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.
Die F & E-Quote – das Verhältnis der Forschungs- und Entwicklungsaufwendungen zum Konzernumsatz – liegt mit 2,6 Prozent (2020: 3,3 Prozent) unter dem Vorjahr.
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Mio. € |
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2021 |
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2020 |
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2019 |
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2018 |
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2017 |
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Forschungs- und Entwicklungskosten |
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164,2 |
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156,6 |
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173,3 |
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164,6 |
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153,1 |
Im Geschäftsjahr 2021 haben wir 77 Erfindungen zum Patent angemeldet (2020: 91). Im Rahmen des Programms „Zukunft gestalten“ haben wir gemeinsam mit den operativen Bereichen das Patentportfolio bereinigt. Es umfasst nun weltweit rund 3.600 aktive Patente sowie rund 1.200 laufende Patentanmeldungen. Know-how von Dritten lizenzieren wir lediglich in geringem Umfang. Bei Forschungskooperationen mit Hochschulen tragen wir dafür Sorge, dass uns die Ergebnisse in der Regel mittels Übertragung der Nutzungsrechte oder kostenlos zugänglich sind.
Wir haben in neue Labore und deren Ausstattung sowie in Pilotanlagen und Pilotreaktortechnologien investiert. Die Arbeitsprozesse unserer internationalen F & E-Kompetenzzentren haben wir weiter automatisiert und digitalisiert. Am Standort Nünchritz haben wir eine Pilotanlage mit einer neuen Technologie zur Herstellung von Siliconharzen errichtet.
Investitionen in F & E-Einrichtungen
in Mio. €
Ein Großteil der F & E-Kosten entfiel darauf, Produkte und Produktionsverfahren zu entwickeln. Die Zukunftsfelder, in denen WACKER tätig ist, sind insbesondere Energie, Elektronik, Automobil, Medizin, Consumer Care, Biotechnologie und Bauanwendungen. Besonderes Augenmerk legen wir auf effizienten Energieeinsatz, Energiespeicherung und Erzeugung regenerativer Energie.
Struktur der F & E-Aufwendungen
in %
Mit unserer Initiative „New Solutions“ entwickeln wir technisch und kommerziell überlegene Lösungen für neue Anwendungen. Wir bündeln unsere Kompetenzen konzernweit und setzen sie bereichsübergreifend bedarfsgerecht ein.
Einige unserer Forschungsprojekte werden durch Zuwendungen von öffentlicher Hand gefördert. Der Schwerpunkt dieser Projekte lag im Berichtszeitraum auf Prozessthemen, Elektromobilität, Leichtbau, stofflicher Verwendung von CO2, künstlicher Intelligenz und Biotechnologie. Einige Projektbeispiele:
- Das Bundesministerium für Wirtschaft und Energie fördert im 7. Energieforschungsprogramm das Projekt CAESAR. Hier entwickeln wir im Verbund mit Partnern Hochenergie-Lithium-Ionen-Zellen für mobile, industrielle Anwendungen. Basis sind Anoden- und Kathodenmaterialien mit hoher Kapazität entlang der gesamten Wertschöpfungskette.
- Wir arbeiten an Siliziumdioxid-Materialien, die Graphit in Anoden von Lithium-Ionen-Batterien ersetzen und deren Kapazität erhöhen. Dazu engagieren wir uns im Projekt LeMO2n („Lernende Multi-Skalen-Optimierung für SiO2-basierende Anodenmaterialien“). Zum Einsatz kommen datengetriebene Modellierung und maschinelles Lernen mit künstlicher Intelligenz sowie die Hochdurchsatz-Charakterisierung als Methode zur kombinatorischen Materialforschung. Das Bayerische Staatsministerium für Wirtschaft, Landesentwicklung und Energie fördert dieses Projekt im Rahmen des Verbundforschungsprogramms „Materialien und Werkstoffe“.
- Im Projekt BioBall-SynBioTech entwickeln wir Verfahren, um biogenes Kohlendioxid (CO2) in Methanol umzuwandeln. Durch Fermentation kann Methanol zu Biomasse umgesetzt, als Tierfutter genutzt oder in Chemikalien verarbeitet werden. Das Bundesministerium für Forschung und Entwicklung fördert das Projekt im Rahmen der „Nationalen Forschungsstrategie BioÖkonomie 2030 – Innovationsräume Bioökonomie“.
- Den Einsatz von „Augmented and Virtual Reality“ (AR/VR, erweiterte und virtuelle Realität) untersuchen wir mit Partnern im Projekt MEvoDiP „Menschzentrierte Erstellung und Evolution Digitaler Zwillinge in der Prozesstechnik“. Dabei liegt der Schwerpunkt auf der Interaktion mit digitalen Zwillingen, die beispielsweise Produkte oder Prozessschritte abbilden. Das Bayerische Staatsministeriums für Wirtschaft, Landesentwicklung und Energie fördert dieses Projekt im Rahmen des Forschungs- und Entwicklungsprogramms „Informations- und Kommunikationstechnik“.
