Ob als Farbe, Duftstoff oder Essenszusatz: Feinchemikalien sind Teil unseres Alltags. Doch ihre Herstellung belastet Klima und Umwelt, weil sie mit toxischen chemischen Bausteinen erzeugt werden. Forschende arbeiten seit 2023 im vom Karlsruher Institut für Technologie (KIT) co-geleiteten Zukunftscluster ETOS daran, die klassische Herstellung durch elektrochemische Verfahren mit erneuerbarem Strom zu ersetzen. Ziel ist es, die Produktionsprozesse nachhaltiger zu gestalten. Nach einer erfolgreichen ersten Phase fördert das Bundesministerium für Forschung, Technologie und Raumfahrt (BMFTR) das Cluster für weitere drei Jahre mit 12 Millionen Euro.

In der ersten Förderperiode des Zukunftsclusters ETOS (steht für: „Elektrifizierung technischer organischer Synthesen“) lag der Fokus auf der Erforschung chemischer Prozesse und auf der Entwicklung ingenieurwissenschaftlicher Methoden für die Weiterentwicklung der elektroorganischen Synthese. In der zweiten Förderperiode vom 01. April 2026 bis zum 31. März 2029 wollen die Forschenden zusammen mit den beteiligten Firmen nun verstärkt die Verfahrenstechnik in den Blick nehmen, die neu entwickelten Methoden erstmals zusammen mit der Industrie praktisch einsetzen und deutlich mehr Chemikalien synthetisieren.

Elektroorganische Synthese gilt als besonders nachhaltig

Bei der elektroorganischen Synthese werden organische Verbindungen mithilfe von Elektrolyse hergestellt oder umgewandelt. „Das Verfahren ist besonders nachhaltig, weil der Strom direkt die chemische Reaktion antreibt und deutlich weniger sowie mildere Chemikalien für die Reaktion benötigt werden“, sagt Ulrike Krewer, Leiterin des Instituts für Angewandte Materialien – Elektrochemische Technologien (IAM-ET) des KIT und Co-Sprecherin von ETOS. „Dadurch lassen sich Abfälle des chemischen Prozesses komplett vermeiden oder zumindest drastisch reduzieren. Außerdem kann der verwendete Strom aus erneuerbaren Quellen stammen.“ Mithilfe neuer Konzepte und innovativer Elektrodenmaterialien lassen sich effiziente elektroorganische Syntheseprozesse entwickeln, die Forschende bislang für nicht realisierbar hielten. Dies eröffnet neue Perspektiven für die Defossilisierung chemischer Produktionsverfahren.
So konnten in der ersten Förderphase die ETOS-Beteiligten zusammen mit weiteren Akteurinnen und Akteuren aus Forschung und Industrie, neben den neu entwickelten Methoden, in der elektroorganischen Synthese über 20 Publikationen veröffentlichen, acht Patente anmelden sowie zwei Produkte auf den Markt bringen.

KIT bringt ingenieurwissenschaftliche Perspektive ein

Das Team des KIT um Krewer bringt die ingenieurwissenschaftliche Perspektive in das Zukunftscluster ein. „Wir erweitern ETOS jetzt gezielt auf die Prozessebene: Wie werden Elektrolyseure am effizientesten und nachhaltigsten betrieben und wie können wir die Produktion automatisieren und preiswerter gestalten?“, so Krewer.
In der neuen Förderperiode sind am KIT neben dem IAM-ET auch das Institut für Katalyseforschung und -technologie, das Institut für Technikfolgenabschätzung und Systemanalyse, das Institut für Regelungs- und Steuerungssysteme, das Institut für Mikroverfahrenstechnik und das Institut für Biologische und Chemische Systeme beteiligt.
Die naturwissenschaftliche Leitung von ETOS liegt weiterhin bei Professor Siegfried Waldvogel am Max-Planck-Institut für Chemische Energiekonversion in Mülheim an der Ruhr. Die Reaktionsoptimierung in der Elektrosynthese unter Nutzung moderner Algorithmen stellt das Rückgrat der Forschungstätigkeiten dar.

Über ETOS

ETOS ist eines der vom BMFTR geförderten Clusters4Future-Initiativen. Das Zukunftscluster vereint die Expertisen von Partnern entlang des Rheins – von Freiburg bis ins Ruhrgebiet – im Bereich der elektroorganischen Synthese von Chemikalien. Beteiligt sind außerdem die Technische Universität Kaiserslautern-Landau, die Ruhr-Universität Bochum, die Johannes Gutenberg-Universität Mainz, das Fraunhofer-Institut für Mikrotechnik und Mikrosysteme sowie industrielle Partner, darunter BASF, Boehringer Ingelheim, Evonik und ABB. Für die zweite Förderperiode stellt das BMFTR 12,1 Millionen Euro zur Verfügung. Weitere Mittel von rund sechs Millionen Euro steuern Industriepartner bei.