Innovationen für nachhaltige Chemie und Landwirtschaft
Die Verbindung von technologischer Exzellenz und nachhaltigen Lösungen wird immer mehr zum Erfolgsfaktor für BASF. Beispiele aus der BASF-Forschung verdeutlichen, wie innovative Technologien die Chemie- und Agrarindustrie revolutionieren können und nicht nur unmittelbare Wettbewerbsvorteile, sondern auch Impulse für die nachhaltige Transformation der Industrie bieten.
„Innovation gehört seit jeher zur DNA von BASF. Gerade in diesen volatilen Zeiten ist es entscheidend, unsere Innovationskraft zu nutzen. Diese hilft uns, wettbewerbsfähige Lösungen zu entwickeln, die uns in unseren Märkten differenzieren und einen Wettbewerbsvorteil verschaffen“, so Stephan Kothrade, Mitglied des Vorstands der BASF und Chief Technology Officer, auf dem Research Press Briefing des Unternehmens. Um dies zu erreichen, hat BASF vor rund einem Jahr ihre „Winning Ways“-Strategie eingeführt – mit dem klaren Ziel, das bevorzugte Chemieunternehmen zu werden, das die grüne Transformation seiner Kunden ermöglicht. „Unser Anspruch geht über die eigene grüne Transformation hinaus. Wir wollen unsere Kunden inspirieren, BASF als ihren zuverlässigen Partner für ihren zukünftigen Erfolg zu wählen“, betonte Kothrade.
Forschung und Entwicklung (F&E) ist eine tragende Säule dieser Strategie, mit der BASF den Kunden durch Produkt- und Prozessinnovationen ermöglicht, in ihren Märkten zu wachsen und Innovationen voranzutreiben.
Die wichtigsten Themen für BASF, bei denen Fortschritte in Forschung und Entwicklung entscheidend sind, sind grüne Transformation, nachhaltige Landwirtschaft und Wettbewerbsfähigkeit. Dazu gehört auch, Technologien, Prozesse und Abläufe kontinuierlich zu verbessen, was schon seit jeher bei BASF im Fokus steht. „Durch stetige Verbesserungen der Energie- und Ressourceneffizienz unserer Anlagen sichern wir uns nicht nur in vielen Wertschöpfungsketten die Kostenführerschaft, sondern verbessern auch die Nachhaltigkeit unserer Produkte.“
Um das F&E-Portfolio weiter zu stärken, forscht BASF kontinuierlich an neuen Lösungen und verbessert bestehende Produkte und Prozesse. Mit jährlichen Investitionen von rund 2 Milliarden Euro in F&E im Jahr 2024 ist BASF führend in der Chemieindustrie. Rund 80 % der klassifizierbaren F&E-Aktivitäten unterstützen dabei die Nachhaltigkeitsziele von BASF. „Das zeigt unser starkes Engagement für die grüne Transformation“, so Kothrade. Und die Investitionen in F&E zahlen sich aus: Über 15 % des Umsatzes stammen aus innovativen Produkten – rund 11 Mrd. EUR im Jahr 2024 –, die in den vergangenen fünf Jahren aus F&E-Aktivitäten hervorgegangen sind. „Die wichtigsten Erfolgsfaktoren sind das Know-how und das Engagement unserer rund 10.000 F&E-Mitarbeitenden weltweit“, sagte Kothrade. Im Jahr 2024 führten ihre Arbeit und ihre Expertise zu über 1.000 neuen Patenten, davon etwa 45 % mit Fokus auf Nachhaltigkeit und 23 % auf Digitalisierung und künstliche Intelligenz (KI).
Christoph Wegner, President Group Research und bis Mitte des Jahres President, Global Digital Services, hob die Bedeutung der Digitalisierung in Forschung und Entwicklung bei BASF hervor: „Digitale Lösungen und Künstliche Intelligenz sind heute unverzichtbar bei unserer Arbeit.“ So ermöglicht die BASF-weite Wissensmanagement-Plattform QKnows der globalen F&E-Gemeinschaft die Suche nach wissenschaftlicher Literatur, Patenten und internen Berichten an einem Ort. Dank KI-Funktionen lassen sich relevante Informationen in den über 400 Mio. Dokumenten schneller finden und helfen so Forscherinnen und Forschern, komplexe wissenschaftliche Themen zu erschließen und wertvolle Erkenntnisse für ihre tägliche Arbeit zu gewinnen. „Ein derart leistungsfähiges System dürfte kaum anderswo zu finden sein. Das verschafft uns einen klaren Wettbewerbsvorteil“, betonte Wegner.
