Forschungs­daten­infrastruktur für Katalyse

NFDI4Cat (NFDI for Catalysis-Related Sciences) erhält Förderung

Als eines von neun Konsortien erhält das Konsortium NFDI4Cat am 30.06.2020 eine Förderung für den Aufbau einer Nationalen Forschungsdateninfrastruktur für den Zeitraum Oktober 2020 – September 2025. NFDI4Cat wird sich auf den Bereich der Katalyse konzentrieren. Die finale Entscheidung zur Förderung wurde am 26.06.2020 durch die Gemeinsame Wissenschaftskonferenz (GWK) getroffen, die damit der Empfehlung des Expertengremiums der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) folgte.Beteiligt sind u.a. das Max-Planck-Institut für Dynamik komplexer technischer Systeme Magdeburg und das Mülheimer MPI für Chemische Energie-Konversion (MPI CEC).

Insgesamt hatten sich in der ersten Ausschreibungsrunde für die neue Nationale Forschungsdateninfrastruktur (NFDI) 22 Konsortien in einem kompetitiven Verfahren um die Förderung für verschiedene wissenschaftliche Bereiche beworben, die Forschungsmittel für zunächst fünf Jahre beinhaltet.

Am Fritz-Haber-Institut untersuchen Forscher Reaktionsbeschleuniger mit allem, was die moderne Katalyse-Forschung zu bieten hat. Hier analysiert Stefan Zander mithilfe der Röntgenbeugung die Kristallstruktur eines Kupfer-Zink-Aluminium Systems für die Methanolsynthese – Foto © Norbert Michalke für Max-Planck-Gesellschaft

Die Katalyse hat als interdisziplinäres wissenschaftliches Technologiefeld große strategische Bedeutung für die Wirtschaft und die Gesellschaft als Ganzes. Sie ist eine der wichtigsten Kerntechnologien, um parallel die drängenden Herausforderungen des Klimawandels, der Versorgung mit nachhaltiger Energie und mit nachhaltigen Materialien zu lösen. Konkrete Beispiele sind die Reduzierung oder vollständige Vermeidung von CO2-Emissionen, die Verwertung von Kunststoffabfällen und CO2 in der chemischen Produktion, die nachhaltige Wasserstofferzeugung, die Brennstoffzellentechnologie oder die nachhaltige Ernährung von mehr als 7 Milliarden Menschen auf der Erde. Sie alle erfordern bahnbrechende Fortschritte in der Katalysewissenschaft und -technik.

Damit aus Forschungsdaten wissenschaftlich breit nutzbare Datenschätze mit gesellschaftlichem Mehrwert werden, haben sich Bund und Länder darauf geeinigt, eine Nationale Forschungsdateninfrastruktur (NFDI) aufzubauen und gemeinsam zu fördern (bmbf.de/nationale-forschungsdateninfrastruktur). Die NFDI ist eine Initiative zur systematischen Entwicklung, nachhaltigen Sicherung und Zugänglichmachung von Daten in Wissenschaft und Forschung und zur Etablierung einer Kultur des offenen Datenaustauschs nach den FAIR-Prinzipien. Ein Kernelement der NFDI ist, dass sie von Konsortien getragen wird, die ihr jeweiliges Fachgebiet in den wissenschaftlichen Bereichen vertreten.

Auf Grundlage einer Förderempfehlung der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) wurden folgende neun Konsortien zur Förderung ausgewählt:

  • NFDI4Culture – Konsortium für Forschungsdaten zu materiellen und immateriellen Kulturgütern (Geisteswissenschaften)
  • KonsortSWD – Konsortium für die Sozial-, Bildungs-, Verhaltens- und Wirtschaftswis-senschaften (Sozialwissenschaften)
  • GHGA – Deutsches Humangenom-Phenomarchiv (Medizin)
  • NFDI4Health – Nationale Forschungsdateninfrastruktur für personenbezogene Ge-sundheitsdaten (Medizin)
  • DataPLANT – Daten in Pflanzen-Grundlagenforschung (Biologie)
  • NFDI4BioDiversität – Biodiversität, Ökologie und Umweltdaten (Biologie)
  • NFDI4Cat – NFDI für Wissenschaften mit Bezug zur Katalyse (Chemie)
  • NFDI4Chem – Fachkonsortium Chemie in der NFDI (Chemie)
  • NFDI4Ing – Nationale Forschungsdateninfrastruktur für die Ingenieurwissenschaften (Ingenieurwissenschaften).

