Nominee 2019

CO2

CO2 – A Raw Material for Sustainable Plastics

Dr. rer. nat. Christoph Gürtler (Spokesperson)
Prof. Dr. rer. nat. Walter Leitner**/***
Dr. rer. nat. Berit Stange
Covestro Deutschland AG, Leverkusen
**RWTH Aachen University
***Max Planck Institute for Chemical Energy Conversion (MPI CEC), Mülheim an der Ruhr

(f.l.t.r.) Prof. Dr. rer. nat. Walter Leitner, Dr. rer. nat. Christoph Gürtler, Dr. rer. nat. Berit Stange

Power plants, modes of transport and industrial factories that burn or process fossil fuels emit vast amounts of carbon dioxide (CO2). The chemical industry in and of itself needs carbon, an element of greenhouse gas, as a raw material to manufacture plastics. Is it possible to close the loop by using part of the emitted carbon dioxide for industrial production processes?

Dr. rer. nat. Christoph Gürtler, Prof. Dr. rer. nat. Walter Leitner and Dr. rer. nat. Berit Stange have proven that it is possible to join the loop - and that the use of the greenhouse gas CO2 has marketable options. The nominees have developed a chemical process based on a custom catalyst which utilizes inert carbon dioxide to produce polyols - a component of plastics used in a variety of different applications.

Christoph Gürtler heads the New Processes and Products Division at Covestro Deutschland AG in Leverkusen, Walter Leitner is chair of “Technical Chemistry and Petrochemistry” at RWTH Aachen University and is also Director at the Max Planck Institute for Chemical Energy Conversion in Mülheim an der Ruhr. Berit Stange is head of Circular Economy Polyurethanes at Covestro Deutschland AG.

Carbon is an indispensible part of products in the chemical industry. In complex chemical compounds, the element is one of the main building blocks for numerous plastics. Usually, it has been extracted from petroleum, natural gas or coal. If the carbon bound in carbon dioxide molecules were used instead, fewer natural fossil resources could be used and thus the CO2 footprint of the chemical industry could be reduced. It would be two steps toward the ultimate aim of "sustainable chemistry".

In the past, there were two obstacles to achieving this goal: first, carbon dioxide molecules are chemically inert: it requires great effort to break them down or form them to new compounds with other substances. Second, the energy required for this process would undermine both its economical as well as ecological benefits.

The nominated team was able to overcome both obstacles. To do so, the scientists employed a catalyst which is also used in conventional plastic manufacturing and which they refined for the CO2 reaction. The catalyst reduces the activation energy of the CO2 reaction and thereby causes the molecules to bond with epoxides as the reacting agent, using comparably little energy, to form stable polyols. These chemical compounds can in turn be processed into polyurethanes, for example - a class of plastics used in numerous products. The research group from science and industry made sure that a clearly defined share of molecules is introduced into the polyol. They adapted the process in such a way that it can be incorporated into existing industrial processes. The individual steps are protected by numerous patents.

Because of the many different uses for polyurethane, the innovation makes the "waste product" carbon dioxide a precious commodity in the production of a wide range of products. These include, for example, flexible foam for mattresses and upholstered furniture as well as binding agents and adhesives. The use of rigid foams like those used in insulation is currently a subject of research. A use in textiles is already being implemented. The best part is that this process lowers the need for fossil fuels in polyol production as well as the energy demand along the value chain. The emission of climate-damaging gas is correspondingly lower at this point. The quality of products manufactured using CO2 is at least as good, and in some cases even better than comparable products made of entirely fossil raw materials. The products can also be produced at market competitive costs - making the use of carbon dioxide not only ecologically, but also economically attractive.

To illustrate the benefits of the carbon cycle created also during production on an industrial scale, Covestro has been running a demo plant to produce polyols with a carbon dioxide content of up to 20 percent. The plant which the company invested € 15m in to build is able to produce up to 5,000 tons of CO2-based polyols every year which are sold under the brand name cardyon®. Customers include the Belgian company Recticel that uses the product to manufacture polyurethane foams for mattresses as well as the German company Polytan that uses the material as a binding agent in flooring for sports fields. In addition, a recent cooperation with a textile company has resulted in a first use in textiles. In this case, precursors are produced with CO2 for elastic textile fibers. The production of surfactants like those used in detergents is also being tested with the process.

The market potential of the innovation and corresponding products is immense - and the reduction of CO2 emissions along the polyol value chain in the chemical industry is considerable: global demand for polyol components for products made of polyurethane amounts to around 4 m tons per year. If only 10% of this amount were produced with the help of carbon dioxide derived from exhaust emissions and waste gas, up to 150,000 tons of fossil raw materials could be saved annually - and at the same time, an equivalent amount of CO2 emissions. The use of carbon dioxide according to a similar principle is also conceivable to produce other chemical materials which could multiply the ecological effect. The nominees are already working to further refine the processing technology. Their goal is to use this platform technology for numerous applications - and thus lead the way to an even more sustainable resource, environmental and climate-friendly chemical sector. 

The right to nominate outstanding achievements for the Deutscher Zukunftspreis is incumbent on leading German institutions in science and industry as well as foundations.

The project " CO2 – a raw material for sustainable plastics" was submitted by acatech - the National Academy of Science and Engineering, the German Rectors' Conference HRK and the Max Planck Society for the Advancement of Science.

Federal President Frank-Walter Steinmeier will award the Deutscher Zukunftspreis to one of the three nominated teams on November 27, 2019.

"Man muss ein gutes, ein richtiges Ziel haben."

Prof. Dr. rer. nat. Walter Leitner

Fragen an die Nominierten

Alle reden von CO2, über die problematischen Konstellationen, die sich für die Umwelt daraus ergeben. An Sie vorab die ganz einfache Frage: Was ist denn CO2 eigentlich?

Prof. Dr. rer. nat. Walter Leitner
Das kommt darauf an: Es gibt ganz unterschiedliche Weisen, wie CO2 wahrgenommen wird. Der eine oder andere kennt CO2 vielleicht aus dem Feuerlöscher, den er zu Hause stehen hat. Die Leute, die gern auf Konzerte gehen, kennen CO2 als Nebel, der aus der Nebelmaschine kommt, und – das kennen fast alle – im Mineralwasser die Kohlensäure; das ist dann CO2, wenn es sich mit Wasser zur Kohlensäure verbunden hat. Und natürlich ist CO2 überall präsent als Treibhausgas – als das große Problem im Klimawandel.

Für den Chemiker ist CO2 zunächst einmal ein dreiatomiges Molekül, mit dem Kohlenstoffatom in der Mitte und zwei Sauerstoffatomen, die dort mit diesem Kohlenstoff gebunden sind.

Auch der Mensch atmet unentwegt CO2 aus: Damit wir Energie erzeugen, nehmen wir Sauerstoff auf, verbrennen damit kohlenstoffhaltige Nahrungsmittel, die wir zu uns genommen haben, machen daraus CO2. und geben es dann über die Atmung wieder ab.

Und die Natur nutzt es – sie macht es uns vor: Sie nutzt CO2 als zentrales Ausgangsmaterial, um die ganze organische Chemie der natürlichen Welt, sprich die Biomasse, aufzubauen. Dabei ist CO2 in der Fotosynthese der entscheidende Lieferant für Kohlenstoff.

Dr. rer. nat. Christoph Gürtler
Damit können wir jetzt gleich den Schwenk auf unser Projekt machen: Früher haben wir CO2 als unschönen Abfallstoff abgetan, jetzt wir sehen wir es zunehmend als Ressource, ein wenig inspiriert von der Natur. Es geht um ein chemisches Verfahren, für das wir das vorhandene CO2 sehr gut nutzen können. Es enthält das wichtige Element Kohlenstoff, das wir brauchen, um Polymere und Materialien für unser tägliches Leben aufzubauen.

Es ist ja wohl ein alter Chemiker-Traum, diesen natürlichen CO2-Kreislauf zu adaptieren …

Prof. Dr. rer. nat. Walter Leitner
Ja – CO2 zu nutzen war für den Chemiker immer schon eine Herausforderung, und die Frage ist, warum die Natur das kann und wir nicht.

