Integrierte Hubs für Forschung im Bereich der grünen Chemie zielen darauf ab, die Entwicklung von Chemikalien und Materialien grundlegend zu verändern

Internationales Netzwerk wird grundlegende Prinzipien zur Entwicklung sichererer und leistungsfähigerer Chemikalien und Materialien untersuchen

PALO ALTO, Kalifornien--(BUSINESS WIRE)--Die Gordon and Betty Moore Foundation kündigte heute vier integrierte Forschungszentren an, um neue Grenzen im chemischen Design auszuloten, Von Materialien, die auf ihre Umgebung reagieren, bis hin zu Molekülen, die von Anfang an auf Sicherheit ausgelegt sind. Durch die Vernetzung internationaler Forschender über verschiedene Institutionen und Disziplinen hinweg werden die Hubs grundlegende Prinzipien erforschen, die neue Möglichkeiten im Bereich der Chemikalien und Materialien eröffnen können, wodurch gleichzeitig die Leistung verbessert und die menschliche Gesundheit sowie die Umwelt geschützt werden.

Die Forschungsprioritäten ergaben sich durch intensiven Austausch mit der wissenschaftlichen Gemeinschaft, um die Fragen zu identifizieren, die der Chemie völlig neue Möglichkeiten eröffnen könnten. Jeder Hub wird Forschende institutionsübergreifend im Hinblick auf einen von vier Schwerpunkten der grünen Chemie vernetzen:

• Sichereres molekulares Design: Unter Leitung der George Washington University wird der Hub künstliche Intelligenz und Quantenchemie miteinander verbinden, um Sicherheit von Beginn an im chemischen Design zu verankern.
• Adaptive katalytische Systeme: Unter Leitung des Max-Planck-Instituts für Chemische Energiekonversion wird dieser Hub Katalysatoren erforschen, die auf Licht, Elektrizität oder chemische Signale reagieren - mit der Zielsetzung, chemische Produktionsprozesse flexibler und effizienter zu gestalten.
• Schwache Interaktionen: Unter Leitung der McGill University wird dieser Hub untersuchen, wie schwache Kräfte zwischen Molekülen Reaktionen steuern und Materialeigenschaften anpassen, um neue Möglichkeiten im Bereich der Chemie zu erschließen, die weniger Energie verbrauchen und die gewünschten Ergebnisse präziser erzielen.
• Komplexe Mischungen: Unter Leitung der University of Kansas wird dieser Hub die lokalen Bedingungen innerhalb komplexer Gemische untersuchen, die bestimmen, wie sich chemische Systeme verhalten, um Prozesse und Produkte durch gezielte Gestaltung vorhersehbarer zu machen.

„Die Natur gibt uns einen kleinen Einblick in das, was die Chemie leisten kann: Materialien, die sich selbst zusammensetzen, auf ihre Umgebung reagieren und Schäden reparieren”, so Paul Anastas, Program Director of the Green Chemistry Initiative. „Indem wir die Prinzipien hinter diesen Fähigkeiten entschlüsseln, können wir damit beginnen, sie gezielt in die Materialien zu integrieren, die unser Leben bestimmen. Diese Hubs vereinen die nötige Expertise, um Fragen anzugehen, die wir früher nicht beantworten konnten und eröffnen Möglichkeiten für Erfindungen, die wir uns gerade erst vorzustellen beginnen.”

Die an diesen Hubs beteiligten Wissenschaftler werden erforschen, was diese Fähigkeiten möglich macht und unter welchen Bedingungen sie reproduziert werden können. Die Zielsetzung besteht darin, Prinzipien zu entwickeln, die Forschende über verschiedene Materialien und Prozesse hinweg anwenden können, um sie bei der Gestaltung des gesamten Materiallebenszyklus, von der Herstellung und Nutzung bis hin zu dem, was nach dem Ende seiner Nutzungsdauer geschieht, zu unterstützen.

Die Hubs sind Teil der Green Chemistry Initiative, die kürzlich über einen Zeitraum von 10 Jahren auf 196,25 Millionen Dollar ausgeweitet wurde. Mehr als 40 Millionen US-Dollar an Fördergeldern werden an die George Washington University, die Max-Planck-Gesellschaft zur Förderung der Wissenschaften, die McGill University und die University of Kansas vergeben. Die Arbeit wird jedoch auch andere Bereiche außerhalb dieser vier Institutionen umfassen. Insgesamt sind 19 Universitäten und Forschungseinrichtungen in acht Ländern im Rahmen der Integrated-Research-Hub-Teams beteiligt.

