»Rückenwind für die Forschung!« Ministerin Stark- Watzinger im Interview 1 2 | 4 Wir haben die Energie! Sonne, Wind, Wärme – bereit für die Wende Dr. Andrea Herbst, Fraunhofer ISI Auto der Zukunft, Mobilität der Zukunft Mehr Diversität für unsere Straßen Von Herzen Forschung am Puls des Lebens – neue Techniken, neue Therapien

4 | 21 Editorial Prof. Reimund Neugebauer 30 institutsübergreifende und systemrelevante Forschungs- projekte, die einen nachhaltigen Innovationspush in der Wirtschaft bewirken. Für kleine und mittlere Unterneh- men (KMU) hat Fraunhofer das Programm KMU-akut mit einem Volumen von zehn Millionen Euro aufgelegt. Als den Reichtum seiner Heimat, als »Ersatz für die Güter, welche die Natur in allzu kärglichem Maße ausgestellt hat«, hat schon Alexander von Humboldt das »Wissen und Erkennen« bezeichnet. In seinem »Entwurf einer physi- schen Weltbeschreibung« hat er bereits vor 150 Jahren die Lage Deutschlands, wie sie noch 2021 gilt, treffend be- schrieben. Nicht Rohstoffe, sondern Wissen und Erkennen sind der »Reichtum« Deutschlands. Lassen Sie uns dieses Wissen gemeinsam nutzen, um Ver- änderungen organisch und zum Wohle aller zu erreichen, Denn um es noch einmal mit Alexander von Humboldt zu sagen: »Ideen können nur nützen, wenn sie in vielen Köpfen lebendig werden.« Ihr Reimund Neugebauer Präsident der Fraunhofer-Gesellschaft — Mehr zu den großen Forschungsthemen der Fraunhofer-Gesellschaft: Prof. Reimund Neugebauer auf LinkedIn Vorreiter in der Veränderung Die Zukunft und die für ihre erfolgreiche Gestaltung er- forderlichen Veränderungen gehören zur DNA der Fraun- hofer-Gesellschaft. Die weltweit führende Organisation für anwendungsorientierte Forschung mit bald 30 000 Mitar- beitenden in 75 Instituten stellt sich den aktuellen wirt- schaftlichen und gesellschaftlichen Herausforderungen. Hierzu zählen Fragen des klimaneutralen Forschungsbe- triebs ebenso wie die Ausrichtung auf missionsorientierte Forschung zur Bewältigung großer gesellschaftlicher Her- ausforderungen: Klimawandel, Gesundheit, die Steigerung von Impact für Wirtschaft und Gesellschaft. Mit dem Kompetenzprofil ihrer Institute ist die Fraunhofer- Gesellschaft gut gerüstet und schafft mit der Fraunhofer Agenda 2030 die notwendigen Rahmenbedingungen. Profi- lierte Leistungsbereiche müssen Exzellenz im Transfer eben- so sicherstellen wie eine Partizipation an öffentlich geförder- ten Großprojekten und Forschungsinfrastrukturen. Mit Blick auf die vor uns liegenden Aufgaben und das inhaltliche und kapazitive Wachstum in den vergangenen sechs Jahren fokussiert sich die Fraunhofer-Gesellschaft künftig zudem mit einem weiteren Forschungsvorstand systematisch auf Forschungsinfrastrukturen, Bau, Einkauf sowie die Digitali- sierung und den Aufbau eines Wissensmanagements. In Bezug auf die Klimaneutralität hat sich Fraunhofer zu dem Ziel bekannt, die eigene Organisation bis 2030 klima- neutral zu gestalten. Zur Erreichung dieses Ziels müssen die klimawirksamen Treibhausgasemissionen um mindestens 55 Prozent reduziert und durch Kompensationsmaßnah- men ausgeglichen werden. Bis zum Jahr 2045 wird sich Fraunhofer der Herausforderung stellen, die THG-Emissio- nen auf nahezu null zu senken. Für die Umsetzung dieses umfassenden Transformationsprozesses soll die Einrich- tung eines Fraunhofer-Reallabors »klimaneutraler Wissen- schaftsbetrieb« organisatorische Unterstützung leisten. Anwendungsorientierte Forschung und die damit verbun- dene Generierung von ökonomischem, ökologischem und sozialem Impact zeichnen die Fraunhofer-Gesellschaft be- sonders aus. Zur Unterstützung der deutschen Wirtschaft in und nach der Corona-Pandemie investieren wir in diesem Jahr erneut mehr als 70 Millionen Euro Sondermittel für zurück zu Seite 1 3 r e b u H d r a h n r e B / r e f o h n u a r F : o t o F

30 Mit dem Mikro-U-Boot ins Gehirn Krebs, Aneurysmen: Wie ein winziger Roboter Medikamente im Körper transportiert 32 Wo ist Emma? Personensuche, Fahndung: In enger Zusammenarbeit mit Fraunhofer hat die Polizei ein neues Werkzeug bekommen 35 Staffellauf des Wissens, Folge 3 Wann wird Deutschland seinen Primärenergiebedarf regenerativ decken können? Antworten von Prof. Hans-Martin Henning 51 Wie Mathematik Diamanten zum Strahlen bringt Zuschnitt und Schliff entscheiden über den Wert. Eine Software des Fraunhofer SCAI optimiert die Verfahren 52 Wenn der Avatar dem Arzt hilft Mehr Tempo im Notfall: Das Pati- entenaufnahme-System TEDIAS nutzt die Wartezeit des Patienten 32 Wo ist Emma? Und plötzlich ist das Kind weg! Fraunhofer hilft der Polizei mit einem neu entwickelten Messenger bei der Suche. 4 | 21 51 Glitzernde Schönheiten Erst der Schliff bringt Diamanten zum Strahlen. Fraunhofer hilft mit Mathematik. a p d / s r e t u e R / n a m r e H s e v Y , o e n o c I , Y B - L M D / h c i r t t i D o i v l y S , V M i e l z n a k s t a a t S , s s i e H z n e H i , t l r A s e n n a h o J : t l a h n I ; o t o h p k c o t s i , t l r A s e n n a h o J : r e v o C s o t o F 5 68 Die Welt trägt Maske Monat für Monat verbraucht die Welt 129 Milliarden Mund-Nase-Masken. Fraunhofer-Forschenden gelingt die Kreislauflösung. 54 Kevin macht durch 66 Foto & Fraunhofer Der mobile Laborroboter kann nächtelang PCR-Tests auswerten – zuverlässig und ermüdungsfrei! 56 Pflegebetrügern auf der Spur Häufig kratzt die Kripo nur an der Oberfläche – das kann sich durch eine neue Software jetzt ändern 58 Lösungen für ein gesundes Herz Fachleute am Fraunhofer IPK und Fraunhofer IKTS wollen Patienten eine bessere Zukunft ermöglichen 60 Grünes Licht für Phase 2 Prof. Thomas Thum ist einer der Pioniere der RNA-Therapie – und hat sie erfolgreich gegen eine Herzerkrankung getestet 62 Fraunhofer international 64 Stimme aus der Wirtschaft Das Logistikunternehmen Dachser SE erwirtschaftet mehr als fünf Milliarden Euro Umsatz. CDO Stefan Hohm arbeitet daran, der Branche mit Open Logistics neue Möglichkeiten zu erschließen zurück zu Seite 1 2022 startet Fraunhofer gleich doppelt ins Weltall – mit einem Messinstrument, das im Klima- wandel den Wasserkreislauf auf der Erde messen soll, und dem Nanosatelliten ERNST 68 Die Welt trägt Maske So kommt das Massen-Utensil der Pandemie in den Kreislauf 71 Fraunhofer vor Ort 47 Prozent der deutschen Bevölke- rung können sich bereits jetzt die Anschaffung eines Elektro-Autos vorstellen, ermittelte das »Soziale Nachhaltigkeits barometer 2021« – trotz Mängel bei der Ladeinfra- struktur. Die repräsentative Studie zeigt: Rund die Hälfte der Befragten ist bereit für die Verkehrswende. Sie soll aber bezahlbar bleiben. 47

