Chemie-Start-ups zeigen, wie Deutschland seine Rohstoffprobleme lösen könnte
Eine nachhaltigere Chemie ist möglich. Dies haben Start-ups Ende Juni in Leverkusen gezeigt. Sie präsentierten Ideen für einen nachhaltigeren Einsatz von Energie und Rohstoffen, die Rückgewinnung wertvoller Metalle oder wie Künstliche Intelligenz helfen kann, sich schneller für oder gegen eine neue Entwicklung zu entscheiden.
Diese jungen Menschen wollen die Welt der Chemie verändern. Es sind die Preisträgerin und die Preisträger des diesjährigen Chemstars-Wettbewerbs "From Lab to Market Challenge". V.l.n.r.: Stefan Pitsch (ReduCO2), Jan Soyka und Christian Halbig (CarbonNano.EU). Yelda Nur Demirdögen (exaere) sowie Christian Teske und Lukas Dold (ESILIB).
Foto: Lux Manor
Da sind sich zurzeit wohl alle einig: Die Chemieindustrie in Deutschland braucht frische Ideen. Das Gute ist: Es gibt sie. So präsentierte Ende Juni ein Dutzend wissenschaftsbasierter Start-ups auf dem „From Lab to Market Challenge“-Event in Leverkusen seine Ideen. Bereits seit 2022 unterstützt „chemstars„, eine Start-up-Initiative der chemischen Industrie mit Sitz in Düsseldorf, auf diese Weise Forschende, die den Schritt aus der Wissenschaft ins Unternehmertum wagen, einmal jährlich.
In diesem Jahr kooperierte chemstars mit fünf weiteren Organisationen, die Start-ups im Bereich Chemie unter die Arme greifen. Es sind chemSPACE, Forum Rathenau, greenCHEM, koala und QuinCat. Insgesamt haben sich dieses Jahr 49 Start-ups aus ganz Deutschland für das Event beworben. Die Zwölf in Leverkusen hatten sich zuvor in Vorentscheiden durchgesetzt. Dieses Dutzend präsentierte seine Lösungen für die industrielle Transformation per Defossilisierung, mehr Rohstoffsicherheit und schnellere Entscheidungsfindung mit Künstlicher Intelligenz.
Auf dem Event gab es vier Gewinner: Drei wurden von einer Fachjury und den Teilnehmenden in Leverkusen gewählt. Hinzu kam ein Preis des Medienpartners CHEManager. Mehr als 1 000 seiner Leserinnen und Leser hatten zuvor an einem öffentlichen Online-Voting teilgenommen.
Metalle retten – mit Biopolymeren
Die meisten Stimmen erhielt „exaere“, ein Start-up der Technischen Universität Hamburg (TUHH). Es entwickelt ein biotechnologisches Verfahren, um Seltene Erden und kritische Rohstoffe wie Gallium effizient und umweltfreundlich aus Abfällen zurückzugewinnen. Genauer: aus Industrieabfällen, Schlacken und Altlasten der Hütten-, Recycling- und Bergbauindustrie.
Der Clou sind Biopolymere auf Basis landwirtschaftlicher Reststoffe. Diese Polymere modifiziert exaere so, dass sie eine höhere Affinität zu spezifischen Metallen bekommen. Das Start-up nutzt sie als Adsorbentien. Sie werden als Festbettmaterial eingesetzt, durch das metallbeladene Lösungen geleitet werden.
Da die Ausgangsmaterialien biogenen Ursprungs sind und sich die Adsorbentien unter milden Bedingungen herstellen lassen, fällt ihr ökologischer Fußabdruck recht niedrig aus. Zudem hat exaere das Verfahren als Nachrüstlösung konzipiert. Es lässt sich in bestehende Prozessketten integrieren. Pilotversuche mit Industriepartnern sind 2027 geplant.
Yelda Nur Demirdöğen und Jan Dethloff haben das Start-up im April 2026 gegründet. Es ist an das Institut für Circular Resource Engineering and Management (CREM) der TUHH angegliedert. Die Hamburgische Investitions- und Förderbank (IFB) unterstützt es mit ihrem Innovationsstarter-Programm. Der Name hat eine doppelte Bedeutung: Im Lateinischen bedeutet „ex aere“ entweder „aus dem Erz“ oder „weg vom Erz“. Diese letztere Übersetzung entspricht der Vision des Gründungs-Teams: Lieferketten in der EU statt mit frisch geförderten Metallen mit Metallen aus Sekundärstoffströmen zu versorgen.
