Roadmaps. Topsector Chemie. (zoals opgenomen in de Kennis- en Innovatieagenda )

Transcriptie

1 Roadmaps Topsector Chemie (zoals opgenomen in de Kennis- en Innovatieagenda ) Vastgesteld door het Topteam Chemie op 1 juni 2015

2 Inleiding Kennis- en Innovatieagenda INHOUD Inleiding A. Thema s en focus B. Werkwijze en gebruik instrumenten Executive summaries Grafische samenvattingen Roadmap Chemistry of Advanced Materials Roadmap Chemistry of Life Roadmap Chemical Conversion, Process Technology and Synthesis Roadmap Chemical Nanotechnology and Devices APPENDIX 1: Organisatiestructuur Topsector Chemie APPENDIX 2: Samenstelling Programmaraden TKI Chemie APPENDIX 3: Bedrijven betrokken bij PPS in de Topsector Chemie APPENDIX 4: Onderzoeksagenda Biobased Economy

3 Inleiding Kennis- en Innovatieagenda INLEIDING A. THEMA S EN FOCUS 1. Beschrijving thema s Kennis- en Innovatieagenda De Topsector Chemie heeft zich drie ambitieuze doelen gesteld: In 2050 staat Nederland wereldwijd bekend als hét land van de groene en duurzame chemie. In 2050 staat Nederland in de mondiale top 3 van producenten van slimme materialen met een hoge toegevoegde waarde en slimme oplossingen. Via hoogwaardig grensverleggend wetenschappelijk onderzoek in Nederland worden nieuwe gebieden van wetenschap en innovatie ontsloten. Om deze doelen te bereiken stimuleert de topsector innovatie en samenwerking tussen bedrijven en kennisinstellingen langs vier hoofdlijnen: Chemistry of Advanced Materials Chemistry of Life Chemical Conversion, Process Technology & Synthesis Chemical Nanotechnology & Devices. Deze hoofdlijnen zijn gebaseerd op maatschappelijke uitdagingen, industriële sterktes en de wetenschappelijke kennisbasis. Het zijn gebieden waarop Nederland het verschil maakt, waarbinnen innovaties waardevolle nieuwe producten kunnen opleveren, en waarbinnen een bijdrage kan worden geleverd aan verschillende (internationale) maatschappelijke uitdagingen. Het Topteam heeft bij het TKI Chemie voor elk van de hoofdlijnen een programmaraad ingesteld, bestaande uit vertegenwoordigers van bedrijfsleven en kennisinstellingen. Zie voor een overzicht van de organisatiestructuur van de Topsector Chemie en de samenstelling van de programmaraden respectievelijk Appendix 1 en 2. De programmaraden hebben de hoofdlijnen uitgewerkt in roadmaps. Executive summaries van de roadmaps staan op bladzijde 3 tot en met 6. Tijdens het schrijfproces hebben de programmaraden contact gehouden met en input gevraagd aan bestaande communities en andere achterbannen. Appendix 3 geeft een overzicht van reeds betrokken bedrijven bij het TKI Chemie via lopende PPS-projecten voortkomend uit de vorige innovatieagenda van de Topsector Chemie. Chemie is een belangrijke enabler voor tal van andere industrieën en sectoren. Multidisciplinaire en cross-sectorale samenwerking en samenwerking in en over de kennisketen en ketens van toeleveranciers, producenten en afnemers behoren tot het wezen van de chemie. In elk van de roadmaps wordt in detail ingegaan op deze samenwerking. De roadmaps zijn opgesteld langs de vier hoofdlijnen. Vanzelfsprekend zijn enabling sciences en technologies zoals big data, modelleren, computationele chemie & spectroscopie, complexity, chemometrie en analytische chemie, van groot belang om de in de roadmap genoemde onderwerpen met succes te kunnen aanpakken. De Topsector Chemie onderscheidt twee belangrijke cross-sectorale prioriteiten: biobased economy en resource efficiency. Biobased Economy (BBE) doorsnijdt de topsectoren Agri&Food, Energie en Chemie. Het TKI BBE is uit de aard van de thematiek die het behartigt, cross-sectoraal. Bestuurlijk staat het TKI BBE onder verantwoordelijkheid van het Topteam Chemie. De BBE-aspecten die passen binnen de vier hoofdlijnen van de Topsector Chemie zijn geïntegreerd in de vier roadmaps van het TKI Chemie. Daarnaast is het streven naar grondstofefficiëntie geïntegreerd in de

