Forschungsgruppen

Talentschmiede: Unsere Nachwuchsgruppen

Die Talentschmiede ist ein integraler Bestandteil der Forschungs- und Transferstrategie des CTC und steht im Einklang mit der übergeordneten Mission, ein Ökosystem für Innovation und Exzellenz in der chemischen Forschung und den zugrunde liegenden Technologien zu fördern. Mit letztlich bis zu 40 unabhängigen Forschungsgruppen fungiert die Talentschmiede als dynamischer Knotenpunkt für die Förderung neuartiger und ambitionierter Ideen sowie kreativer Forschung in den Themenbereichen des CTC.

Die Talentschmiede ist einer der Eckpfeiler der Vision des CTC, denn dort stehen die Förderung von Nachwuchstalenten und die Kultivierung bahnbrechender Forschung im Vordergrund, um wissenschaftliche Entdeckungen und transformative Veränderungen in der chemischen Industrie voranzutreiben. Das CTC unterstützt die Forschung über das gesamte Spektrum von der Grundlagenforschung bis hin zu angewandter Innovation und Technologietransfer und sorgt dafür, dass neuartige Ideen zu wirkungsvollen Lösungen für Gesellschaft und Wirtschaft heranreifen können.

Mehr als Ersatz – Chemikalien zirkulär denken

Der bloße Ersatz fossiler Rohstoffe durch erneuerbare reicht nicht aus. Zukünftige Chemikalien müssen von Anfang an zirkulär gedacht sein: biologisch abbaubar, leicht recycelbar, kompatibel mit geschlossenen Materialkreisläufen und gleichzeitig in der Lage, strenge industrielle Leistungsanforderungen zu erfüllen.

“Unsere Arbeit wird von einem Ziel angetrieben: Moleküle zu entwerfen, die eine chemische Industrie ermöglichen, die die Grenzen unseres Planeten respektiert – nachhaltig vom Bioraffinerieprozess bis hin zum Endprodukt.“ – Dr. Laura König-Mattern

Unser Ansatz: Computational Biorefining

Unsere Forschung treibt diese Vision voran. Wir verbinden Molekül- und Prozessdesign mit moderner Modellierung:

• Vorhersage von Löslichkeiten, Phasengleichgewichten und Verteilungskoeffizienten
• Entwicklung neuer Extraktionsstrategien für Bioraffinerien
• Modellbasierte Prozessoptimierung
• Auswahl geeigneter Lösungsmittel und Katalysatoren

Nach der Extraktion sollen die biobasierten Vorstufen in zirkuläre Chemikalien umgewandelt werden. Dafür entwickeln wir computergestützte Werkzeuge für das Moleküldesign – Moleküle, die industriell funktional und gleichzeitig zirkulär sind. Aktuell liegt unser Fokus auf lignocellulosebasierten Tensiden. Zukünftig erweitern wir diese Ansätze auf andere Anwendungsbereiche, wie Lösungsmittel, Additive, Schmierstoffe und Polymere.

Unsere Forschungsgruppenleitung

Aktuelles

• Tagesspiegel-Artikel "100 klügste Köpfe der Wissenschaft": Neue Ideen für die Kreislaufwirtschaft: Diese Wissenschaftler führen die Industrie auf neue Wege 
• Pressemitteilung Deutscher Studienpreis: Laura König-Mattern gewinnt 2. Platz beim Deutschen Studienpreis 

Ausgewählte Publikationen

• L. König-Mattern, L. Rihko-Struckmann, and K. Sundmacher, “Systematic solvent selection enables the fractionation of wet microalgal biomass,” Separation and PurificationTechnology, vol. 354, p. 129 462, 2025, https://doi.org/10.1016/j.seppur.2024.129462
• L. König-Mattern, E. I. Sanchez Medina, A. O. Komarova, S. Linke, L. Rihko-Struckmann, J. Luterbacher, and K. Sundmacher, “Machine learning-supported solvent design for lignin-first biorefineries and lignin upgrading,” Chemical Engineering Journal, vol. 495, p. 153 524, 2024, https://doi.org/10.1016/j.cej.2024.153524 
• L. König-Mattern, A. O. Komarova, A. Ghosh, S. Linke, L. K. Rihko- Struckmann, J. Luterbacher, and K. Sundmacher, “High-throughput computational solvent screening for lignocellulosic biomass processing,” Chemical Engineering Journal, vol. 452, p. 139 476, 2023, https://doi.org/10.1016/j.cej.2022.139476
• J. Kopton, L. K. Rihko-Struckmann, L. König-Mattern, and K. Sundmacher, “Superstructure optimization of a microalgal biorefinery design with life cycle assessment‐based and economic objectives,” Biofuels, Bioproducts and Biorefining, vol. 17, no. 6, pp. 1515–1527, 2023.
• L. König-Mattern, S. Linke, L. Rihko-Struckmann, and K. Sundmacher, “Computer-aided solvent screening for the fractionation of wet microalgae biomass ,” Green Chemistry, 10.1039.D1GC03471E, 2021.

