Ressourcensouveränität durch Materialinnovationen

Das BMBF fördert mit dieser Richtlinie risikoreiche und anwendungsorientierte Verbundprojekte zu vorwettbewerblichen Forschungsthemen, die Unternehmen dabei unterstützen sollen, das langfristige Ziel einer treibhausgas¬neutralen Produktion zu erreichen, Stoffkreisläufe zu schließen oder neue Rohstoffe für Prozesse einzusetzen.
Der Fokus des Fördermoduls ,,Materialien für Prozesseffizienz" liegt ausschließlich auf der anwendungsorientierten Entwicklung von innovativen Katalysator- und Membranmaterialien. Die Materialien sind immer in Verbindung mit dem Prozess und der Anwendung zu betrachten. Gefördert werden Arbeiten zu den nachfolgend genannten FuE-Schwerpunkten in den Buchstaben A und B. Vorschläge, welche lediglich die Untergliederungen A3 oder B3 betrachten sind von der Förderung ausgeschlossen.
A - Katalysatormaterialien/Katalysatoreigenschaften/katalytische Prozesse:
Die Katalyseforschung ist essentiell für das Erreichen effizienter industrieller Verfahren und nachhaltiger Wertschöpfungsketten wie auch zur signifikanten Einsparung von Energie und Vermeidung von Treibhausgasen. Durch die Verwendung von Katalysatoren werden Materialressourcen verantwortlicher und entsprechend ihres Wirkungsgrades optimal genutzt. Schwerpunkte der FuE-Arbeiten sollen auf größere industrielle Verfahren mit hohen Treibhausgasemissionen gelegt werden, da hierbei eine signifikantere Hebelwirkung zum Erreichen der Klimaziele zu erwarten ist. Gegenstand der Förderung sind alle Arten der Katalyse. Entscheidend ist die erwartete Wirkung hinsichtlich der Anwendbarkeit in bestehenden oder zukünftigen großtechnischen industriellen Prozessen in Verbindung mit den in Nummer 1.1 genannten Zielen. Dementsprechend gilt, falls Wasserstoff zum Einsatz kommt, dass dieser aus nachhaltigen Quellen zu beziehen bzw. zu betrachten ist.
A1 - Katalysatormaterialien:
1. Nachhaltigere Syntheseverfahren (z. B. Reduktion des Edelmetallgehaltes, integrierte effizientere Rückgewinnungsverfahren, Vermeidung schädlicher Nebenprodukte/Einsatzstoffe)
2. Katalysatoren für eine kohlenstoffeffizientere Nutzung
3. Katalysatoren für die Nutzung von Rohstoffen/Einsatzstoffen aus C1-Bausteinen, Biomasse und Kunststoffen; Katalysa¬toren für die Umwandlung nicht-fossiler Einsatzstoffe/Rohstoffe
4. (Verbesserte) Katalysatoren für ein robustes chemisches Recycling von Kunststoffen (z. B. Umsetzung von Gemischen bzw. verunreinigten Resten selektiv in definierte chemische Produkte bei möglichem Erhalt der Struktur/Funktionalität)
5. Katalysatoren zur Einsparung von Wasser im Verfahren
6. Katalysatoren für Aufreinigungstechnologien
A2 - Katalysatoreigenschaften:
1. Erhöhung der Zielprodukt-Selektivität von Katalysatorsystemen
2. Verbesserung der Stabilität/Robustheit von Katalysatoren, Erhöhung der Standzeit, Entwicklung von Recyclingstrategien
3. Neue Strukturen und Funktionalitäten (z. B. hierarchisch aufgebaute Materialien, Bifunktionalitäten)
A3 - Katalytische Prozesse und Anwendung:
1. Beiträge zum Umstieg auf elektrochemische Prozesse in der Katalyse (z. B. Elektro-, Photo- und Plasmakatalyse)
2. Umstieg von Prozessen auf instationäre oder fluktuierende Betriebsweise
3. Prozessintegration und -intensivierung (z. B. Katalysatorrecycling während des Prozesses, Einsparung von Prozessschritten)
4. Einsatz neuer Feed-Ströme mit Blick auf eine Kreislaufwirtschaft (z. B. Biomasse, Sekundärrohstoffe)
5. Signifikante Einsparung von Energie und/oder CO2 bzw. deren Äquivalente (z. B. bei der Synthese und/oder im Gesamtprozess)
6. Scale-up-Strategien der Katalyseprozesse
B - Membranmaterialien/Membraneigenschaften/membrangeführte Prozesse:
Neue Membranmaterialien, effiziente Transport- und Trennprinzipien, selbstreinigende und -regenerierende Membranen bieten Potenziale für schonende Trennprozesse, sind nahezu universell in vielen Branchen einsetzbar und ermöglichen Stofftrennungen mit deutlich geringerem Energieeinsatz. In einem sich verändernden Energiemix hin zur Nutzung regenerativer Energiequellen spielen Membranen zum Beispiel eine wichtige Rolle zur Biogasreinigung, zur Herstellung synthetischer Kraftstoffe (,,Power-to-Chemicals") oder Schließung von CO2-Kreisläufen. Gegenstand der Förderung sind alle Arten von Membranmaterialien (polymer/anorganisch). Entscheidend ist die erwartete Wirkung hinsichtlich der Anwendbarkeit und des Potenzials in Verbindung mit den in Nummer 1.1 genannten Zielen.