4 Inleiding Kennis- en Innovatieagenda vier roadmaps. In Appendix 4 is de cross-sectorale Onderzoeksagenda Biobased Economy opgenomen, die daarmee integraal deel uitmaakt van de kennis- en innovatieagenda van de topsector Chemie, net zoals zij dat is van de kennis- en innovatieagenda s van de topsectoren Agri&Food en Energie. De Onderzoeksagenda Biobased Economy is input geweest voor de vier programmaraden van het TKI Chemie om tot de vier roadmaps te komen in deze Kennis- en Innovatieagenda. Grafische samenvattingen van zowel de roadmaps als van de belangrijkste relaties met andere topsectoren en de Europese onderzoeksthema s zijn te vinden op bladzijde 7 tot en met Valorisatie InnovatieLink In 2014 heeft het ministerie van Economische Zaken besloten het MKB Steunpunt Energie en Chemie op te richten. Deze organisatie is als stichting, onder de handelsnaam InnovatieLink, in maart 2015 gestart met de aanstelling van een bestuurder/directeur onder toezicht van de Raad van Toezicht, waarin de Topsectoren Energie en Chemie vertegenwoordigd zijn. De organisatie positioneert zich als tweedelijns functie tussen organisaties met een groot bereik, die dagelijks in contact staan met MKBbedrijven. In de onderstaande figuur wordt dit model weergegeven. CoCi s InnovatieLink, als tweedelijns organisatie, positioneert zich tussen de eerste en derde lijn in. Het wordt mede inhoudelijk gevoed door de vier hoofdlijnen in de Topsector Chemie. Met eerste- en derdelijns activiteiten zal nadrukkelijk de samenwerking opgezocht worden. Het ligt immers niet voor de hand dat InnovatieLink deze functies nog eens overdoet.

5 Inleiding Kennis- en Innovatieagenda Typisch voor de tweedelijns activiteiten is het werken vanuit twee richtingen, en de hieruit volgende insteek op het innovatieproces. MKB MKB kringen waarde oriëntaties Innovatieproces Kennisinfrastructuur Waarde Kennis De eerste richting is die vanuit het MKB zelf. InnovatieLink moet de cultuur, motieven en drijfveren van het MKB diep snappen en hierbij nauw aansluiten. Dit kan onder andere worden bereikt door mensen in te zetten die netwerken en ervaring hebben in een specifieke sector. We maken dan ook optimaal gebruik van reeds in Nederland goed functionerende MKB-ondersteuning. De tweede richting is die vanuit de kennisinfrastructuur, het draait hier om kennis. We moeten met elkaar die kennis inbrengen die de kracht van het MKB versterkt. Kennis ontwikkelen, kennis laten stromen, kennis co-creëren en organiseren in clusters en netwerken. Beide richtingen zijn belangrijk, en komen bij elkaar in het innovatieproces in het midden. Innovatie heeft kennis als invoer en creëert waarde. De kunst is samen die kennis te organiseren die de door de MKB ondernemer gezochte waarde genereert. Dat gebeurt door het waardegerichte innovatieproces in het midden. Praktische doorvertaling Vanuit het MKB De praktische doorvertaling vanuit de richting van het MKB (vanuit de waardeontwikkelingsbehoefte) resulteert op hoofdlijnen in de volgende in te vullen functies voor InnovatieLink: 1. Het beantwoorden van open vragen van het MKB, in samenwerking met Kamer van Koophandel en de regio s, zoals: a. vragen over financieringsmogelijkheden en ondersteuning daarbij b. vragen over kennispartners in Nederland (waar kan ik terecht en hoe word ik geholpen?) c. vragen naar collega-bedrijven, die de samenwerking kunnen aangaan (MKB voor MKB/ peer-to-peer-voorziening) 2. Het bieden van overzicht (generiek met voldoende diepgang) over: a. het innovatielandschap in Nederland met als doel de vindbaarheid en kansrijkheid van kennis voor het MKB te vergroten b. de financieringsmogelijkheden en de ontwikkelingen daarin (bijvoorbeeld de opkomst van alternatieve financiering) c. hands on ondersteuning bij bijvoorbeeld het opzetten van businessplannen en verzilveren van subsidiekansen; dit vaak met gerichte doorverwijzing naar partijen die hierin gespecialiseerd zijn 3. Het opzetten van specifieke samenwerkingsverbanden naar de derde lijn, door: a. proactief activiteiten op te zetten waar het MKB wordt uitgenodigd b. regionale samenwerkingsverbanden aan te gaan met provincies, gemeenten en regionale ontwikkelingsmaatschappijen (ROM s) c. innovatiemanagers in te zetten die tot op zekere hoogte het MKB begeleiden naar gesmede samenwerking en launching customers d. mechanisme onderhouden voor het beantwoorden van inhoudelijke innovatievragen e. doorverwijzingsmechanismen inrichten voor inbedding in of contact met relevante (kennis)gemeenschappen.

