Fraunhofer-Leitprojekt »ShaPID« – Shaping the Future of Green Chemistry by Process Intensification and Digitalization
Katalysatoren beschleunigen chemische Reaktionen, erlauben eine Reaktionsführung unter milderen (und damit weniger energieintensiven) Bedingungen und ermöglichen höhere Selektivitäten und Ausbeuten. Leistungsfähige Katalysatoren sorgen so für ressourcenschonende Prozesse und bilden eine zentrale Säule der industriellen Nutzung nachwachsender Rohstoffe im Rahmen einer grünen Chemie der Zukunft.
Im Teilprojekt 1 des Leitprojektes ShaPID werden neuartige Katalysatoren für chemische, elektrochemische und biotechnologische Prozesse entwickelt, die in den ShaPID Demonstratoren Anwendung finden. Die zu katalysierenden Reaktionen reichen von der gezielten CO2-Reduktion zu Ameisensäure über die Synthese von Diazoverbindungen und Butadien bis zur fermentativen (ganzzellkatalytischen) Produktion von Polymerbausteinen.
Das Ziel dieses Teilprojektes besteht in der Entwicklung von elektro-, bio- und chemokatalytischen Konzepten und Systemen für die drei ShaPID Demonstratoren. Die elektrokatalytischen Verfahren konzentrieren sich auf die direkte Reduktion von CO2 zu Ameisensäure (bzw. Formiatsalzen) an Gasdiffusionselektroden (GDE), auf Hydrierungsreaktionen organischer Substrate und auf die Synthese organischer Diazo-Verbindungen bzw. von deren Präkursoren. Bei den zu entwickelnden biokatalytischen Systemen handelt es sich um Ganzzellkatalysatoren, speziell um bakterielle Produktionsstämme, die mittels Metabolic Engineering und systembiotechnologischer Ansätze zu maßgeschneiderten Zellfabriken entwickelt werden. Dies ermöglicht die gezielte Konversion einfacher und kostengünstiger Substrate, wie etwa Formiat aus der elektrokatalytischen CO2-Reduktion, in höherwertige Produkte. Weiterhin werden chemische Katalysatoren zur Synthese wichtiger Polymerbausteine, wie Butadien, und von Diazo-Folgeprodukten entwickelt. Somit wird in Teilprojekt 1 „Grüne Katalysetechnik“ gezielt ein katalytisches Technologieportfolio aufgebaut, das in den ShaPID Demonstratoren zur Anwendung gebracht und für den Einsatz in industriellen Prozessen validiert wird.
