Industrie + Technik

Prof.Dr.

Schieferöl | Bei Testbohrungen in der chinesischen Provinz Hubei fand Sinopec in über 3 km Tiefe Schieferölreserven von mehr als 100 Mio. Kubikmetern. Das Unternehmen fördert dort fast 100 000 Kubikmeter täglich. Funde lassen darauf schließen, dass auf Chinas Staatsgebiet mehrere Mrd. Kubikmeter Schieferöl lagern.Betonprojekt | Das japanische Wirtschaftsministerium finanziert mit 55 Mrd. japanischen Yen (zirka 400 Mio. Euro) ein Zehnjahresprojekt. Es soll beim Bauen mit Beton CO2-Emissionen reduzieren und CO2 aus Kalkstein gewinnen. Dieses soll dann wieder zu Karbonaten und weiter zu Zement verarbeitet werden. An dem Projekt beteiligen sich sieben japanische Unternehmen und zwei Universitäten.Stahlproduktion | Ein japanisches Konsortium will bei der Stahlproduktion Wasserstoff statt Koks einsetzen. Die Produktion soll innerhalb von zehn Jahren einen Maßstab von 5000 m3 erreichen und zudem in Elektrogroßöfen funktionieren. Das Budget beträgt 193,5 Mrd. japanische Yen (zirka 1,5 Mrd. Euro). Die Stahlindustrie emittiert etwa 40 % aller CO2-Emissionen der japanischen Industrie.Ammoniakherstellung | Ammoniak könnte als Wasserstoffträger zur Energieerzeugung dienen. Deshalb will ein japanisches Konsortium eine Lieferkette erarbeiten, mit der sich bis zum Jahr 2050 etwa 30 Mio. t Ammoniak produzieren ließen. Dazu seien neue Katalysatoren und eine kostengünstige Elektrosynthese von Ammoniak aus Wasser und Stickstoff notwendig. Das Projekt mit industriellen und akademischen Teilnehmern hat ein Budget von 60 Mrd. japanischen Yen (etwa 460 Mio. Euro).Rolf Schmid, <a href="https://www.bio4business.eu" target="_blank">www.bio4business.eu</a>Japan-Preis | Den Preis der Japan Prize Foundation haben die in den USA lebende ungarische Biochemikerin Katalin Karikó und der US-amerikanische Immunologe Drew Weissman erhalten. Ihre Forschung hat zur Entwicklung von mRNA-Impfstoffen beigetragen. Den Preis für „Biologische Produktion, Ökologie/Umwelt“ erhielt der US-amerikanische Biologe Christopher Field für Beiträge zum Erforschen des Klimawandels. MB

Meldung

Blick nach Asien

Schieferöl | Bei Testbohrungen in der chinesischen Provinz Hubei fand Sinopec in über 3 km Tiefe Schieferölreserven von mehr als 100 Mio. Kubikmetern. Das Unternehmen fördert dort fast 100 000 Kubikmeter täglich. Funde lassen darauf schließen, dass auf Chinas Staatsgebiet mehrere Mrd. Kubikmeter...

