(v.l.n.r.) Dr. rer. nat. Dirk Demuth, Prof. Dr. rer. nat. Ferdi Schüth, Dr. rer. nat. Wolfram Stichert

Prof. Dr. rer. nat. Ferdi Schüth (Sprecher)*
Dr. rer. nat. Dirk Demuth
Dr. rer. nat. Wolfram Stichert
*Max-Planck-Institut für Kohlenforschung, Mülheim an der Ruhr
hte Aktiengesellschaft, Heidelberg

Katalysatoren bringen chemische Reaktionen in Schwung. Sie helfen etwa dabei, umweltschädliche Stoffe aus Abgasen zu entfernen, Grundstoffe für Farben oder Medikamente möglichst effizient zu gewinnen oder Kunststoffe aus pflanzlichen Materialien statt aus Erdöl herzustellen. Damit leisten sie einen wichtigen Beitrag zu Klimaschutz und einem sparsamen Umgang mit Energie und Ressourcen. Doch wie kann man schnell und effizient den am besten geeigneten Katalysator aufspüren?

Prof. Dr. Ferdi Schüth, Dr. Dirk Demuth und Dr. Wolfram Stichert wiesen den Weg, um eine Vielzahl verschiedener Stoffe gleichzeitig auf ihre Tauglichkeit als Katalysator zu testen – und dabei treffsicher den wirkungsvollsten Reaktionsbeschleuniger zu identifizieren. Ferdi Schüth ist wissenschaftliches Mitglied und Direktor am Max-Planck-Institut für Kohlenforschung. Außerdem ist er einer der Gründer der Heidelberger hte AG, wo er als Aufsichtsmitglied tätig ist. Dirk Demuth war an der Gründung dieses Unternehmens ebenfalls beteiligt und leitet es als Vorstandsvorsitzender. Wolfram Stichert ist ein weiterer Mitgründer der hte AG und seit 2003 Finanzvorstand des Unternehmens.

Herzstück des von den drei nominierten Forschern und des Teams der hte AG entwickelten Systems ist die Parallelreaktortechnik. Sie bündelt mehrere Dutzend einzelne Rohre, in denen das Reaktionsmedium über unterschiedliche Katalysator-Kandidaten synchron hinweg strömt. Auf diese Weise laufen zahlreiche Experimente parallel ab, die bislang mit großem Aufwand nacheinander gemacht werden mussten. Neue Katalysatoren, etwa für schadstoffärmere Verbrennungsprozesse, lassen sich so bis zu 100 Mal schneller auffinden. Um das effektive Experimentiersystem zu verwirklichen, mussten Schüth, Demuth und Stichert auch neuartige und schnelle Analysetechniken entwickeln. Dabei nutzten die Forscher unter anderem Methoden der künstlichen Intelligenz. Auch eine speziell an das Hochdurchsatztestverfahren angepasste Software, die die Messdaten erfasst und auswertet, gehört zu den tragenden Säulen der Innovation.

Als Vorbild dienten den Nominierten Verfahren, mit denen in der Pharmaindustrie sehr viele Substanzen schnell auf ihre Tauglichkeit als Medikamentenwirkstoff untersucht werden. Unter anderem die hohen Reaktionstemperaturen von oft mehreren hundert Grad Celsius machten eine Übertragung auf die Katalysatorentwicklung jedoch schwierig. Dass sie den drei Forschern dennoch gelang, ist von immenser Bedeutung für Wirtschaft und Klimaschutz. Der Umsatz mit Katalysatoren beträgt weltweit über 10 Milliarden Euro pro Jahr. Die damit erzielte Wertschöpfung ist noch 100- für 1000-fach höher. Das Hochdurchsatzverfahren senkt die Kosten der Katalysatorentwicklung und legt die Basis für neue technische Möglichkeiten in vielen Bereichen der Industrie: Es gibt den Automobilingenieuren ein Werkzeug an die Hand, um auch künftige strengere Abgasnormen erfüllen zu können. Es hilft beim Ersatz von Erdöl durch nachwachsende Rohstoffe, etwa bei der Herstellung synthetischer Biokraftstoffe. Und es beschleunigt die Entwicklung von neuen Materialien für leistungsfähige Batterien für den Einsatz in Elektroautos.

Die Forscher begannen in der zweiten Hälfte der 1990er-Jahre mit der Entwicklung der Parallelreaktortechnik. Ihnen gelang es, ein überzeugendes Konzept zu erarbeiten, das sie durch die Gründung des Unternehmens hte (the high throughput experimentation company) rasch in die kommerzielle Vermarktung überführten. Die BASF AG war von Beginn an größter Kunde und übernahm 2008 75 Prozent der Anteile an hte. Inzwischen wurden bei hte über 160 Arbeitsplätze geschaffen, seit seiner Gründung hat das Unternehmen insgesamt rund 100 Millionen Euro Umsatz gemacht. Das Hochdurchsatztestverfahren ist sehr erfolgreich am Markt und wird von vielen Unternehmen aus dem Umfeld der chemischen, petrochemischen und Öl-Industrie routinemäßig eingesetzt.