Ein weiteres Beispiel für die Digitalisierung in Forschung und Entwicklung bei BASF ist der erste KI-Reaktor des Unternehmens. Eine typische und anspruchsvolle Aufgabe für einen Chemiker ist es, die Ausbeute einer Reaktion zu maximieren. Bisher ist es üblich, verschiedene Reaktionsparameter nacheinander zu variieren – ein zeitaufwendiger Prozess. Der KI-Reaktor beschleunigt nun diesen komplexen Vorgang erheblich: Er plant, führt chemische Experimente durch und analysiert sie. Dabei lernt er dazu, löst selbstständig den nächsten Reaktionszyklus aus und erhöht die Ausbeute der Reaktion. „Unsere ersten Versuche zeigen, dass wir 20-mal schneller sind als bei manueller Durchführung“, so Wegner. BASF möchte dieses System daher ausweiten, um alle für das Unternehmen relevanten Chemiebereiche abzudecken.
Das dritte Beispiel für den Einsatz von KI in Forschung und Entwicklung stammt aus dem Unternehmensbereich Agricultural Solutions. Die Bewertung des Risikos, ob Pflanzenschutzmittel ins Grundwasser gelangen können, ist ein entscheidender Schritt bei deren Zulassung. Dieser Prozess ist komplex, zeitaufwendig und erfordert ein tiefes regulatorisches Fachwissen. Aktuelle regulatorische Modelle sind wenig geeignet, sie an einer Vielzahl von Kandidaten in frühen Phasen der Forschung anzuwenden. Hier hat BASF ein KI-Tool entwickelt, das das Risiko, ins Grundwasser zu gelangen, für alle Verbindungen bereits in einer frühen Forschungsphase vorhersagt. Für die Entwicklung des zugrunde liegenden Modells hat BASF rund eine Million Simulationen mit ihrem Supercomputer Quriosity durchgeführt. „Künstliche Intelligenz hilft uns, unsere Ressourcen für die sichersten Verbindungen mit den höchsten Erfolgschancen zu verwenden“, fasst Wegner die Vorteile zusammen.
Auf dem Research Press Briefing präsentierten BASF-Experten konkrete Innovationen, die zeigen, wie der Fokus auf grüne Transformation, nachhaltige Landwirtschaft und Wettbewerbsfähigkeit in der Praxis aussieht.
Kreislaufwirtschaft zum Anziehen
In der Bekleidungsindustrie fallen jährlich weltweit mehr als 120 Mio. t Textilabfälle an, davon werden weniger als ein % wiederverwertet. Darüber berichtete Dag Wiebelhaus, Leiter Produktinnovation im Unternehmensbereich Monomers der BASF und Leiter des Projekts Loopamid. Mit Loopamid haben Forscher von BASF ein innovatives Verfahren entwickelt, das das zirkuläre Textil-zu-Textil-Recycling von Polyamid 6, auch Nylon 6 genannt, ermöglicht. Darüber berichtete Dag Wiebelhaus, Leiter Produktinnovation im Unternehmensbereich Monomers der BASF und Leiter des Projekts Loopamid. Aus Textilabfällen können dadurch wieder Polyamidfasern gewonnen werden, die genauso hochwertig sind wie herkömmliches Polyamid 6 und bis zu 70 % weniger CO₂ verursachen. Die Bekleidungsindustrie nutzt Polyamid 6, um beispielsweise Sport-, Outdoor- oder Schwimmbekleidung zu produzieren.
Der innovative Recyclingprozess, in dem auch Materialmischungen wie etwa Gewebe mit Elastan und Farbstoffen verarbeitet werden können, umfasst mehrere Schritte: Zunächst werden polyamidhaltige Textilien unter anderem aus Altkleidercontainern oder Retouren im Einzelhandel sowie aus Produktionsabfällen aus der Textilherstellung gesammelt und von anderen Materialien getrennt. Anschließend werden die Textilien geschreddert und zerkleinert, wobei Knöpfe, Reißverschlüsse und Verzierungen vorab entfernt werden. Das Material wird dann in einem chemischen Prozess depolymerisiert. Das bedeutet, dass die langen chemischen Ketten des Polyamidpolymers in einzelne molekulare Bausteine, sogenannte Monomere, zerlegt werden. Die Monomere werden in einem mehrstufigen Prozess gereinigt, wobei unerwünschte Substanzen wie Farbstoffe und Additive entfernt werden. Schließlich werden die gereinigten Caprolactam-Monomere wieder zu neuem Polyamid polymerisiert, also verknüpft. Anfang 2025 hat BASF am Standort Caojing, Schanghai/China, die erste kommerzielle Loopamid-Produktionsanlage in Betrieb genommen.
