Katalysatoren der Energiewende
Max-Planck-Cardiff Centre on the Fundamentals of Heterogeneous Catalysis
Bei der Energiewende muss die Chemie stimmen. Denn sie ermöglicht es, Strom aus Wind und Sonne in Treibstoffen und Grundstoffen der chemischen Produktion zu speichern und dafür auch noch CO2 zu verwenden. Die entsprechenden chemischen Verbindungen lassen sich jedoch nur mit geeigneten Katalysatoren effizient herstellen, doch daran hapert es derzeit noch. Im Max-Planck-Cardiff Centre on the Fundamentals of Heterogeneous Catalysis (Funcat), arbeiten drei Max-Planck-Institute und das Cardiff Catalysis Institute zusammen, um einen neuen Weg in der Katalysatorforschung zu verfolgen. Dieser setzt auch auf künstliche Intelligenz. Als Test für den neuen Ansatz entwickeln die Forschenden unter anderem Reaktionsbeschleuniger, die CO2 in nützliche Substanzen umwandeln.
Katalysatoren sind eine wirtschaftliche Supermacht: Die Reaktionsbeschleuniger senken den Energieaufwand für viele chemische Reaktionen, lenken diese gezielt zu gewünschten Produkten lenken und machen manche Umwandlung erst möglich. So sind sie an der Herstellung von 85 Prozent aller Industrieprodukte beteiligt und tragen schätzungsweise ein Viertel zur weltweiten Wirtschaftsleistung bei. Und ihre Bedeutung dürfte noch steigen, wenn fossile Rohstoffe künftig mehr und mehr ersetzt werden, Strom aus regenerativen Quellen gespeichert werden muss und etwa Flugzeuge und Schiffe synthetische Kraftstoffe verbrennen sollen.
Große Datenmengen und künstliche Intelligenz
An Funcat sind die Max-Planck-Institute für Kohlenforschung, für chemische Energiekonversion und das Fritz-Haber-Institut sowie das Cardiff Catalysis Institute beteiligt. Mit ihrer Partnerschaft wollen sie innovative Ansätze der in der Katalyseforschung zu verfolgen, ein rationales Katalysatordesign. Das heißt, statt neue Reaktionsbeschleuniger durch Versuch und Irrtum zu entwickeln, wie es bislang meistens geschieht, sollen Berechnungen das katalytische Verhalten von Materialien vorhersagen und so den experimentellen Aufwand bei deren Entwicklung deutlich reduzieren.
Für die systematische Suche nach geeigneten Kandidaten nutzen die Forschenden zum einen den Fundus der Nomad-Datenbank, in der auf Initiative von Matthias Scheffler, emeritierter Direktor am Fritz-Haber-Institut, Mess- und Rechenergebnisse zu den katalytischen Eigenschaften zahlreicher Materialien gespeichert werden und zum anderen künstliche Intelligenz. Sie kann aus den Daten der bereits untersuchter Metalle, Legierungen und Metalloxiden schließen, wie gut sich neue Materialien für eine gewünschte Reaktion eignen. Dabei berücksichtigt sie auch, dass sich ein Katalysator bei der Arbeit verändert, und ermöglicht Vorhersagen, wie sich diese Veränderungen so steuern lassen, dass sie seine Arbeit unterstützen und nicht behindern.