Nutzungsende sicherstellen, er ermöglicht auch Upgrades und Personalisierbarkeit – Produkteigenschaften, die derzeit immer mehr in den Vordergrund rücken. Doch gleich, wie ein Recycling im Einzelnen aussehen soll – erst einmal muss das Produkt zurück zum Hersteller oder hin zum Recycler. Rainer Grießhammer bemängelt die fehlende Rückwärtslogistik für Produkte. Selbst in der öffentlichen Beschaffung werden die entsprechenden Anforderungen bei Ausschreibungen nicht umgesetzt.

Mit dem Ansatz von Michael Braungart stellt sich die Frage nach der Rückführung der Produkte, womöglich noch nach unterschiedlich langen Nutzungsdauern, gar nicht. Denn er plädiert dafür, Verbrauchern nicht Produkte zu verkaufen, sondern Nutzen: Statt einer Waschmaschine bietet der Hersteller also eine definierte Anzahl von Waschgängen, statt eines Autos die gefahrenen Kilometer. Das würde Hersteller auch davon überzeugen, ihre Produkte zu verbessern: „Treibstoffersparnis lohnt sich für den Autohersteller viel mehr, wenn er gefahrene Kilometer statt Autos verkauft.“  Auch der Einsatz besserer Materialien lohne sich, wenn der Hersteller das Eigentum am Gerät oder der Anlage behalte.

Praktische Fragen noch offen

Doch wie lassen sich solche Produkte erfolgreich in den Markt einführen?  Haushaltsgeräte-Hersteller wie Bosch haben dazu schon Versuche unternommen;  bisher sind solche Konzepte allerdings zu teuer.

Und weitere Fragen schließen sich an: Was geschieht  im Fall einer Insolvenz des Unternehmens? Und wie können die Kunden davon überzeugt werden, ihr Geld für Nutzung statt für Produkte auszugeben? Eine „Erziehung der Kunden“ sieht Michael Braungart nicht als notwendig an; er ist überzeugt, dass die Intelligenz des Modells in den Produkten liegt. Eric Bischof ist da skeptischer: „Ein Dienstleistungsmodell kann zu Innovationen führen, muss aber nicht.“ Für Bischof und auch für Anne Farken sind Zukunftsmodelle wie Cradle-to-cradle oder die Circular Economy deshalb eher gedankliche Modelle als eine Lösung für alles. Auch Rainer Grießhammer warnt: „Die Welt ist zu komplex, um sie mit einem einzigen Designprinzip zu ändern.“ Andererseits gebe es Beispiel wie die Energiewende, deren ursprüngliche Idee unter anderem auf eine Studie des Öko-Instituts aus dem Jahr 1980 zurückgeht. Das zeige: Konzepte brauchen lange, können aber viel bewirken.

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tiger-mosquito-49141_640Chinolin und seine Derivate bilden das Grundgerüst für viele biologisch aktive Verbindungen. Vom Chinin abgeleitete Medikamente gegen Malaria besitzen beispielsweise ein Chinolin-Grundgerüst. Ein Großteil des Chinolins wird aus Steinkohleteer gewonnen; es ist darin zu etwa 0,5 % enthalten. Weltweit werden so über 2000 Tonnen pro Jahr produziert. Durch Kondensation von Anilinen mit Carbonylverbindungen können Chinoline auch chemisch synthetisiert werden. Vor allem komplexe Chinolinderivate wie Antioxidantien für Gummimischungen werden auf diesem Weg hergestellt. Das gewünschte Produkt lässt sich jedoch nur in mehreren Schritten herstellen. Dabei entstehen unerwünschte Nebenprodukte, die abgetrennt und entsorgt werden müssen. Das verursacht Kosten und reduziert die Ausbeute.

Die heterogene Photokatalyse ist eine elegante und saubere Alternative. In einer Ein-Topf-Synthese kann das Chinolin damit direkt aus einem Nitroaromaten und einem Alkohol hergestellt werden. Wissenschaftler wollen in diesem Projekt der industriellen Gemeinschaftsforschung ein effizientes Reaktor- und Katalysatorsystem für photokatalytische Reaktionen entwickeln. Als Photokatalysator wird Titandioxid verwendet. Es ist kostengünstig und ungiftig. Durch UVA-Licht angeregt oxidiert es den Alkohol zum Aldehyd. Gleichzeitig wird der Nitroaromat zu Anilin reduziert. Beide Verbindungen kondensieren dann in saurem Milieu zu Chinolin. Photokatalysator und Säure können auf einem gemeinsamen Träger fixiert werden, so dass sie am Ende der Reaktion leicht abgetrennt und wiederverwertet werden können. Um auch sichtbares Licht für die Reaktionen nutzen zu können, entwickelt man zusätzlich neue Katalysatoren auf Basis von Magnesiumferrit. Die einzelnen Teilreaktionen werden kinetisch untersucht, um eine optimale Ausbeute und Selektivität zu erreichen, damit eine große Bandbreite an Produkten synthetisiert werden kann. Die Forscher wollen einen Photoreaktor entwickeln, der kontinuierlich betrieben und für viele Synthesevarianten nutzbar ist.

Mehr zum IGF-Projekt 18904: Photokatalytische Chinolin-Produktion aus Nitroaromaten

Übrigens: Malaria kann man auch mit Artemisinin behandeln. Mehr zu dessen Geschichte und zu Naturstoffen als Grundlage für Arzneimittel erfahren Sie in der App „Vorbild Natur“, die Sie kostenlos herunterladen können. Mehr zu „Vorbild Natur“

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