Ein vernetztes Forschungsnetzwerk

Jeder Hub wird Forschende aus mehreren Institutionen mit einer federführenden Institution, die die Zusammenarbeit koordiniert, miteinander verbinden. Die Teams werden ihr Fachwissen bündeln sowie hochmoderne Ausrüstung und Rechenressourcen gemeinsam nutzen, um Fragen nachzugehen, die außerhalb der Reichweite einer einzelnen Institution liegen. Die Hubs werden die Systeme und die Infrastruktur im gesamten gemeinsamen Netzwerk nutzen und dabei geschätzte 656 Millionen US-Dollar an Sachmitteln nutzen.

Darüber hinaus werden die vier Hubs Entdeckungen, Daten, Werkzeuge und Techniken über ihre Forschungsbereiche hinweg austauschen. Ein Konsortium der grünen Energie wird dazu beitragen, dieses breitere Netzwerk zu verbinden und die Kommunikation und Zusammenarbeit zu erleichtern.

„Unser Ziel ist es, die chemische Industrie mit einem umfassenden Konzept für das Design von Chemikalien zu transformieren, die hohe Leistungen erbringen und zugleich die Gesundheit der Menschen und die Umwelt mithilfe von Quantenchemie und künstlicher Intelligenz schützen”, so Jakub Kostal, Associate Professor of Chemistry at The George Washington University and Director of the Safer Molecular Design Hub. „Die Green Chemistry Initiative der Gordon and Betty Moore Foundation erkennt an, dass diese Transformation bei der Konzeption von Chemikalien beginnt, um Sicherheit und Leistung von Anfang an in neue Produkte zu integrieren.”

„Die Chemie der Zukunft kann Wohlstand und Fortschritt für eine wachsende Bevölkerung schaffen, während wir gleichzeitig die natürlichen Systeme schützen von denen wir abhängen. Dieses Potenzial lässt sich nicht durch einen einzigen Durchbruch ausschöpfen, sondern lediglich durch eine Transformation auf Systemebene”, so Walter Leitner, Director of the Adaptive Catalytic Systems Integrated Research Hub unter Leitung des Max-Planck-Instituts für Chemische Energiekonversion. „Unser Fokus auf der adaptiven Katalyse könnte die chemische Produktion flexibler gestalten, indem Prozesse an die Schwankungen erneuerbarer Energien und ein größeres Spektrum an Rohstoffen angepasst werden. Ein Teil dieses vernetzten Forschungsnetzwerks zu sein wird uns in die Lage versetzen, grundlegende Entdeckungen in neue Möglichkeiten für eine sicherere und effizientere Chemie umzusetzen.”

„Schwache Wechselwirkungen können lenken wie eine Reaktion abläuft und welche Eigenschaften ein Material aufweist, mit weitaus weniger Energie, als starke Bindungen erfordern. Doch sind sie nach wie vor nur wenig verstanden”, so Chao-Jun Li, Director of the Beyond the Molecule Hub, unter Leitung der McGill University. „Das Verständnis und die Nutzung dieser Kräfte könnten uns helfen, chemische Prozesse zu gestalten, die weniger Energie verbrauchen, die gewünschten Produkte präziser herstellen und weniger Abfall erzeugen. Dies eröffnet neue Möglichkeiten für die grüne Chemie.”

„Unser Team wird ein neues Paradigma in der Chemie vorantreiben, das komplexe Gemische als Systeme betrachtet, die gezielt konzipiert und geregelt werden können, statt durch Trial-and-Error optimiert zu werden”, so Bala Subramaniam, Director of the Complex Mixtures Hub, unter Leitung der University of Kansas. „Ein derartiger Ansatz wird uns in die Lage versetzen, verlässlich Technologien zu entwickeln, die die wertvollen Ressourcen unseres Planeten für die kommenden Generationen sichern.”

„Die Unterstützung beim Aufbau von vier integrierten Forschungs-Hubs durch die Gordon and Betty Moore Foundation wird das pulsierende Herz der grünen Chemie von morgen erschaffen”, so Ben Feringa, ein Chemie-Nobelpreisträger von 2016.

Ausbau des Nutzens von Forschungsergebnissen

Zusätzlich zu den Hubs wird die Stiftung Satellitenprojekte fördern, die eng mit den Hubs zusammenarbeiten, um Ideen zu testen und potenzielle Anwendungsmöglichkeiten zu erkunden, wobei Erkenntnisse gewonnen werden, die den Hubs helfen, grundlegende Prinzipien aufzudecken. Die Entdeckungen werden sich in beide Richtungen bewegen: Die gewonnenen Erkenntnisse des Hubs werden als Grundlage für die Satellitenforschung dienen und die Satellitendaten werden das Verständnis der Hubs vertiefen.