Der Grund mag sein, dass wir es einfach hatten: Der Kohlenstoff, den die Natur erst einmal aufgebaut und dann in den Sedimenten als fossile Rohstoffe deponiert hat, stand und steht uns noch zur Verfügung. Die Natur hat uns die Arbeit abgenommen und das Kohlendioxid auf ein höheres Energielevel gebracht, sodass wir den Kohlenstoff in Form der fossilen Rohstoffe nutzen können.

Gleichzeitig hat es immer Chemiker gegeben, die von diesem CO2-Molekül fasziniert waren und sich gefragt haben, was daran so schwierig ist. Wie kriegen wir das mit chemischen Technologien hin? Und das ist, unabhängig von allen Diskussionen über Klimaschutz, die wissenschaftliche Neugier, da ist etwas Schwieriges, und wie können wir das anpacken?

Sie hatten schon kurz den Zusammenhang zu Ihrem Projekt hergestellt. Bitte erläutern Sie die Entwicklung Ihrer Innovation.

Dr. rer. nat. Christoph Gürtler
Wir haben ein Verfahren zur Herstellung eines wichtigen chemischen Bausteins für Kunststoffe, Polyurethanschaumstoffe, entwickelt, mit dem wir im Vergleich zu anderen Verfahren fossile Rohstoffe einsparen können. Und die Menge, die wir einsparen, „füllen“ wir mit der gleichen Menge CO2 auf. Das ist in etwa so, als wenn man zur Tankstelle fährt: Früher hat man, je nach Auto, für 100 Kilometer zehn Liter benötigt, jetzt sind es nur noch acht Liter. Damit sinkt auch der sogenannte Kohlenstofffußabdruck des neuen Bausteins im Vergleich zum herkömmlichen.

Das ist im Bereich Chemie, Chemietechnik und Produktion ein echter Quantensprung, denn erstmalig gelingt es, eine größere Menge des Bausteins herzustellen, ohne dass wir mehr fossilen Inhaltsstoff hineingeben müssen. Das ist das, was man gemeinhin als „disruptiv“ bezeichnet.

In der Reaktion reagiert das CO2 mit einer energiereichen Komponente, die man ohnehin verwenden muss, einem sogenannten Alkylenoxid, in unserem Fall Propylenoxid. Es entsteht ein sogenanntes Polyol, eine farblose Flüssigkeit. Und es gelingt jetzt, nur noch 80 Prozent Propylenoxid zu verwenden – und 20 Prozent CO2, das das Propylenoxid ersetzt. Das Polyol wiederum braucht man, um daraus die Schaumstoffe herzustellen.

Das klingt sehr, sehr einfach und verlockend, war aber Gegenstand längerer wissenschaftlicher Untersuchungen, und das Ergebnis basiert auf einer intensiven Zusammenarbeit.

Prof. Dr. rer. nat. Walter Leitner
Da kommen wir an der RWTH (Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule Aachen) ins Spiel. Wenn wir uns vorstellen, wie Polymere aufgebaut sind, dann gibt es in diesem Material lange Ketten. Bisher stand in diesen Ketten eines von diesen Propylenoxidmolekülen neben dem anderen. Jetzt schieben wir immer mal wieder CO2-Moleküle in diese Kette ein. Das heißt, das CO2 in diesem Material wird chemisch in diesen Ketten permanent gebunden, und die Herausforderung war, es so hinzubekommen, dass die beiden molekularen Partner sich „mögen“. Dafür braucht man einen Katalysator, denn der ursprüngliche war darauf ausgelegt, nur das Propylenoxid aufzureihen.

Hier greift jetzt die Grundlagenforschung am CAT (CatalyticCenter), um herauszufinden, wie das geht. Welche Eigenschaften hat der Polymerbaustein, wenn man plötzlich so viel Propylenoxid durch CO2 ersetzt? Wie lang werden die Ketten? Genau so lang wie vorher, oder werden sie kürzer? Kann man vielleicht noch weitere Partner in die Kette einbauen, um neue Anwendungen zu erschließen?

All diese Fragen mussten erst einmal verstanden werden, damit es dann mit den Partnern zusammen zu dem neuen Verfahren kommen konnte, also in einer Dreiecksbeziehung – Verfahrensentwicklung und Upscaling bis hin zum Produktverständnis. Jeder hat seine Rolle, damit es dann in einer erstaunlich kurzen Entwicklungszeit tatsächlich funktionierte. Das mag jetzt überraschend klingen, dass sieben oder acht Jahre eine kurze Entwicklungszeit sind. Relativ zum Berliner Flughafen ist alles kurz. 15 bis 20 Jahre ist eigentlich die ganz normale Entwicklungszeit.

Dr. rer. nat. Christoph Gürtler
Man muss erst einmal eine solche Katalysatorgrundstruktur finden, die prinzipiell die Reaktion ermöglicht – sozusagen das Grundgerüst. Normalerweise ist das eine ziemlich aufwendige Suche. Im konkreten Fall wussten wir, mit welcher Katalysatorstruktur wir die Untersuchungen starten können, weil sie Propylenoxid bereits gut polymerisiert. Und jetzt wollten wir ihr beibringen, auch mit CO2 umzugehen.

Und jetzt kommt das Spannende: Der tatsächliche Katalysator, der in der Reaktion aktiv ist, entsteht erst während der Reaktion – aus dem vermeintlichen Katalysator, der ursprünglich eingesetzt wird. Und auf dem Weg dorthin kann man eine Menge falsch machen. Das muss man eben nur wissen – und dazu muss man sehr sorgfältig auf solche Effekte achten. Das ist beim Propylenoxid ganz anders als bei Propylenoxid und CO2.

Wir hatten am CAT in Aachen versucht herauszufinden, wie das wissenschaftlich vor sich geht. Die Kollegen in Leverkusen haben das mit in den technischen Zusammenhang gebracht, also verheiratet. Das ist wirklich wichtig, denn der Erfolg entstand aus der Zusammenarbeit. Der Begriff „Katalysator“ steht ja auch synonym für „Zusammenarbeit“. Das Wissen nutzen, selber Wissen schaffen und dann schauen, wie man daraus größere Mengen Chemie und Produkte machen kann – dazu haben wir alle Gewerke zusammengebracht. Das ist uns in diesem Fall auch geglückt, da kann ich alle Beteiligen nur ausdrücklich würdigen!

Dieses Wissen haben wir dann in ein kontinuierliches Verfahren übertragen – nur ein solches ist wirtschaftlich sinnvoll. Die Parameter ändern sich noch einmal, neue Fragen kommen dazu. Wir haben auf dem erarbeiteten Kenntnisstand dann – unterstützt vom BMBF – eine Miniplant-Anlage in Leverkusen gebaut, noch im Format einer Waschmaschine, aber schon so, dass wir den eben genannten „Polyol-Baukasten“ für verschiede Anwendungen zu Testzwecken herstellen können. Diese Anlage ist so gestaltet, dass damit prinzipiell die Funktionen einer späteren Großanlage abgebildet werden können.

Und dann sind Sie, Frau Dr. Stange, hinzugekommen und haben daraus etwas gemacht, was jetzt im Markt ist …

Dr. rer. nat. Berit Stange
Das beginnt natürlich schon viel, viel früher, denn wenn man eine solche Innovation entwickelt, baut man nicht zuerst die Anlage und sagt dann:„Oops, was machen wir damit?“

Wir haben definiert, was diese Polyole leisten müssen, wie die Struktur-Eigenschafts-Beziehung ist, wie wir diese einsetzen können; dabei haben wir eng mit Kunden zusammengearbeitet.

Die Polyole sind ja einer von zwei Bestandteilen des Polyurethans, einem Material aus unserem Leben. Eine der bekanntesten Anwendungen ist Weichschaum, zum Beispiel in der Matratze. Man hat auch frühzeitig erkannt, wie man die Polyole designen muss, um sie wirklich als Komponente für Polyurethanmatratzen zu nutzen, dann kam gemeinsam mit dem Kunden das Weitere.

Das ist auch der Gedanke für die weitere Forschung und Entwicklung, das CO2-basierte Verfahren als Plattformtechnologie zu etablieren. Wir haben mit Weichschaumanwendungen im Matratzenmarkt angefangen, aber auch schon weitere Anwendungen mit den neuartigen Polyolen demonstriert, zum Beispiel einen Sportplatzbelag, wo es als Bindemittel für die Unterkonstruktion zum Tragen kommt. Und parallel dazu sind noch ganz andere Innovationen in der Pipeline, wie man das CO2 als Substitution für die fossilbasierten Rohstoffe verwenden kann.

