관심 연구 분야 – We create chemistry for a sustainable future

단면 기술로서의 화학은 미래의 과제를 해결하는 데 중요한 역할을 합니다. 왜냐하면 화학 분야의 혁신은 미래의 인류에게 영향을 미칠 원자재, 환경 및 기후, 식량과 영양, 삶의 질과 같은 문제에 해답을 제공하기 때문입니다. 이러한 분야들의 추세는 바스프의 혁신 프로세스를 주도합니다. 그들은 자극을 전달하고 우리가 추구해야할 연구 및 개발해야 할 해결책의 주제를 결정합니다. 

현재 연구 프로젝트의 예

탄소 관리: 청정 고온반응 신기술

화학반응을 수행하기 위해서는 에너지가 필요하기 때문에 화석연료는 화학산업에서 가장 큰 이산화탄소 공급원입니다. 예를 들어 바스프의 스팀크래커는 나프타를 올레핀과 향료로 분해하여 추가 처리를 하기 위해 850°C에 도달해야 합니다. 이 에너지가 현재 일반적으로 사용되는 천연가스 대신 재생 가능한 전기에서 나올 수 있다면 이산화탄소 배출량은 최대 90%까지 감소될 수 있습니다. 따라서 바스프는 향후 5년 이내에 세계 최초로 스팀크래커용 전기 가열 컨셉을 개발하는 것을 목표로 하고 있습니다. 동시에 어떤 금속 재료가 높은 전류를 견딜 수 있고 이러한 유형의 고온 반응기에 사용하기에 적합한지를 결정하기 위한 재료 시험도 진행할 예정입니다.

탄소 관리: 청정 수소를 위한 새로운 공정

수소 생산 또한 상당한 양의 이산화탄소를 배출합니다. 화학 산업은 반응제로 많은 양의 수소를 사용합니다. 예를 들어 바스프에서는 암모니아 합성에 사용됩니다. 수소는 미래의 많은 지속가능 에너지 운반과 저장분야에도 필수적입니다. 따라서, 바스프는 협력 파트너들과 함께 천연 가스로 수소를 생산하는 새로운 공정 기술을 개발하고 있습니다. 이 기술은 천연 가스를 수소와 탄소의 성분으로 직접 분리합니다. 그 결과 발생하는 고체 탄소는 예를 들어 강철 또는 알루미늄 생산에 사용될 수 있습니다. 이 메탄 열분해 공정은 비교적 적은 에너지를 필요로 합니다. 이 에너지가 재생 가능한 에너지에서 나온다면, 수소는 이산화탄소 배출 없이 산업 규모로 생산될 수 있습니다.

탄소 관리: 깨끗한 올레핀을 위한 새로운 촉매

대량 생산되는 중앙 중간체로서 올레핀은 바스프가 새로운 저배출 공정을 개발할 때 특히 중요한 분야입니다. 스팀 크래커의 현재 생산 방법에 따른 상당한 이산화탄소 배출량도 메탄의 "건식 개질(dry reforming)"을 통해 상당히 감소될 수 있습니다. 이공정은 디메틸 에테르 중간 단계를 통해 올레핀으로 변환되는 합성가스를 생성합니다. 바스프 연구원들은 이제 새로운 고성능 촉매 시스템 덕분에 처음으로 이것을 할 수 있는 방법을 찾을 수 있게 되었습니다. 이러한 신세대 촉매제는 린드(Linde)와 협력하여 시판되고 있습니다. 이 혁신적인 공정은 원료 및 재생 가능 전력의 공급 가능 여부에 따라 스팀 크래커의 잠재적 전기 가열을 보완하거나 대체할 수 있습니다.

탄소 관리 : CO₂ 사용을위한 새로운 화학

바스프는 또한 화학 원료로 이산화탄소를 사용하는 새로운 접근법을 제시합니다 : 에틸렌과 이산화탄소로부터 아크릴산나트륨 생산입니다. 아크릴산나트륨은 기저귀 등 위생 제품에 널리 사용되는 초 흡수제의 중요한 시재료입니다. 몇 년 전, 하이델베르그 대학(University of Heidelberg)의 바스프 지원 촉매 작용 리서치 연구소(CaRLa) 의 연구원들은이 반응에 대한 촉매 사이클을 성공적으로 종료 할 수있었습니다. 그 동안 바스프 전문가들은이 공정을 산업 규모로 확장하는 데 중요한 진전을 이루었으며 실험실 규모의 작은 공장에서 성공적으로 구현할 수 있음을 입증했습니다. 기존 프로필렌 기반의 초 흡수제 생산 방식에 비해 더 큰 규모의 공정이 안정적이고 에너지적으로 유리하다는 것을 입증한다면, 새로운 공정에서 이산화탄소는 석탄 연료의 약 30%를 대체할 것입니다.

