Problem / Aufgabenstellung

Die Katalyse ist die interdisziplinäre Wissenschaft der Beschleunigung von chemischen Transformationen: Ein Katalysator ist eine Substanz, die eine chemische Reaktion beschleunigt, ohne selbst verbraucht zu werden. Durch die geeigneten Katalysatoren können chemische Reaktionen darum mit besonders hoher Effizienz und Ausbeute ablaufen. Das erlaubt die effiziente Herstellung einer Vielzahl von Produkten für verschiedene Branchen. Damit ist die Katalyse eine der Schlüsseltechnologien zur Bewältigung wesentlicher Herausforderungen wie einer nachhaltigen Energieversorgung oder des Klimawandels.

Bei der Katalyse werden Daten in ganz unterschiedlichen Prozessschritten erzeugt – von Synthesedaten, die während des Katalyseprozesses entstehen bis hin zu Reaktionsdaten, die bei der Analyse der entstehenden Produkte anfallen. Das Management dieser Daten ist derzeit überwiegend auf institutioneller oder Arbeitsgruppenebene organisiert und basiert auf lokalen Konventionen. Übergreifende Repositorien und Standards dazu, wie Daten inklusive Metadaten gespeichert werden sollen, existieren nur in rudimentärer Form. Um den größtmöglichen Mehrwert aus der Katalyseforschung zu generieren, ist ein grundlegender Wandel in der Katalyseforschung und den katalyseverwandten Wissenschaften wie Chemieingenieurwesen und Verfahrenstechnik erforderlich. Die verschiedenen Disziplinen der Katalyse im Hinblick auf das Datenmanagement zusammenzuführen, ist die zentrale Herausforderung.

Lösung / Umsetzung

Vor diesem Hintergrund wurde im Rahmen der »Initiative zur Nationalen Forschungsdateninfrastruktur« (NFDI) das Konsortium NFDI4Cat gegründet. NFDI4Cat (NFDI for Catalysis-Related Sciences) konzentriert sich auf die Katalyseforschung und katalyseverwandte Wissenschaften wie Chemieingenieurwesen und Verfahrenstechnik.

Die Mission von NFDI4Cat besteht darin, die digitale Zukunft der Katalyse sicherzustellen, die Transformation der Katalysebereiche voranzutreiben und eine Infrastruktur für den offenen und FAIRen Umgang mit Daten bereitzustellen. Dabei werden Leistungen wie die Versorgung von Software und Tools sowie Ausbildung und Training in angewandtem Forschungsdatenmanagement und Datenwissenschaften für die Katalyse angeboten. Zusätzlich strebt das Projekt eine Verbesserung der Datenqualität, eine integrierte Datenansicht und eine erweiterte Vorhersagefähigkeit an.

Das Konsortium NFDI4Cat zielt vor diesem Hintergrund darauf ab, eine Transformation hin zur »digitalen Katalyseforschung« zu beschleunigen. Dazu bedarf es der Vereinheitlichung von Konzepten, Vokabularien und Datenformaten sowie der Schaffung von vernetzten Informationsarchitekturen, die die Speicherung und den Austausch von semantisch reichen Daten ermöglichen. Diese Dateninfrastrukturen sollen den Einsatz moderner Analyseansätze möglich machen, insbesondere mit Werkzeugen, die auf künstlicher Intelligenz basieren.

Das Konsortium NFDI4Cat besteht aus 16 erfahrenen Partnern aus allen Bereichen der Katalyse und wird von der DECHEMA e.V. koordiniert. Die Disziplinen der Reaktions- und Verfahrenstechnik sind ebenfalls im Konsortium vertreten. Die Katalyse- und Ingenieurkompetenzen werden durch Expertise in den Bereichen der Datenwissenschaften und des maschinellen Lernens ergänzt. Sonja Schimmler, Forschungsguppenleiterin bei Fraunhofer FOKUS und Gastprofessorin an der TU Berlin, ist Teil des Konsortiums und Vorstand für »Datenstandards und Qualitätssicherung« der NFDI4Cat. Fraunhofer FOKUS zeichnet sich insbesondere dafür verantwortlich, ein Metaportal umzusetzen, welches als Einstiegspunkt für die Wissenschaftler und Wissenschaftlerinnen dient.

NFDI: Nationale Forschungsdateninfrastruktur

NFDI4Cat ist Teil der Nationalen Forschungsdateninfrastruktur (NFDI). Dort werden wertvolle Datenbestände von Wissenschaft und Forschung für das gesamte deutsche Wissenschaftssystem systematisch erschlossen, vernetzt und nachhaltig sowie qualitativ nutzbar gemacht. Bislang sind diese zumeist dezentral, projektbezogen oder auf Zeit verfügbar. Mit der NFDI soll ein dauerhafter digitaler Wissensspeicher als unverzichtbare Voraussetzung für neue Forschungsfragen, Erkenntnisse und Innovationen geschaffen werden.

NFDI-Konsortien sind Zusammenschlüsse verschiedener Einrichtungen innerhalb eines Forschungsfeldes und arbeiten zusammen interdisziplinär an der Zielumsetzung. Um die Aktivitäten zum Aufbau einer Nationalen Forschungsdateninfrastruktur zu koordinieren, wurde der gemeinnützige Verein Nationale Forschungsdateninfrastruktur (NFDI) e.V. mit Sitz in Karlsruhe gegründet. Gemeinsam gestalten Verein und NFDI-Konsortien die Zukunft des Forschungsdatenmanagements in Deutschland.