Die durch die Green Chemistry Initiative ermöglichte Forschung könnte den Grundstein für Fortschritte in den Bereichen Materialien, Herstellungsverfahren und Industrien legen. Durch die Veröffentlichung und das Teilen grundlegender Erkenntnisse werden die Teams Forschenden, Unternehmen und Start-ups das Wissen vermitteln, auf dem sie aufbauen können, um ihre eigenen Herausforderungen zu bewältigen.

Dieses Potenzial deckt sich mit dem Interesse der Branche an der Weiterentwicklung des Fachgebiets. Im Rahmen einer im Jahr 2026 von Morning Consult im Auftrag der Gordon and Betty Moore Foundation veröffentlichten Studie sprachen sich 75% der US-amerikanischen Führungskräfte aus den Bereichen Technologie sowie Forschung und Entwicklung für höhere Investitionen in die Forschung und Innovation der grünen Chemie aus.

Über die Gordon and Betty Moore Foundation

Die Gordon and Betty Moore Foundation legte den Grundstein, um positive Ergebnisse für zukünftige Generationen zu schaffen. Um dieses Ziel zu erreichen, unterstützt die Stiftung wissenschaftliche Entdeckungen, den Umweltschutz und den besonderen Charakter der San Francisco Bay Area.

Über die George Washington University

Im Herzen der US-amerikanischen Hauptstadt Washington mit zusätzlichen Studienprogrammen in Virginia, wurde die George Washington University (GW) im Jahr 1821 durch ein Gesetz des Kongresses gegründet. Heute ist die GW die größte Hochschule (nach Studentenzahl) im District of Columbia. Die Universität bietet umfassende Bachelor- und Masterstudiengänge sowie Studiengänge in Humanmedizin und Gesundheitswissenschaften sowie in den Bereichen Recht, Ingenieurwissenschaften, Bildung, Wirtschaft und Internationale Beziehungen an. Jedes Jahr nimmt die GW eine vielfältige Studierendenschaft aus Bachelor-, Master- und Promotionsstudierenden sowie Studierenden berufsqualifizierender Studiengänge aus den Vereinigten Staaten und aus aller Welt auf.

Über das Max-Planck-Institut für Chemische Energiekonversion

Gemäß Max Plancks Leitspruch „Erkenntnis muss der Anwendung vorausgehen" (Insight Must Precede Application) schafft die Wissenschaft am Max-Planck-Institut für Chemische Energiekonversion in Mülheim an der Ruhr (Deutschland) ein umfassendes Verständnis der Katalyse und molekularen Prozesse, die für die gegenseitige Umwandlung von Energie und chemischen Bindungen essenziell sind. Das gewonnene Wissen trägt zur Entwicklung nachhaltiger Technologien auf Basis erneuerbarer Energien und Rohstoffe bei.

Über McGill University

Im Jahr 1821 in Montreal, Quebec gegründet, wird die McGill University in aktuellen internationalen und nationalen Hochschulrankings durchweg an der Spitze genannt -nicht nur national, sondern auch international. Sie ist eine weltbekannte Hochschule mit 12 Fakultäten, 14 Fachbereichen, 700 Studiengängen, über 40.000 Studierenden, davon mehr als 10.000 Masterstudierende und Promovierende sowie Forschungsaktivitäten, die sich über drei Standorte erstrecken. Die McGill University zieht Studierende aus nahezu 150 Ländern der Welt an. Mit 11.000 internationalen Studierenden machen diese 27% der gesamten Studierendenschaft aus. Über die Hälfte der Studierenden an der McGill University geben eine andere Erstsprache als Englisch an, darunter rund 20% unserer Studierenden, die angeben, dass Französisch ihre Muttersprache ist.

Über die University of Kansas

Die University of Kansas (KU) ist eine Carnegie R1 Hochschuleinrichtung mit mehr als 31.000 Studierenden an fünf Standorten. Die KU bietet mehr als 400 Studiengänge und Zertifikatsprogramme an und verfügt über nahezu 40 Forschungszentren und -institute, die von mehr als 40 zentralen Forschungslaboren unterstützt werden. Die Forschungsexzellenz der KU spiegelt sich in ihrer Mitgliedschaft in der Association of American Universities wider. Aktuelle Rankings platzieren 55 Studiengänge der KU unter den Top 50 der staatlichen Universitäten. Als führende staatliche Universität beherbergt die KU die einzigen medizinischen und pharmazeutischen Fakultäten in Kansas. Darüber hinaus betreibt sie eine von lediglich zwei juristischen Fakultäten im Bundesstaat Kansas.

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