KATALYSE - Eine interdisziplinäre Schlüsseltechnologie zur nachhaltigen Wirtschaftsentwicklung

Katalyse ist ein Wissens- und Forschungsgebiet, das uns in allen Bereichen des täglichen Lebens begegnet. Sie spielt in allen Wertschöpfungsketten eine entscheidende Rolle, da sie in ca. 80% aller chemischen Prozesse genutzt wird. Die Katalyse ist daher auch eine technologische Grundlage, um die zukünftigen Herausforderungen im globalen Maßstab zu bewältigen. In den Feldern Energiewende, Welternährung, Reduktion von Emissionen, Sicherung der Wasserqualität und in vielen weiteren Feldern ist die Entwicklung von effizienten Katalysatoren von wesentlicher Bedeutung. Die Katalyseforschung zeichnet sich dabei als ein interdisziplinäres Gebiet aus, das von vielen verwandten Disziplinen profitiert und für diese unmittelbar wesentliche Beiträge liefert. So spielen etwa die Materialwissenschaften für die Entwicklung von neuen stabilen Katalysatormaterialien, die Ingenieurwissenschaften für die Entwicklung neuer Reaktoren und Reaktorkonzepte und die Biologie für die Enzymforschung eine entscheidende Rolle, um das Feld der Katalyse weiter voranzutreiben. Katalysatoren werden auch in den nächsten Jahren stetig weiterentwickelt. Nur durch diese Weiterentwicklung sind chemische Umsetzungen möglich, um neue Rohstoffe zu erschließen und gezielt wertschöpfende Produkte bereitzustellen. Außerdem sind effiziente und energiesparende Umsetzungen von großer Bedeutung für die Zukunft. In der vorliegenden Roadmap werden diese Trends in sechs Themenfeldern vorgestellt. Diese Themenfelder bilden die Breite der deutschen Katalyseforschung ab und sind anhand der Anwendungen der Katalyse strukturiert. So spielen die Energiewende und die Wasserstoffwirtschaft eine herausragende Rolle in der Entwicklung von Katalysatoren. Die Katalyseforschung legt damit eine wesentliche Grundlage für den Erfolg der Energiewende. Die Umstellung der Energiegewinnung sowie die sich ändernde Rohstoffbasis von fossilen hin zu nachhaltigen und erneuerbaren Ressourcen wie die Nutzung von Biomasse, Plastikrecyclingströmen oder CO2 als Substratbasis stellen ganz neue Herausforderungen an die Katalyse und bestimmen die zukünftige Forschung und Entwicklung. Emissionen in Luft, Wasser und Boden sind kritisch für den Klima- und Umweltschutz. Hier ist die Katalyse essenziell zur Verringerung und Vermeidung von Emissionen in die Umwelt. Ein Schwerpunkt ist die Wasserbehandlung und die Behandlung von Abgasströmen auch für zukünftige Antriebs- und Mobilitätskonzepte. Die moderne Gesellschaft ist angewiesen auf hochspezialisierte Funktionschemikalien, wie gewichtsreduzierte Bauteile, hochwirksame Medikamente, Nahrungsmitteladditive und effiziente Düngemittel. Innovative Katalysatoren ebenen den Weg, diese Chemikalien nachhaltig und in geschlossenen Rohstoffkreisläufen herzustellen. Digitalisierung ist ein Thema, das auch in der Katalyseforschung eine enorme Rolle spielt. Zur Entwicklung neuer Katalysatoren und zum Verständnis ihrer Funktionsprinzipien sowie zur Anwendung von Katalysatoren ist es unerlässlich, eine Vielfalt von Werkzeugen zu nutzen. Diese reichen von innovativen Reaktoren über Untersuchungsmethoden der Operando-Spektroskopie bis hin zu theoretischen Methoden