- Zur Herstellung von grünem Wasserstoff und erneuerbarem Methanol am Standort Burghausen haben wir Anträge bei europäischen und nationalen Fördergebern eingereicht. Das Projekt RHYME Bavaria (Renewable HYdrogen and MEthanol) beinhaltet, dass WACKER eine Elektrolyseanlage mit einer Leistung von 20 Megawatt errichtet. Wasserstoff soll darin aus Wasser mit Hilfe von Strom aus erneuerbaren Quellen produziert werden. Ein weiterer Baustein des Projekts ist eine Syntheseanlage, in der Wasserstoff mit Kohlendioxid aus bestehenden Produktionsprozessen zu erneuerbarem Methanol weiterverarbeitet wird. Sowohl Wasserstoff als auch Methanol sind wichtige Grundstoffe für die chemische Industrie. Bei WACKER kommt Methanol beispielsweise in der Siliconproduktion zum Einsatz. Im Vergleich zu bestehenden Herstellungsprozessen mit fossilbasiertem Methanol ließen sich die CO2-Emissionen mit den neuen Verfahren signifikant senken. Mit RHYME Bavaria wollen wir in klimafreundliche Technologien einsteigen, um fossile Rohstoffe in unseren Prozessen zu ersetzen. Realisieren lässt sich dies nur mit öffentlicher Förderung, da erneuerbare Rohstoffe preislich noch nicht mit fossilen Produkten konkurrieren können.
- Im Forschungsvorhaben „Trans4In – Energietransformation im Chemiedreieck Bayern“ entwickeln wir als assoziierter, nicht geförderter Partner mit der Forschungsgesellschaft für Energiewirtschaft (FfE) sowie weiteren Unternehmen und Infrastrukturbetreibern des Chemiedreiecks Bayern einen Fahrplan zur Klimaneutralität. Das Bundesministerium für Bildung und Forschung fördert diese Kooperation im Rahmen des Leitprojekts TransHyDe.
Forschungs- und Entwicklungsarbeit auf zwei Ebenen
WACKER forscht und entwickelt auf zwei Ebenen: im Zentralbereich Forschung und Entwicklung (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, Technologieposition und Nachhaltigkeitsbeitrag systematisch bewerten.
Strategische 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.
Forschungsarbeit bei WACKER
In der F & E waren im Jahr 2021 konzernweit 762 Mitarbeiter beschäftigt (2020: 752). Dies entspricht 5,3 Prozent der Mitarbeiter (2020: 5,3 Prozent). Davon arbeiteten 594 Mitarbeiter bei der F & E in Deutschland und 168 im Ausland.
Alexander Wacker Innovationspreis
Den mit 10.000 € dotierten Alexander Wacker Innovationspreis verleihen wir seit dem Jahr 2006 im Rahmen der WACKER Innovation Days, eines jährlichen Forschungssymposiums, für Leistungen in der Produktinnovation, Prozessinnovation und Grundlagenforschung. Das deutsch-chinesische Gewinnerteam des Jahres 2021 hat den Prozess für Vinylacetat-Ethylen(VAE)-Polymerdispersionen hinsichtlich Produktdurchsatz und Energieeinsatz verbessert. Die Forscher optimierten die Wärmeabfuhr und erhöhten damit die Nachhaltigkeit des VAE-Produktionsprozesses deutlich.
Ausgewählte Forschungsthemen des Zentralbereichs Forschung und Entwicklung
Im Fokus unserer Zentralen Konzernforschung stehen Projekte, die nachhaltige Themen voranbringen, beispielsweise Kreislaufwirtschaft und nachwachsende Rohstoffe. Wir forschen am Einsatz nachhaltiger Verfahren, um den CO2-Fußabdruck unserer Produkte und Produktionsverfahren kontinuierlich zu verringern.
Ein Schwerpunkt unserer Aktivitäten ist die biotechnologische Forschung, bei der wir zunehmend automatisiert und digitalisiert arbeiten. Im Berichtszeitraum haben wir Mittel- und Hochdurchsatzsysteme für das Screening von Stammbibliotheken etabliert. In der Fermentation erfassen wir umfangreiche Prozessdaten, um Verfahren computergestützt zu simulieren und zu optimieren. In der Mikrobiologie setzen wir zwei Schwerpunkte: Einerseits entwickeln und verbessern wir Technologien zur Produktion von Proteinen und Nukleinsäuren (DNA, RNA) für die Pharmabranche. Zum anderen forschen wir an Produktionssystemen und technologischen Synergien für neue Inhaltsstoffe von Lebensmitteln.
Unsere Grundlagenforschung setzt weiterhin einen Schwerpunkt auf die Chemie des niedervalenten Siliciums und Germaniums zum industriellen Einsatz, beispielsweise in der Katalyse und Synthese. Dabei kooperieren wir eng mit dem WACKER-Institut für Siliciumchemie an der TUM.