Das von der DECHEMA koordinierte Konsortium NFDI4Cat besteht aus Experten aus dem Bereich der homogenen, heterogenen, Photo-, Bio- und Elektrokatalyse. Diese Kernexpertise wird ergänzt durch Experten aus den Ingenieur-, Daten-, und Mathematikwissenschaften. NFDI4Cat ist eine von GeCatS vorangetriebene Initiative zur Repräsentation von katalyserelevanten Wissenschaften. Die Gesamtstrategie der NFDI4Cat zielt auf die Transformation der Katalyseforschung in allen relevanten Disziplinen der Katalyse und des Chemieingenieurwesens durch einen strukturierten und schrittweisen Ansatz, wie er im Whitepaper “The Digitalization of Catalysis-Related Sciences”, das von GeCatS im März 2019 veröffentlicht wurde, dargelegt wird. Ein Kernziel der NFDI4Cat ist die Umwandlung der katalysebezogenen Wissenschaften in die “digitale Katalyse”. Es wird erwartet, dass einheitliche Datenformate, die sich in gemeinschaftlich vereinbarten Ontologien und Metadatenformaten manifestieren, in Kombination mit einer maßgeschneiderten und benutzerfreundlichen Informationsarchitektur zu unverzichtbaren Werkzeugen einer digitalen Katalyse-Community auf nationaler und internationaler Ebene werden. Die Kernthemen, mit denen sich das Konsortium befassen wird, werden durch die folgenden Arbeitsabläufe abgedeckt, die der Wertschöpfungskette “vom Molekül bis zu chemischen Prozessen” folgen:

  • Daten- und Metadaten-Standards
  • Datenwissenschaft und Entwurf von Informationsinfrastruktur
  • Gemeinschafts- und nutzerbezogene Aspekte

Dafür ist ein grundlegender Wandel in der Katalyseforschung, der chemischen Verfahrenstechnik und der Prozesstechnologie erforderlich. Eine Schlüsselherausforderung besteht darin, die verschiedenen Disziplinen in der Katalyseforschung und -technologie mit der Unterstützung von Datenwissenschaftlern und Mathematikern zusammenzuführen. Ziel ist es, die Katalyseforschung im digitalen Zeitalter neu zu definieren. Diese sogenannte “digitale Katalyse” soll dabei entlang der Datenwertschöpfungskette realisiert werden, die sich entlang von “Molekülen zu chemischen Prozessen” orientiert.

Partnerinstitutionen

  • LIKAT – Leibniz-Institut für Katalyse e.V.
  • Friedrich-Alexander-Universität Erlangen
  • RWTH Aachen
  • Universität Greifswald
  • Universität Leipzig
  • Universität Rostock
  • TU Berlin
  • TU Braunschweig
  • TU Dortmund
  • TU München
  • Fraunhofer Institute for Open Communication Systems FOKUS
  • High Performance Computing Center Stuttgart (HLRS)
  • KIT-Karlsruher Institut für Technologie
  • Max-Planck-Institut für Chemische Energiekonversion
  • Max-Planck-Institut für Dynamik komplexer technischer Systeme

Die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler des Max-Planck-Instituts Magdeburg werden dafür elektronisch dokumentierte wissenschaftliche Arbeitsabläufe in der “Digitalen Katalyse” entwickeln. Dazu werden anhand der Simulation, Optimierung und Regelung von Methanisierungsreaktoren für Biogas und andere “Power-2-X” Prozesse exemplarisch empfohlene Vorgehensweisen aufgezeigt, die den der NFDI zugrunde liegenden FAIR Prinzipien genügen.

Ergänzt wird das Konsortium durch die TU Darmstadt als assoziierten Partner. Ein Alleinstellungsmerkmal von NFDI4Cat stellt die Rolle der Industrie dar, die NFDI4Cat in beratender Funktion unterstützt. Zu den Unternehmen gehören neben der hte GmbH, die eine führende Rolle übernehmen wird, die Branchenvertreter BASF, Clariant, Covestro, Evonik, Linde und ThyssenKrupp.

Um die übergeordneten Ziele der NFDI interdisziplinär zu erreichen, wird NFDI4Cat besonders eng mit weiteren geförderten und im Entstehen begriffenen Konsortien wie NFDI4Ing und NFDI4Chem kooperieren, die eine inhaltliche Überschneidung aufweisen.

->Quellen: