Der DECHEMA-Preis der Max-Buchner-Forschungsstiftung wird in diesem Jahr zweimal vergeben. Die Preisträger sind
Prof. Dr. rer.nat. Bernhard Hauer, BASF AG, Ludwigshafen, und
Prof. Dr. rer.nat. habil. Olaf Deutschmann, Universität Karlsruhe (TH)
Prof. Bernhard Hauer erhält den DECHEMA- Preis 2003 für seine richtungweisenden experimentellen Arbeiten zum zukunftsträchtigen Einsatz von Biokatalysatoren für die Synthese chiraler Verbindungen und deren Anwendung im industriellen Maßstab.
Der DECHEMA-Preis 2004 geht an Prof. Olaf Deutschmann für seine bahnbrechenden Arbeiten auf dem Gebiet der fluiddynamischen Modellierung komplexer reaktiver Systeme auf der Basis detaillierter physikalisch begründeter Ansätze.
Die Preisverleihung findet am 26. November um 16.00 Uhr im Rahmen eines Festkolloquiums im DECHEMA-Haus, Theodor-Heuss-Allee 25, in Frankfurt/Main statt.
Der DECHEMA-Preis der Max-Buchner-Forschungsstiftung wird seit 1951 jährlich vergeben. Damit werden herausragende Forschungsarbeiten aus den Bereichen Technische Chemie, Verfahrenstechnik, Biotechnologie und Chemische Apparatetechnik gewürdigt. Dabei werden besonders Arbeiten jüngerer Forscher berücksichtigt, die von grundsätzlicher Bedeutung sind und eine enge Verflechtung von Forschung und praktischer Anwendung zeigen. Dieser Preis ist mit 20.000 Euro dotiert.
Fotos von der Preisverleihung sind erhältlich bei der Öffentlichkeitsarbeit der DECHEMA e.V., Tel.: 069/7564-267, -296, Fax: 069/7564-272, Email
Der DECHEMA-Preis 2003 der Max-Buchner-Forschungsstiftung geht in diesem Jahr an Professor Bernhard Hauer von der BASF AG, Ludwigshafen. Damit werden seine richtungweisenden experimentellen Arbeiten zum zukunftsträchtigen Einsatz von Biokatalysatoren für die Synthese chiraler Verbindungen und deren Anwendung im industriellen Maßstab ausgezeichnet.
Ob Mensch, Tier oder Pflanze, jeder hat sie und braucht sie: Enzyme. Als Katalysatoren im Stoffwechsel helfen sie, Essen zu verdauen oder nach einem Glas Wein den Alkohol in der Leber abzubauen. Aber auch bei der Herstellung von Chemikalien gewinnen Enzyme als Biokatalysatoren immer mehr an Bedeutung. Doch wo oder wie findet man das passende Enzym, um eine bestimmte Reaktion zu optimieren? Enzyme Engineering heißt das Zauberwort.
Mikroorganismen oder Enzyme arbeiten lassen
Um in der chemischen Industrie Naturstoffe wie Vitamine und Aminosäuren oder auch optische aktive Zwischenprodukte herzustellen, nutzt man zunehmend biokatalytische Verfahren. Zwei Wege gibt es da: Bei der Fermentation wird die katalytische Aktivität lebender Mikroorganismen genutzt. Diese werden mit dem richtigen Rohstoff „gefüttert“ und produzieren über ihren Stoffwechsel das fertige Produkt. Bei Variante zwei, dem sogenannten enzymatischen Prozeß, werden einzelne Enzyme eingesetzt, um definierte Reaktionsschritte zu katalysieren.
Enzyme, wie sie in der Natur vorkommen, sind jedoch nicht unbedingt für einen biokatalytischen Prozeß geeignet. Hauer und seine Mitarbeiter der Forschungsgruppe Biokatalyse nutzten deshalb die Strategie der Natur, durch Mutagenese kleine Veränderungen in die Enzyme einzubauen. Um dann aus Tausenden von Enzymvarianten die geeigneten herauszufinden, werden die Biokatalysatoren mit Hilfe von Robotern in einem sogenannten Screening-Verfahren automatisch und mit hohem Probendurchsatz auf die gewünschte Aktivität hin untersucht. Bis zu 50.000 Enzymvarianten können so pro Tag untersucht werden. Ein Ergebnis war beispielsweise die Optimierung einer Lipase, die zur Herstellung optisch aktiver Alkohole inzwischen im Tonnenmaßstab eingesetzt wird.
Dem Team um Hauer ist es gelungen, mehrere Verfahren der Biokatalyse in die industrielle Praxis zu überführen, die heute schon im 50 bis zu 2000 Tonnen-Maßstab pro Jahr arbeiten. So werden derzeit durch enzymatische Prozesse im großtechnischen Maßstab optisch aktive Amine und Alkohole, chirale Hydroxycarbonsäuren und Epoxide hergestellt. Dies sind wichtige Zwischenprodukte für Arzneimittel- und Pflanzenschutzwirkstoffe. Sie können auf diesem Wege in hoher Reinheit hergestellt werden und die früher notwendigen, kostenintensiven und aufwendigen Reinigungs- und Anreicherungsschritte entfallen.