Porzellan-Kunst aus dem Drucker Mit einem innovativen 3D-Druckverfahren ist es dem Fraunhofer-Institut für Keramische Technologien und Systeme IKTS gelungen, wertvolle Exponate der weltberühmten Dres- dener Porzellansammlung zu restaurieren. Begründet wurde die Sammlung von August dem Starken Anfang des 18. Jahrhunderts. Einige Jahre lang war er in Europa der Ein- zige, der das Geheimnis der Herstellung des exotischen Materials aus China kannte. Die neue Methode des Fraunhofer IKTS er- laubt es zukünftig, Porzellankunst detailge- treuer und langlebiger als bisher zu restaurie- ren. Aktuell müssen Restauratoren die benö- tigten Kleinteile entweder händisch aus Porzellan formen oder auf nicht dauerhaft be- ständige Kunststoffe ausweichen, wenn sie 3D- Drucker einsetzen wollen. »Nun wird es mög- lich, höherwertige oder sogar originalgetreue Materialien wie eben Porzellan zu verdrucken«, erklärt Dr. Tassilo Moritz, der das Projekt Res- taurAM im Fraunhofer IKTS geleitet hat. »Die Resultate sind grandios«, bestätigt Res- tauratorin Heike Ulbricht von den Staatlichen Kunstsammlungen Dresden. »Dieses Verfahren hat das Potenzial, sich zu einer wichtigen Er- gänzung für die Restaurierung wertvoller Kunstgegenstände aus Porzellan zu entwickeln.« Zudem hofft sie auf einen Schub für den digi- talen Austausch zwischen nationalen wie auch internationalen Kunstsammlungen. Denn die Vasenfragmente müssen für den 3D-Druck zu- vor eingescannt werden. Die dabei entstehen- den 3D-Daten könnten Museen in Zukunft mit ähnlichen, aber an anderen Stellen beschädig- ten Exponaten abgleichen. Der abgebrochene Rüssel der histori- schen Elefantenkopf- Vase konnte durch das neue Verfahren originalgetreu rekonstruiert werden. Die Energie- und Ökobilanz lässt sich mit reibungs armen Motoren und Getrieben deutlich verbessern. Läuft wie geschmiert An nahezu reibungsfreien Motoren und Getrieben arbeiten Forschende des Fraun- hofer-Instituts für Werkstoff- und Strahl- technik IWS. Verbesserte superharte Koh- lenstoffbeschichtungen sollen beispiels- weise Elektrofahrrädern mehr Reichweite pro Akkuladung verschaffen oder helfen, Industriemaschinen energieeffizienter zu betreiben, weil Reibung und Abwärme re- duziert werden. Das Konzept: Die Ingenieure versetzen die bereits reibungsarmen Kohlenstoff- schichten im Motor zusätzlich mit Fremd- atomen zum Beispiel aus Bor. Im Motor verbinden sich die Fremdatome dann che- misch mit bestimmten Schmierstoffmo- lekülen und erzeugen im laufenden Betrieb ultraschmierende Grenzflächen. Im Ver- gleich zu heutigen Lösungen sollen sie die Reibung im Motor halbieren. Die Forschen- den schätzen, dass reibungsärmere Moto- ren allein in Deutschland jährlich bis zu zwei Terawattstunden Energie und damit rund 520 Kilotonnen CO2 einsparen könn- ten. Das entspricht in etwa der Energie, die 800 000 Zweipersonenhaushalte in einem Jahr verbrauchen. Die ersten ultraschmie- renden Motoren aus dem Forschungsprojekt »Prometheus« treiben voraussichtlich ab 2025 Serienfahrzeuge an. 4 | 21 Impressum Fraunhofer. Das Magazin, Zeitschrift für Forschung, Technik und Innovation. ISSN 1868-3428 (Printausgabe) ISSN 1868-3436 (Internetausgabe) Herausgeber: Fraunhofer-Gesellschaft Hansastraße 27c, 80686 München Redaktionsanschrift wie Herausgeber Telefon +49 89 1205-1301 magazin@zv.fraunhofer.de www.fraunhofer.de/magazin Kostenloses Abonnement: Telefon +49 89 1205-1301 publikationen@fraunhofer.de Redaktion: Roman Möhlmann (V.i.S.d.P.), Josef Oskar Seitz (Chef redak tion), Dr. Sonja Endres Redaktionelle Mitarbeit: Dr. Janine van Ackeren, Mandy Bartel, Christine Broll, Meike Grewe, Sirka Henning, Michael Krapp, Dr. Monika Offenberger, Tim Schröder, Franziska Sell, Mehmet Toprak, Britta Widmann Layout + Litho: Vierthaler & Braun Titelbild und Fotografie der Titelstrecke »Energie«: Johannes Arlt Fotograf »Mobil – aber wie?«: Heinz Heiss Druck: hofmann infocom GmbH, Nürnberg © Fraunhofer-Gesellschaft e.V. München 2021 Fraunhofer in Social Media: @Fraunhofer www.facebook.com/ fraunhoferde www.instagram.com/ fraunhofergesellschaft www.linkedin.com/company/ fraunhofer-gesellschaft www.youtube.com/ fraunhofer zurück zu Seite 1 7 o t o h p k c o t s i , l n e d s e r D n e g n u m m a s t s n u K e h c i l t a a t S , l g n u m m a s n a l l e z r o P / r e u a S n a i r d A , k c o t S e b o d A , l h s a p s n u / n o t w a L s i r h C : s o t o F

weiter erhöhen. Denn wir wollen diese und künftige Krisen rasch und verantwortungsbewusst überwinden. Forschung kann uns dabei helfen, indem sie möglichst frühzeitig Risiken identifiziert und mögliche Lösungen vorausdenkt und erprobt. Meine Erwartung ist, dass auch künftig Forschung die Grundlage dafür legen wird, dass wir evidenzbasiert politisch entscheiden können, auch unter hohem zeitlichem Druck in aktuel- len Notlagen. Mir ist es daher sehr wichtig, Forschungs- förderung so auszurichten, dass zukunftsträchtige Innovationen möglich werden, ausgehend von der Grundlagen- forschung über die angewandte Forschung bis zur experimentellen Entwicklung. Eine wichtige Voraus- setzung für diese Innovationskraft ist dabei Technologieoffenheit. In der Pandemie waren wir auch deswegen in der Lage, eine schnelle wissen- schaftliche Antwort zu finden, weil auf relevante Grundlagenforschung zurückgegriffen werden konnte. Des- halb wollen wir die freie, von wis- senschaftlicher Neugier getriebene Grundlagenforschung weiterhin so umfassend unterstützen. welche Herausforderung es ist, Forschung »Ich habe selbst erlebt, möglich zu machen!« Bettina Stark-Watzinger 4 | 21 sich ändernden globalen Lage ein starker Akteur sein und seine technologische Souveränität im europäischen Verbund weiter ausbauen. Die weltweite Sichtbarkeit, die Deutschland durch die Entwicklung des ersten mRNA- Impfstoffs erlangt hat, wollen wir nutzen, um zum inter- national führenden Biotechnologie-Standort zu werden. Den Rückenwind für die Forschung erzeugen wir aber nicht allein durch zusätzliches Geld. Durch eine regel- mäßige und umfassende Wirkungsprüfung werden wir außerdem die Effektivität und Effizienz von staatlichen Maßnahmen generell bewerten und uns neue Spielräume erarbeiten. Für die FDP – und auch für Fraunhofer – stehen Klimaschutz und Wirtschaftswachstum nicht im Widerspruch. Energiewende, Ver- kehrswende, Kreislaufwirtschaft sind in diesem Fraunhofer-Magazin wieder die großen Themen unserer Forschungsgesellschaft. Was werden Sie tun, um Forschungsergebnisse noch schneller in die Anwendung und in die Wirtschaft zu bringen? Deutschland ist in einer guten Startposition. Wir müssen aber die Vernetzung zwischen Wissenschaft Mein Anspruch ist: Weltspitze bis hin zum Nobelpreis-Niveau. Eine zentrale Rolle wird grünen Zukunftstechnologien für klimaneutrale Energieträger und ressourceneffizientes Wirtschaften zukommen. Ich erwarte, dass wir hier in den nächsten Jahren wissenschaftliche Durchbrüche erzielen, die Deutschland zum globalen Technologievorreiter für die Themen Klima, Energie und Kreislaufwirtschaft machen. Herzlichen Glückwunsch, Sie haben einen gu- ten Draht zum Finanzminister – zum ersten Mal seit 1965 besetzt die FDP diese beiden Ministerien. Wofür braucht die Forschung mehr finanziellen Rückenwind? Angesichts der Herausforderungen, vor denen unser Land steht, wie Digitalisierung, Demografie und Klima wandel, sollte der finanzielle Rückenwind schon deutlich spürbar sein. Wir brauchen ihn für mehr In- novation, Wettbewerbsfähigkeit und klimaneutralen Wohlstand. Deshalb haben wir das 3,5-Prozent-Ziel im Koalitionsvertrag verankert. Ich möchte, dass dieser Rückenwind genutzt wird, um den wissenschaftlichen Fortschritt zu erzielen, den wir dringend brauchen. Auch damit schaffen wir Chancen. Handlungsbedarf sehe ich insbesondere beim Erreichen unserer Klima- und Nachhaltigkeitsziele. Zudem wird der internationale Wettbewerb auch in Schlüsseltechnologien wie der Künstlichen Intelligenz oder den Quantentechnologien weiter zunehmen. Deutschland muss und will in dieser s e g a m i o g a m i / k e h t o t o h p / l e h c s t u r T s a m o h T : o t o F und Wirtschaft und den Transfer deutlich verbes- sern. Dabei ist für mich Transfer keine Einbahnstraße von der akademischen Forschung in die Wirtschaft, sondern ein Kreislauf. Das bedeutet, dass diejenigen, die Forschungsergebnisse am Ende anwenden oder Prototypen weiterentwickeln, von Anfang an in den Forschungsprozess eingebunden werden. Dies können Expertinnen und Experten aus der Wirtschaft, aber auch professionelle Anwender wie Ärztinnen und Ärzte oder die Bürgerinnen und Bürger als Nutzer sein. Ein Schwerpunkt wird die Gründung und der Auf- bau der Deutschen Agentur für Transfer und Innova- tion (DATI) sein, die soziale und technologische Inno- vationen insbesondere an den HAW sowie den kleinen und mittleren Universitäten in Zusammenarbeit unter anderem mit Start-ups, kleinen und mittleren Unternehmen sowie sozialen und öffentlichen Organi- sationen fördert. Weiterhin werden wir Innovations- regionen nach britischem Vorbild schaffen und dafür Handlungsspielräume des nationalen wie europäischen Rechts nutzen und ausweiten. Ich setze hierbei auf eine missionsorientierte Forschungspolitik, die frühzeitig alle Beteiligten und insbesondere die späteren Anwen- der einbindet. Die Chancen der Digitalisierung werden wir nutzen und Datenpotenziale gezielt heben. Die Innovationsförderung des Bundes soll für gesellschaft- liche, soziale und ökologische Innovationsvorhaben konsequent geöffnet werden. zurück zu Seite 1 9

