Akateemisen maailman ja teollisuuden kemistit keskustelevat siitä, mikä on otsikoissa ensi vuonna

Kuusi asiantuntijaa ennustaa kemian suuria trendejä vuodelle 2023

Akateemisen maailman ja teollisuuden kemistit keskustelevat siitä, mikä on otsikoissa ensi vuonna

Kuva: Will Ludwig/C&EN/Shutterstock

MAHER EL-KADY, TEKNOLOGIAJOHTAJA, NANOTECH ENERGY JA SÄHKÖKEMISTI, KALIFORNIAN YLIOPISTO, LOS ANGELES

Kuva: Maher El-Kadyn luvalla

”Jotta voisimme poistaa riippuvuutemme fossiilisista polttoaineista ja vähentää hiilidioksidipäästöjämme, ainoa todellinen vaihtoehto on sähköistää kaikki kodeista autoihin. Viime vuosina olemme kokeneet merkittäviä läpimurtoja tehokkaampien akkujen kehittämisessä ja valmistuksessa, joiden odotetaan muuttavan dramaattisesti tapaamme matkustaa töihin ja ystävien ja perheen luona. Jotta siirtyminen sähkövoimaan olisi täysin mahdollista, tarvitaan edelleen parannuksia energiatiheyteen, latausaikaan, turvallisuuteen, kierrätykseen ja kilowattituntihintaan. Akkututkimuksen voidaan odottaa kasvavan entisestään vuonna 2023, kun yhä useammat kemistit ja materiaalitieteilijät työskentelevät yhdessä auttaakseen saamaan enemmän sähköautoja teille.”

KLAUS LACKNER, JOHTAJA, NEGATIIVISTEN HIILIPÄÄSTÖJEN KESKUS, ARIZONAN VALTION YLIOPISTO

Kuva: Arizonan osavaltionyliopisto

”COP27-kokouksesta [Egyptissä marraskuussa pidetystä kansainvälisestä ympäristökonferenssista] lähtien 1,5 celsiusasteen ilmastotavoite kävi vaikeasti saavutettavaksi, mikä korosti hiilen poiston tarvetta. Siksi vuonna 2023 nähdään edistysaskeleita suorassa ilmatalteenottoteknologioissa. Ne tarjoavat skaalautuvan lähestymistavan negatiivisiin päästöihin, mutta ovat liian kalliita hiilijätteen hallintaan. Suora ilmatalteenotto voi kuitenkin alkaa pienestä koosta ja kasvaa lukumääräisesti pikemminkin kuin kooltaan. Aivan kuten aurinkopaneelit, suoraa ilmatalteenottoa käyttäviä laitteita voitaisiin valmistaa massatuotantona. Massatuotanto on osoittanut kustannussäästöjä suuruusluokittain. Vuosi 2023 voi tarjota vilauksen siitä, mitkä tarjotuista teknologioista voivat hyödyntää massatuotannon mukanaan tuomia kustannussäästöjä.”

RALPH MARQUARDT, INNOVAATIOJOHTAJA, EVONIK INDUSTRIES

Kuva: Evonik Industries

”Ilmastonmuutoksen pysäyttäminen on merkittävä tehtävä. Se voi onnistua vain, jos käytämme huomattavasti vähemmän resursseja. Aito kiertotalous on tähän välttämätön. Kemianteollisuuden panoksiin kuuluvat innovatiiviset materiaalit, uudet prosessit ja lisäaineet, jotka auttavat tasoittamaan tietä jo käytettyjen tuotteiden kierrätykselle. Ne tehostavat mekaanista kierrätystä ja mahdollistavat mielekkään kemiallisen kierrätyksen jopa peruspyrolyysin ulkopuolella. Jätteen muuttaminen arvokkaiksi materiaaleiksi vaatii kemianteollisuuden asiantuntemusta. Todellisessa kiertokulussa jäte kierrätetään ja siitä tulee arvokasta raaka-ainetta uusille tuotteille. Meidän on kuitenkin oltava nopeita; innovaatioitamme tarvitaan nyt, jotta kiertotalous on mahdollista tulevaisuudessa.”

SARAH E. O'CONNOR, JOHTAJA, LUONNONTUOTTEIDEN BIOSYNTEESIOSASTON, MAX PLANCK -INSTITUUTTI KEMIALLISEN EKOLOGIAN TEKIJÄLLE

Kuva: Sebastian Reuter

”’-omiikka’-tekniikoita käytetään löytämään geenejä ja entsyymejä, joita bakteerit, sienet, kasvit ja muut organismit käyttävät monimutkaisten luonnontuotteiden syntetisointiin. Näitä geenejä ja entsyymejä voidaan sitten käyttää, usein yhdessä kemiallisten prosessien kanssa, ympäristöystävällisten biokatalyyttisten tuotantoalustojen kehittämiseen lukemattomille molekyyleille. Voimme nyt tehdä ’-omiikkaa’ yksittäiselle solulle. Ennustan, että näemme, kuinka yksisoluinen transkriptomiikka ja genomiikka mullistavat näiden geenien ja entsyymien löytämisen nopeuden. Lisäksi yksisoluinen metabolomiikka on nyt mahdollista, minkä ansiosta voimme mitata kemikaalien pitoisuuksia yksittäisissä soluissa, mikä antaa meille paljon tarkemman kuvan siitä, miten solu toimii kemiallisena tehtaana.”

RICHMOND SARPONG, ORGAANINEN KEMISTI, KALIFORNIAN YLIOPISTO, BERKELEY

Kuva: Niki Stefanelli

”Koneoppimisen kehitys tuo jatkossakin esiin paremman ymmärryksen orgaanisten molekyylien monimutkaisuudesta, esimerkiksi siitä, miten rakenteellinen monimutkaisuus voidaan erottaa synteesin helppoudesta. Tämä johtaa myös reaktioiden optimoinnin ja ennustamisen nopeutumiseen. Nämä edistysaskeleet ruokkivat uusia tapoja ajatella kemiallisen tilan monipuolistamista. Yksi tapa tehdä tämä on tehdä muutoksia molekyylien reunoihin ja toinen on vaikuttaa molekyylien ytimen muutoksiin muokkaamalla molekyylien runkoja. Koska orgaanisten molekyylien ytimet koostuvat vahvoista sidoksista, kuten hiili-hiili-, hiili-typpi- ja hiili-happi-sidoksista, uskon, että näemme näiden tyyppisten sidosten funktionalisointimenetelmien määrän kasvun, erityisesti rajoittamattomissa järjestelmissä. Fotoredoksikatalyysin kehitys todennäköisesti edistää myös uusia suuntia runkojen muokkaamisessa.”

ALISON WENDLANDT, ORGAANINEN KEMISTI, MASSACHUSETTSIN TEKNOLOGIAN INSTITUUTTI

Kuva: Justin Knight

”Vuonna 2023 orgaaniset kemistit jatkavat selektiivisyyden äärirajojen viemistä. Odotan atomitason tarkkuutta tarjoavien muokkausmenetelmien sekä uusien työkalujen makromolekyylien räätälöintiin lisääntyvän entisestään. Minua inspiroi edelleen aiemmin rinnakkaisten teknologioiden integrointi orgaanisen kemian työkalupakkiin: biokatalyyttiset, sähkökemialliset, fotokemialliset ja hienostuneet datatieteen työkalut ovat yhä yleisempiä. Odotan, että näitä työkaluja hyödyntävät menetelmät kukoistavat entisestään ja tuovat meille kemiaa, jota emme olisi koskaan kuvitelleet mahdolliseksi.”

Huomautus: Kaikki vastaukset lähetettiin sähköpostitse.