Elektrosynthetisches Screening und Optimierung der zweiten Generation (E-SCOPE 2.0)

Abstract

Die Elektrosynthese bietet großes Potenzial für nachhaltige und skalierbare chemische Prozesse, ihr Einsatz wird jedoch durch die hohe Komplexität der Reaktionsführung und die Vielzahl voneinander abhängiger Parameter erschwert. Besonders die Flusselektrolyse als Schlüsseltechnologie für kontinuierliche und industrielle Anwendungen erfordert neue Konzepte zur effizienten Reaktionsentwicklung und -optimierung. Im Projekt E-SCOPE 2.0 wurde daher eine integrierte Forschungsinfrastruktur geschaffen, die Automation, Robotik, Datenmanagement und Methoden der künstlichen Intelligenz für die elektrosynthetische Forschung zusammenführt. Hierzu wurde eine automatisierte Plattform entwickelt, die die Planung, Durchführung und Auswertung elektrochemischer Reaktionen ermöglicht. Zentrale Bestandteile sind eine modulare Screening-Plattform auf Basis von Topfzellen für hochparallele Experimente sowie ein Parallelreaktorsystem für Flusselektrolysen mit unabhängiger Steuerung von Temperatur, Stromversorgung und Förderrate. Ergänzt wird die Infrastruktur durch eine automatisierte Datenerfassung und eine Reaktionsdatenbank, welche Analyse-, Prozess- und Versuchsplandaten zusammenführt. Im Rahmen des Projekts wurden rund 2.000 Einzelexperimente durchgeführt und die Plattformen erfolgreich etabliert. Das Flusszelldesign wurde hinsichtlich Temperaturkontrolle, Feststoffverträglichkeit und Elektrodenwechsel optimiert, während eine Python-basierte Steuerungssoftware die weitgehende Automatisierung des Systems ermöglicht. Die geschaffene Datenbasis bildet die Grundlage für statistische Versuchsplanung und Machine-Learning-gestützte Optimierungsverfahren. Mit E-SCOPE 2.0 entstand ein skalierbarer, reproduzierbarer und zukunftsfähiger Workflow für die datengetriebene Entwicklung elektrosynthetischer Prozesse. Die Infrastruktur ermöglicht einen deutlich beschleunigten Zugang zur Elektrosynthese, unterstützt die Elektrifizierung organischer Synthesen und schafft die Basis für Hochdurchsatzscreening sowie zukünftige industrielle Anwendungen.