KI-gestützte Katalysatorforschung: 30 Millionen Euro Förderung für deutsches Konsortium

Sechs Partner aus Forschung und Industrie – darunter das Helmholtz-Zentrum Berlin (HZB), das Fritz-Haber-Institut der Max-Planck-Gesellschaft (FHI), BASF, Dunia Innovations, Siemens Energy und die Technische Universität Berlin – starten ein gemeinsames Projekt, um die Katalysatorforschung zu beschleunigen. Das Bundesministerium für Forschung, Technologie und Raumfahrt (BMFTR) fördert das Projekt ASCEND (Accelerated Solutions for Catalysis using Emerging Nanotechnology and Digital Innovation) mit 30 Millionen Euro. Die Forschungsinitiative trägt dazu bei, energieintensive Industrien nachhaltiger zu gestalten. Dabei soll die industrielle Wettbewerbsfähigkeit, vor allem im Chemiesektor, erhalten bleiben. Das Projekt hat eine Laufzeit von fünf Jahren und startet am 1. April 2026.

ASCEND möchte die Entwicklung von Katalysatoren der nächsten Generation beschleunigen. Sie sind die Eckpfeiler einer nachhaltigen chemischen Produktion. Dabei führt das Projekt zwei bahnbrechende Ansätze zusammen: digitale Katalyse und Dünnschichtkatalysatoren. Die digitale Katalyse nutzt künstliche Intelligenz (KI), Simulationen und selbststeuernde Labore (Self-Driving Labs, kurz: SDLs), um Hochleistungsmaterialien schneller zu entwickeln. Dünnschichtkatalysatoren reduzieren den Materialverbrauch und verbessern die Effizienz. In Kombination mit 3D-Strukturen verbessern diese Katalysatoren die Oberfläche und die Reaktionskontrolle. Ziel dieser Forschung ist, nachhaltige synthetische Kraftstoffe und Basischemikalien als Drop-in-Ersatzstoffe für die Industrie bereitzustellen.

KI-beschleunigte Materialentdeckung

Im Mittelpunkt des ASCEND-Ansatzes steht der Einsatz Künstlicher Intelligenz (KI). Zusammen mit Automatisierung und Robotik treibt sie SDLs an, um die Versuche zu beschleunigen. Die KI erstellt und aktualisiert eigenständig digitale Zwillinge der untersuchten Systeme und stützt ihre Designentscheidungen auf diese Modelle. Sie entwirft Testreihen, die von automatisierten Systemen in iterativen Lernschleifen durchgeführt werden. Dabei verbessert jedes Ergebnis den nächsten Schritt. Die KI beschleunigt die Planung und verbessert die Effizienz erheblich. Für die übergeordnete Steuerung und Definition der Forschungsfragen bleiben Menschen jedoch weiterhin unverzichtbar.

Das Projekt baut auf der langjährigen, erfolgreichen Partnerschaft zwischen dem Fritz-Haber-Institut (FHI) und dem Helmholtz-Zentrum Berlin (HZB) auf, um die Katalyseforschung voranzutreiben.

Die wissenschaftlichen Projektkoordinatoren betonen die strategische Bedeutung der Förderung: „Der KI-gesteuerte Ansatz von ASCEND ermöglicht es uns, riesige Materialräume zu erforschen, die zuvor unzugänglich waren“, sagt Projektleiter Karsten Reuter vom FHI. Seine Co-Projektleiterin Michelle Browne vom HZB fügt hinzu: „Er verändert grundlegend, wie schnell die Wissenschaft Lösungen liefern kann, die die chemische Industrie dringend benötigt.“

„Das Ziel ist nicht autonomes Experimentieren um seiner selbst willen, sondern industriell verlässliche Ergebnisse. Durch die Kombination von KI mit physikalischer Synthese und Stresstests unter produktionsrelevanten Bedingungen beschleunigt Dunia in ASCEND den Lernprozess und sorgt gleichzeitig für Zuverlässigkeit in großem Maßstab“, so Marcus Tze-Kiat Ng, Chief Technology Officer von Dunia Innovations“.

Von der Forschung zur industriellen Anwendung: Stärkung der Technologieführerschaft

ASCEND will die Entwicklungszyklen für Katalysatoren beschleunigen und so Leistungsdurchbrüche erzielen, die für einen wirtschaftlich tragfähigen, flächendeckenden Einsatz von grünem Wasserstoff und nachhaltigen Chemikalien erforderlich sind. Dies ist eine zentrale Voraussetzung, damit die Industrie unabhängig von Kohle und Erdöl wird.

„Dieses Projekt ermöglicht es uns, neue Katalysatormaterialien frühzeitig zu validieren. Das ist entscheidend, um vielversprechende Forschungsergebnisse in technologische Anwendungen umzusetzen“, sagt Wolfram Stichert, Senior Vice President bei BASF SE.

Hintergrund

Laut Angaben von S&P Global Ratings ist die chemische Industrie derzeit weltweit für rund sechs Prozent der Treibhausgasemissionen verantwortlich. Das entspricht etwa den jährlichen Emissionen der Europäischen Union (gemäß EDGAR - Emissions Database for Global Atmospheric Research). Sie entstehen größtenteils bei der Stromerzeugung in Kraftwerken durch den Einsatz fossiler Rohstoffe. Ein weiterer wesentlicher Faktor ist die Produktion von Kunststoffen, Düngemitteln und Arzneimitteln. Diese werden überwiegend aus Erdöl gewonnen.

Hier können Katalysatoren helfen. Schätzungen zufolge durchlaufen rund 80 Prozent aller chemischen Produkte während der Herstellung einen katalytischen Prozessschritt. Innovationen im Bereich der Katalysatoren sind deshalb von entscheidender Bedeutung für die Transformation der Industrie, die nach Zielen der Europäischen Union bis 2050 treibhausgasneutral produzieren soll.