6 Inleiding Kennis- en Innovatieagenda Vanuit de Kennisinfrastructuur De praktische doorvertaling vanuit de richting van de kennisinfrastructuur resulteert in de volgende functies voor InnovatieLink: 1. het helpen opschalen van ontwikkelomgevingen in de chemie in de vorm van nieuwe Innovatielaboratoria (Ilabs) en Centre s for Open Chemical Innovation (COCI s), door: a. gesprekken aan te gaan met kennisinstellingen die in aanmerking kunnen komen voor een Ilab-, of COCI-status en het begeleiden van die potentiële locaties b. ervaringen van reeds bestaande instellingen over te brengen op nieuwe initiatieven 2. het coördineren van de landelijke samenwerking tussen Ilab s en COCI s, door: a. een landelijk informatie- en community-medium op te zetten rond deze start-up omgevingen (web, social media, etc.) b. specifieke themabijeenkomsten te houden waarin uitwisseling van ervaringen en samenwerking centraal staan 3. het bevorderen van MKB-betrokkenheid bij de Centre s of Expertise (COE s, HBO) en Centra voor Innovatief Vakmanschap (CIV s, MBO) door: a. MKB te informeren over de faciliteiten die COE s en CIV s bieden b. top-stages e.d. te organiseren onder goede begeleiding c. specifieke bijeenkomsten te organiseren voor uitwisseling van ervaringen en samenwerking 4. het bevorderen van MKB-betrokkenheid bij de Centers of Innovation door: a. MKB te informeren over de faciliteiten die COE s en CIV s bieden b. specifieke bijeenkomsten te organiseren voor uitwisseling van ervaringen en samenwerking. Uitvoeringsorganisatie InnovatieLink opereert als een kleine lean and mean backoffice met inzet van specifieke deskundigen in het veld. In de uitvoering zal zoveel mogelijk gewerkt worden vanuit het principe van cofinanciering.

7 Inleiding Kennis- en Innovatieagenda B. WERKWIJZE EN GEBRUIK INSTRUMENTEN 1. Totstandkoming richtinggevende PPS-projecten & samenwerking met overheden Voor elk van de hoofdlijnen neemt de Topsector Chemie zich voor om in samen met partners zoals NWO en TNO richtinggevende PPS-programma s te starten om uitvoering te geven aan de roadmaps. Het gaat niet alleen om programma s binnen Nederland, maar ook om Europese samenwerking en om samenwerking met specifieke doellanden buiten Europa zoals China, de Verenigde Staten en Brazilië. Het gaat daarbij in ieder geval om de volgende op voorhand beoogde initiatieven. Daarnaast reserveert de topsector Chemie nadrukkelijk ruimte om bottom-up initiatieven tussen bedrijfsleven en kennisinstellingen te faciliteren (zie hieronder): Chemistry of Advanced Materials Een Advanced Research Center (ARC) op het gebied van conversie & materialen (cross-over met hoofdlijn Chemical Conversion, Process Technology & Synthesis) Polymeren Biobased Materialen (via het Biobased Performance Materials programma, BPM) Science industry cooperation met China (publiek-private samenwerking in de chemie met China) M-ERA.net (Europees samenwerkingsprogramma op het gebied van materialen) Chemistry of Life Programma Bouwstenen van Leven De Europese faciliteit INSTRUCT (voor onderzoek naar biologische macromoleculen en processen) Design and synthesis of new biomolecular/cellular entities Enabling technologie voor diagnose en analyse Initiatieven om (deel)communities te versterken Chemical Conversion, Process Technology & Synthesis Een Advanced Research Center (ARC) op het gebied van conversie & materialen (cross-over met hoofdlijn Advanced Materials) Bio-geïnspireerde energieopslag in chemische bindingen Elektrificatie van de chemische industrie ERAnet cofund op gebied van biotechnologie Chemical Nanotechnology & Devices Well- being - Bio-active sensing and actuation devices Biomembrane on chip Microfluidic devices for synthesis and formulations in medicine and food Resource Efficiency and closed value added chains (gate-to-gate) material and energy flows Novel multi-model analytical technologies with ultimate chemical resolution Development of new nanomaterials for solar cells Roadmapoverstijgend is daarnaast het programma Maatschappelijk Verantwoord Innoveren, samen met alle andere topsectoren. Naast deze vooraf geoormerkte initiatieven per hoofdlijn zal de Topsector voor bottom-up -initiatieven het succesvolle PPS-Fonds Chemie (voorheen Fonds NCI) voortzetten. Dit Fonds, dat beheerd wordt door NWO, staat open voor alle PPS en met een chemiecomponent, dus ook multidisciplinaire en/of topsectoroverstijgende initiatieven. De Programmaraden van het TKI Chemie gaan beoordelen of de initiatieven passen binnen de roadmaps. Een andere belangrijke Topsectorbrede activiteit is de ondersteuning van het MKB, die de Topsector Chemie samen met de Topsector Energie vormgeeft in de nieuwe organisatie Innovatief Ondernemen. 1

8 Inleiding Kennis- en Innovatieagenda Passend bij de discussie over de Nationale Wetenschapsagenda zet de Topsector Chemie, in nauwe afstemming met andere Topsectoren, in op de volgende overkoepelende thema s: Samenwerking in een op te zetten Advanced Research Center (ARC) op het gebied van chemische bouwstenen voor energiedragers, coatings en materialen (samenwerking met topsectoren Energie/HTSM) Samenwerking op gebied van Materialen (Energie/HTSM) activiteit: matchmaking/joint call Samenwerking op gebied van Chemistry of Life/Molecular life sciences (food/pharma-industrie) met LSH en AgriFood activitieit: matchmaking/joint call Samenwerking op gebied van Nanotechnology & Devices (HTSM/LSH/Energie) activiteit: match making/joint call Samenwerking op gebied van Biobased Economy; Energieopslag in chemische bindingen (samen met Energie) activiteit: joint call Samenwerking op het gebied van Big Data/Complexity (HTSM/ICT) activiteit: joint call Samenwerking Maatschappelijk Verantwoord Innoveren (samen met alle topsectoren) activiteit: joint call 2. NWO en KNAW-instituten Volgens de afspraken in de Spelregels Topsectoren stelt NWO jaarlijks een bedrag van minimaal M 12,5 (op een totaal van M 100) beschikbaar aan de Topsector Chemie voor nieuwe PPS-initiatieven. Over de inzet voor hebben het Topteam en NWO nog geen definitieve afspraken gemaakt. Op verzoek van het Topteam zal NWO de succesvolle werkwijze met het PPS-Fonds Chemie voortzetten. De kern van deze werkwijze is dat bedrijven en onderzoekers bottom-up nieuwe PPS-initiatieven tot stand brengen. Tot 1 januari 2015 zorgde het TKI NCI voor toetsing op passendheid binnen de Topsector Chemie. Vanaf 1 januari 2016 nemen de programmaraden van het TKI Chemie deze taak over. In het overgangsjaar 2015 verzorgt de PPS-raad van het NWO-gebied Chemische Wetenschappen de toets op passendheid, in goede afstemming met het TKI Chemie. NWO zorgt voor toetsing van de voorstellen op wetenschappelijke kwaliteit en het innovatiepotentieel. Het PPS-Fonds Chemie biedt vier samenwerkingsvormen voor PPS met één of meerdere (grote) bedrijven, met het MKB, met meerdere kennisinstellingen, incl. het HBO en met consortia, namelijk: CHIPP = Chemical Industrial Partnership Program TA = Technology Area LIFT = Launchpad for Innovative Future Technology KIEM = Kennis en Innovatie Mapping projecten met het MKB Afhankelijk van de samenwerkingsvorm varieert de bedrijfsbijdrage van 50% (CHIPP), tot 33% (TA), 25% (LIFT) en 20% (KIEM). Er is aandacht voor de verhouding cash/in-kind in de gevraagde bedrijfsbijdrage in de verschillende PPS-vormen, ook in relatie tot de participatie van het MKB en met name ook het echte kleinbedrijf, bijvoorbeeld 1-persoons start-up bedrijven. Naast deze bottom-up-initiatieven is er ook ruimte voor gerichte programmering door middel van specifieke calls. In de afgelopen periode hebben communities als ISPT, DPI en COAST van deze mogelijkheid gebruik gemaakt. Ook de komende jaren zal deze mix van bottom-up en top-down worden voortgezet (zie ook vorige paragraaf). De flexibele werkwijze met het PPS-Fonds Chemie is succesvol gebleken. Het bedrijfsleven en andere partners dragen gemiddeld zo n 35% in cash bij aan de totale projectkosten. Er zijn momenteel geen afspraken met de KNAW over een structurele inzet vanuit KNAW-instituten voor de Topsector Chemie. Incidenteel zijn vanuit de hoofdlijn Chemistry of Life contacten met onderzoekers in het Hubrecht laboratorium. Van de NWO-instituten zijn er (op projectniveau) contacten met AMOLF en DIFFER. 2