4 | 21 Wir haben die Energie! Die Wende ist machbar: Sonne, Wind, Wasserstoff, Geothermie – viele Wege führen zum Ziel. Von Dr. Janine van Ackeren, Fotografie: Johannes Arlt zurück zu Seite 1 11

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lungsschritt abbildet – vom Rohsilizium über die Waferherstellung bis hin zur So- larzellen- und Modulherstellung. »Wir können klare Aussagen dazu treffen, wie viel Energie für die Herstellung eines spe- ziellen Moduls benötigt wird und wie groß sein CO2-Rucksack in verschiedenen Län- dern ist«, erläutert Dr. Holger Neuhaus, Ab- teilungsleiter am Fraunhofer ISE. »Den Unterschied macht vor allem der Energie- mix, auf den das jeweilige Land setzt. Wäh- rend in China ein großer Teil der Energie über Kohleverbrennung erzeugt wird, stammen in Deutschland mittlerweile über 50 Prozent des benötigten Stroms aus er- neuerbaren Energiequellen.« Der Trans- port der Solarzellen von China nach Deutschland schlägt dagegen nur mit drei Prozent höheren Emissionen zu Buche. Unterschiede in der CO2-Bilanz weisen auch die verschiedenen Solarzellen-Typen auf: So werden bei der Herstellung der rahmen- losen Glas-Glas-Module 7,5 bis 12,5 Prozent weniger klimaschädliche Gase emittiert als bei PV-Modulen mit Rück- seitenfolien. Rechnet man noch die deut- lich längere Lebenszeit der Glas-Glas-Mo- dule mit ein, so entstehen sogar 22 bis 27 Prozent weniger CO2-Emissionen. Dennoch gilt es ob dieser Untersuchungen eines zu betonen: Obwohl Solarzellen aufgrund ihrer Herstellung natürlich nicht vollkom- men emissionsfrei sind, ist diese Emission 40-mal geringer als die, die bei der Förde- rung und Verbrennung von Braunkohle entsteht. Das Fraunhofer ISE belässt es jedoch nicht bei der Theorie der Studien, sondern ent- wickelt auch die nötigen Technologien, um das Innovationstempo aufrechtzu- erhalten. Etwa im Bereich des Silberver- brauchs. So konnte der Materialverbrauch von Silber um etwa 20 Prozent reduziert und der Wirkungsgrad um ein Prozent ge- steigert werden, indem die Kontakte dün- ner gestaltet wurden. Diese Technologie wird mittlerweile von der Fraunhofer- Ausgründung Highline weiter vorange- trieben. Die Fraunhofer-ISE-Ausgründung PV2plus dagegen konnte die Silberkontak- te gänzlich durch Kontakte aus Kupfer er- 4 | 21 setzen. Dabei würde allein die Menge an Kupfer, die in Deutschland recycelt wird, für den zukünftigen globalen Bedarf in der Solarzellenherstellung ausreichen. Der energieeffizienten Herstellung von Photovoltaikmodulen widmet sich die Firma NexWafe, die ebenfalls aus einer Technologie des Fraunhofer ISE hervor- gegangen ist. Mithilfe eines innovativen Produktionsverfahrens ist es ihnen gelun- gen, Silizium-Wafer, das Herzstück jeder Photovoltaikzelle, wesentlich effizienter herzustellen als bisher möglich. Um den CO2-Rucksack der europäischen Solarzellen weiter zu minimieren, kommt eine innovative Technologie wie gerufen: Gedruckte Solarzellen aus Perowskiten – also aus Doppelsalzen, die aus einem or- Im Jahr 2009 zufällig für den Einsatz in der Photovoltaik entdeckt, spielen me- tall-organische Perowskite bereits in der Königsklasse mit. »Die Perowskit-Solar- zellen haben heute schon Wirkungsgrade, die höher sind als die der meisten etab- lierten Technologien – nur monokristal- lines Silizium und GaAs (Galliumarsenid) sind noch ein wenig effizienter«, schwärmt Wagner. Was die Perowskite so besonders macht: Sie werden aus einer leicht hand- habbaren Lösung hergestellt und bilden einen sehr dünnen – genauer gesagt einen 300 bis 500 Nanometer hohen – Kristall- film. Zum Vergleich: Silizium ist 180 Mi- krometer, also 180 000 Nanometer dick. Die Perowskit-Solarzellen lassen sich somit sehr materialeffizient herstellen. »Am Fraunhofer ISE entwickeln wir druckbare »Die Perowskit-Solar zellen haben heute schon Wirkungsgrade, die höher sind als die der meisten etab lierten Technologien.« Lukas Wagner, Fraunhofer ISE ganischen und einem metallischen Salz bestehen und sich bei Raumtemperatur aus einer Lösung kristallisieren lassen. »Bei der Herstellung von Perowskit-So- larzellen wird nur das CO2 ausgestoßen, das man für die Herstellung des Glas- substrates braucht – verglichen mit der allerneusten Siliziumtechnologie ist das nur ein Achtel«, weiß Dr. Lukas Wagner zu berichten, Wissenschaftler am Fraunhofer ISE. Auch die Kosten für die Perowskit- Solarzellen sind niedrig: Eine Modulfa- brik in Deutschland wäre um 80 Prozent günstiger als eine herkömmliche Silizi- um-Photovoltaik-Fabrik, die Solarzellen selbst wären um 50 Prozent billiger. Solarzellen, die mit einem Siebdrucker oder Tintenstrahldrucker auf eine Glasplatte aufgebracht werden – möglich sind auch Rolle-zu-Rolle-Verfahren«, erläutert Wag- ner. »Unsere Vision: Wir übernehmen zur Herstellung der Perowskit-Solarzellen eta- blierte Prozesse aus der Automobilglas- industrie und machen sie tauglich für die Massenproduktion. So kann die deutsche Glasindustrie zum Photovoltaikhersteller werden«, sagt Wagner. Der Wirkungsgrad der neuartigen So- larzellen wird im EU-Projekt UNIQUE, geleitet vom Fraunhofer ISE, hochgetrie- ben – hier kommen alle Player für die druckbaren Solarzellen zusammen. zurück zu Seite 1 15