Erhöhte Speicherkapazität ‒ dank Silizium kombiniert mit Bio
Die zweitmeisten Stimmen erhielt das Team „ESILIB“ am Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE in Freiburg im Breisgau. Die Abkürzung steht für „Enhanced Silicon-Carbon Composites for Lithium-Ion Batteries“. Das vierköpfige Team um Chemieingenieur Dr. Lukas Dold und Chemiker Christian Teske entwickelt Materialien für die nächste Generation von Lithium-Ionen-Batterien. Primär will das Team die Reichweite dieser Batterien pro Kilowattstunde bei gleichbleibenden Kosten um bis zu 40 % steigern.
Das Besondere: Die Forschenden nutzen metallurgisches Silizium statt gasförmige Silan-Verbindungen und kombinieren dieses mit einer biomassebasierten Kohlenstoffquelle. Das entstehende Silizium-Kohlenstoff-Komposit kann herkömmliches Graphit in der Anode der Batterie sukzessive ersetzen. Silizium sorgt dabei als Hauptakteur für die höhere Speicherkapazität.
Da sich Silizium beim Laden ausdehnt, hat das ESILIB-Team eine Materialarchitektur entwickelt, die dem schnellen Verschleiß entgegenwirkt und damit den industriellen Einsatz ermöglicht. Und: Die Herstellung erfolgt über ein wässriges Verfahren, das ohne ätzende und andere aggressive Chemikalien auskommt.
Dies alles funktioniert erfolgreich im Labor. Aktuell stellt das Team ausreichend von dem Silizium-Kohlenstoff-Komposit her, damit Batteriehersteller in der EU dies testen können. Einige Unternehmen zeigen sich bereits an diesem Silizium-basierten Material interessiert. Dold und Teske nennen einen weiteren Vorteil. Dieses Anoden-Material kann kostengünstiger als silanbasierte Materialien sein und vollständig aus europäischer Wertschöpfung bezogen werden. Damit schlägt das Projekt eine Brücke zwischen technologischer Unabhängigkeit, Ressourceneffizienz und gelebter Nachhaltigkeit in der Chemiebranche
Mit Graphenen: PFAS raus aus dem Trinkwasser
Die drittmeisten Stimmen erhielt das Start-up CarboNano.EU aus Berlin. Der Chemiker Christian Halbig hat es im Oktober 2025 an der Freien Universität Berlin gegründet. Er hat Membranen auf kohlenstoffbasierten Nanomaterialien entwickelt, die selektiv Chemikalien wie per- und polyfluorierte Alkylsubstanzen (PFAS) aus Wasser anreichern und damit herausfiltern.
Das Start-up setzt dafür auf „Graphenoxid“. Dieses sauerstoffhaltige Graphen ist wie Graphen eine zweidimensionale Modifikation des Kohlenstoffs, die ein Kohlenstoffatom dick ist. Der Unterschied: Graphenoxid enthält viele sauerstoffhaltige Hydroxyl-, Epoxid- und Carbonsäuregruppen. Damit erhält es eine überwiegend negative Oberflächenladung und verträgt sich gut mit Wasser. Die Membranen des Start-ups bestehen aus flachen übereinander angeordneten Graphenoxid-Plättchen. Ihr Name: „GO-Fluor“. „GO“ steht für Graphenoxid, „Fluor“ für PFAS.
Der Clou: Zwischen den Plättchen befinden sich nanometergroße Transportkanäle. Weil sich das Graphenoxid gut mit Wasser verträgt, kann Wasser die Kanäle passieren, während größere Moleküle sowie gelöste Ionen abhängig von ihrer Größe und ihren Wechselwirkungen mit der Membranoberfläche zurückgehalten werden. Letztendlich funktioniert dies etwa so wie eine French Press, bei der Kaffee zwar durch das Filternetz geht, die größeren Kaffeepartikel aber zurückgehalten werden.
Zudem lässt sich die Struktur dieser Membranen und damit auch der Abstand zwischen zwei Lagen genau einstellen. Diese Selektivität ist ein Alleinstellungsmerkmal der „GO-Fluor“-Membranen. Dies macht diese Membranen zu einer vielversprechenden Alternative für die Wasseraufbereitung, die Entsalzung sowie die Trennung chemischer und biologischer Stoffgemische. Das Start-up fokussiert zurzeit darauf, die physikalischen und chemischen Eigenschaften dieser Membranen im Hinblick auf die Entfernung von organischen Schadstoffen wie PFAS und endokrin wirksame Stoffe zu verbessern.
