Forschung & Entwicklung bei Evonik Neue Innovationsstrategie soll 1,5 Milliarden Euro in Evoniks Kassen spülen

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Evonik setzt für seine neue Innovationsstrategie auf drei Innovationswachstumskerne. So will der Chemiekonzern sicherstellen, dass im Jahr 2032 zusätzlich 1,5 Milliarden Euro erwirtschaftet werden. Was die Innovationswachstumskerne leisten können, stellte Evonik auf seiner Forschungspressekonferenz 2024 vor.

Evonik richtet seine neue Innovationsstrategie, die den Kurs für die nächste Dekade bestimmen soll, stark auf Nachhaltigkeit aus. Dazu bündelt es einen großen Teil der F&E-Aktivitäten in drei neuen Innovationswachstumskernen. Sie sollen bis zum Jahr 2032 bezogen auf 2023 einen zusätzlichen Umsatz von 1,5 Milliarden Euro erreichen. Allein für 2023 der Essener Chemiekonzern 443 Millionen Euro in Forschung und Entwicklung investiert. Bezogen auf den Umsatz lag die F&E-Quote im Jahr 2023 bei 2,9 Prozent.

• Im Innovationswachstumskern „Advance Precision Biosolutions” entwickeln Evonik-Wissenschaftler mithilfe der Biotechnologie Lösungen, um die Gesundheit und Lebensqualität des Menschen zu verbessern, Energie und Ressourcen zu sparen oder Ökosysteme zu schützen. Dazu gehören moderne Biotenside, wie die Rhamnolipide. Die weltweit erste industrielle Anlage zur Herstellung dieser neuen Klasse von Biotensiden hat Evonik im Mai in der Slowakei eingeweiht. Zugleich treibt das Unternehmen die Entwicklung der Rhamnolipide für weitere Einsatzgebiete voran.

• Der Innovationswachstumskern „Accelerate Energy Transition“ bündelt Beiträge zur Energiewende. Dazu gehören etwa Lösungen zur Abscheidung von Kohlenstoffdioxid aus Prozessabgasen oder direkt aus der Luft. Zudem stellt Evonik in Schörfling in Österreich Membranen her, mit denen sich Biomethan und weitere Gase aufreinigen lassen. Nachdem die Anlage erst 2023 erweitert wurde, läuft bereits der Bau einer weiteren Anlage. Darüber hinaus forscht das Unternehmen an weiteren Membranlösungen, beispielsweise für die Herstellung von Wasserstoff.

• Der Innovationswachstumskern „Enable Circular Economy” führt alle F&E-Projekte von Evonik für eine moderne Kreislaufwirtschaft zusammen. Ziel ist, dabei zu helfen, Stoffkreisläufe zu schließen. So ebnet das Unternehmen seinen Kunden den Weg in eine zirkuläre Wirtschaft. Das gelingt beispielsweise durch ein fortschrittliches Katalysator-Recycling oder durch Lösungen, die das Recycling von Polyurethan oder Gummi verbessern.

Neue Mikrobiom-Modelle für bessere Kosmetika

Immer mehr Kosmetikahersteller entdecken das Mikrobiom der Haut – also die Gesamtheit aller dort vertretenen Bakterien, Pilze und Viren – für ihre Produkte. „Viele moderne Kosmetika werben mit dem Versprechen, ‚mikrobiom-freundlich‘ zu sein“, sagt Stefan Pelzer, bei Evonik verantwortlich für die Mikrobiomforschung. „Die aktuell dafür verwendeten Tests können die volle Komplexität des Hautmikrobioms jedoch gar nicht vollständig abbilden.“ In der Regel werde derzeit geschaut, wie sich die Inhaltsstoffe eines Kosmetikproduktes auf einzelne Bakterienarten auswirken. Die komplexen Wechselwirkungen zwischen den Mikroorganismen bleiben dabei außer Acht.

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Nun hat Evonik ein neues Hautmikrobiom-Modell entwickelt. Das Modell erlaubt erstmals, den Einfluss von kosmetischen Inhaltsstoffen und Produkten auf die Hautmikroben wissenschaftlich fundiert im Laborversuch zu bewerten. Derzeit testet das Unternehmen kosmetische Inhaltsstoffe im eigenen Produkt-Portfolio, um evidenzbasierte Aussagen zur Mikrobiom-Freundlichkeit treffen zu können. Kosmetikhersteller und Verbraucher sind zunehmend an wissenschaftlichen Belegen zur Wirkung von Kosmetika interessiert. Zudem schafft Evonik mit den Daten auch die Grundlage für die Entwicklung noch besserer kosmetischer Inhaltsstoffe.

Neben dem Co-Kultur-Modell für eine balancierte Haut hat das Team um Stefan Pelzer auch schon eines für Akne-anfällige Haut entwickelt. Weitere Modelle sollen gemeinsam mit Kunden aus der Kosmetikindustrie aufgebaut werden. Auch an einer weiteren Steigerung der Komplexität wird bereits gearbeitet. Möglich wäre etwa, die bakteriellen Co-Kulturen mit Gewebe- und Zellkulturmodellen zu kombinieren. Denn Mikroorganismen interagieren nicht nur miteinander, sondern auch mit den Hautzellen, wie Pelzer erklärt.