가상 및 실제 실험이 서로를 보완합니다.
디지털 기술은 연구 개발에 대한 영향력이 급속히 커지고 있습니다. 대량의 데이터를 관리하는 것이 향후 과학 및 경제적 성공의 결정적인 요인가 되었습니다. 바스프의 디지털 접근 방식을 통해 가상 모델링과 컴퓨터 시뮬레이션은 연구소의 물리적 실험과 연계되어 서로 보완됩니다. 시뮬레이션은 실험의 설계를 돕고 예측을 용이하게 하는 반면, 실험은 측정 가능한 결과를 제공하고 컴퓨터 모델을 평가합니다. 이를 통해 화학 제품 및 공정을 더 잘 이해할 수 있으므로 더 짧은 시간 내에 더 큰 혁신을 달성할 수 있습니다. 핵심 요소는 루드 위그 스 하펜 (Laudwigshafen)에서 2017년 10월에 가동 된 새로운 수퍼 컴퓨터입니다. 1.75 페타 플롭 (petaflops)으로 바스프가 현재 과학 컴퓨팅 분야에 전념하고있는 컴퓨팅 성능의 약 10 배를 제공합니다. 세계 500 대 컴퓨팅 시스템의 순위에서 바스프 슈퍼 컴퓨터는 2017년 6월 목록의 65번째였습니다.

디지털 기술은 일상적인 R&D 운영에 없어서는 안 될 필수요소입니다.

디지털화는 연구원들이 창의적인 아이디어를 구현하고 전세계 다른 사람들과 집중적으로 협업할 수 있는 추가적인 기회를 제공합니다. 바스프 전문가들의 견해로는 디지털 기술을 R&D 부서의 일상 업무에 직접 통합하는 것이 필수적입니다. 효율적인 문제 해결을 위해 지식 기반 시스템에 직접 액세스해야하며 새로운 지평을 열어줍니다. 예를 들어 클라우드 기반 애플리케이션 플랫폼은 모든 연구자들이 지식 네트워크를 쉽게 확장 할 수 있도록 지원합니다.

최근 몇 달 동안 바스프 연구원들의 성공적인 프로젝트는 이미 디지털화가 연구에서 제공하는 엄청난 잠재력을 입증했습니다. 예를 들어, 연구원들은 처음으로 중간 생성물인 에틸렌 옥사이드의 생산에 사용 된 촉매에 대한 데이터를 체계적으로 조사 할 수있었습니다. 이 연구는 촉매의 생성과 적용 특성 사이의 상관 관계를 발견하여 성능과 수명을보다 정확하고 신속하게 예측할 수 있게 했습니다.

또 다른 예는 마이크로 캡슐화의 컴퓨터 시뮬레이션입니다. 이것은 수분과 산소 같은 활성 성분을 보호하는 데 사용됩니다. 시뮬레이션을 통해 마이크로 캡슐 내의 복잡한 화학적 물리적 상호 작용을 보다 잘 이해하고 예측할 수 있으므로 실험실 테스트 시리즈를 더 정확하게 계획 할 수 있습니다.

농업모델은 농부들을 지원합니다.

바스프는 또한 내부 및 외부 협력에 의존하는 농업의 디지털 전환에서 중요한 역할을 하고 있습니다. 온라인 애플리케이션인 Maglis^®는 농부들이 이용 가능한 정보를 보다 효율적으로 사용하고 그들의 밭 경작과 관련하여 더 나은 결정을 내릴 수 있도록 도와줍니다. 바스프가 5월 말에 인수한 ZedX는 날씨, 식물 성장, 질병, 잡초, 해충 등에 대한 농업 모델 개발을 전문으로 합니다. 바스프와 ZedX는 이미 날씨와 환경 조건에 따라 바스프 제초제의 올바른 적용 환경을 식별하는 모델을 공동으로 개발했습니다. 