3D-Druck bei der Katalysatorfertigung
Katalysatoren sind aus der chemischen Produktion nicht mehr wegzudenken: Über 85 % aller chemischen Produkte kommen während ihrer Herstellung mindestens einmal mit Katalysatoren in Kontakt. Diese ermöglichen effizientere Reaktionen, senken den Energie- und Rohstoffverbrauch und tragen maßgeblich zur Reduzierung von Abfällen bei. Traditionell werden Katalysatoren durch Extrusion oder Tablettierung hergestellt – Verfahren, die sich seit über 70 Jahren bewährt haben. Sie sorgen dafür, dass Katalysatoren in Form gebracht werden und haben die Effizienz chemischer Prozesse erheblich gesteigert.
Doch mit steigenden Anforderungen an die Leistungsfähigkeit und Komplexität stoßen diese klassischen Methoden an ihre Grenzen. Insbesondere wenn es um die Entwicklung von Katalysatoren mit dreidimensionalen, optimierten Strukturen und verbesserten Strömungseigenschaften geht, reichen Extrusion und Tablettierung nicht mehr aus.
Die BASF hat mit der X3D-Katalysatorformgebung einen Meilenstein in der Katalysatorherstellung gesetzt. Das innovative Verfahren basiert auf modernem 3D-Druck und erlaubt die Produktion von Katalysatoren mit maßgeschneiderten geometrischen Formen, die eine optimierte Leistung und Effizienz ermöglichen. Dank der offenen Struktur und vergrößerten Oberfläche der 3D-gedruckten Katalysatoren wird der Druckabfall im Reaktor deutlich reduziert – ein entscheidender Vorteil für die industrielle Anwendung. Dies führt nicht nur zu einer verbesserten Katalysatorleistung, sondern auch zu einem geringeren Energieverbrauch, weniger CO2-Emissionen und einer besseren Produktqualität.
Die Entwicklung der X3D-Technologie durch die BASF-Forscher umfasst auch die Skalierung des Produktionsprozesses. So konnte der Durchsatz so weit erhöht werden, dass die industrielle Fertigung von 3D-gedruckten Katalysatoren nun möglich ist. Das Verfahren ist vielseitig und erlaubt die Herstellung verschiedener Katalysatoren aus Edel- und Nichtedelmetallen sowie unterschiedlichen Trägermaterialien. Die Flexibilität der Technologie ermöglicht es BASF, gezielt auf Kundenwünsche einzugehen und individuelle Lösungen zu entwickeln.
Angesichts der hohen Nachfrage nach diesen innovativen Katalysatoren investiert BASF in den Ausbau ihrer Produktionskapazitäten. Aktuell entsteht am Standort Ludwigshafen eine neue Produktionsanlage, die ab 2026 die industrielle Fertigung von 3D-gedruckten Katalysatoren in großem Maßstab sicherstellen soll.
Pflanzenforschung: Wissenschaft im Saatgut
Die Herausforderungen der Landwirtschaft nehmen weltweit zu. Klimawandel, begrenzte Anbauflächen und die Ausbreitung resistenter Unkräuter stellen Landwirte vor große Probleme. Unkräuter konkurrieren mit Nutzpflanzen um Nährstoffe, Wasser und Licht und können erhebliche Ernteverluste verursachen. Eine wirksame Kontrolle dieser Pflanzen ist unerlässlich, um die Produktivität und Qualität der Ernte zu sichern.
Insbesondere Baumwollanbau ist betroffen. Um Landwirten Unterstützung zu bieten, hat BASF zwei neuartige herbizidtolerante Pflanzeneigenschaften für Baumwollsaatgut entwickelt: Axant Flex für die USA und Seletio TP für Brasilien. Axant Flex ist die erste Eigenschaft, die gleich vier verschiedene Herbizidtoleranzen in einer Pflanze vereint. So können US-Farmer flexibel auf unterschiedliche Herbizide zurückgreifen und Unkräuter effektiv bekämpfen. Seletio TP bietet brasilianischen Landwirten ähnliche Vorteile und sorgt für eine nachhaltige Unkrautkontrolle.
Beide Technologien schützen die Baumwollpflanzen zusätzlich vor Schadinsekten und sichern so die Ernteerträge. Im Entwicklungsprozess standen spezielle Enzyme im Fokus: die 4-Hydroxyphenylpyruvat-Dioxygenasen (HPPD). Bestimmte Herbizide hemmen HPPD und stoppen dadurch wichtige Stoffwechselvorgänge in Unkräutern. BASF konnte Bakterien identifizieren, deren HPPD-Enzyme gegenüber diesen Herbiziden tolerant sind.