In der Chemie- und Pharmaindustrie sind die Ausgaben f&uuml;r Forschung und Entwicklung im Jahr 2020 gesunken. Gleichzeitig zeigt sich langfristig ein Abw&auml;rtstrend bei der Forschungsproduktivit&auml;t in Unternehmen, also dem Verh&auml;ltnis von Output zu investierten Mitteln. Dem l&auml;sst sich entgegenwirken.
Die Gesamtausgaben f&uuml;r die deutsche Forschung betrugen dem Bundesministerium f&uuml;r Bildung und Forschung (BMBF) zufolge im Jahr 2020 etwa 106 Milliarden Euro. Ziemlich genau zwei Drittel davon investierten Unternehmen, ein Drittel Staat und Hochschulen. Offenbar hat die Coronapandemie Spuren hinterlassen, denn die Forschungsausgaben waren nicht nur r&uuml;ckl&auml;ufig im Vergleich zu zirka 113 Euro im Jahr 2019, sondern es sank auch ihr Anteil am Bruttoinlandsprodukt (3,14 nach 3,17 Prozent).1)
<h2>Chemie und Pharma stabilisieren</h2>
Die Chemie- und Pharmaindustrie gilt als St&uuml;tzpfeiler der produzierenden Industrie. Das Minus bei den internen Ausgaben f&uuml;r Forschung und Entwicklung (F+E) lag bei etwa 3 Prozent, w&auml;hrend es beispielsweise in der Kraftfahrzeugbranche 13,6 Prozent betrug. Der Bund hat sein Budget f&uuml;r die gesamte Forschung verglichen mit dem Jahr 2019 um 1,9 Milliarden Euro erh&ouml;ht.
Das BMBF reagierte zu Beginn der Pandemie mit F&ouml;rderma&szlig;nahmen und hat seit Januar 2020 etwa 1,5 Milliarden Euro f&uuml;r F+E mit Bezug auf die Coronapandemie bereitgestellt. Die F&ouml;rderma&szlig;nahmen st&auml;rken unter anderem die Entwicklung von Impfstoffen (etwa bei Biontech), Therapeutika und Diagnostik.
Aber die Pharmaforschung besteht aus mehr als Corona. Eine besondere staatliche Verantwortung sieht das Ministerium dort, wo der Markt das &ouml;ffentliche Interesse nicht allein befriedigen kann, etwa in der Gesundheitsforschung zu Antibiotikaresistenzen.
Ein weiteres Forschungsfeld besteht im maschinellen Lernen, Stichwort: k&uuml;nstliche Intelligenz. Dies betrifft etwa die Vision, Mammografiebilder automatisch auszuwerten und daraus Behandlungsentscheidungen abzuleiten. Das BMBF d&auml;mpft allerdings Hoffnungen auf schnelle Durchbr&uuml;che: Die Versprechen von einer personalisierten Krebstherapie und von Unterst&uuml;tzung bei der Behandlungsentscheidung durch maschinelles Lernen h&auml;tten sich (noch) nicht erf&uuml;llt.
Diese Feststellung des Ministeriums ist beispielhaft. Es geht nicht so schnell voran wie anfangs vielleicht gedacht. Und das liegt in der Natur der Sache.
<h2>Immer l&auml;ngerer Atem</h2>
Untersuchungen deuten auf einen langfristigen Abw&auml;rtstrend der wissenschaftlichen Forschungsproduktivit&auml;t hin. Daraufhin hat Merck, Darmstadt, eine Industriestudie angesto&szlig;en.2) Allerdings gibt es au&szlig;er Patenten, die Unternehmen ver&ouml;ffentlichen m&uuml;ssen, wenige &ouml;ffentlich zug&auml;ngliche Daten. Zudem fehlt ein Standardanalysemodell. Daraus ergibt sich eine grundlegende Schwierigkeit: Wie l&auml;sst sich Forschungsproduktivit&auml;t messen?
Zusammenstellen l&auml;sst sich, wie hoch die Sachinvestitionen und die Zahl der Forscher in einem bestimmten Zeitraum waren (Input), und was dabei an Patenten, Wirkstoffen und Publikationen herausgekommen ist (Output).
Die Studie best&auml;tigt, was viele Forscher f&uuml;hlen: Die Komplexit&auml;t erh&ouml;ht sich. Es sind gr&ouml;&szlig;ere Teams mit speziellen Kenntnissen notwendig. Die richtigen Leute an einen Tisch zu bringen und dabei nicht nur die eigenen Forscher, sondern auch externe einzubinden, kostet ein Unternehmen Kraft. Der Aufwand in Organisation und Verwaltung steigt. Gleichzeitig wird es selbst f&uuml;r fachkundige Teams schwieriger, auf dem aktuellen Stand von Wissenschaft und Technik zu bleiben und ihn dann zu &uuml;bertreffen. Die Menge an Ver&ouml;ffentlichungen und Patenten ist kaum zu bew&auml;ltigen. M&ouml;glicherweise kann in Zukunft k&uuml;nstliche Intelligenz helfen, relevante Informationen herauszufiltern und zu sortieren.
Die f&uuml;r die Studie befragten Forscher beurteilten zudem in ihrer gro&szlig;en Mehrheit den Druck zur schnellen Publikation als so hoch, dass die Forschungsqualit&auml;t darunter leide. Dem lie&szlig;e sich mit l&auml;ngeren Finanzierungszyklen entgegensteuern. Gute Noten bekam die staatliche Unterst&uuml;tzung der Forschung.
