Fraunhofer Jahresbericht 2022

Kennzahl 2022: 
627 Mio. € aus Aufträgen der Industrie (national und international, ohne Lizenzerträge)

Keramische Festkörperbatterie wird  kommerzialisiert

Ein Forschungsauftrag in zweistelliger Millionenhöhe und die Gründung des Joint Venture Altech Advanced Materials: Mit diesem Zusammenschluss soll die Technologie der keramischen Festkörperbatterie, eines der ersten Förderprojekte der Fraunhofer-Zukunftsstiftung, durchstarten auf dem Weg zur Kommerzialisierung. Um am Standort Schwarze Pumpe nahe Hoyerswerda eine Batteriefabrik aufzubauen, gründeten die Altech Group und Fraunhofer das Joint Venture Altech Batteries GmbH. Dort soll cerenergy®, eine am Fraunhofer-Institut für Keramische Technologien und Systeme IKTS entwickelte Plattform für keramische Festkörperbatterien, in Serie produziert werden. Die ressourcenschonende Natrium-Nickelchlorid-Hochtemperaturbatterie kann erneuerbare Energie speichern und könnte so zu einem bisher fehlenden Glied der Energiewende avancieren. cerenergy®-Batterien sind einsetzbar als Netzspeicher bei Schwankungen, als Puffer zwischen Stromerzeugung und -verbrauch, für die Ladeinfrastruktur der E-Mobilität oder als Festspeicher für Industrie und private Haushalte. Die Batterien arbeiten statt mit kritischen Rohstoffen wie Lithium oder Kobalt mit preiswerten und gut verfügbaren Ressourcen wie Aluminiumoxid für den keramischen Festkörperelektrolyten oder Kochsalz und Nickel für das Kathodenmedium. Weitere Vorteile: Die keramischen Batterien sind feuer- und explosionssicher, nahezu ohne Alterung bei den Ladezyklen und werden laut Berechnung von Forschenden des Fraunhofer IKTS 40 Prozent günstiger in der Herstellung sein als vergleichbare Lithium- Ionen-Batterien. Mit Blick auf die bevorstehende Serienproduktion der cerenergy®-Technologie landete die Aktie von Altech unter den Aktientipps – etwa bei »Ecoreporter«.

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Kennzahlen 2022: 
18 Ausgründungen | 4 Beteiligungen

Landwirtschaft der Zukunft beginnt im All

Daten aus dem All sollen helfen, die Ernährung auf der Erde zu sichern und gleichzeitig Wasser zu sparen: Dazu wird eine Flotte Mikrosatelliten, jeweils groß wie ein Schuhkarton, die Oberflächentemperatur unseres Planeten überwachen. Aufzeichnungen mit einer Genauigkeit bis auf 50 Meter können dann Aufschluss geben über die Veränderungen der Pflanzengesundheit oder die effizientere Bewässerung von landwirtschaftlichen Flächen sowie genauere Ernteertragsvorhersagen ermöglichen. Dadurch schafft ConstellR einen großen Schritt in Richtung einer an den Klimawandel angepassten Landwirtschaft. Dass die Technologie funktioniert, zeigte sich, als das Messinstrument LisR (Long-wave Infrared Sensing demonstratoR) im März 2022 auf der Raumstation ISS installiert und in Betrieb genommen wurde. Die seit April empfangenen und zur Erde geschickten Daten bilden die Grundlage für verschiedene Pilotprojekte, die derzeit von ConstellR durchgeführt werden. Entwickelt wurde LisR unter Leitung des Fraunhofer-Instituts für Kurzzeitdynamik, Ernst-Mach-Institut, EMI, in Freiburg, sowie dessen Ausgründung ConstellR. Das Messinstrument besteht aus einer Datenprozessierungseinheit und einer Thermalinfrarotkamera mit vorgeschalteter kompakter Freiform- Spiegeloptik, mit der die Landoberflächentemperatur der Erde vom Weltraum aus bestimmt wird. Die Freiformoptik wurde dabei vom Fraunhofer-Institut für Angewandte Optik und Feinmechanik IOF sowie dessen Ausgründung SPACEOPTIX entwickelt und gefertigt. Als Demonstrator hat LisR die Bewährungsprobe bestanden und das Spin-off ConstellR konnte Ende 2022 10 Mio. Dollar an Seed-Finanzierung einwerben. Mitte 2024 sollen zwei Mikrosatelliten von ConstellR in den Orbit gebracht werden und 2025 weitere folgen.