Dr. rer. nat. Christoph Gürtler
Hier kommt jetzt wieder die Kreativität der Chemiker zum Tragen. Wir haben überlegt, wie wir die Anforderungen verschiedenster Anwendungen in unsere CO2-Technologie übersetzen können – und in das Verfahren, das wir entwickelt haben. Damit ist dieses jetzt ausgesprochen vielseitig – und wir können Polyolbausteine herstellen, die für viele weitere Dinge des täglichen Lebens verwendet werden können. Das sind Fasern, Elastomere, Fensterdichtungen, Teile für Stoßdämpfer, diese haben wir hier zusammen mit anderen Instituten der RWTH Aachen zum ersten Mal hergestellt – geleitet von der Frage, wer was nach welchem Verständnis wie am besten zusammenbauen kann, sodass im Endeffekt der größtmögliche Nutzen daraus entsteht.

Dahinter steht die Frage, wie letztlich Innovation zustande kommt: Es ist die richtige Konstellation, damit man schnell und zügig so eine Entwicklung vorantreiben kann. Erst dann kommt die technische Ebene.

Wir saßen hier vor zehn Jahren und haben uns überlegt, wie wir das Ganze in ein großes öffentliches Projekt einbringen können. Du, Walter, warst maßgebend an der Gesamtgestaltung beteiligt, und so fügte sich das eine gut zum anderen. Es ging darum, welche Konstellation möglich ist, welche Partner wir mit hineinnehmen, wie wir über das reden, was wir da machen. Und es ist auch sehr wichtig, dass Hochschule und Industrie für ein gemeinsames Ziel an einem Strang ziehen.

Hier sind die Neugier und der Wunsch, Neues zu kreieren. Ist das Bewusstsein der sich abzeichnenden Begrenzung fossiler Ressourcen ein zusätzlicher Antrieb?

Dr. rer. nat. Berit Stange
Auf jeden Fall! Für uns war es auch die Frage, wie wir unabhängig von Erdöl werden könnten, wie wir andere Kohlenstoffquellen finden. Mit dem CO2 haben wir im Prinzip so einen Rohstoff. Und wir bringen CO2 als Abfallprodukt wieder zurück in die Wertschöpfungskette und schließen damit Kreisläufe. Das ist ein großes Thema.

Prof. Dr. rer. nat. Walter Leitner
In der Wissenschaft ist der Begriff der „Green Chemistry“ international eingeführt worden. Wir brauchen Chemieprodukte, sie sind essenziell für unser Leben, für die Möglichkeit, neun Milliarden Menschen auf diesem Planeten eine Heimat zu geben. Aber wir müssen die Chemie auch so gestalten, dass sie dem Prinzip der Nachhaltigkeit gerecht wird. Das ist auch der Treiber für das, was wir in der Forschung, in der Grundlagenforschung konkret machen. Dabei ist die Nutzung von CO2 ein ganz wesentlicher Aspekt.

Mein Kollege Prof. André Bardow hier an der RWTH hat in einer umfangreichen Studie nachgewiesen, dass dieses spezielle Verfahren nicht nur die CO2-Bilanz verbessert, sondern dass es sich auch in einer Reihe anderer Umweltkriterien besser darstellt. Wir versuchen, das nun auch in vielen anderen Reaktionen zu berücksichtigen, bei anderen Synthesen, die vielleicht gar nichts mehr mit der Kunststoffproduktion zu tun haben. Das ist, was uns auf der wissenschaftlichen Seite über das konkrete Projekt hinaus noch antreibt und was wir jetzt auch in unserer Forschung am Max-Planck-Institut für Chemische Energiekonversion mit Nachdruck verfolgen.

Lassen Sie uns nun auf die Produkte kommen. Welche Entwicklungen zeichnen sich ab?

Dr. rer. nat. Berit Stange
Solche Produkte – oder Polymere – beruhen immer auf einer Struktur-Eigenschafts-Beziehung. Welche Eigenschaften brauche ich, um dann diese Anwendung zu bekommen? Wie verschieden können diese Eigenschaften sein?

Was wir jetzt gelernt haben, sind diese weichen Eigenschaften, weiche Polyole und damit Matratzen. Man kann aber auch die Ketten so designen, dass man einen sehr kompakten Schaum erhält. Der dient dann als Isolationsmaterial, das kann man im Baubereich einsetzen oder auch im Kühlschrank als Dämmschicht. Hier haben wir bereits Projekte gestartet. Im Automobilbereich wird für die Automobilsitze ebenfalls sehr viel Schaum verwendet. Wir können das Anwendungsspektrum wirklich verbreitern. Es gibt einen Ansatz mit Textilien, der sehr vielversprechend ist: Hier stellen wir aus unseren Polyolen elastische Fasern her.

Dann sind Sie noch ganz am Anfang mit Ihren Ideen?

Dr. rer. nat. Berit Stange
Ja. Und die gehen uns auch noch lange nicht aus. Wir haben gezeigt, dass wir es prinzipiell können: Wir haben ein erstes Produkt mit CO2 auf dem Markt. Das ist erst der Anfang, die Basis für weitere Schritte und ein breiteres Produktportfolio.

In diesem ersten Schritt beträgt der Anteil des Ersatzes fossiler Rohstoffe durch CO2 rund 20 Prozent. Ist es vorstellbar, dass dieser Anteil noch größer wird?

Prof. Dr. rer. nat. Walter Leitner
Theoretisch schon. Es gibt im Prinzip zwei Ansatzmöglichkeiten: Wir können, wie hier, das CO2 möglichst nahe am Endprodukt einbauen. Dann ist der Hebel relativ sehr hoch, aber in einem definierten Rahmen. Wir können uns natürlich auch vorstellen, dass wir aus CO2 Grundprodukte, also Basischemikalien, herstellen, die früh in die Wertschöpfungskette eingehen und über viele Stufen weiterverarbeitet werden. Dann ist zwar der relative Hebel vielleicht nicht ganz so groß, dafür ist die Anwendungsbreite sehr viel höher.

Das ist dann die nächste Stufe der Rakete: Es entwickeln sich weltweit viele Aktivitäten auf diesem Gebiet. Aber es gibt einen wichtigen Punkt zu beachten: Bei anderen Reaktionen zur Umsetzung von CO2 brauchen wir in der Regel zusätzlich Energie. Das ist die Schnittstelle zum Energiesystem, denn dann benötigen wir erneuerbare Energien, um das Ganze zu treiben. Unter dem Stichwort „Power-to-X“ versteht man Technologien, die sich dafür eignen, erneuerbare Energien mithilfe von CO2 als Kraftstoffe oder Chemikalien zu „ernten“. Hier muss die Sektorenkopplung zwischen Energie- und Chemiewirtschaft neu gedacht werden, und das ist ein ganz großes Feld.

Mit der erfolgreichen Umsetzung hier haben wir einen „Showcase“: Es funktioniert bis hin zum Produkt. Und das ist dann wieder Motivation, ins Labor zurückzugehen und zu sagen: Es lohnt sich, was wir tun!

Dr. rer. nat. Christoph Gürtler

Man muss unbedingt beides tun, um die Nutzung von CO2 voranzubringen! Wir sind ja auch gemeinsam als Covestro, RWTH und MPI in großen Konsortien und Projekten (zum Beispiel Kopernikus Power-to-X, Carbon2Chem und Carbon4PUR) engagiert, um in die nächste Größenordnung der CO2-Nutzung zu kommen.

Für den konkreten Polyurethanfall: Wir müssen sehen, welche Produkte wir mit der Plattformtechnologie herstellen wollen. CO2 wird in die Polymerkette fest eingebaut wird – das lässt dabei gleichzeitig auch neue Eigenschaften in Polymeren entstehen. Bei Fasern und Elastomeren führt der Einbau von CO2 dazu, zu wirklich guten Fasern und Elastomeren zu kommen. Wir dürfen es aber nicht übertreiben, weil die Eigenschaften auch wieder schlechter werden können. Bei der Matratze zum Beispiel führt zu viel eingebautes CO2 dazu, dass diese dann härter oder zu hart wird. Und es gibt heutzutage sehr hohe Anforderungen der Kunden an diese Produkte. Das bedeutet: Man muss mit Realismus herangehen, so viel CO2 wie möglich sinnvoll ersetzen und dabei unbedingt die Anwendung im Hinterkopf haben, also dass das Produkt auch gekauft und gerne genutzt wird. Wir müssen von der Wissenschaft über die Produktion bis hin zum Produkt und zur Anwendung denken – und dabei alles klar im Blick haben.