Die Vorteile biokatalytischer Verfahren liegen in ihrer besseren Selektivität und Effizienz im Vergleich zu konventionellen chemischen Prozessen: Während chemische Prozesse oft nur unter hohem Druck und bei hohen Temperaturen ablaufen, arbeiten Mikroorganismen und Enzyme meist bei Normalbedingungen. Das bedeutet Einsparung an Energie, Rohstoffen sowie an Abfall - und damit echte Kostenvorteile.
Die Arbeiten von Hauer haben sich als Meilensteine von grundsätzlicher Bedeutung für die Etablierung biokatalytischer Verfahren in der chemischen Industrie erwiesen. Nach Aussagen einer McKinsey Studie liegt der Anteil von Chemieprodukten, die auf biotechnischem Wege hergestellt werden, derzeit bei 5%, bis 2010 wird eine Steigerung auf 10 bis 20% prognostiziert mit weiterhin steigender Tendenz.
Beruflicher Werdegang:
Prof. Dr. Bernhard Hauer (Jahrgang 1955) hat an der Universität Hohenheim in Stuttgart Biologie studiert und dort 1982 am Institut für Mikrobiologie promoviert. Nach seinem zweijährigen Aufenthalt Post-doctoral fellow am Department of Microbiology an der University of Chicago begann er 1983 als Laborleiter in der Abteilung Biotechnologie im Hauptlabor der BASF AG. Ab 1988 wurde er dort Gruppenleiter (Biokatalyse und Biotransformation) in der Abteilung Feinchemie. 1999 wurde er zum wissenschaftlichen Direktor (Biotechnologie) ernannt. Ihm obliegt die wissenschaftliche Betreuung der biotechnologischen Forschung der BASF und die Leitung der Forschungsgruppe Biokatalyse sowie der Aufbau wissenschaftlicher Netzwerke mit Universitäten.
1996 habilitierte er sich an der Universität Heidelberg und wurde dort 2003 zum apl. Professor für das Gebiet Molekularbiologie ernannt. Für die Entwicklung kommerzieller biotechnologischer Produktionsverfahren wurde er 1997 mit dem Innovationspreis der BASF ausgezeichnet. Seit 2003 leitet Prof. Hauer den DECHEMA-Arbeitsausschuß „Grundlagen der Stoffproduktion“ im Forschungsausschuß Biotechnologie. Eine besondere Auszeichnung ist der ihm für 2006 übertragene Vorsitz der US-amerikanischen Gordon Research Conference on Biocatalysis.
DECHEMA-Preis 2004 für Prof. Dr. rer.nat. habil. Olaf Deutschmann
Der DECHEMA-Preis 2004 der Max-Buchner-Forschungsstiftung geht in diesem Jahr an Professor Olaf Deutschmann, Universität Karlsruhe (TH), für seine bahnbrechenden Arbeiten auf dem Gebiet der fluiddynamischen Modellierung komplexer reaktiver Systeme auf der Basis detaillierter physikalisch begründeter Ansätze.
Vom Molekularen Prozeß zur Chemischen Technik
Den Begriff „Katalysator“ verbindet Otto Normalverbraucher mit einem Gerät unter seinem Fahrzeug, das dessen Schadstoffausstoß verringert. Obwohl heute der Großteil der Produkte der chemischen Industrie mit Hilfe von Katalysatoren hergestellt wird, steht der Autoabgaskatalysator nicht zu Unrecht als Synonym für katalytische Umwandlungsprozesse. Er hat sich millionenfach bewährt, stellt aber auch eines der komplexesten chemischen Reaktionssysteme dar. Die Komplexität bezieht sich insbesondere auf die sich kontinuierlich ändernden Einströmbedingungen. Die Zusammensetzung und Temperatur des vom Motor kommenden Abgases hängen unmittelbar davon ab, ob das Fahrzeug gerade gestartet wurde, an einer Ampel im Leerlauf steht oder auf der Autobahn mit 130 km/h fährt. Der Autoabgaskatalysator soll aber unter allen Bedingungen den Ausstoß von Stickoxiden, Kohlenmonoxid und Kohlenwasserstoffen möglichst vollständig unterdrücken. Um dieses Ziel zu erreichen, werden eine Vielzahl von Faktoren wie Form, Material und Struktur des Katalysatorträgers, Katalysatorzusammensetzung und -masse, Zusatzstoffe, Anströmung oder Wärmeisolierung variiert.
