Chemiker aus Wissenschaft und Industrie diskutieren darüber, was nächstes Jahr für Schlagzeilen sorgen wird

6 Experten sagen die großen Trends der Chemie für 2023 voraus

Chemiker aus Wissenschaft und Industrie diskutieren darüber, was nächstes Jahr für Schlagzeilen sorgen wird

Bildnachweis: Will Ludwig/C&EN/Shutterstock

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

Bildnachweis: Mit freundlicher Genehmigung von Maher El-Kady

„Um unsere Abhängigkeit von fossilen Brennstoffen zu beseitigen und unsere CO2-Emissionen zu reduzieren, besteht die einzige wirkliche Alternative darin, alles vom Haus bis zum Auto zu elektrifizieren.In den letzten Jahren haben wir große Durchbrüche bei der Entwicklung und Herstellung leistungsfähigerer Batterien erlebt, von denen erwartet wird, dass sie die Art und Weise, wie wir zur Arbeit reisen und Freunde und Familie besuchen, dramatisch verändern werden.Um eine vollständige Umstellung auf elektrische Energie zu gewährleisten, sind noch weitere Verbesserungen in Bezug auf Energiedichte, Ladezeit, Sicherheit, Recycling und Kosten pro Kilowattstunde erforderlich.Man kann davon ausgehen, dass die Batterieforschung im Jahr 2023 weiter wachsen wird, da immer mehr Chemiker und Materialwissenschaftler zusammenarbeiten, um mehr Elektroautos auf die Straße zu bringen.“

KLAUS LACKNER, DIREKTOR, CENTER FOR NEGATIVE CARBON EMISSIONS, ARIZONA STATE UNIVERSITY

Bildnachweis: Arizona State University

„Ab der COP27 [der internationalen Umweltkonferenz, die im November in Ägypten stattfand] wurde das 1,5 °C-Klimaziel schwer fassbar, was die Notwendigkeit der CO2-Entfernung betont.Daher wird es 2023 Fortschritte bei Direct-Air-Capture-Technologien geben.Sie bieten einen skalierbaren Ansatz für negative Emissionen, sind aber zu teuer für das Management von CO2-Abfällen.Die direkte Lufterfassung kann jedoch klein anfangen und eher an Zahl als an Größe zunehmen.Genau wie Sonnenkollektoren könnten Direktlufteinfanggeräte in Massenproduktion hergestellt werden.Die Massenproduktion hat Kostensenkungen um Größenordnungen gezeigt.Das Jahr 2023 bietet möglicherweise einen Einblick, welche der angebotenen Technologien von den mit der Massenfertigung verbundenen Kostensenkungen profitieren können.“

RALPH MARQUARDT, CHEF INNOVATION OFFICER, EVONIK INDUSTRIES

Bildnachweis: Evonik Industries

„Dem Klimawandel Einhalt zu gebieten, ist eine große Aufgabe.Das kann nur gelingen, wenn wir deutlich weniger Ressourcen verbrauchen.Eine echte Kreislaufwirtschaft ist dafür unabdingbar.Die Beiträge der chemischen Industrie dazu umfassen innovative Materialien, neue Verfahren und Additive, die dabei helfen, bereits gebrauchte Produkte wiederzuverwerten.Sie machen das mechanische Recycling effizienter und ermöglichen ein sinnvolles chemisches Recycling auch über die einfache Pyrolyse hinaus.Abfall in Wertstoffe umzuwandeln, erfordert Know-how aus der chemischen Industrie.In einem echten Kreislauf werden Abfälle recycelt und zu wertvollen Rohstoffen für neue Produkte.Allerdings müssen wir schnell sein;Unsere Innovationen werden jetzt benötigt, um die Kreislaufwirtschaft in der Zukunft zu ermöglichen.“

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

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„'-Omics'-Techniken werden verwendet, um die Gene und Enzyme zu entdecken, die Bakterien, Pilze, Pflanzen und andere Organismen verwenden, um komplexe Naturstoffe zu synthetisieren.Diese Gene und Enzyme können dann, oft in Kombination mit chemischen Prozessen, verwendet werden, um umweltfreundliche biokatalytische Produktionsplattformen für unzählige Moleküle zu entwickeln.Wir können jetzt '-omics' auf einer einzelnen Zelle machen.Ich sage voraus, dass wir sehen werden, wie die Einzelzell-Transkriptomik und -Genomik die Geschwindigkeit revolutioniert, mit der wir diese Gene und Enzyme finden.Darüber hinaus ist jetzt Einzelzell-Metabolomik möglich, die es uns ermöglicht, die Konzentration von Chemikalien in einzelnen Zellen zu messen, wodurch wir ein weitaus genaueres Bild davon erhalten, 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 man zwischen struktureller Komplexität und einfacher Synthese unterscheiden kann, wird sich aus Fortschritten im maschinellen Lernen ergeben, was auch zu einer Beschleunigung der Reaktionsoptimierung und -vorhersage führen wird.Diese Fortschritte werden zu neuen Wegen führen, über die Diversifizierung des chemischen Raums nachzudenken.Eine Möglichkeit, dies zu tun, besteht darin, Änderungen an der Peripherie von Molekülen vorzunehmen, und eine andere besteht darin, Änderungen am Kern von Molekülen zu bewirken, indem die Skelette von Molekülen bearbeitet werden.Da die Kerne organischer Moleküle aus starken Bindungen wie Kohlenstoff-Kohlenstoff-, Kohlenstoff-Stickstoff- und Kohlenstoff-Sauerstoff-Bindungen bestehen, glaube ich, dass wir eine Zunahme der Methoden zur Funktionalisierung dieser Art von Bindungen sehen werden, insbesondere in ungespannten Systemen.Fortschritte in der Photoredoxkatalyse werden wahrscheinlich auch zu neuen Richtungen in der Skelettbearbeitung beitragen.“

ALISON WENDLANDT, ORGANISCHE CHEMIKERIN, MASSACHUSETTS INSTITUTE OF TECHNOLOGY

Bildnachweis: Justin Knight

„Im Jahr 2023 werden organische Chemiker die Selektivität weiter auf die Spitze treiben.Ich rechne mit einem weiteren Wachstum von Bearbeitungsmethoden, die Präzision auf atomarer Ebene bieten, sowie von neuen Werkzeugen zum Anpassen von Makromolekülen.Ich bin weiterhin inspiriert von der Integration einst benachbarter Technologien in den Werkzeugkasten der organischen Chemie: Biokatalytische, elektrochemische, photochemische und anspruchsvolle Data-Science-Tools gehören zunehmend zum Standard.Ich gehe davon aus, dass Methoden, die diese Werkzeuge nutzen, weiter aufblühen und uns eine Chemie bringen, die wir nie für möglich gehalten hätten.“

Hinweis: Alle Antworten wurden per E-Mail gesendet.