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Kennzahlen 2022

7414 aktive Patentfamilien | 443 Erfindungsmeldungen | 375 Patentanmeldungen | 160 Mio. € Lizenzerträge

Exit mit Lizenz

2022 wurde das Fraunhofer-Spin-off Arioso Systems an Bosch Sensortec verkauft. Der Lizenzvertrag für die zugrunde liegende Technologie, der zwischen dem Mutterinstitut, dem Fraunhofer-Institut für Photonische Mikrosysteme IPMS und dessen Ausgründung Arioso Systems 2019 geschlossen wurde, gilt weiterhin. Am Beginn stand die Antriebs-Technologie namens Nanoscopic Electrostatic Drive (NED) für mikromechanische Systeme. Sie ermöglicht das innovative Schallwandlerprinzip. Dazu wurden die neuartigen MEMSbasierten NED-Biegeaktoren in MEMS-Siliziumchips integriert, was die Fertigung miniaturisierter Hearables ermöglicht. Vorteil der Siliziumtechnologie ist die hohe Miniaturisierung. Zugleich ist der elektrostatische Antrieb energieeffizient.

Die NED-Technologie ist eine gemeinsame Entwicklung des Fraunhofer IPMS mit der Brandenburgischen Technischen Universität Cottbus-Senftenberg. Das Lautsprecher Basis- Patent wurde 2018 erteilt und das zugehörige Patentportfolio stetig erweitert. 2019 wurde aus dem Fraunhofer IPMS die Arioso Systems GmbH ausgegründet mit dem Ziel, die miniaturisierten Kopfhörer mit der Mikrolautsprecher-Technologie in den Markt zu bringen. Die Ausgründung startete mit einem Projekt der Fraunhofer-Zukunftsstiftung. In der Seed- Finanzierungsrunde von 2020, in welcher u. a. der High-Tech Gründerfonds investierte, erhielt die Arioso Systems GmbH 2,6 Mio. € an Wagniskapital. Der Exit erfolgte 2022 durch den kompletten Verkauf an das international führende deutsche Großunternehmen Bosch Sensortec GmbH, einer 100-prozentigen Tochter der Robert Bosch GmbH.

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Drahtlose Kopfhörer mit MEMS-Lautsprechern für das Internet of Voice auf Basis des energieeffizienten Schallwandlerprinzips.

»Exzellente In-Ear-Kopfhörer für Musikhörer, die dazu noch gutes Noise Cancelling und weitere Funktionen anbieten, sind mit unserer Technik heute schon realisierbar.« 

Einen echten Qualitätssprung bei In-Ear-Kopfhörern verspricht eine innovative Schallwandler-Technologie aus dem Fraunhofer-Institut für Photonische Mik-rosysteme IPMS in Dresden. Dr. Bert Kaiser und sein Team haben Mini-Lautsprecher mit winzigen Biegelamellen entwickelt, die von elektrostatischen Aktoren in Schwingung versetzt werden. Der niedrige Klirrfaktor verbessert den Klang bei der Musikwiedergabe, außerdem sinkt der Energieverbrauch. Das gibt Ressourcen frei für die Integration weiterer spannender Funktionen. Welche das sein könnten und wie die Technik genau funktioniert, erklärt Bert Kaiser im Podcast.

Kennzahl 2022:

1235 Standardisierungs- und Normierungsaktivitäten

Regeln für Künstliche Intelligenz im Auto

In kaum einem anderen Technologiefeld ist der Einsatz von Künstlicher Intelligenz so sicherheitskritisch wie beim autonomen Fahren. Mit der ISO 26262 existiert schon eine Norm für die funktionale Sicherheit und die ISO 21448 beschäftigt sich mit der Frage, ob ein System für eine bestimmte Situation ausreichend ausgelegt ist. Mehrere Fraunhofer-Institute engagieren sich bereits seit Jahren in den Standardisierungsorganisationen der Automobilbranche. Das Fraunhofer-Institut für Kognitive Systeme IKS gestaltet die Zukunft des sicheren automatisierten Fahrens in wichtigen Gremien wie ISO, AUTOSAR, 5GAA oder ASAM. Ein Schwerpunkt liegt auf dem sicheren Einsatz von Künstlicher Intelligenz. Damit beschäftigt sich die ISO/AWI PAS 8800, bei der das Fraunhofer IKS die internationale Federführung übernommen hat. Weitere Standardisierungsorganisationen, an denen Fraunhofer-Institute mitwirken, beschäftigen sich beispielsweise mit der zukünftigen Softwarearchitektur im Fahrzeug (AUTOSAR) oder mit dem sicheren Einsatz von Fremdsoftware wie Linux-Betriebssystemen in Fahrzeugen (ISO/AWI PAS 8926). Auf diese Weise wird Wissen aus der Fraunhofer-Forschung kodifiziert und wird sich in den Fahrzeugen der Zukunft wiederfinden.