9 Inleiding Kennis- en Innovatieagenda TO2 Programmering Het Topteam maakt met TNO afspraken over de bijdrage die de organisatie kan leveren aan de uitvoering van de kennis- en innovatieagenda Chemie. Het Topteam ziet tal van inhoudelijke raakvlakken met de TO2-instituten ECN en DLO, waarmee in een aantal programma s ook al wordt samengewerkt. Het is heeft de ambitie om de komende twee jaar de samenwerking verder uit te bouwen. 4. Universiteiten en hogescholen De Topsector werkt intensief samen met alle Nederlandse universiteiten waar onderwijs wordt gegeven en onderzoek wordt gedaan in chemie en moleculaire wetenschappen. Het Topteam volgt met grote belangstelling de uitvoering van het Sectorplan Natuur- en Scheikunde, dat leidt tot structurele versterking van universitaire zwaartepunten. Een vervolgtraject in voorbereiding heeft de hartelijke steun van de Topsector, omdat voortgezette profilering van het universitaire onderzoek van essentieel belang is voor PPS. Er zijn goede contacten met de drie chemische HBO Centres of Expertise (RDM Rotterdam, GreenPAC Zwolle en COE BBE Breda) en met het Domein Applied Sciences (DAS). De Topsector onderkent echter dat de samenwerking intensiever kan en neemt zich voor om daaraan de komende tijd te gaan werken. Om te beginnen zullen de banden met het Regieorgaan Praktijkgericht Onderzoek SIA worden aangehaald. 5. EU en regionale partners De samenwerking met regionale partners geeft de Topsector vorm via Innovatief Ondernemen, het MKB Steunpunt Energie en Chemie (zie pagina 14 en 15). De Europese programmering van Horizon2020 beidt vele mogelijkheden voor de Topsector Chemie (zie pagina 11 t/m 13). Op tal van thema s en onderwerpen wordt al vele jaren samengewerkt met Europese partners. Een aantal van deze samenwerkingsverbanden wil de Topsector versterken door middel van Nederlandse cofinanciering die via NWO beschikbaar wordt gesteld. Het gaat om: Eranet Cofund on Biotechnologies Dit voorstel, getrokken door het huidige ERA-IB, richt zich op to speed up research and innovation in industrial biotechnology, establishing systems biology and synthetic biology as technology drivers while focussing on downstream applications. Beoogd TRL-niveau is 3 tot 6. Het omvat ook social sciences and humanities elements. Ook de twee Eranetten SynBio en SysAPP gaan hierin op. Het is opgenomen in het NMP-werkprogramma voor 2016 (NMBP ). De Commissie denkt aan een bijdrage van M 10 tot 15. ERA-IB is tevens van belang voor de samenwerking met de topsectoren Agri&Food en Energie en het TKI BBE. Benodigde Nederlandse cofinanciering: circa M 2. M-Eranet Cofund Het materialen Eranet, waaraan NWO meedoet, heeft recent een Cofund voorstel bij de EC ingediend (NMP ). Het betreft: Continuing the activities started by M-ERA.NET (2/2012-1/2016), the M-ERA.NET 2 consortium will support relevant fields of materials research and innovation, such as -for example- surfaces, coatings, composites, additive manufacturing, computational materials engineering. Research on materials enabling low carbon energy technologies will be particularly highlighted as a main topic of the cofunded call (Call 2016) with a view to implementing relevant parts of the Materials Roadmap Enabling Low Carbon Energy Technologies (SEC(2011)1609), and relevant objectives of the SET-Plan (COM (2009)519). M-ERA is tevens van belang voor de samenwerking met de topsectoren HTSM en Energie. 3

10 Inleiding Kennis- en Innovatieagenda Benodigde Nederlandse cofinanciering: circa M 2. INSTRUCT, Europe's research hub for structural biology INSTRUCT bestaat uit een network van faciliteiten in 12 Europese landen dat belangrijk is voor de achterban van Chemistry of Life. [The] overall goal [of INSTRUCT] is to promote innovation in biomedical science. [It] was set up to provide open access to cutting edge structural biology, specifically supporting research that uses integrated approaches and technologies. The core instrumentation includes electron microscopy, NMR, X-ray methods, protein production, mass spectrometry and other biophysical methods and can be viewed in a catalogue of access platforms on the Instruct website ( It provides peer-reviewed access for users to a broad integrated palette of state-of-the-art structural biology equipment and know-how, facilities include up to 34 technology subcategories. Instruct supports access with expert staff on-site and training for users of the instrumentation. De Commissie denkt aan een bijdrage van M 10. INSTRUCT is tevens van belang voor de samenwerking met de topsector LSH. Benodigde Nederlandse cofinanciering: circa M 0,4. 4

