Nachhaltigkeitsbericht 2019/2020

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Creating tomorrow’s solutions

Forschung und Entwicklung

Mit seiner Forschung und Entwicklung (F&E) verfolgt WACKER drei Ziele:

  • Wir suchen nach Lösungen für die Bedürfnisse unserer Kunden, um einen Beitrag zu deren Markterfolg zu leisten.
  • Wir optimieren unsere Verfahren und Prozesse, um in der Technologie führend zu sein und nachhaltig zu wirtschaften.
  • Wir konzentrieren uns darauf, innovative Produkte und Anwendungen für neue Märkte zu schaffen sowie Zukunftsfelder zu bedienen wie Energiespeicherung, Erzeugung regenerativer Energie, Elektromobilität, modernes Bauen und Biotechnologie.

Forschungs- und Entwicklungsarbeit auf zwei Ebenen

WACKER forscht und entwickelt auf zwei Ebenen: im Zentralbereich F&E sowie dezentral in den Geschäftsbereichen, die anwendungsnah forschen und entwickeln. Der Zentralbereich F&E koordiniert diese Arbeiten unternehmensweit und bindet andere Bereiche ein. Im Projekt System Innovation (PSI) steuern wir unsere Produkt- und Prozessinnovationen konzernweit, indem wir Kundennutzen, Umsatzpotenzial, Profitabilität und Technologieposition systematisch bewerten.

Ein Großteil unserer F&E-Kosten entfällt darauf, Produkte und Produktionsverfahren zu entwickeln. Mit unserer Initiative „New Solutions“ bündeln wir unsere Kompetenzen konzernweit und setzen sie bereichsübergreifend bedarfsgerecht ein.

Struktur der F&E-Aufwendungen 2020

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Struktur der F&E-Aufwendungen 2020 (Kreisdiagramm)

Zusammenarbeit mit Kunden und Forschungseinrichtungen

Wir kooperieren mit Kunden, wissenschaftlichen Instituten und Universitäten, um schneller und effizienter Forschungserfolge zu erzielen. Die Themen unserer Kooperationen sind unter anderem Stromspeicherung, Bauanwendungen sowie Prozesssimulation und -entwicklung.

Die Wacker Chemie AG gründete im Jahr 2006 gemeinsam mit der Technischen Universität München (TUM) das am Forschungscampus Garching beheimatete WACKER-Institut für Siliciumchemie, das wir seither fördern. Ein Schwerpunkt unserer Zusammenarbeit ist die Chemie des niedervalenten Siliciums und Germaniums zum industriellen Einsatz, beispielsweise in der Katalyse und Synthese.

Mit der WACKER ACADEMY bieten wir eine Plattform zum branchenspezifischen Wissensaustausch zwischen Kunden, Vertriebspartnern und WACKER-Experten. Im Fokus stehen industriespezifische Trainings zu Anwendungen unserer Geschäftsbereiche WACKER BIOSOLUTIONS, WACKER SILICONES und WACKER POLYMERS, beispielsweise für die Kosmetik-, Bau- und Farbenbranche. Die Nähe zu den Entwicklungs- und Testlabors fördert den Austausch und ermöglicht den Teilnehmern Praxistests vor Ort. Wir arbeiten mit der firmeneigenen Anwendungstechnik und Forschungsabteilung, aber auch mit Universitäten und Instituten zusammen, um unser Seminarangebot auf dem aktuellen Stand der Wissenschaft zu halten.