B1 - Membranmaterialien:
1. Entwicklung von temperaturstabilen Membranen
2. Einsatz neuer Fertigungsverfahren zur Herstellung von Träger- und Membranstrukturen
3. Entwicklung katalytisch aktiver Membranen (z. B. Abtrennung von Reaktionsprodukten, Beeinflussung von Gleichgewichten)
4. bioinspirierte Membranen, selbstheilende und selbstregelnde Membranen
5. Mixed-Matrix-Membranen: Kombinationen keramischer Träger mit Hochtemperatur-Polymeren, auch unter Einbringen von zusätzlichen Funktionen (z. B. Absorptionsmittel für verbesserten Transport)
6. Herstellung flexibler Geometrien von monolithischen bis zu kapillaren Geometrien
7. Scale-up-Strategien bei der Membransynthese
B2 - Membraneigenschaften:
1. Erhöhung der Membranstabilität im Bereich Druck, Temperatur, chemische Beständigkeit (z. B. für neue thermische Anwendungen oder lösungsmittelbasierte Prozesse)
2. Erhöhung der Selektivität und Permeanz
3. Verbesserung desaktivierender Prozesse (unter anderem Fouling und Defektbildung)
B3 - Membranprozesse und -anwendung:
1. Einsatz von Membranen in neue oder bestehende (katalytische) Prozesse
2. Ersatz und/oder Kombination klassischer thermischer Verfahren (Destillation, Extraktion) oder mechanischer Trennverfahren mit Membranprozessen
3. Untersuchung der Einsatzmöglichkeiten von Membranreaktoren in bisherige Reaktor-Konzepte und Trennapparate zur Prozessintensivierung
4. Übertragung von Hochtemperatur- und Hochdruckeigenschaften auf die Modulentwicklung verbesserter Dichtungskonzepte
Die FuE-Schwerpunkte zu den Themenfeldern der Buchstaben A und B sollen immer im Kontext eines industriellen Prozesses betrachtet werden. Weiterhin sollen Querschnittsthemen wie beispielsweise Materialsicherheit, Standardisierung und Normung, die Weiterentwicklung von Messmethoden sowie Modellierung und Simulation berücksichtigt werden und in die FuE-Arbeiten einfließen. Eine Zusammenarbeit mit den themenspezifischen Initiativen der Nationalen Forschungsdateninfrastruktur (NFDI - NFDI4Cat, NFDI4Chem und NFDI-MatWerk) sowie der Innovationsplattform für verteilte Materialdaten (MaterialDigital) wird unterstützt.
Die Kriterien, anhand derer der Erfolg der geförderten Maßnahme auch im Hinblick auf die Erreichung der förderpolitischen Zielsetzung geprüft wird, sind wie folgt definiert:
- Signifikante Reduzierung der Treibhausgasemission
- Steigerung der Material- und Ressourceneffizienz (z. B. Reduktion des Materialeinsatzes, Verlängerung der Lebensdauer)
- Signifikante Reduktion des Ressourceneinsatzes (z. B. fossiler Rohstoff, Energie, Metalle, seltene Erden)
- Substitution kritischer Rohstoffe oder deutliche Minimierung des Einsatzes und Erhöhung der Recyclingquote (z. B. fossile Rohstoffe, Stoffe mit eingeschränkter Verfügbarkeit oder gesundheitlicher/umweltschädigender Wirkung)
Ein sich an die FuE-Phase anschließender möglicher Technologietransfer soll bei der Bewerbung bereits perspek¬tivisch aufgezeigt werden, ohne jedoch Teil der Förderung zu sein. Es werden nur Vorhaben gefördert, die über eine ausreichende Innovationshöhe verfügen bzw. die den Stand der Technik signifikant übertreffen.
Ausgeschlossen von der Förderung sind Entwicklungen von Katalyse- und Membranmaterialien für die Bereiche der Wasserelektrolyse und der Brennstoffzellentechnik sowie Anwendungen im Bereich Lebensmittel und Kosmetika.
Antragsberechtigt sind Unternehmen der gewerblichen Wirtschaft sowie Hochschulen, Forschungs- und Wissenschaftseinrichtungen und vergleichbare Institutionen. Zum Zeitpunkt der Auszahlung einer gewährten Zuwendung wird das Vorhandensein einer Betriebsstätte oder Niederlassung (Unternehmen) beziehungsweise einer sonstigen Einrichtung, die der nichtwirtschaftlichen Tätigkeit des Zuwendungsempfängers dient (Hochschule, Forschungs-/Wissenschaftseinrichtung, vergleichbare Institution), in Deutschland verlangt.
Das Antragsverfahren ist zweistufig angelegt.
Weitere Informationen:
https://www.bmbf.de/bmbf/shareddocs/bekanntmachungen/de/2022/12/2022-12-08-Bekanntmachung-Material-Hub-Initiative.html