11 Executive Summary Chemistry of Advanced Materials Kennis- en Innovatieagenda Artificial materials are the cornerstone of our global society. Progress in the field of materials chemistry has enabled numerous new technologies and applications ever since the Stone Age, and will continue to do so in the coming decades. The Netherlands has a very strong position in various fields of advanced materials, and has a high ambition level for extending on this position; in the period , The Netherlands will have settled its name globally as rational material design technology provider for high value-added materials and clean energy materials. In keeping with this long-term ambition level, the emphasis of materials chemistry research on the short term should be on mechanistic insight to be obtained for each of a plethora of desired functionalities and on the medium to long term on moving from increasing insight and understanding towards rational material design capabilities. For the latter, a broader scientific foundation of functionality of materials should be developed, including (predictive) modelling of formulations and properties. The roadmap Chemistry of Advanced Materials has focused on three tasks: Materials with added Functionality, Thin films and Coatings, and Materials for Sustainability. All three tasks revolve around the key word functionality and prepare for a future in which advanced materials exert new functions, new combinations of functions, or true step-change improvements in their functions. Under the first task, the functionality is defined by the continuum (or bulk ) intrinsic properties of the materials, whereas surface effects dominate those properties under the second task. Under the third task, the functionality is related to sustainability. Either directly, when the material itself is made in a sustainable way, or indirectly, when the material enables sustainable energy harvesting or energy storage, reduction of energy consumption or requiring less (scarce) resources for production. Intrinsic design of advanced materials based on or allowing for circular economy or replacement of advanced materials with more sustainable alternatives is bridging task 3 with tasks 1 and 2. Of course, these three tasks are not mutually exclusive. The overall ambitions of each task and the specific steps that should be taken between now and 2040 are summarized in the table below. This roadmap on the chemistry of advanced materials is mainly sustained by the Top sector Chemistry roadmap on Making Sustainable Chemical Products and the cross sectorial platform for Biobased Economy, by providing sustainable raw materials and (catalytic) technology for control of conversion of these raw materials into advanced materials. This connects to the EU Horizon 2020 theme of Resource Efficiency. In turn, the major beneficiaries of this roadmap are in the Top sector Chemistry roadmaps on Chemistry of Life (Biomedical Materials) and on Nanotechnology and Devices, as well as in the top sectors High-Tech Systems and Materials, Energy and Water for applications of these advanced materials. These applications are fully in line with the EU Horizon 2020 themes Health, Energy, Transport, and Nutrition Security. 1

12 Kennis- en Innovatieagenda Executive Summary Chemistry of Life Understanding of Life on a molecular level (Chemistry of Life) provides a key that unlocks unlimited opportunities for breakthrough innovations, needed to address our global challenges for people today, and generations to come. The unifying aim in Chemistry of Life is therefore to bring about the chemical means and molecular understanding leading to an improved (precise), more and more personalized healthcare as well as more sustainable and healthy food for the benefit of mankind. Our life is dependent on molecules that enable, regulate, improve or threaten Life. During the past century scientific breakthroughs led to the identification of molecules which are building blocks of life. We understand better and better their functions, how they interact with small molecules and how they contribute to life. This fundamental understanding is applied today in industry to develop products creating a better life for individuals and society as a whole. While progress was enormous, leading to novel and targeted medicine and securing our food supply for a growing population, we still face major gaps in understanding life on a molecular level, and we are still faced with great challenges in healthcare as well as a sustainable healthy food supply. What are the next scientific breakthroughs in Chemistry of Life? How can The Netherlands contribute to these by using and further developing our excellent knowledge infrastructure and network of world class Universities, Knowledge Institutes and the private sector? How can we capture innovations and economic growth in The Netherlands based on these breakthroughs (e.g. expanding current vibrant biotech startups and establishing novel ventures)? The answers will come from collaborations. Collaborations across disciplines, across industries (value chains), and across the world. The Chemistry of Life roadmap is therefore set up with a focus on molecular insights reaching out to (collaborating with) all sectors contributing to the scientific and economic breakthroughs the top sector wants to enable. These connections are further specified in section 4. A three-pillar (task) roadmap has been developed to address the scientific challenges and economic opportunities in healthcare (task 1) and food/nutrition (task 2) and the link between them, connecting health and food/nutrition. The first pillar (task 1) focuses on Molecular entities, devices and approaches for understanding, monitoring and improving personalized health. Various human diseases are the result of altered or malfunctioning molecular/cellular mechanisms or genetic mutations. It is of utmost importance to understand the cellular wiring of the diseased state and develop (therapeutic) approaches to prevent this or reprogram and revert cells to a normal healthy state or to trigger cell death (apoptosis). Genomics, transcriptomics, proteomics, metabolomics data (omics, or panomics when integrated) from patient material, including the gut microbiota, constitute a treasure trove to understand and redirect molecular pathways. These pathways may be targeted by existing or newly developed drugs, thereby offering an avenue towards personalized medicine. The second pillar (task 2) focuses on Molecular entities, devices and approaches for understanding, monitoring and improving food security. Unraveling the precise mechanisms that govern molecular interactions is at the very heart of Chemistry of Life. The Netherlands has always been a stronghold with respect to recognizing the importance of the interaction of chemistry and chemical biology in the life science sector. Such a molecular understanding will also enable the food sector to get to the next level answering fundamental scientific questions to provide breakthrough innovations that address societal needs related to food quality and security throughout the whole lifespan. The third pillar (task 3) creates a deeper understanding of the building blocks of life and developing enabling technologies while providing valuable input for understanding, monitoring and improving health and food security. 2