<h2>Forschungsschwerpunkt Klima</h2>
Neben &bdquo;Gesundheit und Pharma&ldquo; sieht das BMBF als weiteren Forschungsschwerpunkt vor allem Klimaneutralit&auml;t. Dieses Ziel erfordere einen Modernisierungsschub in allen Bereichen des Wirtschaftens und des allt&auml;glichen Lebens in kurzer Zeit. Das sei nur durch massive und breit angelegte Investitionen in Forschung und Innovation zu erreichen, welche die Chancen des Wandels nutzen sollten. Die Forschungsinvestitionen in Modelle f&uuml;r Klimavorhersagen oder lokale oder regionale Anpassungsma&szlig;nahmen w&uuml;rden daher bereits seit Jahren ausgeweitet.
Zu solchen Anpassungsma&szlig;nahmen kann das Ausbringen von Optimalmengen an Pflanzenschutzmitteln auf landwirtschaftlich genutzte Fl&auml;chen z&auml;hlen. Die chemische Industrie bietet etwa Modellierungsplattformen, die mit kontinuierlicher Datenanalyse Empfehlungen liefern. Diese verarbeitet &ouml;konomische, biologische und Nachhaltigkeitsparameter, um Landwirte digital zu beraten (etwa Xarvio Digital Farming Solutions von BASF). Beispielsweise verkn&uuml;pft das System die Daten mit Kamerasensoren und Software, um Herbizide nur wo n&ouml;tig auszubringen. Wie Feldversuche zeigen, lassen sich mit damit bis zu 70 Prozent Herbizide sparen (Smart Spraying von BASF und Bosch, <xref rid="nadc20224123448-fig-0001" ref-type="fig">Foto</xref> S. 31).
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<figcaption><label>Abb. 1: </label>Landwirte nutzen Smart Spraying gern nachts, wenn wenig Wind weht und sich Herbizide genauer verteilen lassen. Foto: Bosch</figcaption>
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Was der Klimaneutralit&auml;t und dem Standort dient, sind nicht nur die gro&szlig;en Spr&uuml;nge wie &bdquo;Elektroantrieb statt Verbrenner&ldquo;, sondern auch die vermeintlich kleinen Innovationen im Hintergrund. Dazu geh&ouml;rt ein K&uuml;hlerschutzmittel, das Batteriefahrzeuge sicherer macht. Es ist nur wenig elektrisch leitf&auml;hig. Das bedeutet: Wenn die Batterie &ndash; zum Beispiel bei einem Unfall &ndash; besch&auml;digt wird, reagiert das Mittel nicht mit Hochspannungsteilen der Batterie. Hinzu kommt ein Korrosionsschutz f&uuml;r das K&uuml;hlsystem von Elektrofahrzeugen (Glysantin Electrified, BASF, <xref rid="nadc20224123448-fig-0002" ref-type="fig">Foto</xref> oben).
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<figcaption><label>Abb. 2: </label>Die Chemielaborantin Sandra Schnell kontrolliert Korrosionsversuche mit K&uuml;hlerschutzmitteln. Foto: BASF</figcaption>
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<h2>Ausgr&uuml;ndungen und Start-ups</h2>
Dem Trend zu Ausgr&uuml;ndungen und Start-ups d&uuml;rfte die Tendenz zu kleinen, agilen Spezialisten entsprechen. Das BMBF will, dass neue Unternehmen entstehen, vor allem durch Ausgr&uuml;ndungen &ndash; nicht nur aus Hochschulen.
Auch aus gr&ouml;&szlig;eren Chemieunternehmen l&auml;sst sich eine Firma ausgr&uuml;nden. Ein Beispiel daf&uuml;r war im Jahr 2021 Boxlab Services aus dem Chemovator von BASF.3) Die Firma hat eine App entwickelt, mit der sich besch&auml;digte Verpackungen und die dazugeh&ouml;rigen Etiketten samt passender Gefahrenkennzeichnung innerhalb von 24 Stunden ersetzen lassen.4)
Zudem stecken gr&ouml;&szlig;ere Chemieunternehmen zunehmend Wagniskapital in Start-ups. So hat Merck dem daf&uuml;r geschaffenen Fonds M Ventures f&uuml;r die n&auml;chsten Jahre zus&auml;tzliche 600 Millionen Euro zur Verf&uuml;gung gestellt.
<h2>Konstante Aufwendungen</h2>
Die Entwicklung der Coronapandemie l&auml;sst sich nicht vorhersagen. Es mag sein, dass sie abermals generell konjunkturd&auml;mpfend wirkt und dabei die Forschung nicht verschont.
Es gibt Beispiele f&uuml;r eine nahezu gleichbleibende Investitionsaktivit&auml;t, unabh&auml;ngig von kurzfristigen Einfl&uuml;ssen. So betrugen die Forschungsaufwendungen bei BASF in den letzten Jahren konstant etwa zwei Milliarden Euro j&auml;hrlich. Das zahlt sich aus. Produkte aus F+E-Aktivit&auml;ten machten in den letzten f&uuml;nf Jahren etwa zehn Milliarden Euro Umsatz j&auml;hrlich. F+E-Aktivit&auml;ten sind nach der Definition des Unternehmens &bdquo;theoretische und experimentelle Arbeiten, um Wissen f&uuml;r die Entwicklung neuer Produkte und Prozesse zu schaffen&ldquo;. Dazu geh&ouml;ren Kosten f&uuml;r Partnerschaften mit Dritten oder f&uuml;r Lizenzen. Als nicht F+E-relevant gelten dagegen Ausgaben f&uuml;r Akquisitionen. Diese weist der Konzern separat aus.