Einige unserer Forschungsprojekte werden durch Zuwendungen von öffentlicher Hand gefördert. Der Schwerpunkt dieser Projekte lag im Berichtszeitraum auf Prozessthemen, Elektromobilität und Leichtbau. Beispiele:

  • Im Kopernikus-Projekt P2X untersuchen wir Technologien, die Strom aus erneuerbaren Quellen in andere Energieformen umwandeln, zum Beispiel in chemische Rohstoffe, Kunst-​ und Kraftstoffe, Gase und Wärme.
  • Beim Projekt SiSal Pilot (hier im Video) forschen wir an nachhaltigen Alternativen der Siliziumherstellung, um den CO2-Fußabdruck des Prozesses zu senken und damit einen Beitrag zur Kreislaufwirtschaft zu leisten.
  • Mit dem Projekt BioBall-SynBioTech entwickeln wir biotechnologische und chemische Verfahren, um biogenes CO2 in Methanol umzuwandeln. Dieses kann durch Fermentation zu Biomasse umgesetzt und dann als Tierfutter oder zur Weiterverarbeitung in Chemikalien genutzt werden.

Mitarbeiter in der Forschung und Entwicklung

In der F&E waren im Jahr 2020 konzernweit 752 Mitarbeiter beschäftigt (2019: 766). Dies entspricht 5,3 Prozent der Mitarbeiter (2019: 5,2 Prozent). Davon arbeiteten 590 Mitarbeiter bei der F&E in Deutschland und 162 im Ausland.

Alexander Wacker Innovationspreis

Den Einsatz unserer Mitarbeiter honorieren wir auch mit Auszeichnungen. Den mit 10.000 € dotierten Alexander Wacker Innovationspreis verleihen wir seit dem Jahr 2006 im Rahmen der WACKER Innovation Days, eines jährlichen Forschungssymposiums; im Jahr 2020 wurde der Preis im Rahmen einer Online-Veranstaltung vergeben. SeungA Lee und JungEun Lee vom Center of Excellence Electronics, einer Forschungseinrichtung des WACKER-Konzerns in Seoul, Südkorea, hatten Siliconharze für Optical-Bonding-Anwendungen entwickelt. Damit ermöglichen sie maßgeschneiderte Lösungen für den stark wachsenden Markt hochwertiger, entspiegelter Displayanwendungen. Beim Optical Bonding verbinden Silicongele das dünne Deckglas mit den Schichten darunterliegender Elektronik. Die Entspiegelung wird bewirkt, indem der Spalt mit einem Gel ausgefüllt und dabei Luft verdrängt wird.

In der Preiskategorie Lifetime Achievement würdigte WACKER im Jahr 2020 erstmals herausragende Entwicklungsleistungen während eines Berufslebens. Die Auszeichnung ging an einen indischen Forscher: Amit Paul von Wacker Metroark Chemicals in Kalkutta ist es gelungen, durch wasserfreie Silan-Oligomer/Tensid-Mischungen hydrophobem Zement sowie Beton- und Mörtelmassen wasserabweisende Eigenschaften zu verleihen. Zudem entwickelte er eine Siliconölemulsion mit niedriger Partikelgröße, die in Haarpflegeprodukten und Hochleistungsadditiven für Kosmetik, Lackformulierungen und den Pflanzenschutz zum Einsatz kommt.

Im Jahr 2019 wurden Rachela Mohr und Dr. Helmut Reuscher für die Entwicklung von CAVACURMIN® ausgezeichnet. Das Nahrungsergänzungsmittel enthält Curcumin, ein Pflanzenextrakt aus der Gelbwurz mit entzündungshemmenden und antibakteriellen Eigenschaften. Weil es nicht wasserlöslich ist, wird Curcumin im menschlichen Blutkreislauf nur schlecht aufgenommen. Eingeschlossen in die ringförmigen Zuckermoleküle von Cyclodextrinen kann es deutlich leichter vom Körper verwertet werden.

Projekte des Zentralbereichs Forschung und Entwicklung

Im Fokus unserer zentralen Forschung liegen Projekte, die nachhaltiges Wirtschaften voranbringen, wie etwa Kreislaufwirtschaft und nachwachsende Rohstoffe.

