Alles Theorie oder was? Computational Chemistry auf dem Vormarsch!

• Digitalisierung in der Forschung äußerst vielfältig: Computational Chemistry, Prozessdatenerfassung, Data Mining und Datenanalyse als Beispiele
• Dies ermöglicht eine schnellere und zielgerichtetere Entwicklung
• Team von Performance Intermediates optimiert auch Großprozesse durch Modellierung und Simulation auf Molekülebene (Computational Chemistry)

Große Ziele werden mitunter schneller und besser erreicht, wenn sie in kleine Teilziele unterteilt werden. Das gilt auch für die Optimierung von Großprozessen, wie etwa dem komplexen Verbund bei Performance Intermediates: ändert sich eine Stellschraube, so hat dies Auswirkung auf viele andere.

Deswegen hilft es, die Veränderung der Stellschraube zunächst einmal theoretisch am Computer zu modellieren und zu simulieren. Und zwar bis auf die Ebene der Quantenchemie und der darauf basierenden ab-initio Ansätze, die die Eigenschaften von Molekülen und Materialien analysieren.

Dadurch lassen sich Auswirkungen auf bestehende Prozesse oder chemische Phänomene testen – und dann hinterher zielgerichtet in die Praxis umsetzen. Neben der Berechnung thermodynamischer Größen, wo Quantenchemie routinemäßig eingesetzt wird, ist ein wichtiges Feld die Berechnung von Infrarot und Ramanspektren. Diese fallen in zunehmendem Maße an, denn im Rahmen der Digitalisierung des Verbundes und der Technikumsanlagen sind spektroskopische Methoden das wesentliche prozessanalytische Werkzeug. Durch Abgleich mit quantenchemisch berechneten Spektren können dann beispielsweise bisher unbekannte chemische Verbindungen identifiziert werden.

Vordenker ist Prof. Dr. Robert Franke, Leiter der Hydroformylierungsforschung bei Performance Intermediates und ebenfalls Mentor der Stipendiaten der Evonik Stiftung. Er erklärt: „Bei uns im Labor tüfteln und experimentieren wir nach wie vor wie früher. Aber die Digitalisierung macht vieles leichter und effizienter. Und ich bin davon überzeugt: Einer der größten Profiteure der Digitalisierung wird die Forschung sein. Von der rationalen Prädiktion beruhend auf der Quantenmechanik, über datenbankgestützte auf künstlicher Intelligenz basierenden Heuristiken für Produkt- und Prozessdesign bis zur digitalen integrierten Steuerung kontinuierlicher Anlagen. Das Potential ist noch lange nicht ausgeschöpft!“ Das zeigt sich auch an der erfolgreichen Forschungsarbeit von Lisa Warczinski, Masterandin an der Ruhr-Universität Bochum, die von Prof. Dr. Robert Franke betreut wurde.

Sie hat Ende 2018 sogar den CIC-Förderpreis für Computational Chemistry für ihre Masterabeit zum Thema „Heuristic estimation of the dynamic correlation energy: Research for the validation of a novel approach“ (zu Deutsch: „Heuristische Schätzung der dynamischen Korrelationsenergie: Forschung zur Validierung eines neuartigen Ansatzes“) erhalten.

Dieser Preis wird für hervorragende Arbeiten vergeben, die die in der GDCh-Fachgruppe (Gesellschaft Deutscher Chemiker e.V.) Computer in der Chemie (CIC) vertretene wissenschaftliche Gebiete berühren und eine besondere Leistung für die Weiterentwicklung des Fachgebiets CIC darstellen. Ferner wurde die Arbeit kürzlich in einer renommierten Fachzeitschrift veröffentlicht.

Das zeigt: Wissen schafft Zukunft – Wissen teilen schafft Kraft für Neues! Haben Sie Interesse an einem Austausch? Dann sprechen Sie gerne Prof. Dr. Robert Franke an:
Mail robert.franke@evonik.com
Telefon: 0049 2365 49 2988