4 | 21 Das langfristige Ziel: Auf Modulebene gu- te Wirkungsgrade von über 20 Prozent zu erreichen. »Rekordwirkungsgrade werden meist über Materialien erreicht, die viel zu teuer für Hausdächer sind. Wir dagegen nutzen kostengünstige Materialien und setzen auf Prozesse, die auch für eine Leis- tung von einem Terawatt und mehr ge- eignet wären – etwa eine Grafitkontaktie- rung«, sagt Wagner, der mit seiner Forschung beim Ideenwettbewerb »Ener- gie-Campus« der Stiftung Energie und Kli- maschutz vor drei Jahren den zweiten Platz belegt hat. Neben dem Wirkungsgrad ar- beiten die Forscher auch an der Stabilität der Perowskit-Solarzellen. »Die Perowskit- Community ist lange am Hotspot-Test ver- zweifelt. Wir konnten jetzt erstmals zeigen, dass es geht«, freut sich Wagner. Bei diesem Test wird eine Zelle abgeschattet – was der Fall sein kann, wenn beispielsweise ein Blatt darauf fällt. Klingt harmlos, doch wird die Zelle dann in Rückwärtsspannung betrieben. Es fließt der gesamte Strom durch diese Zelle, was zu Beschädigungen führen kann. Durch die am Fraunhofer ISE verwen- deten, sehr stabilen Kontaktschichten konnte nicht nur der Hotspot-Test bestan- den werden, solche gedruckten Solarzellen zeigten auch Lebensdauern von 10 000 Stunden – das entspricht etwa zehn Jahre Dauerbetrieb auf einem deutschen Dach. Ein entscheidender Faktor bei Solar- zellen ist der Wirkungsgrad. Bei einzelnen Silizium-Solarzellen ist dieser auf 29 Pro- zent beschränkt – hier liegt das theoreti- sche Wirkungsgradmaximum, höher geht’s nicht. Verschaltet man jedoch zwei Solar- zellen zu einem Tandem, sind theoretisch Wirkungsgrade von 40 Prozent möglich, mit drei Zellen sogar 45 Prozent. Würde man unendlich viele Solarzellen überei- nanderstapeln, läge das absolute Wir- kungsgradmaximum bei über 85 Prozent. Der Grund: Während man mit einfachen Solarzellen das Licht aller Farben einsam- melt, trennt man dies bei Tandem-Zellen. Sie teilen sich quasi die Arbeit in die unter- schiedlichen Wellenlängenbereiche auf: Die obere Zelle »sieht« nur das blaue Licht, die darunter nur das grüne und so weiter, jede Solarzelle ist für ihren Spektralbe- reich optimiert. Im Fraunhofer-Leitprojekt »Manitu« entwickeln das Fraunhofer ISE und die Fraunhofer-Institute für Werkstoffmecha- nik IWM, für Silicatforschung ISC, für Mi- krostruktur von Werkstoffen und Systemen IMWS und die Fraunhofer-Einrichtung für Wertstoffkreisläufe und Ressourcen- strategie IWKS nachhaltige Materialien für Tandem-Solarzellen auf Silizium- Perowskit-Basis: Dabei wird auf ein Sili- zium-Substrat eine Perowskit-Schicht auf- gebracht. »Diese Tandemsolarzellen versprechen hohe Wirkungsgrade bei nied- rigen Kosten und geringem Ressourcen- verbrauch«, bestätigt Goldschmidt. Im ers- ten Schritt stand ein theoretisches Materialscreening auf der Agenda. »Dabei haben wir von vorneherein Nachhaltig- keitskriterien berücksichtigt – so schließen wir giftige Materialien wie Blei ebenso aus wie Materialien, die nicht ausreichend ver- fügbar sind«, sagt Goldschmidt. Mögliche Materialien sind bereits identifiziert, auch wurden bereits unterschiedliche Materia- lien synthetisiert. »Es läuft gut an, ich rech- ne damit, dass wir innerhalb des Projekts neue Rekorde erzielen werden«, ist sich Goldschmidt sicher. Auch Wagner möch- te langfristig seine Perowskit-Solarzellen zu Tandem-Solarzellen koppeln. Solarzellen auf Silizium-Basis sind selbst als Einzelzellen im Bereich Stromentste- hungskosten bislang kaum zu übertref- fen. Ergänzend dazu werden zunehmend auch andere Solarzellen interessant. So könnten beispielsweise flexible Solarzel- len überall dort Strom erzeugen, wo sich Silizium-Module aufgrund ihrer starren Form nicht anbringen lassen, etwa an Säulen von Windrädern, an gekrümm- ten Fassaden oder – im Falle teiltranspa- renter Zellen – sogar auf Fensterscheiben oder Schatten spendend als Solargardi- nen. Wirtschaftlich interessant wird das ab einem Wirkungsgrad von 10 Prozent. Zum Vergleich: Der Wirkungsgrad von Si- lizium-Solarzellen liegt derzeit bei rund 25 Prozent. »Sollte es uns gelingen, den Wirkungsgrad von über 10 Prozent aus dem Labor auf unsere Rolle-zu-Rolle-An- lage zu übertragen, würde eine industriel- le Massenproduktion in greifbare Nähe rücken. Die Vorarbeiten im Labor sowie die notwendigen Anlagenumrüstungen werden 2021 abgeschlossen. 2022 könnten wir die Produktion flexibler Solarzellen revolutionieren«, sagt Ludwig Pongratz, Wissenschaftler am Fraunhofer-Institut für Lasertechnik ILT. Bis 2030, hofft Pon- gratz, könnten die flexiblen Solarzellen auf dem Markt sein und den Strommix etwa auf Gewächshäusern oder in Form von Solarmarkisen sinnvoll ergänzen. Große verglaste Fassadenflächen möch- ten auch Forscherinnen und Forscher des Fraunhofer-Instituts für Angewand- te Polymerforschung IAP langfristig zur Stromerzeugung nutzen. Dazu haben sich im vom Wirtschaftsministerium geförder- ten Projekt CoSoWin Stakeholder aus der Wertschöpfungskette vom Materialher- steller über den Fensterbau bis zum Woh- nungsunternehmen zusammengeschlos- sen. Das Fraunhofer IAP bringt mithilfe von Nanopartikeln eine Schicht auf Fens- terscheiben auf, die das Licht sammelt, an die Stirnseite der Glasscheiben leitet und dort einer organischen Solarzelle zuführt. »Zwar ist die Effizienz derzeit mit vier bis sieben Prozent noch recht begrenzt, doch gehen wir davon aus, zehn Prozent errei- chen zu können«, sagt Dr. Armin Wedel, Abteilungs- und Forschungsbereichsleiter am Fraunhofer IAP. Der Wind Bis zum Jahr 2030 ist ein jährlicher Zu- bau von mindestens neun Gigawatt Wind- energie notwendig, um genügend CO2-frei erzeugten Strom für Deutschland zu pro- duzieren. Maßgeblich zur Erreichung der Ziele sind größere und leistungsstärkere Windenergieanlagen auf See, ebenso die Optimierung des Anlagenbetriebs und eine Verringerung der Ausfallzeiten. Windenergie basiert auf einer techno- logisch hochentwickelten Anlagen - zurück zu Seite 1 17

4 | 21 Hoffnungsträger Windenergie: Bei Rotorblättern bis zu einem Durchmesser von 222 Metern brauchen die Anlagen ein stabiles Fundament. Dr. Benedict Preu vom Fraunhofer IWES hat eine Lösung, um die Risiken beim Bau zu minimieren. zurück zu Seite 1 19

4 | 21 Hoffnungsträger Wasserstoff: Dr.-Ing. Andreas Menne vom Fraunhofer UMSICHT will ihn langfristig speicherbar und für den Import über weite Strecken transportierbar machen. zurück zu Seite 1 21