Wir forschen am Einsatz nachhaltiger Verfahren, um den CO2-Fußabdruck unserer Produkte und Produktionsverfahren kontinuierlich zu verringern. Für unsere Siliconprodukte und Vinylacetat-Ethylen (VAE) arbeiten wir an der Entwicklung von Polymerbausteinen, die aus CO2 hergestellt und gleichzeitig biologisch abbaubar sind. Dabei kooperiert die zentrale Forschung intensiv mit den Geschäftsbereichen WACKER SILICONES und WACKER POLYMERS.

Die zur Vernetzung von Siliconen benötigten Katalysatoren enthalten Edelmetalle wie Platin, was die Herstellung teuer macht. Zudem verbleiben die Edelmetalle im Silicon. Forschern des WACKER-Instituts für Siliciumchemie und des WACKER-Konzerns gelang es im Berichtszeitraum, Siliconkautschuke ohne edelmetallhaltige Katalysatoren zu vulkanisieren. Statt der sonst üblichen Vernetzer verwendeten sie Siliconbausteine, die Siliraneinheiten enthalten. Die auf diese Weise hergestellten Siliconelastomere zeichnen sich durch sehr hohe Reinheit aus. Sie enthalten weder flüchtige Substanzen noch Spuren von Edelmetallen.

Internationale Partner testen, für welche Anwendungen sich unsere hochinnovativen, auf Silicium basierenden Anodenmaterialien eignen, beispielsweise für Unterhaltungselektronik oder Antriebsbatterien in Elektrofahrzeugen. Gemeinsam mit Forschern unserer britischen Beteiligung Nexeon Ltd. intensivieren wir unsere Arbeiten an siliciumbasierten Materialien für Hochleistungsbatterien.

Einen weiteren Fokus legt unsere Forschung auf biotechnologische Verfahren und Produkte. Mit ESETEC®-Stämmen der dritten Generation können wir erstmals gezielt auslösen, dass korrekt gefaltete Pharmaproteine aus einer Bakterienzelle freigesetzt werden. Ein solches Verfahren entwickeln wir zur Produktion von Nukleinsäuren als wichtige Klasse der Biopharmazeutika.

Wir nutzen unsere biotechnologischen Produktionsplattformen, um neue Herstellungsverfahren für funktionelle Zusätze zu erarbeiten, die wir auf dem stark wachsenden Markt alternativer, nicht tierischer Nahrungsmittel-Proteine anbieten. Unsere moderne Systembiologie ermöglicht, die Aminosäure L-Cystein kostengünstig und nachhaltig herzustellen. Auf dieser Basis erarbeiten wir mit Partnern fermentative Produktionsverfahren für schwefelhaltige Naturstoffe, die als Nahrungsmittel und Nahrungszusatzstoffe eingesetzt werden.

Forschungsprojekte unserer Geschäftsbereiche

WACKER SILICONES setzt auf Energieeffizienz

Nachhaltigkeit im Allgemeinen und Bioabbaubarkeit im Besonderen gewinnen weiter an Bedeutung. Unsere Forscher in Burghausen arbeiten an Siliconsystemen mit Materialien oder organischen Bausteinen, die biologisch abbaubar sind.

Im Kompetenzzentrum Shanghai forscht WACKER SILICONES an Wärmeleitmaterialien, insbesondere für die Elektronikindustrie. Ein Schwerpunkt des Kompetenzzentrums Burghausen lag im Berichtsjahr auf Faserverbundstoffen für temperaturstabile, feuerfeste Leichtbauelemente, die aus Kohle- oder Glasfasern und Siliconharzen bestehen.

Wir forschen weiter an UV-aktivierbaren Siliconen, deren Einsatz im Vergleich zur thermischen Härtung Energie spart. Am Forschungsstandort Ann Arbor/Michigan, USA, arbeiten wir an Siliconsystemen zum gezielten Freisetzen von Wirkstoffen in der Wundversorgung.

Unsere Forschungsaktivitäten digitalisieren wir durch Molekülsimulation und Big-Data-Analysen. In interdisziplinären HIT-Teams (High Innovation ImpacT) prüfen wir mit Innovationsmethoden wie Design Thinking, ob unsere Entwicklungsprojekte umsetzbar und marktfähig sind. Dabei haben die HIT-Teams im Berichtsjahr einen Schwerpunkt auf die Themen Hygiene und Pandemie gesetzt.