13 Kennis- en Innovatieagenda Executive Summary Chemical Conversion, Process Technology & Synthesis: Making Sustainable Chemical Products The roadmap of the program council Chemical Conversion, Process Technology and Synthesis addresses the grand challenge to transform our fossil-resource dependent economy into a low-carbon society that fully relies on sustainable and abundant resources. Innovations and breakthroughs in catalysis and process technology are recognized as key enabling technologies. The anticipated transition involves a three-pronged approach. Step improvements in the efficiency of current chemical process are needed to decrease energy and raw material consumption. In the short term, new sustainable resources such as biomass for the manufacture of chemical products will require new combinations of designer catalysis and advanced process technology, in fields such as C 1- chemistry, waste recycling, and novel processes for the separation, purification and conversion of biomass. Integration of renewable energy in the form of electricity is a medium term challenge to enable the desired long-term transition to a circular economy in which materials and CO 2 recycle are key elements. Synthesis routes for complex functional molecules need to be developed that allow sustainable production of any functional chemical product in a minimum of process steps and with 100% efficiency. The desired breakthroughs that will drive these innovations require investments in fundamental science and technology. New spectroscopic tools will provide insight at molecular level, which will be combined with theory-based rational design of chemical processes and catalysts for the conversion and storage of energy, as well as for the synthesis of sustainable chemical products and materials. This will eventually lead to complete control over chemical process design and operation from atomic scale all the way up to reactor scale. In order to reach the goals described in this roadmap, it will be necessary to invest in an Advanced Research Center (ARC) targeting chemical building blocks in the area of Catalysis, Process Technology and Synthesis, with a maximum impact for cooperating private and academic partners, and with international reputation. The envisioned scope would be a program of about 14 million euros per year for a period of ten years. 3

14 Kennis- en Innovatieagenda Executive Summary Chemical Nanotechnology & Devices: Mimicking, Measuring & Sensing, key in creating an ultimate insight into Bio & Synthetic (inter & intra) molecular processes The roadmap Chemical Nanotechnologies & Devices refers to technologies and devices able to mimic, measure and sense (bio) chemical processes and is as such of crucial importance for the majority of the top sectors (Water, Life Sciences and Health, Agriculture & Food, Energy), and the top sector Chemistry in particular. From a technological point of view and envisioning a society in 2040, having free access to personalized diagnostic sensors, the factory of the future and sunlight as primary energy source, extensive technological breakthroughs in chemical, spatial (sub nm length scales) and temporal resolution are regarded vital. In this roadmap, a focused and prioritized program comprising (bio)sensors, micro/nanofluidics, flow-(micro)reactors, analytical technologies with ultimate (chemical, spatial & temporal) resolution and the third generation solar cells is described. These technologies are an integral part of the three main tasks, Well-being, Cradle to Cradle 2.0 and Energy, which are highly related to People, Planet & Profit. 4

15 Kennis- en Innovatieagenda GRAFISCHE SAMENVATTINGEN 5

16 Kennis- en Innovatieagenda Roadmap Chemistry of Advanced Materials Connections/cross-overs Roadmap Advanced Materials TKI Chemistry: Chemistry of Life TKI Chemistry: Chem Conversion, Process Tech, Synthesis TKI Chemistry: Nanotechnology and devices TKI BBE TS: Agri/Food TS: LSH TS: HTSM TS: Energy TS: Water TS: Creative Industry Task 1: Designing Materials with the Right Functionality Traditional Materials? Mult-Functional Materials High-Tech Materials Biomedical Materials Traditional Coatings, Packaging Films, and Membranes Task 2: Thin Films and Coatings Multifunctional and Responsive Coatings and Thin Films Bio-(inter)active sensors, coatings and films Coatings for energy creation / saving Task 3: Materials for Sustainability Replacement of petrochemical feedstocks by bio-based feedstocks Improved waste management by recycling of materials, re-use and recovery of product components and / or compound Sustainable materials for energy Roadmap Adv Mat facilitates development in connecting platform Roadmap Adv Mat benefits from development in connecting platform Roadmap Adv Mat and connecting platform both facilitate and benefit from activities 6