<h2>Patente und Kundenn&auml;he</h2>
BASF hat im Jahr 2020 mit weltweit etwa 10 000 F+E-Besch&auml;ftigten 950 Patente neu angemeldet, mehr als die meisten anderen in der chemischen Industrie. Eine Messlatte zum Vergleich eines Patentportfolios mit anderen bietet dabei der Patent Asset Index. Er bezieht sowohl technische Aspekte als auch die Abdeckung von M&auml;rkten ein. So l&auml;sst sich beispielsweise ein Start-up mit einer disruptiven Technik identifizieren, selbst wenn etablierte Wettbewerber eine gr&ouml;&szlig;ere Zahl an &ndash; vielleicht weniger revolution&auml;ren &ndash; Patenten eingereicht haben. Der Patent Asset Index l&auml;sst sich daher als ein Ma&szlig; f&uuml;r den Output von F+E-Anstrengungen verwenden.
F&uuml;r BASF ist ein Mittel, das die F+E-Produktivit&auml;t verbessern soll, an die Kunden mit deren spezifischen und teils sich schnell &auml;ndernden Anforderungen heranzur&uuml;cken. Dazu integriert der Konzern Forschungsaktivit&auml;ten in die betreffenden Unternehmensbereiche. Das hat etwa mit der kathodischen Tauchlackierung f&uuml;r Elektroautos funktioniert. Damit lassen sich Karosserien vor Korrosion sch&uuml;tzen, Nachhaltigkeitsanforderungen des Kunden erf&uuml;llen und die CO2-Emissionen in der Produktion verringern. Ein anderes Beispiel betrifft die Luftfahrt. Gemeinsam mit Lufthansa Technik hat BASF die Aerodynamik von Flugzeugen mit der Struktur von Haifischhaut nachempfundenen Oberfl&auml;chen verbessert (Sharkskin, <xref rid="nadc20224123448-fig-0003" ref-type="fig">Foto</xref> oben). Beim Thema Kosmetik schlie&szlig;lich setzt das Unternehmen nach der Zusammenarbeit mit Kunden auf bioaktive Inhaltsstoffe des Rambutan-Baums und gewinnt sie aus bisher nicht genutzten Pflanzenteilen.
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<figcaption><label>Abb. 3: </label>Ein spezieller Oberfl&auml;chenfilm verbessert die Aerodynamik an str&ouml;mungsrelevanten Stellen eines Flugzeugs. Foto: Sonja Br&uuml;ggemann, Lufthansa Technik</figcaption>
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<h2>Flexible Allianzen</h2>
Gegen die Tendenz zu geringerer Forschungsproduktivit&auml;t k&ouml;nnen verschiedene Ma&szlig;nahmen helfen. Eine davon hei&szlig;t: flexible Allianzen. Einzelne Forscher vernetzen sich in unterschiedlichen Teams &ndash; und das nicht nur im eigenen Unternehmen. Durch Ausgr&uuml;ndung von kleinen Einheiten, darunter Start-ups, lassen sich Kundenbeziehungen optimieren und Forschungsressourcen besser nutzen. Ist Wissen notwendig, das rar ist oder selten ben&ouml;tigt wird, lassen sich komplette Forschungsauftr&auml;ge an Spezialunternehmen vergeben.
Um in einem &Uuml;berfluss von Informationen Spitzenforschung betreiben zu k&ouml;nnen, empfiehlt es sich, nicht nur f&uuml;r monotone, sondern auch f&uuml;r intellektuell anspruchsvolle T&auml;tigkeiten die Hilfe k&uuml;nstlicher Intelligenz in Anspruch zu nehmen. An vielen Datens&auml;tzen trainierte Machine-learning-Programme k&ouml;nnen im eigenen Unternehmen durch Data Mining Erfahrungssch&auml;tze zutage f&ouml;rdern, externe Informationen auf Relevanz pr&uuml;fen und beides nutzbar machen.
Christian Ehrensberger ist freier Mitarbeiter der Nachrichten aus der Chemie.
<ul class="references">
<li>1 <a href="https://stifterverband.org/forschung-und-entwicklung" target="_blank" rel="noopener">stifterverband.org/forschung-und-entwicklung</a>, Stand 25.01.2022</li>
<li>2 <a href="https://merckgroup.com/en/productive-science.html" target="_blank" rel="noopener">merckgroup.com/en/productive-science.html</a>, Stand 17.1.2022</li>
<li>3 J. Wetterau, Nachr. Chem. 2019, 67(12), 31</li>
<li>4 <a href="https://logistik-heute.de/news/start-ups-basf-bringt-boxlab-den-start-33595.html" target="_blank" rel="noopener">logistik-heute.de/news/start-ups-basf-bringt-boxlab-den-start-33595.html</a>, Stand 3.1.2022</li>
</ul>

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