WACKER POLYMERS: emissionsarme Produkte und nachwachsende Rohstoffe im Fokus

Auf nachhaltige, funktionelle polymere Bindemittel für die Baubranche und Konsumgüter legt WACKER POLYMERS nach wie vor seine Forschungsschwerpunkte. Wir verbessern fortlaufend Produkte, die frei von flüchtigen organischen Verbindungen (VOC) sind und den Einsatz nachhaltiger Formulierungskomponenten in den verschiedensten Materialien ermöglichen.

Im Fokus stehen bei WACKER POLYMERS weiterhin nachwachsende Rohstoffe sowie polymere funktionelle Additive zur Produktion bioabbaubarer Materialien. Im Berichtszeitraum haben wir funktionalisierte Polymerdispersionen, polymere Dispersionspulver und polymere Harze auf den Markt gebracht, mit denen unsere Kunden veredelte Dispersionsfarben und leistungsfähige Kompositmaterialien herstellen. Wir haben nachhaltige Bindemittel für Klebstoffe sowie für zementäre Baustoffe eingeführt.

Das Karlsruher Institut für Technologie (KIT) unterstützen wir beim Aufbau einer Innovationsplattform für nachhaltiges Bauen. Das Angebot unseres gemeinsamen Förderprojekts „ChangeLab! WACKER/KIT Innovation Platform for Pioneering Sustainable Construction“ richten wir an Studenten des KIT sowie an Architekten, Ingenieure und Bauexperten. Wir wollen die Stufen der Bauwertschöpfungskette stärker mit der Forschung vernetzen, indem wir den Austausch über Ideen und Denkansätze für Materialentwicklung sowie kreislaufgerechte Konstruktionen fördern.

WACKER BIOSOLUTIONS: stark in Biotechnologie und Mikrobiologie

Die Forschung von WACKER BIOSOLUTIONS stärkt weiter ihre technologischen Kernkompetenzen Biotechnologie und Mikrobiologie. Unsere fermentativen Prozesse zur Herstellung von hochwertigen, biobasierten und natürlichen Inhaltsstoffen für Lebensmittel und Nahrungsergänzungsmittel erneuern und verbessern wir kontinuierlich.

Wir ermöglichen unseren Pharmakunden die Produktion schwierig zugänglicher aktiver Proteine mit der mikrobiellen Produktionsplattform ESETEC®, die wir kontinuierlich weiterentwickeln. Im Berichtszeitraum haben wir Herstellprozesse für Lebendbakterien optimiert, die unsere Kunden als pharmazeutisch aktive Wirkstoffe verwenden. Für unsere vielfältig einsetzbaren Cyclodextrine entwickeln wir Anwendungen in der Lebensmittelbranche, Landwirtschaft und Pharmazie weiter.

WACKER POLYSILICON: enorme Fortschritte bei Wirkungsgraden von Solarzellen

Die technologische Entwicklung der Solarmodule macht über alle Schritte der Wertschöpfungskette enorme Fortschritte, was sich in kontinuierlich steigenden Zellwirkungsgraden widerspiegelt. Höchste Zellwirkungsgrade können nur mit höchstreinem Polysilicium erzielt werden, wie WACKER POLYSILICON es produziert. Referenzstudien wie die International Technology Roadmap for Photovoltaics (ITRPV) weisen für monokristalline Solarzellen mit PERC-Technologie (Passivated Emitter Rear Cell) Wirkungsgrade von mittlerweile über 22 Prozent aus. Der Wirkungsgrad gibt an, wie viel der eingestrahlten Energie eine Solarzelle in Strom umwandelt. Monokristalline Hochleistungszellen, zum Beispiel Heterojunction- oder Interdigitated-Back-Contact-Solarzellen, erreichen Wirkungsgrade von 23 bis 25 Prozent. Solche Hochleistungssegmente setzen die hohe Qualität des Polysiliciums von WACKER voraus.