17 Kennis- en Innovatieagenda Roadmap Chemistry of Life Connections/cross-overs Roadmap Chemistry of Life TKI Chemistry: Advanced Materials TKI Chemistry: Chem Conversion, Process Tech, Synthesis TKI Chemistry: Nanotechnology and devices TKI BBE TS: Agri/Food TS: LSH TS: HTSM TS: Energy Task 1: Molecular entities, devices and approaches for understanding, monitoring and improving personalized health Development of analytical and biophysical devices Creation of new chemical, molecular and cellular entities Biomedical Materials for improved functionalities Task 2: Molecular entities, technologies and approaches for understanding, monitoring and improving food (security) Biochemical tailoring of food Increased nutritional availability Sustainable production and consumption Task 3: Enabling technologies and approaches for fundamental understanding, monitoring and improving molecular entities in the Chemistry of Life Roadmap CoL facilitates development in connecting platform Roadmap CoL benefits from development in connecting platform Roadmap CoL and connecting platform both facilitate and benefit from activities 7

18 Kennis- en Innovatieagenda Roadmap Chemical Conversion, Process Technology and Synthesis Connections/cross-overs Roadmap Chemical Conversion, Proces Technology & Synthesis TKI Chemistry: Advanced Materials TKI Chemistry: Chemistry of Life TKI Chemistry: Nanotechnology and devices TKI BBE TS: Agri/Food TS: LSH TS: HTSM TS: Energy TS: Water Task 1: Making Molecules Efficiently Feedstock diversification: C1- chemistry Feedstock diversification: Sustainable resources, Solar, Wind and others Efficiency in chemical production Task 2: Making Molecules from Biomass (Thermo-)Chemical Biomass conversion Biomass conversion using Industrial (White) Biotechnology Biorefining and Circular Economy High performance materials Task 3: Making Functional Molecules Speciality, pharma and fine chemicals Process technology for manufacturing functional molecules Roadmap CC, PT & S facilitates development in connecting platform Roadmap CC, PT & S benefits from development in connecting platform Roadmap CC, PT & S and connecting platform both facilitate and benefit from activities 8

19 Kennis- en Innovatieagenda Roadmap Chemical Nanotechnology & Devices Connections/cross-overs Roadmap Nanotechnology and Devices TKI Chemistry: Advanced Materials TKI Chemistry: Chemistry of Life TKI Chemistry: Chem Conversion, Process Tech, Synthesis TKI BBE TS: Agri/Food TS: LSH TS: HTSM TS: Energy TS: Water Horizon2020 TI COAST Bio-active sensing and actuation devices Task 1: Well-being (Quality of Life) Human disease and organ modelsystems on a chip Microfluidic devices for synthesis and formulations in medicine and food Task 2: Cradle to cradle 2.0 Resource efficiency and closed value added chains (gate to gate) material and energy flows Time to market speed up of the process development Process Reliability & Unification Electrochemical reduction of CO2 with Task 3: minimum over-potential Energy Efficiency and Storage Towards a third generation solar cell Roadmap Nano & D facilitates development in connecting platform Roadmap Nano & D benefits from development in connecting platform Roadmap Nano & D and connecting platform both facilitate and benefit from activities 9

20 Kennis- en Innovatieagenda RELATIE TOPSECTOR CHEMIE MET EUROPESE THEMA S: KANSEN VOOR DE TOPSECTOR CHEMIE Maatschappelijke uitdagingen: de zeven Europese uitdagingen, en de kernthema s uit de innovatieagenda s van de topsectoren: Thema 1 Langer gezonder leven Thema s E-health, zelfmanagement; telegeneeskunde; domotica; ITinfrastructuur Biomedische materialen Moleculaire biologie, verouderingsbiologie, regeneratieve geneeskunde Voeding op maat Medicijnen op maat Diagnostiek Medische instrumenten Topsectoren Creatief; HTSM; LSH;Chemie LSH; Chemie; HTSM Chemie; HTSM; LSH A&F; T&U; LSH; Chemie LSH; Chemie HTSM; LSH; Chemie HTSM; LSH; Chemie Thema 2 Voedselveiligheid, duurzame langdbouw, circulaire economie, biodiversiteit Thema s Topsectoren Duurzame voedselproductie door recycling A&F; T&U; Water; Chemie en hergebruik, vermindering van emissies Biobased materialen A&F; Chemie; Creatief; T&U Precisielandbouw HTSM;T&U; Chemie Ketenintegratie A&F; T&U Klimaat- en ziektebestendige A&F; Water; T&U teeltsystemen Nanotechnologie voor voedsel HTSM, LSH; A&F; Chemie Thema 3 Schone energie, circulaire economie Thema s Topsectoren Biobased materialen A&F; Chemie; Water; T&U Energiebesparing gebouwde omgeving Creatief, T&U; Energie; Water; Chemie Smart grids Creatief, T&U; Energie; HTSM Wind op zee Energie, Water Energiebesparing in de industrie Energie; Water; Chemie Efficiënte teelttechnologie T&U; A&F Led-technologie HTSM; T&U; Chemie Nanotech voor zon HTSM; Chemie Getijdenenergie, blue energy, energie uit Water; Chemie afvalwater 10