Geothermie Geht es um Klimaneutralität, ist meist von regenerativer Stromerzeugung die Rede. »Der Schlüssel zur Energiewende ist jedoch die Wärmewende«, weiß Prof. Rolf Bracke, Leiter der Fraunhofer IEG. Schließlich fließen 56 Prozent des jähr- lichen Endenergiebedarfs in die Wär- meerzeugung für Industrie, Fernwärme und Gebäude. Dagegen werden nur 14 Prozent der Primärenergie für die Strom- erzeugung benötigt. »Wollen wir klima- neutral werden, müssen wir die Wärme aus erneuerbaren Quellen erzeugen. Die Solarthermie wird aufgrund ihres Platz- bedarfes eine Nische bleiben. Bei der Biomasse bestehen nicht mehr viele Zu- wachsmöglichkeiten – wir können nur so viel Holz verbrennen, wie heimisch nach- wächst. Bleibt am Ende die Geothermie übrig«, sagt Bracke. Alleine der Bedarf für Raumwärme und Warmwasserer- wärmung in Gebäuden beträgt 31 Pro- zent am deutschen Endenergiebedarf. Während die Oberflächen-Geothermie im Wohnungsbau bereits in einem deut- lich zweistelligen Prozentsatz bei Neu- bauvorhaben eingesetzt wird und die mitteltiefe Geothermie viele Nahwärme- netze für die Quartiersversorgung speist, gibt es bei der Tiefengeothermie nur we- nige Großprojekte. Denn der Aufwand ist deutlich höher: Statt hundert Meter wie bei der Oberflächen-Geothermie bohrt man bei der Tiefengeothermie mehrere Tausend Meter tief, das Wasser hat dort eine Temperatur von 100 bis 150 Grad Celsius – aufgrund des hohen Druckes ist es bei diesen Temperaturen noch flüssig. Mit den Wärmemengen aus der Tiefen- geothermie lassen sich die bestehenden Fernwärmenetze betreiben. Wichtig ist das insbesondere in den dicht bebauten Städten, wo nicht jedes Haus mit Ober- flächengeothermie erschlossen werden kann. Zudem ist die Tiefengeothermie für industrielle Prozesse, Gewächshäu- ser, Bäckereien oder die Papierherstellung interessant, die mehr Energie brauchen als ein Eigenheim. »Auch für die industrielle Prozesswär- me bis 180 Grad könnte man Tiefengeo- thermie nutzen, etwa zusammen mit Groß- wärmepumpen – das entspricht bis zu einem Drittel des gesamten industriellen Wärmebedarfs«, sagt Bracke. Eine Kom- bination, mit der sich auch die Fraunhofer IEG beschäftigt. So entwickelte das For- scherteam gemeinsam mit dem Fraun hofer UMSICHT ein Konzept, um den wärme- intensiven Papiererzeugungsprozess einer Die in der Erdkruste gespeicherte Wärmeenergie kann zum Heizen, Kühlen und zur Stromerzeugung eingesetzt werden. Hagener Papierfabrik auf Tiefengeothermie samt Großwärmepumpe sowie ergänzen- des Biogas umzustellen. »Die Vorlaufkos- ten der Tiefengeothermie sind zwar deut- lich höher als bei Wärmequellen, die auf fossilen Brennstoffen basieren, doch be- laufen sich die Betriebskosten nur auf 20 bis 25 Prozent. Daher hat sich eine Tiefen- bohrung je nach Standort in fünf bis 15 Jahren amortisiert«, weiß Bracke. Über eine Tiefenbohrung denkt daher auch die RWE Power AG nach: Gemeinsam mit der Fraunhofer IEG entwickelt sie ein Geo- thermie-Kraftwerk, das den Aachener Raum ab 2029 mit regenerativer Wärme versorgen könnte. Denn dann wird dort das letzte RWE-Braunkohlekraftwerk he- runtergefahren, welches das Aachener Fernwärmenetz versorgt. Auch mit den 4 | 21 Stadtwerken Düsseldorf und Duisburg so- wie dem Flughafen Düsseldorf arbeitet die Fraunhofer IEG in puncto geothermische Wärmenetze zusammen. Einen gänzlich eigenen Ansatz verfolgt die Fraunhofer IEG im Ruhrgebiet, das durch den Kohlebergbau mehr oder we- niger unterkellert ist. »In Bochum wollen wir Zechen als saisonale Wärmespeicher nutzen, etwa für Abwärme aus der Indus- trie. Als Demonstrator bauen wir derzeit eine große Concentrated-Solar-Power-An- lage auf. Mit dieser heizen wir das 20 Grad warme Grubenwasser auf 70 Grad auf, um es dann bei Bedarf über eine Großwärme- pumpe auf die Fernwärmetemperatur von 110 Grad zu bringen. Dieser Ansatz, leicht verfügbare Wärme noch mal zu verwer- ten, kann ein Schlüssel für die Wärme- wende der Ballungsräume an Rhein und Ruhr werden«, freut sich Bracke. Die Groß- wärmepumpe aus der Fraunhofer IEG soll 2022 installiert werden. Das Fraunhofer IEE dagegen macht sich für Niedertemperatur-Netze stark: Statt den derzeitigen 90 bis 120 Grad Celsius ha- ben diese nur 40 bis 50 Grad. Wie sich sol- che Netze unter den unterschiedlichsten Randbedingungen realisieren lassen, zeigt ein Handbuch auf, das das Fraunhofer IEE gemeinsam mit dem Energieeffizienzver- band für Wärme, Kälte und KWK sowie europäischen Forschungspartnern erstellt hat. »Diese Niederwärmenetze bieten zahl- reiche Vorteile«, weiß Dr. Dietrich Schmidt, Abteilungsleiter am Fraunhofer IEE. »So stehen in diesem Temperaturbereich deut- lich größere Mengen an nutzbarer Abwär- me sowie an Wärme aus geothermischen Quellen zur Verfügung. Auch die Effizienz von Wärmepumpen und Solarthermie- Anlagen steigt bei geringeren Temperatu- ren.« Nicht zuletzt werden vorhandene Rohre entlastet und Transportverluste mi- nimiert. Die potenziellen Einsparungen summieren sich europaweit insgesamt auf 14 Milliarden Euro pro Jahr. Wer sich ho- he Ziele steckt, muss offensichtlich in alle Richtungen blicken. Nach oben, zu Sonne und Wind. Aber auch nach unten, tief in die Erde. zurück zu Seite 1 23

Dr. Andrea Herbst, Fraunhofer-Institut für System- und Innovations- forschung ISI 4 | 21 »Signalwirkung auf andere Bereiche« 1 Sind Sie optimistisch, dass die Energiewende gelingt? Ich bin davon überzeugt, dass die Energiewende gelin- gen kann – trotz der Herausforderungen. Insbesondere die Dekade bis 2030 ist von großer Wichtigkeit, um die Weichen zu stellen: erneuerbare Energien, Infrastruk- turausbau, Skalierung CO2-neutraler Verfahren auf industrielles Niveau, Wärmewende und Sanierung von Gebäuden, aber auch die Elektrifizierung des straßen- gebundenen Verkehrs. Um bei dieser Transformation erfolgreich zu sein, müssen Politik, Wirtschaft und Ge- sellschaft gemeinsam handeln. 2 Gab es für Sie Herausforderungen, die unlösbar schienen – die Sie dann aber doch bewältigt haben? Mein Forschungsschwerpunkt ist die Industriewen- de: Dort machen prozessbedingte Emissionen aus der Stahl-, Zement- und Chemieindustrie einen signi- fikanten Anteil der Emissionen aus. Sie stammen aus chemischen Reaktionen im Produktionsprozess, ihre Minderung galt lange Zeit als technisch schwierig oder gar unmöglich. Die Entwicklung wasserstoffbasierter CO2-neutraler Verfahren in der Stahl- und Chemie- industrie hat jedoch gezeigt: Auch signifikante Teile der Prozessemissionen können zukünftig vermieden werden – wenn es gelingt, entsprechende Produktions- kapazitäten aufzubauen. Die Anwendung CO2-neutra- ler Prozesse zur Herstellung dieser Produkte kann auch Signalwirkung auf andere Bereiche der Industrie und entlang ihrer Wertschöpfungskette haben und deren Transformation beschleunigen. 3 Wie müssen wir unser Denken ändern? Es ist wichtig, uns den Herausforderungen, welchen wir im Rahmen der Energiewende gegenüberstehen, zu stellen – seien diese technologisch, ökonomisch, sozial oder ökologisch. Zudem müssen wir uns bewusst wer- den, dass ein gemeinsames Handeln jetzt erforderlich ist und nicht auf später verschoben werden kann. zurück zu Seite 1 25

4 | 21 »Die neue Landesregierung hat sich zum Ziel gesetzt, dass wir bis 2035 unseren gesamten Energiebedarf aus den Erneuerbaren decken wollen.« Und ewig grüßt das Virus: Von Corona- Welle eins zu Corona-Welle vier, von Lockdown zu Bundesnotbremse – alles scheint sich zu wiederholen. Frau Schwesig, ist Deutschland eigentlich lernfähig? Manuela Schwesig: Wir haben es nach wie vor mit einem gefährlichen Virus zu tun. Und deshalb müssen wir leider auch in diesem Winter besondere Corona-Schutzmaßnahmen ergreifen. Sicher hätte manches in den letzten Monaten besser laufen sollen. Zum Beispiel hätten die Auffrischungsimpfungen früher an Fahrt aufnehmen müssen. Denn der Weg aus der Pandemie führt nach meiner Überzeugung nur über das Impfen. Ich glaube aber nicht, dass wir aus den vergangenen Wellen etwas hätten lernen können, was uns jetzt völlig corona- und sorgenfrei durch diesen Winter gebracht hätte. Zu Jahresbeginn hatten wir zu wenig »Mich hat der Krebs erwischt – entge- Impfstoff, gegen Ende des Jahres 2021 zu wenig Impfbereitschaft. Warum fällt es offensichtlich vielen Menschen so schwer, der Forschung zu vertrauen? Die große Mehrheit der Menschen hat alles ge- tan, um die Corona-Pandemie einzudämmen. Sie hat die Corona-Regeln eingehalten und sich impfen lassen, sobald das möglich war. Ich habe offen gestanden wenig Verständnis für diejenigen, die sich impfen lassen können, es bisher aber nicht getan haben. Denn die Fakten sprechen eine klare Sprache. Es gibt deutlich mehr Corona-Infektionen bei den Ungeimpften. Und auch die Gefahr eines schweren Verlaufs ist deutlich größer. Warum diese Fakten von einigen ignoriert werden, ist schwer zu erklären. Was gar nicht geht, sind die verbalen Angriffe auf die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaft- ler, die uns seit fast zwei Jahren nach bestem Wissen und Gewissen beraten. Was wünschen Sie sich von der Forschung? Ich finde, dass die Forschung mit Blick auf Corona schon Großartiges geleistet hat. Die Ent- wicklung wirksamer und sicherer Impfstoffe in weniger als einem Jahr ist eine große Leistung und unsere stärkste Waffe gegen die Corona- Pandemie. Ein weiteres wichtiges Feld ist die Entwicklung von Medikamenten, die gegen Corona helfen. gen jeder Statistik«, haben Sie einmal gesagt und damit an die Impfbereitschaft gerade der Jüngeren appelliert. Hat die Krankheit Sie selbst verändert? Ja, das hat sie. Ich bin demütiger geworden und dankbarer. Ich weiß jetzt noch mehr, wie wichtig Familie und Freunde sind. Ich bin heute noch gerührt von den vielen Genesungswünschen, die ich aus der Bevölkerung bekommen habe. Gesundheit ist unser höchstes Gut. Ich wiederhole meinen Appell gern: Lassen Sie sich impfen. Über- nehmen Sie Verantwortung für sich und andere! Lässt sich von der Erkrankung des eige- nen Körpers etwas lernen über den Umgang eines Staatswesens mit Krankheit? Ich kann natürlich nur für mich sprechen: Ich habe alle nur mögliche Unterstützung bekom- men, sowohl im Krankenhaus als auch in der Reha. Und dafür bin ich sehr dankbar. Natürlich weiß ich, dass unser Gesundheitswesen gut, dennoch verbesserungswürdig ist. Jeder Mensch hat das Recht auf fachgerechte Behandlung und gute Betreuung. Dafür wollen wir uns weiterhin engagieren. »Wir an der Basis«: So haben Sie neu- lich in einer Talkshow von sich und den anderen Ministerpräsidenten gesprochen. Woran sehen Sie, dass der Blick des Landespolitikers sich von dem Berliner Blick unterscheidet? zurück zu Seite 1 27 g n u t i e Z - d l i B / o b a G : o t o F

4 | 21 Ministerpräsidentin Manuela Schwesig lobt das 2016 gegründete Fraunhofer- Netzwerk »Smart Ocean Technologies«, aber auch das »Digital Ocean Lab«. »Insgesamt finde ich es großartig, wie sich die Fraunhofer- Gesellschaft in unserem schönen Bundesland für die Digitalisierung engagiert.« spannend finde ich das geplante »Digital Ocean Lab«, ein Unterwasser-Testfeld in Küstennähe, in dem Materialien, Module und komplette Un- terwassersysteme in einem realen Umfeld getes- tet, bewertet und optimiert werden sollen. Aber auch für die Landwirtschaft der Zukunft wird in Rostock geforscht. Das Fraunhofer-Zentrum für Biogene Wertschöpfung und Smart Farming entwickelt für landwirtschaftliche Betriebe in- novative Technologien und Methoden. Die Leere Mecklenburg-Vorpommerns wird oft als Mangel beklagt. Freuen wir uns doch einen Moment darüber: Was ist Ihr Lieb- lingsplatz, wenn Sie sich in der kalten Jahres- zeit ein wenig zurückziehen wollen? Ich habe viele Lieblingsplätze. Gemeinsam mit meiner Familie bin ich gern in Schwerin unter- wegs. Wann immer ich Zeit habe, geht’s eine Runde um den Pfaffenteich. Und ich liebe die kleine Insel Hiddensee. 2014 Der Griff zum Skalpell Als Bundesfamilien- ministerin besuchte sie mit Schülern einen Simulations-OP-Saal im Deutschen Herz - zentrum Berlin. Das Kunstherz hat den Eingriff überlebt. 2017 Die Landesmutter Vor der Wahl zur Ministerpräsidentin im Schweriner Landtag umarmt Manuela Schwesig noch einmal Sohn Julian. Ehemann Stefan hat Tochter Julia auf dem Arm. 2021 Regierungs-Selfi Die neuen Ministerin- nen und Minister hält die wiedergewählte Ministerpräsidentin mit dem Handy fest. Die SPD hatte die Landtagswahl im September mit 39,6 Prozent klar gewonnen. zurück zu Seite 1 29 a p d , ) 4 ( s e g a m i o g a m i , 2 0 0 7 7 6 9 2 / e d . z v s . w w w / / : s p t t h : e l l e u Q – « e b e i L e n e t o b r e V » m l i F - R D D m e d s u a e n e z S , t a v i r p : s o t o F

4 | 21 »Wir können mit dem Mikro- Schwimmer auch schaltbares radioaktives Material zu einem Tumor bringen.« Prof. Thorsten Buzug, geschäfts- führender Direktor Fraunhofer IMTE flechte in das Aneurysma eingebracht. Sie führen zu einer Gerinnung des Blutes in der Aussackung und verhindern damit, dass das Blutgefäß an dieser Stelle reißt. Statt der Drahtgeflechte möchte Anna Ba- kenecker die Schwimmer im Aneurysma positionieren und so das Einreißen ver- hindern. »Mit den kleinen Schwimmern könnten wir auch Schwachstellen der Blutgefäße im Gehirn behandeln, die mit dem Katheter nicht erreichbar sind«, sagt Bakenecker. »Gleichzeitig arbeiten wir an Materialien, die sich im Aneurysma aus- dehnen und es so verschließen.« Präzise Steuerung durch die Arterien Um den ersten Schritt in die Anwendung zu gehen, arbeitete die Physikerin mit der Klinik für Radiologie und Nuklearmedi- zin sowie der Klinik für Neuroradiologie des Universitätsklinikums Schleswig- Holstein zusammen. Die Kollegen in der Neuroradiologie erstellten anhand von Patientendaten ein 3D-Modell einer Hirnarterie mit Aneurysma. An diesem Modell gelang der Beweis, dass sich der Schwimmer wie ein Mikro-U-Boot durch die Arterie tatsächlich präzise an den Ziel- ort steuern lässt. Für die ganz großen Aufgaben sind selbst die Drei-Millimeter-Schwimmer noch nicht winzig genug. Zurzeit steht die Verkleinerung auf dem Programm. Die Mikro-U-Boote sollen nur noch wenige Mikrometer groß sein, um therapeutische Wirkstoffe zu schlecht erreichbaren Zielen zu bringen: zum Auge, zum Innenohr oder durch feine Blutgefäße zu Tumoren. »Wir möchten die Schwimmer aus einem Ma- terial fertigen, das sich am Zielort auflöst und den Wirkstoff dabei freisetzt«, plant Bakenecker. Thorsten Buzug geht mit sei- nen Überlegungen noch weiter: »Wir könn- ten mit den Mikro-Schwimmern auch schaltbares radioaktives Material zu einem Tumor bringen und damit eine nebenwir- kungsarme Strahlentherapie ermöglichen. Die Technologie hat eine Bandbreite, die wir im Moment noch gar nicht überblicken können.« E T M I r e f o h n u a r F : s o t o F Größenvergleich: Schwimmer neben Reiskorn. Neue Schwimmer im Mikrometermaßstab. zurück zu Seite 1 31

4 | 21 Wo ist Emma? Albtraumfall – ein Kind ist urplötzlich verschwunden. Durch die enge Zusammenarbeit mit dem Fraunhofer IVI hat die Polizei in Sachsen ein Werkzeug, das die Suche gezielt steuern und schnell eingrenzen lässt. Von Dr. Monika Offenberger S tellen wir uns einen Winter vor, ganz ohne Corona. Silvester-Feuerwerk mit Anstoßen und Umarmen, davor all die Treffen bei Stollen und Glühwein am Christkindlesmarkt in Nürnberg oder am Dresd- ner Striezelmarkt. Fröhliche Stimmung – und dann der Albtraum: Die kleine Emma ist weg! Eben stand sie noch mit einer Tüte Magenbrot vorm Karussell, jetzt ist sie wie vom Erdboden verschluckt. Alles Su- chen und Rufen bleibt vergebens. Griff zum Telefon. Notruf 110. »Vermisstes Kind in großer Menschenmenge, das ist ein typischer Fall für unsere Einsatzkräfte«, sagt Jan Hentschel, Leiter der Abteilung Information und Kommunikation im Poli- zeiverwaltungsamt Sach- sen: »Da schicken wir sofort die nächste Streifenbesat- zung hin und bitten die Mutter um ein Foto des Kin- des. Das versenden wir mit dem neuen Polizei-Messen- ger MePol an alle Kräfte in der Nähe, zusammen mit dem letzten bekannten Standort, der sich in einer Karte anzeigen lässt. Darin können wir auch gleich einblenden, wo sich welche Kollegen aktuell befinden und wohin sie sich bewe- gen. Außerdem lässt sich damit abschätzen, wie schnell das Kind in der Menge vorwärtskommt und in wel- chem Radius es sich inzwischen aufhalten könnte. Dieses Gebiet suchen wir gezielt ab und werden in der Regel sehr schnell fündig.« MePol wurde vom Dresdner Fraunhofer-Institut für Verkehrs- und Infrastruktursysteme IVI gemeinsam mit der Polizei Sachsen für den Regeldienst der Poli- zei entwickelt. Dafür hat der Freistaat rund drei Mil- lionen Euro zur Verfügung gestellt. Bislang wurden Y B - L M D / h c i r t t i D o i v l y S , n e s h c a S i e z i l o P , I V I r e f o h n u a r F : s o t o F »Ein Riesenvorteil von MePol ist die Vernetzung der Smartphones mit der internen Computer-Infrastruktur unserer Führungs- und Lagezentren.« damit 4 300 Smartphones ausgestattet, die in einer besonders geschützten IT-Umgebung arbeiten und von der Polizei Sachsen selbst administriert werden. Wie sehr das neue System die Arbeit der sächsi- schen Polizistinnen und Polizisten erleichtert, zeigt ein Blick zurück: »Früher hat man natürlich auch zu- erst mit der Mutter gesprochen und sich ein Foto des Kindes geben lassen«, erläutert Jan Hentschel: »Das wurde dann aber mitgenommen, um ein Plakat für die Öffentlichkeitsfahndung herzustellen. Dann ging ein Funkspruch raus, mit einer kurzen Personenbe- schreibung und dem letz- ten Standort. Das mussten sich die Kolleginnen und Kollegen merken oder ent- sprechende Notizen ma- chen.« Jan Hentschel, Polizeiverwaltungs- amt Sachsen Kein Foto? Kein Lageplan. Keine Hilfsfunktionen? Und das in Zeiten von WhatsApp, Signal und wie sie alle heißen? »Als Poli- zei haben wir es zum Teil mit hochsensiblen Daten zu tun. Da muss ein hohes Maß an Datenschutz und IT-Sicherheit gewährleistet sein. Deshalb ist die Nut- zung eines kommerziellen Dienstes für uns völlig unakzeptabel«, entgegnet Jan Hentschel. 2019 entstand die Idee, einen eigenen Messenger zu entwickeln. Er sollte einerseits die Leistungen han- delsüblicher Anwendungen bieten: Austausch von Text- und Sprachnachrichten, Bildern und Videos so- wie die Bildung von Gruppen, deren Mitglieder sich gegenseitig auf dem neuesten Stand halten. Darüber hinaus aber sollte er weitere, spezielle Bedürfnisse der Polizei erfüllen – zum Beispiel Einsatzmanage- ment, Lagedarstellung in Echtzeit, Einhaltung gesetz- lich vorgeschriebener Löschfristen und Entscheidungs- unterstützung. zurück zu Seite 1 33

4 | 21 Staffellauf des Wissens Energie regenerativ gewinnen zurück zu Seite 1 35

4 | 21 Staffellauf des Wissens Herr Prof. Henning, wann kann es gelingen, den gesamten Primär- Energiebedarf Deutschlands aus regenerativen Quellen zu gewinnen? zurück zu Seite 1 35

4 | 21 erneuerbare Energien. Allerdings gilt trotz der Unterschiede in der angenommenen Entwicklung des Energiebedarfs für alle untersuchten Szenarien aller Studiener- steller, dass der Primärenergiebedarf im Jahr 2045 deutlich geringer ausfällt als heute, und zwar um 30 bis 58 Prozent ge- genüber dem Vor-Corona-Jahr 2019, als er bei 3557 Terawattstunden lag. Strom macht warm und mobil Der wichtigste Grund liegt in einer sehr viel stärkeren Nutzung von Strom für Wärmebereitstellung und Mobilität, die sich durch eine sehr viel höhere Effizienz der eingesetzten Energie auszeichnet. Während zum Beispiel ein Gaskessel bestenfalls eine Wandlungseffizienz von 100 Prozent erreichen kann, lässt sich mit einer Kilowattstunde Strom in einer Wärmepumpe das Drei- bis Fünffache an Heizwärme bereitstellen. Neben der direkten Stromnutzung ge- langen alle Untersuchungen aber auch zur klaren Erkenntnis, dass weiterhin stoff- liche Energieträger – mit erneuerbarem Strom hergestellter Wasserstoff und auf Basis von Wasserstoff hergestellte flüssige Energieträger und Chemierohstoffe – be- nötigt werden, beispielsweise für Prozes- se in der Industrie, für Verkehrsträger, bei denen ein ausschließlich batteriebasierter Antrieb ausscheidet, und für die Strom- versorgung, wenn nicht ausreichend Son- ne und Wind zur Verfügung stehen. Was die Menge und den zukünftigen Import- anteil dieser Energieträger betrifft, gibt es in den Untersuchungen ebenso große Un- terschiede wie für die Werte der installier- ten Leistung für die wichtigsten Wandler erneuerbarer Energien bis zum Jahr 2045. Im Mittel der Szenarien ergibt sich eine rund sieben Mal höhere installierte Leis- tung für Photovoltaik (heute 58 Gigawatt) und Wind auf See (heute 7,8 Gigawatt) so- wie eine Verdreifachung für Wind an Land (heute 56 Gigawatt). Die notwendigen Flä- chen hierfür stehen grundsätzlich zur Ver- fügung. Alle Studien sind sich einig, dass die im Bundes-Klimaschutzgesetz festgelegte Absenkung der Treibhausgasemissionen erreichbar ist, aber auch, dass dieser Pfad sehr ambitioniert ist und großer Anstren- gungen und eines hohen Tempos bei der Umsetzung bedarf. Als eine der größten Herausforderungen dabei erscheint mir die Ressourcenfrage. Denn um die notwendi- ge Energiewende global zu vollziehen, wer- den riesige Mengen an unterschiedlichsten Materialien von Stahl, Glas, Beton und Kupfer bis hin zu seltenen Erden gebraucht für die riesige Anzahl an benötigten Wand- lern, Speichern und Transportsystemen. Deshalb kommt auch für eine globale Ener- giewende dem Übergang zu zirkulärer Wert- schöpfung eine Schlüsselrolle zu. In der nächsten Ausgabe: Meine Frage: Welche Ressourcen- strategie benötigt die globale Energie- wende? zurück zu Seite 1 37 Prof. Hans-Martin Henning leitet das Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE Alle Studien sind sich einig: Die im Bundes-Klima- schutzgesetz festgelegte Absenkung der Treibhaus- gasemissionen ist erreichbar, bedarf aber auch großer Anstrengungen und eines hohen Tempos bei der Umsetzung. E S I r e f o h n u a r F : s : o o t t o o F F

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verbrauch sein. Das gilt speziell für E-Autos, die ihrer schweren Batteriemodule wegen besonders unter Reichweiteproblemen lei- den. Das Fraunhofer ILT hat ein laserge- stütztes Schweißverfahren entwickelt, mit dem sich hochfeste Stähle auch an sehr kleinen Stellen nahtlos und präzise schwei- ßen lassen. Die Stähle sind dünner und leichter, ohne deshalb an Festigkeit zu ver- lieren. »Wir arbeiten auch an einem Ver- fahren, bei dem Metall und Kunststoff mit- einander verschweißt werden. Daraus lassen sich tragende Bauteile herstellen, die keine verbindenden Elemente mehr benö- tigen. Sie sind damit ebenfalls leichter«, er- klärt Dr. André Häusler, Teamleiter für das Mikrofügen von metallischen Werkstoffen. Das Potenzial innovativer Schweißtech- niken demonstrieren Häusler und sein Team auch im Bereich der Wasserstoff-Antriebe. Brennstoffzellen sind prädestiniert für den Einsatz in Lkw, Transistoren oder anderen Nutzfahrzeugen. Mit dem am Fraunhofer ILT entwickelten Hochgeschwindigkeits- schweißprozess lassen sich beispielsweise die für eine Brennstoffzelle benötigten 200 Bipolarplatten mit jeweils 1,4 Meter langer Naht heliumdicht verbinden. Und zwar schneller, effizienter und kostensparender als mit klassischer Schweißtechnik. »Mobilität ist mehr als das berühmte Von-A-nach-B. Beim Auto gibt es Aspekte, die über das rein Rationale hinausgehen.« Sebastian Stegmüller, Fraunhofer IAO Leichtigkeit, Nachhaltigkeit und Sicher- heit, das ist auch die Devise beim Fraun- hofer-Institut für Holzforschung, Wilhelm- Klauditz-Institut WKI. Wissenschaftle - rinnen und Wissenschaftler des Instituts haben sich mit den Partnern HOBUM Oleo- chemicals GmbH und Porsche Motorsport an der Entwicklung des Bioconcept-Car für das Rennteam Four Motors beteiligt. Die Fraunhofer WKI-Expertinnen und -Ex- perten setzen auf die Naturfaser Flachs als Ersatz für das teure Carbon, das im Renn- sport überall da eingesetzt wird, wo ext- reme Festigkeit gefragt ist. Der Flachs wird zu einem textilartigen Gewebe verarbeitet und anschließend mit einem biobasierten Epoxidharz umhüllt. Das Flachsgewebe beziehen die Forschenden dabei von einem Zulieferer. Das vibrationsdämpfende Ma- terial kann dort verbaut werden, wo die Festigkeit nicht ganz so hoch wie bei Car- bon sein muss, beispielsweise im Bereich der Türen, bei der Sitzaufhängung oder im Dachhimmel. »Unser Projekt beweist, dass mit Naturfasern verstärkte Bio-Kunst- stoffe auch unter hohen Belastungen tat- sächlich funktionieren«, erklärt Fraun hofer WKI-Experte Ole Hansen. Hinzu kommen die ökologischen Vorteile, denn die Flachs- pflanze bindet CO2 und wächst in der Re- gion, lange Lieferwege entfallen. Kompakt und vernetzt »Das Auto braucht nicht nur neue Tech- nik, es braucht generell neue Konzepte. Es muss kompakter werden und sich intelli- gent mit anderen Mobilitätsformen ver- binden«, sagt Monika Beck, zuständig für Technology Transfer – Wireless Microsys- tems am Fraunhofer-Institut für Photoni- sche Mikrosysteme IPMS in Dresden. Ein entscheidender Baustein für die Einbin- dung des Autos in zukünftige Verkehrs- systeme ist die Elektronik. Schon heute sind Fahrzeuge vollgepackt mit ECUs (Electronic Control Units). Diese kontrol- lieren inzwischen auch sicherheitskriti- sche Bereiche wie Motor, Schaltung, Gas oder Bremsen. In einem modernen Auto arbeiten zwischen 30 und 150 dieser Ein- heiten zusammen, alle sind mit Prozesso- ren ausgestattet. Die Automobilindustrie ist hier allerdings von einigen wenigen Herstellern und deren oft für spezielle An- wendungen überdimensionierten Prozes- soren abhängig. Hier setzt das Fraunhofer IPMS an. Es hat einen IP-Core basierend auf der transparenten RISC-V-Architektur entwickelt, die sich individuell anpassen lässt. »Modularität und Erweiterbarkeit sind die größten Stärken der offenen RISC- V-Architektur. Sie ermöglicht es damit, 4 | 21 maßgeschneiderte Prozessoren zu ent- werfen«, erklärt Monika Beck. Der RISC-V-Prozessor bietet aber noch ein weiteres, sehr wesentliches Novum. Als erster Prozessor für Automotive-Anwen- dungen ist er auch als Safety-Variante er- hältlich. In dieser Variante ist das Design ASIL-D ready nach ISO 26262 vorzertifiziert. Diese Norm regelt die Entwicklung sicher- heitsrelevanter elektronischer Systeme in Kraftfahrzeugen. Dabei werden beispiels- weise bestimmte Datenströme redundant angelegt oder nach einem Ausfall einer Komponente vordefinierte Aktionen ein- geleitet. Ein entsprechender Prozessor könn- te in sicherheitskritischen Funktionen wie etwa der Sensorik genutzt werden, um die- se stabil und ausfallsicher zu gestalten. Ge- rade selbstfahrende Autos sind auf absolut zuverlässige Sensorik-Systeme angewiesen. Für diese Sensorsysteme ist eine Ver- netzung mit der Außenwelt und schnelle Auswertung der Daten entscheidend. Dies kann nicht in den Fahrzeugen allein ge- schehen, da diesen nur begrenzte Rechen- power zur Verfügung steht. Hierbei spielen Edge-Computing, 5G und V2X-Funkver- bindungen (Vehicle-to-X) eine wichtige Rolle (s. Artikel S. 46). Auch die Unterstüt- zung der Fahrzeug-Sensorik durch weite- re Sensoren auf den Straßen ist ein wich- tiger Baustein für selbstfahrende Autos. Das könnte so aussehen: Auf erhöhten Positionen wie etwa einer Straßenlaterne überwachen Kameras, LiDAR-Scanner (Light Detection and Ranging) und Radar Gefahrenstellen wie Kreuzungen oder be- stimmte Straßenabschnitte. Das System sammelt die eingehenden Daten und sen- det sie via 5G an ein nahe gelegenes Edge- Cloud-System, das die Daten mit KI-Unter- stützung auswertet. So entsteht ein Bild aller Verkehrsteilnehmer mit ihren jewei- ligen Geschwindigkeiten und Abständen zueinander. Mittels Deep Learning ana- lysiert das System die Verkehrslage, teilt diese über 5G wieder den Fahrzeugen mit und erkennt Gefahrensituationen. Wenn sich beispielsweise ein nicht-autonomes Auto auf Kollisionskurs mit einem auto- nomen Fahrzeug befindet, erkennt das Ed- ge-Cloud-System die Gefahrensituation. Nun schickt es – wieder über 5G – eine Warnung an das selbstfahrende Auto, das dann autonom den Kurs korrigiert oder zurück zu Seite 1 41