Ausgewählte Forschungsprojekte aus unseren Geschäftsbereichen
Bei unseren Kunden gewinnen Nachhaltigkeit und Abbaubarkeit von Stoffen weiter an Bedeutung. Unsere Forscher in Burghausen und München arbeiten an Siliconsystemen in Kombination mit nachhaltigen Materialien und abbaubaren organischen Bausteinen. Im Kompetenzzentrum Shanghai forscht WACKER SILICONES an Füllstoffen für Wärmeleitmaterialien insbesondere für die Automobil- und Elektronikindustrie. Ein Schwerpunkt des Burghauser Kompetenzzentrums liegt auf Faserverbundstoffen für temperaturstabile, feuerfeste Leichtbauelemente aus Kohle- oder Glasfasern und Siliconharzen. Zum Einsatz in Sensoren hat WACKER SILICONES druckbare, elastische Elektrodenmaterialien entwickelt. Im Kompetenzzentrum Anyang, Südkorea, forschen wir an harzgefüllten, optisch klaren Siliconsystemen für Optical Bonding, um die Funktionalität von Bildschirmen weiter zu erhöhen. Wir arbeiten weiterhin an UV-aktivierbaren Siliconen, deren Einsatz im Vergleich zur thermischen Härtung Energie spart. Am Forschungsstandort Ann Arbor, Michigan, USA, entwickeln wir Siliconsysteme zum gezielten Freisetzen von Wirkstoffen in der Wundversorgung.
Unsere Forschungsaktivitäten digitalisieren wir durch Molekülsimulation und Big-Data-Analysen. Mit der Initiative Innovation Heroes fördern wir die Innovationskultur bei WACKER SILICONES. Die besten Ideen und Entwicklungen würdigen wir mit einer Auszeichnung und verfolgen sie in unserer Forschungsarbeit. In interdisziplinären HIT-Teams (High Innovation ImpacT) arbeiten wir mit Innovationsmethoden wie Design Thinking, um Kundenbedürfnisse zu erkennen und gezielt Lösungen zu entwickeln. Im Berichtsjahr haben die HIT-Teams Schwerpunkte auf die Themen Hygiene und Pandemie gesetzt.
WACKER POLYMERS legt einen Forschungsschwerpunkt auf nachhaltige, funktionelle polymere Bindemittel für die Baubranche und Konsumgüter. 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 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 vernetzen die Stufen der Bauwertschöpfungskette mit der Forschung, indem wir den Austausch über Ideen und Denkansätze für Materialentwicklung sowie kreislaufgerechte Konstruktionen fördern.
WACKER BIOSOLUTIONS stärkt seine biotechnologischen Kompetenzen für die Märkte Biopharma und Nahrungsmittel. Unsere Proteinproduktionsplattform ESETEC® haben wir im Berichtszeitraum weiterentwickelt und die Versorgung mit schwierig zugänglichen Pharmaproteinen über alle Entwicklungsstufen optimiert. Wir entwickeln effiziente Produktionsprozesse für Plasmid-DNA (pDNA). Das Team an unserem neuen Standort San Diego, Kalifornien, USA, ist erfahren in der Herstellung von pDNA nach den Qualitätsrichtlinien der Good Manufacturing Practice (GMP). Am Standort Amsterdam können wir für Pharmakunden mRNA-basierte Wirkstoffe gemäß GMP produzieren. Weiter optimiert haben wir unsere LIBATEC®-Technologie zur Produktion von Lebendbakterien als pharmazeutisch aktiven Wirkstoffen.
Im Bereich Nahrungsmittel entwickeln wir fermentative Verfahren zur Produktion hochwertiger, biobasierter Inhaltsstoffe für die Lebensmittelindustrie. Bei Zellkulturfleisch („Clean Meat“) sehen wir uns als Zulieferer für hochwertige Medienkomponenten und arbeiten mit Partnern an Produktionstechnologien. Für unsere vielfältig einsetzbaren Cyclodextrine entwickeln wir Anwendungen in der Lebensmittelbranche, Landwirtschaft und Pharmazie weiter.
WACKER POLYSILICON hat im Berichtsjahr das Projekt Quality LeaP (Quality Leadership in Polysilicon) initiiert, um bei weiter steigenden Reinheitsanforderungen der Kunden seine Qualitätsführerschaft auszubauen. 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, beispielsweise Heterojunction- oder Interdigitated-Back-Contact-Solarzellen, erreichen Wirkungsgrade von 23 bis 25 Prozent. Solche Hochleistungssegmente setzen die hohe Qualität des Polysiliciums von WACKER voraus. Wir sind Mitglied der Initiative Ultra Low-Carbon Solar Alliance (ULCSA), die sich für den Einsatz von Photovoltaikkomponenten mit einem niedrigen CO2-Fußabdruck engagiert.
