ERC Advanced Grant für Verfahrenstechniker Joachim Groß

Lassen sich chemische Prozesse ausschließlich anhand von Eigenschaften der beteiligten Moleküle entwerfen? Prof. Dr.-Ing. Joachim Groß, Leiter des Instituts für Technische Thermodynamik und Thermische Verfahrenstechnik (ITT) der Universität Stuttgart, hält dies für möglich. Erforschen wollen sein Team und er diese Frage im Rahmen eines ERC Advanced Grants, den Groß nun vom Europäischen Forschungsrat (ERC) bewilligt bekommen hat.

„Ich gratuliere Joachim Groß ganz herzlich zu dieser hohen Auszeichnung und freue mich auch persönlich für ihn über diesen Erfolg“, erklärt Prof. Manfred Bischoff, Prorektor für Forschung und Nachhaltigkeit der Universität Stuttgart. „Mit seiner exzellenten und international beachteten Forschung trägt er zur Entwicklung neuer Methoden für die Optimierung nachhaltiger chemischer Verfahren bei – eine wertvolle Unterstützung für Wissenschaft und Wirtschaft.“

Mit der finanziellen Unterstützung durch den ERC Advanced Grant greift Groß ein zentrales Problem heutiger Modelle in Chemie und Verfahrenstechnik auf, mit denen sich die Eigenschaften von Stoffen und Stoffgemischen beschreiben lassen. „Es gibt zwei grundlegende Ansätze – entweder man arbeitet mit empirischen Modellen oder man arbeitet mit physikalischen Modellen“, erklärt Groß. Mit empirischen Modellen lassen sich die Eigenschaften von Reinstoffen wie Wasser, Kohlendioxid oder Methanol sehr präzise beschreiben und mit Computern berechnen.

„Mit empirischen Modellen können wir quasi beliebig genaue Aussagen über einen chemischen Prozess treffen, vorausgesetzt die Messdaten sind gut genug“, so Groß. „Leider funktioniert das nur bei Reinstoffen, nicht bei Stoffgemischen, mit denen wir es in Wissenschaft und Industrie ja oft zu tun haben.“ Hier spielen physikalische Modelle ihre Stärken aus: Mit ihnen lassen sich die Eigenschaften von Stoffgemischen, aber auch Vorgänge an Grenzflächen, etwa die Einlagerung von Molekülen in die Poren eines anderen Materials, viel besser beschreiben – leider gibt es für Reinstoffe Abstriche in der Genauigkeit.

Im Rahmen des Projekts „A new ecosystem of models from Molecular Thermodynamics – predicting mixture properties (PredEcoS)“ wollen Groß und sein Team nun einen Weg finden, der die Vorteile empirischer und physikalischer Modelle zusammenbringt. Dann wäre es bei guter Datenlage möglich, chemische Prozesse sehr genau zu beschreiben – egal, ob es sich um einen Reinstoff oder ein Stoffgemisch handelt. Zudem wäre es möglich, den weiteren Ablauf des chemischen Prozesses fundiert vorherzusagen. Voraussetzung dafür ist eine verfeinerte Theorie auf molekularer Ebene, die das Team von Groß in den vergangenen Jahren erarbeitet hat.

„Wir wollen kein einzelnes Modell entwickeln, sondern ein ganzes Ökosystem an Modellen, die zueinander kompatibel sind, auch wenn wir Stoffgemische betrachten“, verdeutlicht Groß. „Unsere Ergebnisse werden nicht nur für die Wissenschaft relevant sein, sondern auch für die chemische und petrochemische Industrie sowie die Energiewirtschaft.“

Im Rahmen des ERC Advanced Grant stehen dem Ingenieur dafür über einen Zeitraum von fünf Jahren insgesamt 2,5 Millionen Euro zur Verfügung. Formaler Start der Arbeiten wird im November 2026 sein. Vier Stellen für Doktorand*innen und eine Postdoc-Stelle hat Groß dafür eingeplant.

Der Wissenschaftler geht mit seiner Forschung im Rahmen des Advanced Grants auch noch in anderer Hinsicht neue Wege. Alle Modelle werden als Open-Source zur Verfügung stehen, damit auch andere Forschungsgruppen das Ökosystem weiterentwickeln können. „Open-Source ist im Umfeld der Modellentwicklung neu“, sagt Groß, „Aber die Zeiten, in denen eine einzelne Arbeitsgruppe ein Modell ganz allein erarbeitet, sind in meinen Augen vorbei. Niemand hat alle dafür erforderlichen Kompetenzen im eigenen Team.“ Erste Reaktionen auf den Open-Source-Ansatz aus der relevanten Community seien sehr positiv ausgefallen.

Prof. Dr.-Ing. Joachim Groß leitet das Institut für Technische Thermodynamik und Thermische Verfahrenstechnik (ITT) der Universität Stuttgart. Der renommierte Ingenieur forscht zu molekularer Thermodynamik und Fluidtheorie, unter anderem federführend im Sonderforschungsbereich 1313 zu Grenzflächen und Porösen Medien. Zudem prägt Groß als Studiendekan die Ausbildung des wissenschaftlichen Nachwuchses im Verfahrenstechnik-, Chemie- und Bioingenieurwesen. Für seine Lehrtätigkeit wurde er mehrfach ausgezeichnet.

Der ERC Advanced Grant des Europäischen Forschungsrats (ERC) ist eine der renommiertesten Forschungsförderungen weltweit. Er richtet sich an etablierte, führende Spitzenforschende aller Disziplinen. Gefördert werden bahnbrechende, risikoreiche Pionierprojekte mit bis zu 2,5 Millionen Euro über fünf Jahre.