바이오화학 산업:동물 영양을 위한 내열성 효소

연구 플랫폼 인 Bioscience Research의 바스프 연구원들은 동물 영양을 위해 향상된 피타아제 (Natuphos^®E)를 개발했습니다. 피타아제 (Phytase)는 동물이 식물에 포함된 인산염을 더 잘 소화하도록 돕는 효소입니다. 그러나 많은 효소들은 열에 민감하고 동물 사료 제조에 사용되는 펠렛팅 공정의 높은 온도에서 파괴되어 효소를 비효율적으로 만듭니다. 효과적이고 내열성을 가진 피타아제를 개발하기 위해 바스프 연구원들은 박테리아에 존재하는 수많은 다른 피타아제를 조사했고, 생명공학적인 방법을 사용하여 이들로부터 가능한 최고의 혼합물을 개발했습니다. 그 후, 이것은 더욱 개선되었고 효소의 발효(biotechnological production)를 위해 Aspergillus niger 균에 근거한 적절한 생산 변종이 개발되었습니다. 새로운 피타아제는 이미 아시아, 남아메리카 및 미국의 일부 국가에서 출시되었으며 현재 다른 국가에서는 승인 단계에 있습니다.

촉매 : 배기 가스 정화 및 정제 용 부가가치

연구 플랫폼 Process Research & Chemical Engineering은 배기 가스의 질소 산화물을 제거하는 데 특히 효율적이기 때문에 디젤 엔진 용 배기 가스 제어 촉매에서 중요한 역할을하는 바스프의 구리 chabazite와 같은 특수 제올라이트 연구에 힘쓰고 있습니다. 자동차용 현대 촉매 시스템에 대한 수요는 점점 더 엄격 해지는 배출 규제로 인해 꾸준히 증가하고 있습니다. 이러한 수요를 충족시키기 위해 바스프 연구원들은 차세대 특수 제올라이트 개발에 지속적으로 노력하고 있습니다. 정교한 원료 및 공정을 사용하여 더욱 일괄된 입자를 만들기 위해 기공의 크기를 조정할 수 있습니다. 또한 바스프는 정유사가 휘발유, 디젤 및 원유로부터의 다른 연료와 같은 소중한 제품의 생산량을 증가시킬 수있게하는 붕소 기반 촉매 기술 (BoroCatTM)도 개발했습니다. 원유에 함유 된 니켈은 석유 코크스 및 수소와 같은 바람직하지 않은 부산물의 생성을 현저하게 증가시키기 때문에 추가 가공에 어려움을 줍니다. 최적화 된 기공 구조를 포함하는 새로운 BoroCat Fluid Catalytic Cracking (FCC) 촉매는 가공시 니켈을 가로 채기 때문에 원하지 않는 화학 반응을 방지합니다.

플라스틱: 성공적으로 소음과 진동 최소화

연구 플랫폼 Advanced Materials & Systems Research는 "Noise, Vibration and Harshness"라는 주제에 주목했습니다. 바스프 전문가들은 소재 및 부품 설계를 통해 원치 않는 소음 및 진동을 최소화 할 수있는 가능성을 조사하고 있습니다. 우리의 가정 및 작업 환경이 더욱 자동화되면서 배경 소음 수준과 진동이 지속적으로 증가하기 때문에 이는 점점 더 중요해지고 있습니다. 동시에 소음도 변화하고 있습니다. 예를 들어, e-모빌리티(electromobility)에서 엔진 소음은 더 조용하지만 다른 성가신 주파수는 더욱 두드러지므로 줄여야 할 필요가 있습니다. 또 다른 예는 가전 제품입니다. 도시화가 증가됨에 따라 점점 더 많은 사람들이 좁은 공간에서 살고 있습니다. 가정들은 더 많은 전기 기구를 가지고 있을 뿐만 아니라, 그 기구들은 더 강력해지고 있습니다.  그 결과 발생하는 소음과 진동을 우리는 최소화해야합니다. 화학자, 물리학자 및 엔지니어로 구성된 학제간의 바스프 팀은 1 ~ 20,000 헤르츠에서 느낄 수있는 범위의 주파수를 최적화하는 데 사용할 수있는 다양한 고분자 솔루션을 개선하고 있습니다. 주파수 범위 및 요구 사항에 따라 팀은 컴퓨터 시뮬레이션을 통해 사용되는 재료 (폴리아미드, 폴리우레탄, 멜라민 수지 폼)의 구성 요소, 분자 및 폼 구조를 변경할 수 있습니다.