Mit Elektrodialyse Rohstoffe in den Produktionskreislauf zurückführen

Die Chemieindustrie kennt elektrochemische Verfahren seit Anfang des 20. Jahrhunderts. Da jedoch fossile Brennstoffe preiswerter waren als Strom, setzen sich diese bis auf wenige Ausnahmen, etwa Chloralkali-Elektrolyse, nicht durch. Im Zuge der Energiewende wird nun grüner Strom zum Gamechanger für die Kreislaufwirtschaft. Und so forscht Evonik daran, die Elektrodialyse im großtechnischen Maßstab für die grüne Transformation ihrer Prozesse nutzbar zu machen.

Mit Hilfe der Elektrodialyse können Salze, die in vielen chemischen Prozessen anfallen, getrennt und wieder in ihre wertvollen Ausgangsstoffe umgewandelt werden. Salze entstehen beispielsweise bei der pH-Wert-Einstellung, einem wichtigen Prozessschritt in vielen chemischen Verfahren. Der pH-Wert beschreibt, wie sauer oder basisch eine Lösung ist, und kann durch die Zugabe von Laugen bzw. Säuren verändert werden.

Aus den dabei entstehenden Salzen wie Natriumsulfat können nun mit Hilfe der Elektrodialyse die Rohstoffe wie Natronlauge und Schwefelsäure, auch aus stark verdünnten Lösungen, zurückgewonnen werden. Erste Abschätzungen mit Hilfe von Life-Cycle-Analysen zeigen, dass der CO₂-Fußabdruck der so zurückgewonnenen Natronlauge etwa zwei Drittel niedriger ist als der konventionell hergestellter Natronlauge. Dieser Wert verbessert sich nochmals deutlich beim Einsatz von Grünstrom in der Elektrodialyse.

Doch die Evonik-Ingenieure gehen noch einen Schritt weiter: Um den pH-Wert einzustellen, wollen sie künftig gar keine Laugen oder Säuren mehr verwenden, sondern ihn allein mittels Elektrodialyse direkt einstellen.

„Die Herausforderung für uns ist die großtechnische Realisierung der Elektrodialyse“, erläutert Patrik Stenner, der als Gruppenleiter in der Verfahrenstechnik fungiert. Stenner betont: „Von einem Standardprozess sind wir in der Chemieindustrie noch weit entfernt. Noch gibt es keine Anlagen von der Stange.“ Die Technologie müsse an die jeweilige Anwendung und den zu trennenden Stoff angepasst werden. Als weitere Herausforderung bezeichnet der Verfahrensingenieur die Membran selbst und deren Lebensdauer.

Dem Reifen-Recycling auf die Sprünge helfen

Auch in einer klimaneutralen Mobilität werden moderne und leistungsstarke Reifen eine entscheidende Rolle spielen. Doch die Bilanz ihrer Recyclingfähigkeit fällt aktuell ernüchtern aus. Branchenexperten sind sich einig: Gummi aus Altreifen können nur zu fünf Prozent beigegeben werden, sonst würde die Qualität und Leistungsfähigkeit leiden. Grund ist seine chemische Struktur das Zusammenspiel mit neuem Reifenmaterial erschwert. Ein Forscher-Team von Evonik hat nun ein Verfahren entscheidend weiterentwickelt, um bis zu viermal so viel Altmaterial in neuen Reifen einsetzen zu können wie bisher üblich. „Damit rücken die wichtigen Ziele Nachhaltigkeit und Ressourcenschonung auch für die Branche ein ganzes Stück näher“, sagt Christian Mani, Projektmanager Circularity bei Evonik.

Neues Reifengummi entsteht üblicherweise durch Vulkanisation aus Kautschuk, Schwefel und anderen Komponenten. Mithilfe von Hitze und Druck bildet Schwefel dabei Bindungen mit langen Kohlenstoffketten des Kautschuks. So ergibt sich ein robustes, dreidimensionales Netzwerk. Mani und seinem Forscher-Team ist es nun gelungen, die Vulkanisation in Gummimaterial zu großen Teilen rückgängig zu machen: „Durch Zugabe einer speziellen Formulierung mit Vinylsilanen lässt sich die feste Vernetzung im Recyclingmaterial wieder auftrennen. Wir lösen die Schwefelbrücken im Gummi, lassen dabei aber gleichzeitig möglichst viele der langen Kohlenstoffketten unangetastet“, erläutert der Experte dazu. Das Forschungsteam hat diese Vinylsilane zur Devulkanisation schon mit Erfolg eingesetzt: Bei Versuchen ließ sich der Anteil des Recyclingmaterials in der Gummimischung auf bis zu 20 Prozent erhöhen – statt der bislang genannten technischen Schwelle von etwa fünf Prozent.

Evonik steuert jetzt mit Testreihen und Erprobungen die nächsten Wegmarken an. Ziel ist eine Lösung, die Kunden in absehbarer Zeit in der industriellen Produktion einsetzen können. „Am Ende muss unser Ansatz auch in großem, kommerziellem Maßstab überzeugen“, sagt Mani.

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