Automatisierte Fahrsysteme haben das Potenzial, die Straßen deutlich sicherer zu machen: Sie optimieren den Verkehrsfluss und sie erkennen Gefahren auf der Strecke und reagieren darauf.

Und: Automatisierte Fahrsysteme halten den Schaden durch unaufmerksame und unzuverlässige menschliche Fahrer in Grenzen. Durchbrüche auf dem Gebiet der Künstlichen Intelligenz (KI) und insbesondere der Einsatz von Maschinellem Lernen zur Wahrnehmung des Umfelds und der Reaktion des Fahrzeugs darauf werden als Schlüssel zur Verwirklichung des automatisierten Fahrens angesehen.

Doch trotz des anfänglichen Hypes und der massiven Investitionen vollziehen sich die Fortschritte deutlich langsamer als ursprünglich erwartet. Hinzu kommen aufsehenerregende Unfälle selbstfahrender Autos mit Schwerverletzten und Todesfällen. Diese untergraben das Vertrauen in die Technologie und machen gleichzeitig die Notwendigkeit neuer Perspektiven für die Sicherheit dieser automatisierten Fahrsysteme deutlich.

In diesem Podcast erläutert Prof. Dr. Simon Burton vom Fraunhofer IKS, worauf es bei der Frage nach der Sicherheit von KI in Autos ankommt, vor welchen Herausforderungen die Ingenieure stehen und welche Hausaufgaben die Automobilhersteller noch zu erledigen haben, um sicheres autonomes Fahren zu gewährleisten.

Kennzahlen 2022

7,0 Mio. € Einnahmen aus Weiterbildungskursen der Fraunhofer Academy*

5400 Teilnehmende in 430 Kursangeboten

Lernlabor Cybersicherheit für die Energie und Wasserversorgung

203 Mrd. € Schaden pro Jahr erleiden Firmen in Deutschland durch Diebstahl von IT-Ausrüstung, Daten und durch Spionage und Sabotage. Dies zeigte im August 2022 eine Untersuchung des Branchenverbands Bitkom in Zusammenarbeit mit dem Bundesverfassungsschutz. Bei Angriffen auf kritische Infrastrukturen wie Energie- und Wasserversorgung kommt zum materiellen auch ein immenser gesellschaftlicher Schaden. Die Versorgungsaufgabe sicherzustellen, wird zunehmend herausfordernder: Zum Beispiel werden immer mehr dezentrale Einrichtungen zur Datenerfassung und -übertragung eingebunden, die Erzeugung, Verteilung, Speicherung und Nutzung von Energie erfolgt durch IT-gekoppelte Anlagen. Hinzu kommen geopolitische Interessen. Um Schäden an kritischen Infrastrukturen durch Cyberangriffe vorzubeugen, wurde am Fraunhofer-Institut für Optronik, Systemtechnik und Bildauswertung IOSB an den Standorten Ilmenau und Görlitz ein Lernlabor Cybersicherheit speziell für die Energie und Wasserversorgung aufgebaut. Hier entwickeln die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler aus ihren Forschungsergebnissen neue Methoden und Verfahren, um Cyber-Angriffe zu erkennen und abzuwehren. Die so entstehenden Applikationen und Prototypen werden in Hardwareplattformen im Lernlabor überführt und in realitätsnaher Umgebung erprobt und validiert. Erst dann werden sie als Schulungen oder Cybersicherheits-Assessments des Lernlabors aufgenommen. Vor allem die technischen Intensivkurse an der mobilen Schulungsplattform werden von Mitarbeitenden bis hin zu Sicherheitsbeauftragten von Energie- und Wasserversorgern besucht.

Virtueller Rundgang durch das Lernlabor Cybersicherheit

* (geschätzte Werte auf Basis der stabilen Entwicklung bei der Anzahl von Teilnehmenden)

Kennzahl 2022

65 Prozent der Menschen, die Fraunhofer 2022 verließen, strebten einen Wechsel in die Wirtschaft an (laut Exit-Befragung)

Qualifizierung von zukünftigem Führungspersonal

Ein wichtiger Aspekt der Fraunhofer-Mission ist die Qualifizierungsphase vor allem des wissenschaftlichen Personals während der Beschäftigungszeit bei Fraunhofer. Im Wissenschaftsbereich liegt die Fluktuationsquote bei rund 10 Prozent. Im Rahmen der Exit-Befragung von ausscheidenden Mitarbeitenden wird erfasst, welche Anschlusskarrieren diese planen. Demnach streben zwei Drittel der ausscheidenden Mitarbeitenden einen Wechsel in die Wirtschaft an, davon rund die Hälfte in Führungspositionen.

Karriere bei Fraunhofer

Kennzahl 2022

Hier sind (noch) keine Kennzahlen erfassbar. Diese bilden sich momentan in anderen Transferpfaden ab.

Reallabore für Geothermie und Georessourcen

Rund ein Viertel des Wärmebedarfs in Deutschland könnte die klimaneutrale Tiefe Geothermie decken. So das Ergebnis einer Roadmap von Fraunhofer- und Helmholtz-Forschenden. In Nordrhein-Westfalen könnte die Umstellung besonders wirkungsvoll sein: Hier liegen Europas größte Fernwärmenetze, die noch die Abwärme der Kohlekraftwerke nutzen. Um Fernwärme aus erneuerbaren Energien zu nutzen, gilt es, das große nordwesteuropäische unterirdische Thermalwasser- Reservoir zu erschließen, wie es in den Niederlanden, Belgien und Frankreich schon der Fall ist. Das Reallabor TRUDI der Fraunhofer-Einrichtung für Energieinfrastrukturen und Geothermie IEG hilft dabei, Technologien unter »Feldbedingungen« zu erproben und sie schnell und sicher in den Markt zu skalieren.

Im »Fraunhofer-Metropolenlabor für gekoppelte Untergrundsysteme und Energiesystemtransformation – TRUDI« werden Wärmequellen wie Solarthermie und Abwärme mit großvolumigen Wärmespeichern wie gefluteten Steinkohlebergwerken sowie Hochtemperatur-Wärmepumpen exemplarisch zu Wärmenetzen für Großstädte wie Bochum miteinander vernetzt. 2022 wurde nach einem mehrstufigen Auswahlverfahren der Zukunftsagentur Rheinisches Revier der Weg frei für eine Beantragung des »Fraunhofer Reallabors Tiefengeothermie Rheinland«. Damit könnte eine europaweit einmalige große Forschungsinfrastruktur für die Geothermie geschaffen werden. Die Fraunhofer IEG will am künftigen Standort Weisweiler mit Industriepartnern forschen: etwa zu Georessourcen, Bohrlochtechnologien, Exploration sowie Wärmespeichern.

Zur Presseinformation » Geothermie - Mit drei Sternen in die  Tiefe«

Kennzahlen 2022

11 026 erfasste Beiträge laut Medienresonanzanalyse, davon rund 60 Prozent eigeninitiiert. Die erzielte Reichweite liegt bei 5511,2 Millionen Kontakten.

Partizipation und Co-Creation

Neben den klassischen Kommunikationswegen gewinnen für die Fraunhofer-Wissenschaftskommunikation auch die partizipativen Formate an Bedeutung. Diverse Fraunhofer-Institute haben Erfahrungen im Bereich Citizen Science sammeln können. Um diese Aktivitäten strukturiert auszubauen, wurde ein interner Arbeitskreis mit erfahrenen Akteurinnen und Akteuren aus den Fraunhofer-Instituten gegründet, der durch die zentrale Abteilung »Bürgerformate und Initiativen« beraten und unterstützt wird. Ergänzt wird der Arbeitskreis durch die Mitwirkung des Center for Responsible Research and Innovation (CeRRI), einer Abteilung des Fraunhofer-Instituts für Arbeitswirtschaft und Organisation IAO. Es kann langjährige Erfahrung und Methodenkompetenz zum Thema Citizen Science einbringen. Neben der internen Etablierung des Themas Citizen Science wird der Austausch mit externen Stakeholdern verstärkt gesucht, u. a. ist Fraunhofer im Gesprächskreis »Partizipation« des Bundesministeriums für Bildung und Forschung vertreten. Die Partizipation von Bürgerinnen und Bürgern ist auch Thema, wenn die Potenziale der Digitalisierung für ländliche Regionen stärker erschlossen werden sollen. Bei solchen Vorhaben begleitet das Fraunhofer-Institut für Experimentelles Software Engineering IESE Städte und Regionen mit dem partizipativen Ansatz der »Co-Creation«. Dabei werden Gruppen wie Bürgerschaft, Verwaltung oder Wirtschaftsakteure aktiv einbezogen, wenn es um das Sammeln von Ideen, die Definition von Anforderungen oder das Bewerten von realisierten Konzepten bzw. digitalen Lösungen geht. Die bekanntesten Beispiele des Fraunhofer IESE für dieses Vorgehen sind die Projekte »Digitale Dörfer« und »Smarte.Land.Regionen«.