Dr. rer. nat. Berit Stange
Würde man zum Beispiel den CO2-Gehalt in dem Polyol für Matratzen erhöhen, wird die Matratze härter. Zudem ändert das Polyol die Eigenschaften: Es wird zähflüssig und lässt sich nicht mehr so gut industriell verarbeiten. Unsere Kunden haben ein gewisses Verarbeitungsfenster, und wenn man ein neues Produkt in den Markt einführen möchte, muss man sich in diesem Verarbeitungsfenster bewegen. Sonst könnte e für den Kunden bedeuten, dass er in eine neue Anlage oder Technologien investieren muss. Damit wäre die Markteintrittshürde deutlich höher: Wir hätten ein schönes Produkt, fänden aber keine Anwendung. Es ist von vornherein wichtig, den Markt und die Kundenanforderung zu kennen, um Produkte auch in die industrielle Anwendung zu bekommen.

Das klingt jetzt alles schlüssig und einfach. Hat es auf diesem Weg irgendwo einmal gehakt insofern, dass man sich nicht sicher war, wie es weitergeht?

Prof. Dr. rer. nat. Walter Leitner
Am Anfang war es die große Diskussion: Was wollt ihr denn mit CO2, das ist das Endprodukt der Verbrennung, also chemisch stabil, damit kann man nie etwas anfangen. Das führt zu nichts. Es ist schon richtig, dass nicht jeder Pfad sinnvoll ist. Aber wenn man die richtigen Pfade auswertet, dann geht es. Allerdings nur mit viel Forschung und dem richtigen Katalysator. Und es gibt natürlich auch im Labor die Tage, an denen man frustriert nach Hause geht und sagt: Es hat nicht funktioniert.

Aber das gibt es immer. Wichtig war, dass wir diejenigen, die das Projekt in seinen unterschiedlichen Phasen finanziert haben, immer so weit mit schrittweisen Erfolgen überzeugen konnten, dass es weiterging. Und das ist übrigens auch das Kennzeichen dieser Partnerschaft.

Dr. rer. nat. Christoph Gürtler
Wir können offen darüber sprechen: Unsere Produktionsanlage in Dormagen kostet 15 Millionen Euro. Das ist viel Geld und geht in die Bilanzen. Das beeinflusst finanzielle Kennzahlen, und man muss eben sehr, sehr gute Argumente haben, um das zu realisieren. Das haben wir auch nicht von jetzt auf gleich hinbekommen. Aber ich glaube, wir hatten das richtige Konzept, sodass es nun Realität ist.

Sie bieten jetzt Produkte auf einer anderen Rohstoffbasis an. Wie haben die Kunden reagiert? Ist der Ersatz fossiler Rohstoffe ein Argument? Oder gab es Skepsis?

Dr. rer. nat. Berit Stange
Für die Kunden bedeutet es, ihre Produkte weiterhin auf konventionelle Weise herstellen zu können, allerdings jetzt mit alternativen Rohstoffen – einem CO2-Anteil – und damit eine gewisse Nachhaltigkeit zu erreichen.

Als Feedback gab es beides: Viele Kunden fanden es super, dass diese Lösung angeboten wird, und wollten gleich als Erste mit dabei sein. Andere waren zurückhaltender, auch aufgrund der Verfügbarkeit. Unsere Demo-Anlage hat eine Kapazität von 5.000 Tonnen – der weltweite Verbrauch von Polyolen für Polyurethan Rohstoffe beträgt rund 7,7 Metertonnen. Inzwischen wird gefragt, warum wir die Anlage so klein gebaut haben. Das schauen wir uns natürlich auch an: Wie können wir die Technologie in einen größeren Maßstab bringen? Produkte auf der Basis von CO2 faszinieren die Menschen! Wir werden sehr häufig positiv darauf angesprochen.

Gibt es Wettbewerb?

Dr. rer. nat. Christoph Gürtler
Es gibt weltweit Anstrengungen in dieser Art, sie konzentrieren sich aber häufig auf den Ansatz, möglichst viel CO2 in die Kette einzubauen. Wir wollten nicht die maximale Menge einfügen, sondern die für die Produkte optimale. Diese anderen Entwicklungen sind bisher im Pilotmaßstab, und wir sind mit unserm Ansatz „first in market“. Zudem haben wir unsere Technologie umfassend durch Patente geschützt.

Welche Auswirkungen auf die Arbeitsplätze hat Ihre Innovation bereits jetzt, und was kann sich daraus entwickeln?

Dr. rer. nat. Christoph Gürtler
Was passiert, wenn wir nicht umdenken? Was passiert, wenn wir keinen Ersatz für fossile Rohstoffe finden? Auf den ersten Blick haben wir vielleicht einige Hundert hoch qualifizierte Stellen in Deutschland geschaffen oder gesichert. Langfristig trägt unsere Arbeit vielleicht dazu bei, dass viele Tausend Stellen in den Wertschöpfungsketten erhalten bleiben. Vielleicht exportieren wir schon bald nachhaltige Technologien aus Deutschland ins Ausland. Wir werden das erst in einigen Jahren wirklich beurteilen können.

Prof. Dr. rer. nat. Walter Leitner
Der Weg zur Nachhaltigkeit ist für den Produktionsstandort Deutschland als Hochlohnland essenziell. Das ist es, wo wir eine Vorreiterrolle übernehmen können – in der Entwicklung von der Petrochemie hin zur Nutzung alternativer Rohstoffe. Und darauf vorbereitet zu sein ist essenziell. Hier zieht jetzt unser „Showcase“! Es ist nicht die Matratze, die Tausende von Arbeitsplätzen erzeugt. Es ist ein Schritt für die chemische Industrie als zentralen Sektor unserer deutschen Wirtschaftslandschaft. Das ist der Weg, den wir gehen müssen. Das ist jetzt ein Meilenstein, viele müssen folgen, aber es ist ein wesentlicher Schritt, der da greift.

Was man auch nicht unterschätzen sollte, ist die Einstellung der jungen Menschen, die von ihrem Arbeitsplatz mehr erwarten als nur materielle Sicherheit. Hier ist eine Chance, zu sagen: Hey, Green-Chemistry-Industrie, das könnte etwas werden, hier können wir was verändern.

Das gilt gerade auch für die Ausbildung der Chemiestudenten. Mit solchen Beispielen können wir auch in der Lehre verdeutlichen, dass wir nicht alles so machen müssen, wie es gewesen ist, sondern dass es auch andere Ansätze gibt. Und das dann am realen Beispiel verdeutlichen zu können ist ein unschätzbarer Wert – zeigen zu können, dass es wirklich geht. Wir merken es auch, wenn wir Angebote machen, Workshops, Summerschools zum Thema Green Chemistry: Wie kann man Nachhaltigkeit, wie kann man diese Produktionswege verändern? Ich glaube, das ist ein tolles Signal, das wir mit der Geschichte hier setzen.

Veränderungen forcieren, Klima für Innovationen schaffen – in Ihrem Fall ist das sicher auf die Zusammenarbeit universitärer und industrieller Forschung zurückzuführen. Woraus entstehen Innovationen, welche Ansätze gibt es in Ihrem Haus, die dieses innovationsoffene Klima befördern?

Dr. rer. nat. Christoph Gürtler
Ich glaube, das kann ich für uns, für unseren Konzern in Anspruch nehmen: Wir hatten stets das Vertrauen unseres Managements, dass wir das Richtige tun. Und es hat auch etwas mit Mut zu tun, Geld in die Hand zu nehmen – Unternehmensgeld und Fördermittel –, um voranzugehen. Dieses Vertrauen haben wir bekommen! Ich kann sagen, dass Innovation bei Covestro einen sehr hohen Stellenwert hat: bunt, neugierig und mutig!

Der Faktor Neugierde ist natürlich wichtig: Wie funktioniert das, was müssen wir tun? Diese Faktoren sind zusammengekommen, sie waren ein positiver Stimulus für uns. Wesentlich ist auch, dass man nicht zu große Organisationen aufsetzt, sondern kleinteiliger, im überschaubaren Rahmen etwas bewegen kann: Eine kleine schlagkräftige Organisation, die mit dem vollen Vertrauen vonseiten des Managements auf die Reise geschickt wird, das ist etwas, was uns sehr hilft.