Der Initiative Alliance for Ultra Low Carbon Solar (ULCSA) sind wir im Berichtszeitraum beigetreten. Die internationalen Mitglieder dieser in den USA gegründeten Organisation engagieren sich für den Einsatz von Photovoltaikkomponenten mit einem niedrigen CO2-Fußabdruck.

Biotechnologie
Biotechnologische Verfahren nutzen lebende Zellen oder Enzyme zur Stoffumwandlung und Stoffproduktion. Je nach Anwendung wird zwischen roter, grüner und weißer Biotechnologie unterschieden: Rote Biotechnologie: medizinisch-pharmazeutische Anwendung. Grüne Biotechnologie: landwirtschaftliche Anwendung. Weiße Biotechnologie: biotechnologisch basierte Produkte und Industrieprozesse, z.B. in der Chemie sowie der Textil- und Lebensmittelbranche.
Cyclodextrine
Cyclodextrine gehören zur Klasse zyklischer Oligosaccharide, zu Deutsch: ringförmige Zuckermoleküle. Cyclodextrine sind in der Lage, Fremdmoleküle wie Geruchsstoffe zu binden oder Wirkstoffe dosiert an die Umgebung abzugeben. Cyclodextrine werden von WACKER BIOSOLUTIONS produziert und vermarktet.
Cystein
Cystein ist eine schwefelhaltige Aminosäure und gehört zu den nichtessentiellen Aminosäuren, da es vom Körper gebildet werden kann. Cystein findet z.B. als Lebensmittelzusatzstoff oder Hustenmittel Anwendung. Cystein und seine Derivate stellen ein Geschäftsfeld des Bereichs WACKER BIOSOLUTIONS dar.
Dispersionspulver
Entsteht durch Trocknen von Dispersionen in so genannten Sprüh- oder Scheibentrocknern. VINNAPAS®-Dispersionspulver werden als Bindemittel in der Bauindustrie, z.B. für Fliesenkleber, Selbstverlaufsmassen, Reparaturmörtel etc. empfohlen. Die Pulver verbessern Adhäsion, Kohäsion, Flexibilität und Biegezugfestigkeit, Wasserrückhaltevermögen und die Verarbeitungseigenschaften.
Ethylen
Ein farbloses, schwach süßlich riechendes Gas, das unter Normalbedingungen leichter als Luft ist. Es wird als chemisches Zwischenprodukt für eine Vielzahl von Kunststoffen benötigt, wie Polyethylen und Polystyrol. Daraus entstehen Produkte z.B. für Haushalt, Landwirtschaft, Automobilbau und Baubranche.
Fermentation
Mit Fermentation bezeichnet die Biotechnologie die Umsetzung von biologischen Materialien mit Hilfe von Bakterien-, Pilz-, oder Zellkulturen oder durch Zusatz von Enzymen. So lassen sich Produkte wie Insulin, eine Vielzahl von Antibiotika und Aminosäuren (z. B. Cystein) mit Hilfe von Mikroorganismen großtechnisch in Bioreaktoren synthetisieren.
Polysilicium
Polykristallines Silicium des Bereichs WACKER POLYSILICON. Hochreines Silicium zur Herstellung von Siliciumwafern für die Elektronik und Solarindustrie. Rohsilicium wird in das flüssige Trichlorsilan überführt, aufwändig destilliert und bei 1.000 °C in hochreiner Form wieder abgeschieden.
Silicium
Nach Sauerstoff das am häufigsten vorkommende Element der Erdkruste. In der Natur kommt Silicium ausnahmslos in Form von Verbindungen vor, hauptsächlich als Siliciumdioxid und in Form von Silicaten. Silicium wird über die energieintensive Reaktion von Quarzsand mit Kohle gewonnen und ist der wichtigste Rohstoff der Elektronikindustrie.