Wertvolles Graphit aus Industrieabgasen
Den Ansatz des ReduCO2-Teams, das derzeit an die TU München und Utrecht University in den Niederlanden angeschlossen ist, fanden wiederum Leserinnen und Leser des Magazins CHEManager am überzeugendsten. Das Team entwickelt ein Verfahren, um industrielles CO₂ in hochreines wertvolles Graphit umzuwandeln und gleichzeitig einen Beitrag zur CO2-Reduktion und Rohstoffversorgung der EU zu leisten. Heute wird diese Modifikation des Kohlenstoffs überwiegend durch energieintensiven Bergbau etwa in China oder aus fossilen Ressourcen hergestellt.
Die Idee entstand aus einer geowissenschaftlichen Fragestellung: Die hochwertigsten Graphitvorkommen bildeten sich in langen Zeiträumen durch geologische Prozesse. ReduCO2 will dieses Prinzip in einen kontrollierten Prozess skalierbar und steuerbar übertragen. Dazu wird Synthesegas, also eine Mischung von CO2 und und Wasserstoff (H2), in einem speziellen Mischungsverhältnis in einer neuartigen Wachstumskammer in Graphit umgewandelt. Das CO2 kann beispielsweise aus teilweise gereinigten CO2-reichen Industrieabgasen stammen. Anders als bei der derzeitigen Graphit-Herstellung, dem Acheson-Verfahren, werden Temperaturen unterhalb von 1 000 °C zur Herstellung benötigt. Dabei ermöglicht ein Zusammenspiel aus Druck, Synthesegas-Mischverhältnis und Temperatur eine gezielte Steuerung von Wachstum und Nukleation von hochreinem Graphit.
Das derzeit dreiköpfige ReduCO2-Team besteht aus Geochemikerin Dr. Lotta Ternieten, Geochemiker Dr. Stefan Pitsch und Umweltingenieur Andreas Hettmann. Das Team vermeidet durch ein katalyseunabhängiges Verfahren, dass katalytische Oberflächen verstopfen und inaktiv werden. Dies führte bei vorangegangenen Versuchen zum Scheitern. Sie nutzen daher stattdessen gezielt geologische Fluiddynamiken. Je nach Wasserstoffquelle und Elektrizitätsmix führt der ReduCO2-Prozess zur langanhaltenden Reduktion von 0,5 bis zu 3,5 t CO2 in 1 t Graphit in einem netto-CO2-speichernden Prozess.
Aktuell validiert das Team das Verfahren und entwickelt einen ersten Demonstrator. Ende 2026 will das Team offiziell das Start-up ReduCO2 gründen. Langfristig sieht sich das Team ReduCO₂ als Baustein einer Wertschöpfungskette für kritische Rohstoffe: Industrieemissionen könnten künftig als Ausgangsstoff für hochwertige Materialien genutzt werden: lokal, skalierbar und nachhaltig.
Die acht anderen Finalisten
- Kreislaufwirtschaft: Snew aus dem Umfeld der Rheinisch-Westfälischen Technischen Hochschule Aachen ist dabei, neue Wege für das Recycling von Leiterplatten und die Rückgewinnung kritischer Metalle aus Elektroschrott zu entwickeln.
- Künstliche Intelligenz: Asap Research Automation, ausgegründet aus Fraunhofer-Einrichtung für individualisierte Medizintechnik IMTE in Lübeck, entwickelt entsprechende Lösungen, um großen Datenmengen – genauer histologische Gewebebilder – automatisiert auswerten zu können. Und die KI-Plattform von Chemistry.Tools aus der Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf soll bereits bei der Forschung und Entwicklung helfen, Risiken, Verunreinigungen und Nebenreaktionen schneller zu identifizieren.
- Pharmazie: Isosphere Technologies von der Technischen Universität München kommend entwickelt CO₂-basierte Verfahren, um isotopenmarkierte Moleküle für Pharmaforschung und Diagnostik herzustellen. MDPath, hervorgegangen aus der Freien Universität Berlin, beschleunigt die Wirkstoffentwicklung von Medikamenten durch molekulardynamische Simulationen und datenbasierte Analysen biologischer Prozesse. NextLayer aus Lübeck, angebunden an die Fraunhofer-Einrichtung für Individualisierte Medizintechnik IMTE baut digitale Zwillinge für komplexe Material- und Schichtsysteme, um die Entwicklung neuer Energie- und Hightech-Anwendungen zu erleichtern.
- Technische Verfahren: Auf modulare Mikrofluidik-Technologien, die Laborprozesse automatisieren, um Forschung effizienter machenzu , legt Microfluidic Standards aus Hamburg seinen Fokus. Einzelne Module, die sich alle zusammenstecken lassen, sind beispielsweise Mischer, Tröpfchengeneratoren oder Durchflusszellen. Das Start-up Feinst von der Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg wiederum hat herausgefunden, dass magnetische Felder die Effizienz von Elektrolyseverfahren erhöhen.