Forschungsgruppe: Zirkuläre nachhaltige Polymere

Molecular Design for Recycling – Kunststoffe als unendliche Ressource

Standardkunststoffe stammen aus den 1950er Jahren und wurden nie für Recycling konzipiert. Gleichzeitig ist Europas Anteil an der globalen Kunststoffproduktion in den letzten zwei Jahrzehnten drastisch gesunken. Unsere Forschungsgruppe entwickelt fundamental neue,  massentaugliche Polymere, die molekular so gestaltet sind, dass sie eine echte Kreislaufwirtschaft ermöglichen.

Forschungsziele und Schwerpunkte

• Polymerchemie – Synthese polyethylen-artiger Materialien mit gezielt eingebauten chemischen Sollbruchstellen für echtes Closed-Loop-Recycling
• Erneuerbare Rohstoffe – Entkopplung der Kunststoffproduktion vom fossilen Kohlenstoff durch biobasierte Monomere aus Pflanzenölen und Biomasse
• Design for Recycling – Molekulares Design, das Recyclingfähigkeit und biologische Abbaubarkeit als intrinsische Materialeigenschaft verankert
• Skalierbare Synthesekonzepte – Übertragung neuer Polymerisationsverfahren und katalytischer Systeme in industrierelevante, skalierbare Prozesse

Warum neue Kunststoffe?

Die heute eingesetzen Kunststoffe wurden auf maximale Haltbarkeit optimiert, jedoch nie für Recycling entwickelt. Ihre extrem stabilen Polymerketten widerstehen nahezu jeder chemischen Zersetzung – eine Eigenschaft, die einst als Triumph galt und heute zur ökologischen Krise beiträgt.

Mechanisches Recycling verliert mit jedem Zyklus an Qualität, energieintensive Pyrolyse ist keine nachhaltige Lösung. Zusätzlich zu besserem Abfallmanagement braucht es ein grundlegend neues Materialkonzept.

“Kunststoffe waren einer der größten Triumphe der Chemie des 20. Jahrhunderts – und ihr größter blinder Fleck. Wir müssen Materialien entwickeln, die genauso leistungsfähig sind, aber von Anfang an für die moderne Kreislaufwirtschaft konzipiert werden.“ – Dr. Manuel Häußler

Unser Ansatz: Molekulares Design für die Kreislaufwirtschaft

Im Zentrum unserer Forschung stehen langkettige aliphatische Polykondensate, deren kristalline Struktur die mechanischen und thermischen Eigenschaften von Polyethylen nachbildet. Durch gezielt eingebaute sauerstoffbasierte Verknüpfungen (Estergruppen) lassen sich diese Materialien unter milden Bedingungen wieder in ihre ursprünglichen Monomere zerlegen. So ermöglichen wir echtes Closed-Loop Recycling ohne Qualitätsverlust. Bereits bei der Synthese setzen wir auf skalierbare, automatisierte und datengetriebene Verfahren, um Materialeigenschaften von Anfang an gezielt zu steuern.

Perspektivisch erweitern wir unsere Forschung auf  alternative, nachhaltige Rohstoffströme wie Insektenfette aus biologischen Reststoffen sowie auf enzymatische Depolymerisationsprozesse für vernetzte Polymere. Unser Ziel ist eine vollständig geschlossene Materialplattform, die fossile Rohstoffe ersetzt und Hochleistungskunststoffe im industriellen Maßstab zirkulär verfügbar macht.

Unsere Forschung treibt diese Vision voran:

• Polyethylen-artige Materialien aus nachwachsenden Rohstoffen, die ohne Qualitätsverlust in geschlossenen Stoffkreisläufen rezykliert werden können
• Drop-in-Kompatibilität mit bestehender Industrieinfrastruktur: Verarbeitung über Extrusion, Spritzguss, 3D-Druck und Faserspinnen ohne Umrüstung bestehender Anlagen
• Inhärente biologische Abbaubarkeit als Sicherheitsnetz gegen die langfristige Akkumulation von Mikroplastik in der Umwelt

Science Communication

• Dr. Häußler engagiert sich intensiv in der Wissenschaftskommunikation und vermittelt die Dringlichkeit einer neuen Kunststoffchemie in Podcasts, öffentlichen Vorträgen und Medienauftritten.

Aktuelles

• Podcast: SPRIND-Podcast #79 – Manuel Häußler über das Ende der fossilen Kunststoffe: Anhören auf YouTube
• Podcast: Startup Insider – „Wir verwenden immer noch Kunststoffe aus den 50ern“: 8,25 Mio. € für Plastik 2.0: Anhören auf Apple Podcasts

Ausgewählte Publikationen

• Häußler, M., Eck, M., Rothauer, D. & Mecking, S. Closed-loop recycling of polyethylene-like materials. Nature 590, 423–427 (2021).