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Chemische Verfahren und Produkte liefern Antworten auf viele der drängenden Herausforderungen und die chemische Reaktionstechnik ist der Schlüssel zur Entwicklung. Das zeigen die Expertinnen und Experten der DECHEMA/VDI-Fachsektion in der überarbeiteten Roadmap Chemical Reaction Engineering. Sie leiten den aktuellen Forschungsbedarf in verschiedenen Themenfeldern ab und zeigen anhand von sechs Fallstudien, welchen Herausforderungen sich die Reaktionstechnik aktuell stellt.
Klimaschutz, Nachhaltigkeit, die Transformation der Energie- und Rohstoffversorgung – alle Herausforderungen, denen sich die chemische Industrie und ihre Abnehmer gegenübersehen, sind unmittelbare Treiber für die Entwicklung der chemischen Reaktionstechnik. Die dritte, aktualisierte und gründlich überarbeitete Auflage der „Roadmap Chemical Reaction Engineering“ stellt deshalb nicht nur den aktuellen Stand der chemischen Reaktionstechnik dar. Mit der Formulierung aktueller Forschungsbedarfe weist sie zugleich den Weg für die zukünftige Entwicklung. Sie liegt in englischer Sprache vor, um einen weiten Adressatenkreis zu erreichen, und richtet sich an Fachleute der chemischen Reaktionstechnik und verwandter Disziplinen ebenso wie an Nachwuchskräfte, Forschungsförderer und alle an chemischen Prozessen Interessierten.
Die Roadmap Chemical Reaction Engineering wurde von der DECHEMA/VDI-Fachsektion Chemische Reaktionstechnik erarbeitet und basiert auf der fachlichen Expertise von über 50 Expertinnen und Experten aus Industrie und akademischer Forschung. Sie identifizieren drei wesentliche Trends in technischer Chemie und Verfahrenstechnik: das integrierte Produkt- und Prozessdesign, die Prozessdiagnostik anhand von Modellen, Operando-Analysen und Prozessdaten sowie die Elektrifizierung chemischer Prozesse und die chemische Energiespeicherung. Diese Trends ziehen sich auch durch die Themenfelder, die die Autorinnen und Autoren im Detail beschreiben.
In der experimentellen Reaktionstechnik geht es vor allem um die Auslegung von Laborreaktoren, High-Throughput-Methoden und die möglichst in Echtzeit und im Prozess stattfindenden Messungen. Mathematische Modelle und Simulation haben durch die daraus entstehenden großen Datenmengen einen neuen Auftrieb erfahren; Trends wie die Anwendung von datenbasierten Methoden lassen in den nächsten Jahren weitere enorme Fortschritte erwarten; für ihre Anwendung bedarf es jedoch auch eines freien Zugangs zu den Daten und geeigneter Schnittstellen und Modelle. Ein möglichst lückenloses Prozessdesign vom Labor bis zum industriellen Prozess wird durch die vielen neuen Erkenntnisse leichter, ist aber bei weitem noch nicht Standard. Neben weiterer grundlegender Forschung sind hier auch Neuentwicklungen bei der Ausrüstung in den Labors und Technika und den Apparaten in der industriellen Produktion notwendig.
Für alle diese Bereiche stellen die Expertinnen und Experten den Stand der Technik und die Entwicklungen der letzten Jahre vor. Sie versäumen aber auch nicht, auf bestehende Forschungsbedarfe hinzuweisen und listen detailliert und geordnet die Fragestellungen auf, denen sich Forschung und Entwicklung vorrangig widmen müssen.
Ergänzt wird diese Positionsbestimmung von sechs Fallstudien, die zeigen, welche Bedeutung der Reaktionstechnik in der Praxis nach wie vor zukommt: So widmen sich gleich zwei Fallstudien der CO2-Reduktion, einmal bei der Trockenreformierung von Methan, zum anderen bei der elektrolytischen Verarbeitung von CO2. In einem ähnlichen Zusammenhang bewegt sich die Fallstudie zu Hochtemperaturprozessen und einer möglichst energiesparenden Gestaltung der Reaktoren. Im Kontext der Circular Economy muss besonderes Augenmerk dem Umgang mit Kunststoffen gelten, der einmal aus der Perspektive der kontrollierten Polymerisation, einmal mit Blick auf die Wiederaufbereitung durch Pyrolyse beleuchtet wird. Die letzte Fallstudie widmet sich der Gewinnung von pharmazeutischen Wirkstoffen aus natürlichen Extrakten.
Die Roadmap Chemical Reaction Engineering spannt damit den weiten Bogen der chemischen Reaktionstechnik und zeigt anschaulich, welche wichtige Rolle diese Disziplin für die Bewältigung anstehender technischer Herausforderungen spielt.
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