Dr. rer. nat. Berit Stange
Es ist dieses starke Interesse von uns allen – der Kolleginnen und Kollegen – an bedeutungsvollen Aufgaben. Wir wollen wirklich etwas bewegen. Ich habe im Studium gelernt: CO2 ist träge, und es lässt sich nicht zum Reagieren bewegen. Und wenn, dann nicht ökonomisch und ökologisch!

Wir haben das Gegenteil bewiesen, haben Grenzen verschoben. Das treibt enorm an und ist wieder der „Katalysator“. Wir merken das zum Beispiel, wenn die Absolventen von der Uni zu einem Bewerbungsgespräch bei Covestro kommen. Sie haben über das CO2-Projekt gelesen und finden toll, was hier gemacht wird. Covestro ist ein relativ neues Unternehmen, der Name ist noch nicht so bekannt und durchgedrungen. Man merkt wirklich, dass die Studierenden zu uns wollen, weil sie hier eine bedeutungsvolle Aufgabe sehen und etwas für die Gesellschaft bewegen können.

Dr. rer .nat. Christoph Gürtler
Ja – ich glaube auch, dass wir durch unser Projekt, wie wir es gelebt haben, wie wir es gemacht haben, auch in der Unternehmenskultur etwas verändert haben.

Frauen in technischen Berufen im weitesten Sinn sind immer noch ein unterbesetztes Thema. Tut Ihr Haus etwas dafür?

Dr. rer. nat. Berit Stange
Auch hier spielt meines Erachtens Partnering eine große Rolle, und es hat sich sehr viel getan. Am Anfang meiner Karriere war es unüblich, als Mann in Elternzeit zu gehen, mittlerweile werden die frischgebackenen Väter gefragt, warum sie keine Elternzeit nehmen. Unser Unternehmen bietet den Mitarbeitern und Mitarbeiterinnen die Chance, ihre beruflichen Interessen mit den unterschiedlichen Lebensstilen zu vereinbaren.

Covestro fördert ein Arbeitsumfeld, in dem Vielfalt eine sehr große Rolle spielt, in dem jeder mit Respekt behandelt wird und jeder andere respektvoll behandelt. Genau diese Vielfalt ist es, die eine frische Denkweise ermöglicht und bei der Entwicklung innovativer Anwendungen einen Vorteil bietet.

Ich persönlich freue mich, in einem Unternehmen zu arbeiten, in dem Diversität nicht nur ein Programm ist, sondern auch gelebt wird – in dem Frauen gerne arbeiten und neben klaren Chancen für einen beruflichen Aufstieg auch gerecht bezahlt werden.

Das Unternehmen bekennt sich zu „People, Planet, Profit“ – in dieser spannende Reihenfolge. Allerdings ist dieses Unternehmen auch an der Börse und wirtschaftlichen Schwankungen ausgesetzt. Färbt das auf die Innovationen oder auf die Innovationsbereitschaft ab?

Dr. rer. nat. Christoph Gürtler
Für Covestro, die es jetzt seit dreieinhalb Jahren gibt, lässt sich eine solche Frage noch nicht beantworten. Wir haben natürlich die schwierigen Jahre 2008 und 2009 erlebt. Und trotzdem haben wir die Mittel bekommen, um Drittmittel-Projekte zu beantragen, und wir haben uns dann auf die Reise begeben.

Prof. Dr. rer. nat. Walter Leitner
Es müssen die richtigen Themen adressiert werden: Was sind die Themen, die den Fördergeber interessiert und der Gesellschaft unter den Nägeln brennen? Das Ziel der Nachhaltigkeit, die Rohstoffe zu ersetzen, steht in diesem Kontext ganz oben.

Dr. rer. nat. Christoph Gürtler
Das würde ich auch für uns in Anspruch nehmen: Nachhaltige Chemie steht ganz klar oben auf unserer Agenda. Das ist keine Saison-Geschichte, das würde nicht funktionieren, denn die Entwicklungszeiten sind lang.

Die Produkte, die wir herstellen, müssen sinnvoll sein. Ich komme auf People, Planet, Profit: Sie müssen ökologisch sinnvoll sein – sonst kauft uns das keiner ab. Sie müssen ökonomisch sinnvoll sein, denn wir müssen auch zur Bilanz unseres Unternehmens beitragen. Und sie müssen akzeptiert und für die Gesellschaft nützlich sein. Im konkreten Beispiel ist beides miteinander verknüpft – ökologisch und ökonomisch –; das korreliert und geht Hand in Hand.

Dieses Denken müssen wir – ob in der Wissenschaft, in der Entwicklung oder in der Technik – im Kopf haben, damit wir uns mit den richtigen Fragestellungen beschäftigen, die mutmaßlich später zu einem ökologisch-ökonomisch sinnvollen Ergebnis führen. Das sollte unser Anspruch sein.

Und wir müssen die Menschen mitnehmen. Es nutzt nichts, etwas zu entwickeln und dann ein Jahr vor dem Erscheinen des Materials zu sagen: Ach, übrigens, hier ist es, das ist ganz toll … Das ist in der heutigen Kommunikationswelt nicht möglich. Deswegen ist diese Konstellation, im Sinne eines Katalysators, einmal mehr wichtig: Wir erzählen regelmäßig über das, was wir machen, und hören uns auch an, wenn es Kritik gibt, wir können daraus lernen. Wir sind da völlig entspannt; wenn wir es besser machen können, dann machen wir es besser. Wir wollen sicherstellen, dass wir mit der Auslobung eines Produkts etwas wirklich Sinnvolles geschaffen haben, das allen Bedürfnissen entspricht. Und wenn eine dieser Kategorien fehlt, dann werden wir nicht erfolgreich sein.

Der chemischen Industrie wird in Bezug auf Vermeidung oder Reduzierung von CO2 ein hoher Stellenwert zugeordnet, in der Rangfolge nach Heizen und Mobilität. Teilen Sie diese Ansicht?

Prof. Dr. rer. nat. Walter Leitner
Das sind ja auch heute schon, wenn man den Begriff der Sektorkopplung nimmt, eng verwobene Bereiche. Im Zeitalter der Petrochemie werden sowohl Treibstoffe als auch die Chemieprodukte aus fossilen Rohstoffen erzeugt. Und in dem Wandel, den wir jetzt sehen, in der Möglichkeit, erneuerbare Kohlenstoffquellen, insbesondere CO2, aber auch Biomasse als Eingangsstoffe zu nutzen und erneuerbare Energie einzukoppeln, wird sich dieses Bild sehr deutlich verändern.

Im Mobilitätssektor gibt es die Möglichkeit, das auf unterschiedliche Weise zu tun: Wir können direkt elektrifizieren, wir können aber auch Kraftstoffe aus CO2 und Wasserstoff erzeugen und auch da dieses Konzept verwenden. Wo wir mit Sicherheit immer Kohlenstoff brauchen werden, ist im Chemiesektor. Und deshalb ist dort dieses Ressourcenthema – Welche Quellen kann ich denn einsetzen? – für das Konzept der Nachhaltigkeit ganz essenziell. Daraus ergibt sich, dass man mit größtem Nachdruck daran arbeiten muss.

Jetzt kommen die Schmuddelkinder und werden zu den Vorreitern, wird gespottet …

Prof. Dr. rer. nat. Walter Leitner
Das würde ich nicht als Spott empfinden. Die chemische Industrie hat ja auch negative Erfahrungen gemacht. Aber nicht nur die chemische Industrie, sondern auch die Chemie als Wissenschaft hat sehr deutlich gelernt und verstanden, und das Konzept der Green Chemistry – ich nehme den englischen Begriff, weil die Übersetzung als „grüne Chemie“ nicht funktioniert – ist etwas, was mittlerweile wirklich akzeptiert ist, ob in wissenschaftlichen Journalen oder auf entsprechenden internationalen Tagungen. Wir hatten hier in Aachen im Juni zum Beispiel die International Conference on CO2 Utilization. Das ist die 17. Ausgabe dieser Tagung, sie hat eine Geschichte von ungefähr 25 Jahren. Schon damals sagte man: „Das ist ein Thema, damit müssen wir uns beschäftigen!“

Und jetzt können wir auch Erfolge zeigen: Wir stellen die Tagung dieses Jahr unter das Motto „From Science to Application“ – nicht nur dieses eine, unser Beispiel. Es gibt auch andere. Man sieht, da bewegt sich etwas, da tut sich was!