Das Bestreben von Deutschmann und seiner Arbeitsgruppe an der Universität Karlsruhe ist es, Modelle zu entwickeln, die zum Beispiel den Einfluß aller Parameter auf die Schadstoffumsetzung berücksichtigen können. Der Weg dazu führt über eine möglichst detaillierte Beschreibung der im Abgaskatalysator ablaufenden physikalischen und chemischen Einzelprozesse. Sie sollen dabei so beschrieben werden, wie sie molekular ablaufen. Auf der Basis dieser detaillierten Modelle werden Computerprogramme entwickelt, die zum Beispiel den Schadstoffausstoß eines Abgaskatalysators unter variierenden Einströmbedingungen und Parametern vorausberechnen können. Damit läßt sich der Aufwand kostenintensiver experimenteller Forschung und Entwicklung am technischen System erheblich reduzieren.
Die von Deutschmann vorangetriebene Methodik der Verwendung detaillierter, auf dem molekularen Geschehen basierender Modelle zur Beschreibung des Gesamtverhaltens technischer Systeme hat in jüngster Zeit in zahlreiche weitere Bereiche Einzug gehalten. Besonders intensiv beschäftigt sich die Karlsruher Gruppe auch mit der Nutzung von Erdgas als chemischem Grundstoff. Durch katalytische Partialoxidation läßt sich Erdgas in Synthesegas und Olefine innerhalb weniger Millisekunden und ohne äußere Energiezufuhr umwandeln. Aus Synthesegas kann zum Beispiel Methanol oder synthetischer Diesel gewonnen werden. Die katalytische Partialoxidation wurde auch zur Wasserstofferzeugung aus Erdgas, Alkoholen sowie Benzin und Diesel erfolgreich angewandt. Die Reaktoren sind sehr kompakt, so daß deren Verwendung als Wasserstoffquelle durch Reformierung von Benzin oder Diesel in Fahrzeugen denkbar ist. Mit Wasserstoff kann on-board mittels Brennstoffzellen Elektrizität erzeugt, die Schadstoffbildung im Motor verringert und der Ausstoß von Stickoxiden katalytisch reduziert werden.
Die Partialoxidation der teilweise hoch-explosiven Reaktionsgemische durch die so genannte Hochtemperaturkatalyse erfolgt bei zirka 1000°C. Zur technischen Realisierung, insbesondere aus Sicherheitsaspekten, ist ein grundlegendes Verständnis des Reaktorverhaltens vonnöten. Auch hier können nur Modelle, die auf dem molekularen Geschehen aufbauen, vertrauenswürdige Abschätzungen liefern. Dabei sind auch die in der fluiden Phase stattfindenden chemischen Reaktionen adäquat zu berücksichtigen.
Die großen Herausforderungen bei diesem wissensbasierten Ansatz zum Design und zur Optimierung von chemischen Anlagen bestehen neben der Entwicklung effizienter Computerprogramme insbesondere in der Aufklärung der molekular ablaufenden Vorgänge. Für die Gruppe von Professor Deutschmann sind daher sowohl eigene experimentelle Untersuchungen als auch die intensive Zusammenarbeit mit Forschungsgruppen im In- und Ausland essentiell. Vom Deutschen Akademischen Austauschdienst und der amerikanischen National Science Foundation sowie der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) unterstützte Austausch- und Stipendienprogramme insbesondere mit den USA, die durch die DFG an den Universitäten Heidelberg bzw. Karlsruhe geförderten Sonderforschungsbereiche 359 und 551 und eine Vielzahl industrie-geförderter Projekte haben hier beispielhaft zum notwendigen Erfahrungsaustausch und Wissenszuwachs beigetragen.
Beruflicher Werdegang:
Prof. Dr. Olaf Deutschmann (Jahrgang 1965) hat an der TU Magdeburg und der Humboldt-Universität Berlin Physik studiert. 1996 hat er bei Professor Jürgen Warnatz an der Fakultät Chemie der Universität Heidelberg mit der Dissertation „Modellierung von Reaktionen an Oberflächen und deren Kopplung mit chemisch reagierenden Strömungen“ promoviert. Während eines anschließenden anderthalbjährigen Postdoc-Aufenthalts in den USA, an der University of Minnesota und dem Los Alamos National Lab, befaßte er sich mit der Umwandlung von Erdgas in nützliche chemische Grundstoffe durch Hochtemperaturkatalyse. Nach seiner Rückkehr an die Universität Heidelberg, wo er sich mit der Wechselwirkung von Chemie und Transport in katalytischen Reaktoren beschäftigte, habilitierte er sich 2001 im Fach Physikalische Chemie. Seit 2003 ist er Professor für Chemische Technik an der Universität Karlsruhe (TH). Am dortigen Institut für Technische Chemie und Polymerchemie bearbeitet seine Gruppe derzeit Themen aus den Bereichen heterogene Katalyse, chemische Gasphasenabscheidung sowie Modellierung und Simulation reaktiver Strömungen. |