Die in Bakterien gefundenen HPPD-Enzyme wurden von BASF optimiert und deren Gene in das Erbgut der Baumwollpflanzen eingebracht. Ziel war es, die besten Pflanzeneigenschaften – sogenannte Traits – zu identifizieren und zu kombinieren. Dazu wurden Tausende von Pflanzen unter verschiedensten Bedingungen im Gewächshaus und in Feldversuchen getestet. Neben der Herbizidtoleranz wurden auch Insektizidresistenz, Pflanzengesundheit, Faserqualität und Ertrag bewertet. Das Ergebnis ist ein Saatgut, das den komplexen Anforderungen moderner Landwirtschaft gerecht wird und Landwirten weltweit erlaubt, Erträge nachhaltig zu sichern.
Diese biotechnologischen Fortschritte zeigen, wie Forschung und Innovation dazu beitragen, die Landwirtschaft widerstandsfähiger und nachhaltiger zu gestalten. Sie sind ein Beispiel dafür, wie Unternehmen wie BASF durch gezielte Entwicklungen in der Pflanzenforschung konkrete Lösungen für globale Probleme liefern.
Wettbewerbsfähiger Wasserstoff der Zukunft
In der chemischen Industrie spielt Wasserstoff eine zentrale Rolle. Er ist ein unersetzlicher Rohstoff für wichtige Basischemikalien wie Ammoniak und Methanol. Der weltweite Bedarf von BASF an Wasserstoff liegt derzeit bei rund einer Million Tonnen pro Jahr. Davon werden allein am Standort Ludwigshafen circa 200.000 t produziert oder fallen als Nebenprodukte in der Produktion an. Neben seiner Verwendung als Rohstoff gilt Wasserstoff auch als zentraler Energieträger der Zukunft.
Bisher stellt das Unternehmen Wasserstoff hauptsächlich durch Dampfreformierung her, wobei Erdgas mithilfe von Dampf in Wasserstoff und CO2 gespalten wird. Um Wasserstoff kosteneffizient und mit einem deutlich geringeren CO2-Fußbadruck herzustellen, arbeitet BASF mit der Methanpyrolyse an einer neuen Technologie. Gemeinsam mit Kooperationspartnern hat BASF in mehreren vom Bundesministerium für Forschung, Technologie und Raumfahrt (BMFTR) geförderten Projekten die Technologie der Methanpyrolyse entwickelt. Das Prinzip der Methanpyrolyse ist folgendes: Methan (CH4), der Hauptbestandteil von Erd- oder Biogas, wird bei hohen Temperaturen direkt in seine Bestandteile Kohlenstoff (C) und Wasserstoff (H2) aufgespalten. Im Vergleich zur Wasserelektrolyse benötigt die Methanpyrolyse nur knapp ein Fünftel der elektrischen Energie. Wird Strom aus erneuerbaren Quellen eingesetzt, läuft die chemische Reaktion ohne CO2-Emissionen ab. Diese Technologie möchten BASF und ExxonMobil weiter vorantreiben und haben eine entsprechende Entwicklungsvereinbarung unterzeichnet. Ziel der Vereinbarung ist es, die Methanpyrolyse zu einem kommerziellen Verfahren weiterzuentwickeln, mit dem emissionsfreier Wasserstoff zu wettbewerbsfähigen Konditionen hergestellt werden kann.
Neben Wasserstoff entsteht bei der Methanpyrolyse fester, reiner Kohlenstoff – ein wertvoller Rohstoff, der in der Natur so nicht vorkommt. Dieser Kohlenstoff kann etwa für die Herstellung von Aluminium und Stahl, Elektroden oder Lithium-Ionen-Batterien eingesetzt werden. BASF und ExxonMobil arbeiten derzeit gemeinsam mit ihren Kunden daran, den Kohlenstoff so zu optimieren, dass dieser maßgeschneidert in den jeweiligen Produktionsprozessen bei den Kunden genutzt werden kann.
Seit 2021 betreibt BASF eine Testanlage zur Methanpyrolyse am Standort Ludwigshafen. Das Besondere an dieser Anlage ist der innovative Reaktor. Darin kommt zum ersten Mal eine spezielle Technologie zum Einsatz, bei der Methan besonders effizient gespalten wird. Daher sind der Wirkungsgrad und die Prozesseffizienz sehr hoch, und das Verfahren von BASF ist dadurch anderen Methanpyrolyse-Technologien überlegen. Um die Technologie weiter zu skalieren und als wettbewerbsfähige Alternative für die Wasserstoffherstellung anzubieten, planen BASF und ExxonMobil gemeinsam den Bau und Betrieb einer Demonstrationsanlage. Diese kann jährlich bis zu 2.000 t emissionsarmen Wasserstoff und 6.000 t festen Kohlenstoff produzieren.