Wir möchten jetzt gerne noch etwas über Sie als Personen wissen, über Ihre Ausbildung. Warum sind Sie in die Chemie eingestiegen? Gab es einen besonderen Auslöser dafür?

Dr. rer. nat. Christoph Gürtler
Ich stand vor der Frage, ob ich in die Architektur oder in die Chemie gehen sollte. Das hat eine ganze Menge miteinander zu tun, denn letztlich machen wir ja „molekulare Architektur“. Ich begeistere mich für Architektur. Das hat Walter auch gemerkt, als wir hier das Umfeld gestaltet haben. Wir sitzen hier zum Beispiel auf Polyurethanstühlen, damit das ganze Umfeld ansprechend ist und eine gewisse Optik hat. Und diese Begeisterung, wenn man so mag, die bezieht sich auch auf Moleküle.

Wir machen schöne und sinnvolle Moleküle. Ich bin, kann ich guten Gewissens sagen, begeisterter Chemiker, das kriegen meine Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter auch mit. Ich interessiere mich dafür, wann was, wo, wie und wofür etwas hergestellt oder getan wird. Das macht einfach Spaß.

Und Sie sind schnurstracks in die Chemie eingestiegen?

Prof. Dr. rer. nat. Walter Leitner
Für mich gilt nicht die klassische Sichtweise „Der hat als Zwölfjähriger schon zu Hause im Keller Schwarzpulver gebastelt“. Ich bin zur Chemie eher durch Zufall gekommen. Ich war auf einem sprachlichen Schulzweig, Latein-Leistungskurs und so weiter. Aber irgendwann brauchte man noch einen, weil sonst ein Kurs in Biochemie nicht zusammengekommen wäre. Da hat mich der Lehrer angesprochen und gesagt: Leitner, komm zu uns, das macht Spaß, komm hier mit rein, wir brauchen unbedingt noch einen. Und es hat mir tatsächlich großen Spaß gemacht.

Dann wollte ich Biochemie studieren, habe keinen Studienplatz bekommen und Chemie studiert. So banal war das, aber ich bin durch und durch Naturwissenschaftler, und die Chemie fasziniert mich seither immer weiter, auch die Möglichkeit – das darf man ja nicht unterschätzen –, etwas komplett Neues zu machen. Es ist diese Begeisterung zu sagen: Okay, hier habe ich jetzt was in dieser Flasche, und das hat es auf diesem Planeten vorher in dieser Form noch nicht gegeben und es hat eine positive Wirkung, das ist toll. Es ist auch der Charme in der Technischen Chemie zu sehen, dass dies auch irgendwo hinführt – das ist klasse!

Zur CO2-Chemie bin ich ebenfalls durch Zufall gekommen. Ich hatte in meiner Doktorarbeit das Molekül Ameisensäure, das die Formel HCO2H besitzt, genutzt, um daraus Wasserstoff, also H2, zu übertragen, und dabei entsteht dann CO2. Am Ende der Arbeit war die Neugier da, ob man das nicht auch umdrehen kann: Es entsteht Wasserstoff und geht irgendwo hin, und dabei entsteht CO2 – und so rein aus Neugier die Frage: Das müsste doch auch in die andere Richtung funktionieren. Und es hat tatsächlich geklappt, der richtige Katalysator war es, der die beiden Dinge wieder zusammengebracht hat und aus CO2 und H2 dann wieder Ameisensäure gemacht hat. Seitdem hat mich diese Idee, CO2 zu nutzen, einfach fasziniert.

Dr. rer. nat. Berit Stange
Ich hatte auch nie einen Chemiebaukasten, war aber immer schon eher naturwissenschaftlich-technisch interessiert. In der Schule hatte ich dann den Leistungskurs Chemie gewählt, Chemie mit Ernährungslehre, und es ging Richtung Biochemie – das fand ich superspannend.

Dann fing ich an, Chemie zu studieren, und habe letztendlich meine Leidenschaft in der Polymerchemie gefunden, in der makromolekularen Chemie, da sind Struktur-Eigenschafts-Beziehungen wichtig. Wie muss ich die Struktur des Polymers designen, um spezielle Eigenschaften zu erhalten, damit ich damit eine bestimmte Anwendung bedienen kann? Was kann ich dann noch optimieren, damit man das in die eine oder andere Richtung bekommt? Das macht richtig Spaß– nach wie vor.

Wie kam Ihre Zusammenarbeit zustande? Sie haben das eben in Teilen schon erzählt. Was ist das Besondere? Wie haben Sie sich gefunden?

Prof. Dr. rer. nat. Walter Leitner
Wenn ich ganz in die Historie zurückgehe, gab es damals ein Kooperationsprojekt zwischen unserem Lehrstuhl und Bayer MaterialSciences. Das war ein bilaterales Projekt, und es wurden sowohl auf der Hochschulseite als auch beim Unternehmen Ideen einer strategischen Partnerschaft in den Raum gestellt. Dann gab es verschiedene Gespräche, Diskussionen, und irgendwann saßen wir beide, Christoph und ich, am Tisch und haben gesagt, das könnte schon funktionieren, wenn man es richtig macht.

Aus dieser Konstellation haben sich dann die richtigen beiden Personen gefunden, die gesagt haben – ohne großes Tamtam –: Schauen wir einfach, ob es so funktionieren könnte. Das galt auch für die Architektur des Ganzen. Meine Strategie ist immer, möglichst alles auch vertraglich ganz einfach aufzusetzen. Wir haben das CAT-Center so konstruiert, dass es extrem gut funktioniert – auch sehr stark auf einer Vertrauensbasis. Wir schaffen einen Rahmen, in dem wir arbeiten, und wenn es Probleme gibt, dann lösen wir die, wenn sie auftreten, und versuchen nicht alles schon vorher durchzuexerzieren. Wir haben klare Leitplanken, aber in denen bewegen wir uns dann. Da sind wir uns ein bisschen ähnlich.

Dr. rer. nat. Christoph Gürtler
Pragmatismus und Inspiration. Es muss funktionieren, und es muss Spaß machen, sonst wird das nichts.

Was treibt Sie an, wie funktioniert das Miteinander? Nur Pragmatismus?

Prof. Dr. rer. nat. Walter Leitner
Man muss ein gutes, ein richtiges Ziel haben. Es aushalten, wenn man mal nicht einer Meinung ist, das kommt auch vor, dann muss man einen Weg finden. Und was Christoph sagte: bei dem Ganzen Spaß haben. Es ist die persönliche Motivation: Das ist etwas, da stehe ich dahinter, das will ich machen. Ich will mich nicht verbiegen, irgendwelche Argumente finden, warum ich das mache, sondern ich denke, das ist das Richtige. Ich kann mit meinem begrenzten Wissen, mit meinen Möglichkeiten dazu etwas beitragen und ziehe dann – ganz ehrlich – eine persönliche Befriedigung und Freude aus dem, was ich tue. Das ist ganz entscheidend. Und so finde ich dann auch Menschen, mit denen ich das gerne tue – die persönliche Ebene ist extrem wichtig.

Was gibt es denn noch außerhalb der Chemie bei Ihnen?

Dr. rer. nat. Berit Stange
Meine Freunde und Familie und vor allem Aktivitäten die mit Wasser zu tun haben. Ich gehe gerne schwimmen, oft auch schon vor der Arbeit! Und zum Geburtstag habe ich kürzlich ein Stand-up Paddle Board geschenkt bekommen und freue mich wirklich, das demnächst an einem schönen heißen Sommertag auszuprobieren.

Prof. Dr. rer. nat. Walter Leitner
Das ist die Familie, die steht an erster Stelle. Aktuell ist an zweiter Stelle, dass ich wieder, seit ich am Max-Planck-Institut bin, Musik mache. Wir haben eine Band dort, zwei Kollegen und ein paar Mitarbeiter, das macht großen Spaß. Am Sommerfest werden wir versuchen, ein Pink Floyd Revival abzuliefern. Dafür muss ich zurzeit auch ziemlich viel üben.

