Chemiker aus Wissenschaft und Industrie diskutieren, was im nächsten Jahr für Schlagzeilen sorgen wird.

6 Experten sagen die großen Trends der Chemie für 2023 voraus.

Chemiker aus Wissenschaft und Industrie diskutieren, was im nächsten Jahr für Schlagzeilen sorgen wird.

Bildnachweis: Will Ludwig/C&EN/Shutterstock

MAHER EL-KADY, CHIEF TECHNOLOGY OFFICER, NANOTECH ENERGY, UND ELEKTROCHEMIST, UNIVERSITY OF CALIFORNIA, LOS ANGELES

Bildnachweis: Mit freundlicher Genehmigung von Maher El-Kady

Um unsere Abhängigkeit von fossilen Brennstoffen zu beenden und unsere CO₂-Emissionen zu reduzieren, ist die Elektrifizierung aller Lebensbereiche – von Häusern bis hin zu Autos – die einzige wirkliche Alternative. In den letzten Jahren haben wir bedeutende Fortschritte in der Entwicklung und Herstellung leistungsstärkerer Batterien erzielt, die unsere Art zu reisen und Freunde und Familie zu besuchen grundlegend verändern werden. Für einen vollständigen Übergang zur Elektromobilität sind jedoch weitere Verbesserungen hinsichtlich Energiedichte, Ladezeit, Sicherheit, Recyclingfähigkeit und Kosten pro Kilowattstunde erforderlich. Es ist zu erwarten, dass die Batterieforschung im Jahr 2023 weiter an Fahrt gewinnen wird, da immer mehr Chemiker und Materialwissenschaftler zusammenarbeiten, um mehr Elektroautos auf die Straße zu bringen.

KLAUS LACKNER, DIREKTOR, ZENTRUM FÜR NEGATIVE KOHLENSTOFFEMISSIONEN, ARIZONA STATE UNIVERSITY

Bildnachweis: Arizona State University

„Auf der COP27 [der internationalen Umweltkonferenz im November in Ägypten] rückte das 1,5-°C-Klimaziel in weite Ferne, was die Notwendigkeit der CO₂-Entfernung unterstreicht. Daher werden wir 2023 Fortschritte bei Technologien zur direkten CO₂-Abscheidung aus der Luft erleben. Diese bieten einen skalierbaren Ansatz zur CO₂-Entnahme, sind aber für die Entsorgung von CO₂-Abfällen zu teuer. Die direkte CO₂-Abscheidung kann jedoch klein beginnen und sich eher in der Anzahl als in der Größe ausweiten. Ähnlich wie Solarmodule könnten auch Geräte zur direkten CO₂-Abscheidung in Serie gefertigt werden. Die Massenproduktion hat bereits zu erheblichen Kostensenkungen geführt. 2023 wird möglicherweise zeigen, welche der angebotenen Technologien von den Kostensenkungen durch die Massenproduktion profitieren können.“

RALPH MARQUARDT, CHIEF INNOVATION OFFICER, EVONIK INDUSTRIES

Bildnachweis: Evonik Industries

„Den Klimawandel aufzuhalten ist eine gewaltige Aufgabe. Sie kann nur gelingen, wenn wir deutlich weniger Ressourcen verbrauchen. Eine echte Kreislaufwirtschaft ist dafür unerlässlich. Die Beiträge der chemischen Industrie umfassen innovative Materialien, neue Verfahren und Additive, die den Weg für das Recycling bereits genutzter Produkte ebnen. Sie machen das mechanische Recycling effizienter und ermöglichen sinnvolles chemisches Recycling, das weit über die einfache Pyrolyse hinausgeht. Die Umwandlung von Abfall in wertvolle Materialien erfordert das Know-how der chemischen Industrie. In einem echten Kreislauf wird Abfall recycelt und wird zu wertvollen Rohstoffen für neue Produkte. Wir müssen jedoch schnell handeln; unsere Innovationen werden jetzt benötigt, um die Kreislaufwirtschaft der Zukunft zu ermöglichen.“

SARAH E. O'CONNOR, DIREKTORIN, ABTEILUNG FÜR NATURPRODUKT-BIOSYNTHESE, MAX-PLANCK-INSTITUT FÜR CHEMISCHE ÖKOLOGIE

Bildnachweis: Sebastian Reuter

„Omics-Techniken dienen der Entdeckung der Gene und Enzyme, die Bakterien, Pilze, Pflanzen und andere Organismen zur Synthese komplexer Naturstoffe nutzen. Diese Gene und Enzyme können dann, oft in Kombination mit chemischen Prozessen, zur Entwicklung umweltfreundlicher biokatalytischer Produktionsplattformen für unzählige Moleküle eingesetzt werden. Wir können nun Omics-Analysen an einzelnen Zellen durchführen. Ich prognostiziere, dass die Einzelzell-Transkriptomik und -Genomik die Geschwindigkeit, mit der wir diese Gene und Enzyme finden, revolutionieren werden. Darüber hinaus ist nun auch die Einzelzell-Metabolomik möglich, die es uns erlaubt, die Konzentration von Chemikalien in einzelnen Zellen zu messen und uns so ein wesentlich genaueres Bild davon zu vermitteln, wie die Zelle als chemische Fabrik funktioniert.“

Richmond Sarpong, Organischer Chemiker, Universität von Kalifornien, Berkeley

Bildnachweis: Niki Stefanelli

„Ein besseres Verständnis der Komplexität organischer Moleküle, beispielsweise wie sich strukturelle Komplexität und einfache Synthese unterscheiden lassen, wird weiterhin durch Fortschritte im maschinellen Lernen ermöglicht. Dies wird auch die Reaktionsoptimierung und -vorhersage beschleunigen. Diese Fortschritte werden neue Ansätze zur Diversifizierung des chemischen Raums eröffnen. Eine Möglichkeit besteht darin, die Peripherie von Molekülen zu verändern, eine andere darin, den Kern von Molekülen durch die Modifizierung ihres Molekülgerüsts zu beeinflussen. Da die Kerne organischer Moleküle aus starken Bindungen wie Kohlenstoff-Kohlenstoff-, Kohlenstoff-Stickstoff- und Kohlenstoff-Sauerstoff-Bindungen bestehen, gehe ich davon aus, dass wir eine Zunahme der Methoden zur Funktionalisierung dieser Bindungen erleben werden, insbesondere in spannungsfreien Systemen. Fortschritte in der Photoredoxkatalyse werden voraussichtlich ebenfalls zu neuen Richtungen in der Skelettmodifizierung beitragen.“

ALISON WENDLANDT, ORGANISCHE CHEMIKERIN, MASSACHUSETTS INSTITUTE OF TECHNOLOGY

Bildnachweis: Justin Knight

„Auch 2023 werden organische Chemiker die Grenzen der Selektivität weiter ausreizen. Ich erwarte ein weiteres Wachstum von Methoden zur atomgenauen Modifizierung sowie neue Werkzeuge zur gezielten Modifizierung von Makromolekülen. Die Integration ehemals benachbarter Technologien in die organische Chemie begeistert mich weiterhin: Biokatalyse, Elektrochemie, Photochemie und ausgefeilte Datenanalyse gehören zunehmend zum Standardrepertoire. Ich gehe davon aus, dass Methoden, die diese Werkzeuge nutzen, sich weiter entfalten und uns Chemie eröffnen werden, die wir uns nie hätten vorstellen können.“

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