Dr. rer. nat. Christoph Gürtler
Der Kreis schließt sich, Familie ist wesentlich und – das teile ich mit Berit – alles, was mit Wasser zu tun hat. Schwimmen, baden, segeln, Wasser, also auf der Oberfläche, aber auch gerne unter der Oberfläche. Das entspannt sehr.

More Details

Resume

Dr. rer. nat. Christoph Gürtler

3.10.1967
Born in Casablanca, Morocco
1987 - 1992
Student of Chemistry, University of Bonn and 
Technical University of Berlin, Germany
1993
Graduation in Chemistry, University of Bonn
1993 - 1996
PhD student of Organic Chemistry, 
Technical University of Berlin
1996 - 1997
Postdoctoral researcher, Massachusetts Institute of Technology (MIT), Department of Chemistry, Cambridge/USA
1997 - 1999
Head of Laboratory and Project Manager, 
Central Research Department, Bayer AG
1999 - 2005
Head of Laboratory and Project Leader, Coating Raw Materials Department: Production of new, environmentally compatible polyurethane systems for coatings, elastomers and catalysts for polyurethane systems, 
Bayer MaterialScience AG, Leverkusen
2006 - 2007
Strategic consultant to the Executive Board for Innovation and Marketing, Bayer MaterialScience AG
2007 - 2015
Head of Department for Catalysis and Sustainable Chemistry in Polyurethanes Process Research: Development of polymers, including those based on CO2 as a raw material, Bayer MaterialScience AG
2015
Restructuring of the Chemical Catalysis and Process Research in the Polyurethane Innovation Division, Covestro Deutschland AG, Leverkusen
Since 2018
Head of Catalysis and Technology Incubation: Product & Process development, incl. up-scaling and market launch, Covestro Deutschland AG

ther activities and honorary posts

1999 - 2005
Supervisor of cooperations with Russian universities and research institutions (Russian Academy of Science)
2007
Founder of the CAT Catalytic Center, a Research Centre for new Catalytic Chemical Processes, jointly with RWTH Aachen University
2007 - 2015
Cooperation with funding organisations (BMBF, EU) and committee work (Dechema, Cefic)
Since 2012
Invited Lecturer, Lecture Series "Sustainable Industrial Chemistry", RWTH Aachen University
Since 2017
Initiator and leader of Carbon4PUR (project on the use of CO2/CO, funded under Horizon 2020)
Since 2017
Member of the Board of the VAA (Chemistry Managers) e.V.
Since 2018
Member of the Advisory Board of the Nova Institute for CO2 Use Issues
Since 2018
Member of the Advisory Board of the Global CO2 Initiative
2019
Co-Chairman of the International Conference for CO2 Utilization, Aachen

Patents, Publications and Presentations

 
Author / co-author of more than 142 patents and patent applications, including 48 on CO2 use
2007
Invited Lecture, Gordon Research Conference for Coatings, New London
2014
Invited Lecture, GdCH Interdisciplinary Symposium, Darmstadt
2015
Invited Lecture, ACS Industrial Chemistry Symposium, Denver
2015
Invited Lecture, Macromolecular Colloquium, Freiburg
2016
Invited Lecture, ICCDU, Sheffield
2016
Invited Lecture, Gordon Research Conference for Green Chemistry, Snowflake
2018
Invited Lecture, ProcessNET, Aachen
2018
Invited Lecture, ICCDU, Rio de Janeiro
2018
Invited Lecture, National Science Foundation, 
Washington D.C.
2018
Invited Lecture, European Petrochemical Association, Vienna
 
Involved in numerous EU studies and papers, including the AcaTech CO2 usage study

Honours and Awards

2014
Laureate of the Otto-Bayer-Medaille, Bayer AG

Prof. Dr. rer. nat. Walter Leitner

1.2.1963
Born in Pfarrkirchen, Germany
1982 - 1987
Student of Chemistry, University of Regensburg (Dipl.-Chem. Univ.)
1987 - 1989
PhD (Dr. rer. nat.) with Prof. H. Brunner, Institute for Inorganic Chemistry, University of Regensburg
1990
Postdoctoral student with Prof. J. M. Brown, Dyson Perrins Laboratory for Organic Chemistry, University of Oxford, UK
1991 - 1992
Liebig Fellow of the Fonds der Chemischen Industrie, Institute for Inorganic Chemistry, University of Regensburg
1992 - 1995
Research associate at the Max-Planck-Working Group „CO2-Chemistry“ (Director: Prof. E. Dinjus), Friedrich-Schiller-University Jena
1995
Habilitation (Dr. rer. nat. habil.) in Inorganic Chemistry and appointment as Lecturer (Privatdozent), Friedrich-Schiller-University Jena
1995 - 1998
Group leader at the Department of Organic Synthesis (Director: Prof. M. T. Reetz), Max-Planck-Institut für Kohlenforschung, Mülheim/Ruhr
1998 - 2002
Head of the Technical Laboratories, Max-Planck-Institut für Kohlenforschung, Mülheim/Ruhr
Since 2002
Chair of Technical Chemistry and Petrochemistry, Institute for Technical and Macromolecular Chemistry, RWTH Aachen University
2002 - 2017
External Scientific Member of the Max-Planck-Institut für Kohlenforschung, Mülheim/Ruhr
Since 2007
Academic Director of CAT, the joint Catalytic Center of RWTH Aachen University and Covestro
Since 2017
Director for Molecular Catalysis, Max-Planck Institute for Chemical Energy Conversion (MPI CEC), Mülheim/Ruhr

Other activities and honorary posts

Since 2014
Member of the Scientific Advisory Board of the Renewable Energy Program of the Karlsruhe Institute of Technology KIT
Since 2015
Member of the Scientific Council of the German Scientific Society of Oil, Gas and Coal, DGMK
Since 2016
Chairman of the Coordination Group of the Kopernikus Project P2X: Exploration, Validation and Implementation of „Power-to-X“ Concepts
Since 2018
Member of the Editorial Board of the scientific journal on applied chemistry “Angewandte Chemie”
Since 2018
Member of the Board of the German Society for Chemical Engineering and Biotechnology, DECHEMA
Since 2019
Co-Speaker of the Cluster of Excellence “The Fuel Science Center”, RWTH Aachen University/MPI CEC
2019
Chairman of the 14th EuropaCat international conference
2019
Chairman of the International Conference on Carbon Dioxide Utilization ICCDU XVII
2019/2020
Chairman of the Gordon Conference on “Green Chemistry

Publications, Presentations and Patents

 
Over 300 contributions to peer-reviewed international journals and edited monographs, with a total number of >13 000 citations and h-index of 61 (web of science; June 2019)
Co-Editor of the books Chemical Synthesis Using Supercritical Fluids (Wiley/VCH1999), Multiphase Homogeneous Catalysis (Wiley/VCH 2005) and Handbook of Green Chemistry, Vol 4-6: Green Solvents (Wiley/VCH, 2010)

More than 60 patents and patent applications
More than 100 invited lectures at international conferences and research institutions

Honours and Awards

1997
Gerhard-Hess Award of the German Science Foundation (Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG))
1998
Bennigsen Funding Award of North Rhine-Westphalia (NRW)
1998
Carl-Zerbe Award of the Deutsche Wissenschaftliche Gesellschaft für Erdöl, Erdgas und Kohle (DMGK)
2000
2nd International Messer Innovation Award
2001
Otto-Roelen-Medal of DECHEMA
2003
Griess Lectureship of the Royal Society of Chemistry (RSC)
2005
Guest Professorship at the Universitè de Bourgogne, Dijon, France
2008
CATSA Eminent Visitor Award of the South African Catalysis Society
2009
Wöhler Award of the Gesellschaft Deutscher Chemiker (GDCh)
2010
Fellow of the Royal Society of Chemistry (FRSC)
2011
Honorary Member of the Chemical Society of Ethiopia
2013
Visiting Lecturer for Promotion of Chemistry, National Science Foundation, Taiwan
2014
European Sustainable Chemistry Award of the European Science Association of Chemical and Molecular Sciences (EuCheMS), jointly with Prof. Jürgen Klankermayer (RWTH Aachen University)
2015
Nankai University Lectureship in Organic Chemistry, Nankai University, China
2015
Molecular Science Forum Lecture of Chinese Academy of Sciences and Chinese Chemical Society
2018
Casey Lecture of the University of Wisconsin, Madison, USA
2018
Evonik Lecture at the Biennial Meeting of the Chinese Chemical Society, Hangzhou, China

Dr. rer. nat. Berit Stange

19.05.1976
Born in Schwäbisch-Hall, Germany
1996 - 2002
Student of Chemistry, Institute of Physical, Nuclear and Macromolecular Chemistry, Philipps-University Marburg
2002 - 2005
PhD student, Institute of Physical, Nuclear and Macromolecular Chemistry, Philipps-University Marburg
2005 - 2009
Laboratory Manager, Business Unit Polycarbonates, 
Bayer MaterialScience AG, Leverkusen, Germany
2009 - 2012
Technical Market Segment Developer for „Electricity and Illumination”, Business Unit Polycarbonates, 
Bayer MaterialScience AG,
2012 - 2014
Key Account Manager, Business Unit Polycarbonates, Bayer MaterialScience AG
2014 - 2015
Assistant to the Head of Business Unit Polyurethanes, Bayer MaterialScience AG
2015 - 2016
Assistant to the Board Member for Innovation and Head of Business Unit Polyurethanes, Covestro AG, Leverkusen, Germany
2016 - 2018
Project Manager cardyon®, Business Unit Polyurethanes, Covestro Deutschland AG
Since 2018
Head of “Circular Economy Polyurethanes”, Business Unit Polyurethanes, Covestro Deutschland AG

Other activities and honorary posts

2002 - 2005
Researcher, Institute of Physical, Nuclear and Macromolecular Chemistry, Philipps-University Marburg
2005 - 2009
Researcher and developer of new flame retardant systems for different polycarbonate applications, 
Bayer MaterialScience AG
2009 - 2012
Market Segment strategist for Europe, Bayer MaterialScience AG
2012 - 2014
Development and Implementation of the Key Account Strategy for Medical Accounts, Bayer MaterialScience AG
2017 - 2018
Responsible for global market launch of the new CO2 technology and the new product cardyon®, 
Covestro Deutschland AG

Publications and Patents

 
Author and co-author of more than 20 patents and patent applications

Contact

Press

Dr. Grzegorz Darlinski
Alliance Management
Covestro Deutschland AG
51365 Leverkusen
Phone: +49 (0) 214 / 60 09 75 68
Mobil: +49 (0) 174 / 16 25 184
E-Mail: grzegorz.darlinski@covestro.com

Spokesperson

Dr. Christoph Gürtler
Covestro Deutschland AG
51365 Leverkusen
Phone: +49 (0) 214 / 60 09 21 77
E-Mail: christoph.guertler@covestro.com

A description provided by the institutes and companies regarding their nominated projects

Modern society releases huge amounts of carbon dioxide (CO2) that accumulate in the atmosphere, but the greenhouse gas also contains something useful: carbon, a central building block for products in the chemical industry. Thanks to a new process, CO2 can now be used as a raw material for high-quality materials and can partially replace crude oil in their production. This is a contribution to the conservation of resources and the promotion of circularity, thanks to the expertise, perseverance and ingenuity of experts at RWTH Aachen University, the Max Planck Institute for Chemical Energy Conversion and the materials manufacturer Covestro.

Summary
Industrially usable CO2-based polyols are the result of application-oriented fundamental research within the framework of the CAT Catalytic Center, a scientific facility jointly operated by Covestro and RWTH Aachen University along with research and development work at Covestro. Polyols are used to make polyurethanes that have applications in mattresses, insulation materials, and many other everyday products. The use of CO2 as a raw material improves the overall environmental balance of the polyols’ production process.

The team
Nominated for the German Future Prize are Prof. Dr. Walter Leitner, Chair of Technical Chemistry and Petrochemistry at RWTH Aachen University and Director at the Max Planck Institute for Chemical Energy Conversion in Mülheim an der Ruhr; Dr. Christoph Gürtler, Head of New Processes and Products at Covestro; and Dr. Berit Stange, Head of the Polyurethanes Circular Economy Division, also at Covestro.

The idea
It seems an obvious concept: if mankind produces vast amounts of CO2, which acts as a greenhouse gas harmful to the climate, why not try to use it, at least in part, as a raw material for the chemical industry? This would reduce its dependence on fossil resources such as crude oil and be a step towards closed carbon cycles in chemical production.

The challenge
The idea was first formulated in the late 1960s, but there was a considerable obstacle to its implementation: the high amount of energy required to activate inert CO2, which undermined its economic and ecological benefits.

The solution
Despite the challenges, the nominees for the German Future Prize have succeeded in developing a new catalytic process by which CO2 is incorporated in well-controlled quantities into polymer materials, specifically polyurethanes that serve a wide range of applications.

The new product can be integrated into existing production processes in the industrial value chain. It is an innovation that moved from the laboratory to industrial use in a short space of time. Since 2016, Covestro has been using this novel process to produce a central component of polyurethanes on an industrial scale in a newly built plant at its Dormagen site in Germany. At the same time, the process is being evaluated for an even larger industrial production.

The product
CO2 is used to manufacture polyols marketed under the cardyon® brand name. Up to 20 percent of the conventional raw material propylene oxide, which is obtained from crude oil, can be replaced. The first final products are already available. For example, Recticel is a pioneer company in offering foams for mattresses containing cardyon® and Polytan uses binders with CO2-based polyols in the elastic layer of sports floor systems.

The benefits
Using CO2 as a recyclable material conserves fossil carbon sources. At the same time, the technology reduces the total energy requirement across the polyols' value chain, which not only reduces CO2 emissions from the chemical industry at this point, but also facilitates marketable solutions. The CO2 is permanently bound in the material and can also positively contribute to the material properties in many applications. The new process not only makes production more environmentally friendly, but also has economic attractions.

The perspective
The current applications illustrate the potential of innovation in a market with an annual product volume of several million tons. As a platform technology designed, the new process is also able to provide feedstocks for elastic textile fibers containing CO2, which are currently still in the testing stage. As further examples, surface-active substances such as those used in detergents can also be produced with CO2 as a raw material.

In addition, the project has an impact beyond the actual application. Motivated by the success story of CO2-based polyols, research at RWTH Aachen University, the Max Planck Institute for Chemical Energy Conversion, and Covestro AG also aims to utilize CO2 in other future production processes which previously used only fossil raw materials. The collaboration exemplifies how today's complex challenges such as climate change, which requires turning away from fossil raw materials at an increasing rate, can be tackled successfully through close cooperation between science and industry. Projects such as this nominated innovation contribute to safeguarding Germany as a business location while at the same time taking into account industry’s ecological and social responsibility.

Covestro Deutschland AG
Covestro is one of the world's leading manufacturers of high-quality chemical-based materials. The company's products and applied solutions form the basis for important industries and are found in many areas of modern life. The focus is placed on innovative, sustainable solutions for the major challenges of our time – such as climate change, scarcity of resources, increasing mobility and urbanization. Covestro employs around 16,800 people worldwide and generated sales of 14.6 billion euros in 2018.

RWTH Aachen University
With its 260 institutes in nine faculties, RWTH Aachen University, as a "University of Excellence”, is one of Europe's leading scientific institutions. In the winter semester of 2018/2019, more than 45,000 students were enrolled, almost a quarter of them international students from more than 125 countries. Researchers with expertise in basic research and highly specialized applications work together in interdisciplinary profile areas to develop sustainable solutions and turn ideas into innovations. The financial volume of the RWTH amounts to almost one billion euros, of which more than 385 million euros are third-party funds.

MPI for Chemical Energy Conversion
Research at the Max Planck Institute for Chemical Energy Conversion (MPI CEC) in Mülheim an der Ruhr aims to understand the basic chemical processes that play a key role in the conversion of electrical energy into chemical compounds for energy storage and chemical value creation, e.g. based on CO2. Aiming to turn global energy systems around and replace finite fossil fuels with renewable resources, it is essential to link energy generation and chemical production in a sustainable, environmentally friendly and cost-effective way. To this end, the 280 employees at the MPI CEC, including young scientists from over 30 nations, are creating the scientific basis for technology options that expand the political and social scope for action.

The right to nominate outstanding achievements for the Deutscher Zukunftspreis is incumbent on leading German institutions in science and industry as well as foundations.

The project " CO2 – a raw material for sustainable plastics" was submitted by acatech - the National Academy of Science and Engineering, the German Rectors' Conference HRK and the Max Planck Society for the Advancement of Science.

Nominee 2019 · TEAM 2