Ganz verschiedene Formen der Mobilität intelligent verbinden – und das auch in ländlichen Regionen: Das ist das Ziel von Dr. Karina Villela und Matthias Koch vom Fraunhofer IESE. — Auto der Zukunft: Prof. Uwe Clausen im Fraunhofer-Podcast: 4 | 21 Die digitalisierte Verkehrssteuerung integriert Automobile, Bikes, E-Scooter und Fußgänger in ein umfassendes Mobi- litätskonzept. »Das Auto der Zukunft wird Teil einer ganzheitlichen Mobilitätsstra- tegie sein und sich in komplexe Verkehrs- systeme einbinden lassen«, bestätigt Prof. Uwe Clausen, Vorsitzender Fraunhofer- Allianz Verkehr (siehe Interview unten). Und das oft vergessene Land? Doch je mehr Optionen, desto komplexer wird auch die Mobilität für die Passagiere. Dr. Karina Villela, Project Manager Digital Innovation Design am Fraunhofer-Institut für Experimentelles Software Engineering IESE in Kaiserslautern, hat sich dieses Pro- blems angenommen und im Projekt entwickeln und zu verbreiten, engagieren wir uns als Fraunhofer-Allianz Verkehr – koordiniert durch die Fraunhofer-Insti- tute IAO und IML – in der europäischen Initiative EIT Urban Mobility. Neben den Chancen, die uns durch Digitalisierung eröffnet werden, muss das Automobil in allen Komponenten, in Leistung und Ausstattung immer wieder neu gedacht und als Element einer nachhaltigen, ver- netzten Mobilität konzipiert werden. Muss die Politik den Markt mit Verboten und Ausstiegsterminen regeln? Davon halte ich nichts. Aufgabe der Poli- tik muss es sein, Anreize für die Entwick- lung zu setzen, Impulse zu geben und Rahmenbedingungen zu schaffen. Nur so wird der Ideenwettbewerb für die künf- tige Mobilität in Gang gesetzt. Am Ende gewinnen Ideen und clevere Konzepte, von denen die Menschen wirklich einen Nutzen haben. Technologien, die nicht gut sind, verschwinden ganz von selbst. Welche Rolle werden Komfort und Infotainment spielen? Eine sehr große. Der Mensch lebt nicht vom Nutzen im Sinne des Transports allein. Komfort spielt grundsätzlich eine große Rolle. Und beim elektrisch an- getriebenen Fahrzeug müssen Fragen auch neu beantwortet werden. Während ein Verbrennungsmotor viele störende Geräusche einfach überdeckt hat, ist das beim leisen Elektromotor völlig anders. Hier haben wir viele Lösungen, z.B. Metamaterialien, die beim Fraun- hofer-Institut für Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit LBF entwickelt werden. Das große Ziel ist die Vernet- zung des Automobils mit dem gesamten Verkehrsgeschehen. 5G-Funktechnik und KI-gesteuerte Software bilden dafür eine technologische Grundlage. Institute wie das Fraunhofer HHI oder das Fraun hofer-Institut für Integrierte Schaltungen IIS arbeiten daran, um nur zwei Beispiele zu nennen. Die Ver- netzung wird viele spannende Ansätze ermöglichen, von denen nicht nur Autos profitieren. Es wird Mobilitäts-Dienst- leister mit ganz neuen Ideen und unge- ahntem Komfort geben. Denken Sie nur an die Möglichkeit, Ihr selbstfahrendes Auto als mobiles Büro zu nutzen! Konst- rukteure und Designer bei den Autoher- stellern müssen sich heute an die Arbeit machen und Konzepte entwickeln. Wir bei Fraunhofer tun das. Einer Ihrer Forschungs- schwerpunkte ist die Logistik. Gibt es Technologien, die in die private Mobilität hineinspielen? Definitiv! Beim Megatrend »automatisch fahren« gibt es Lösungen für den Güter- wie den Personenverkehr und wir lernen gemeinsam mit unseren Industriepart- nern in Projekten auch für den jeweils anderen Bereich. Wir sehen mehr On- line-Handel und innovative Letzte-Mei- le-Lösungen, von der Packstation über Lastenräder bis zu autonom fahrenden Lieferrobotern. Mehr Logistikservices im Consumer-Bereich erlauben dann, wenn sich Privatpersonen ein Auto anschaffen oder eines nutzen wollen, mehr Flexibi- lität etwa bei der Fahrzeuggröße. Wird die Automobilindustrie auch in Zukunft der bedeutendste In- dustriezweig in Deutschland bleiben? Es spricht sehr viel dafür – allerdings als Teil eines tief greifenden Struktur- wandels. Automobilhersteller müssen sich als Mobilitätsanbieter verstehen, bei denen Maschinenbau, Design, Ener- giekonzepte, Softwarekompetenz und Verkehrskonzepte zu einer attraktiven Einheit zusammenfließen. zurück zu Seite 1 43

Smart MaaS (Mobility as a Service) eine Mobilitäts-Plattform geschaffen, um genau dieses Problem zu lösen – zusammen mit den Partnern Fiware, Cleopa, DFKI und bet- ter mobility. Auf der B2B-Plattform können alle Anbieter von Mobilität, Informations- diensten oder anderen Dienstleistungen ihr Angebot einstellen: Taxiunternehmer ebenso wie Shuttlebus-Betreiber, E-Bike- Verleiher, der öffentliche Nahverkehr oder »Wir arbeiten an der Weiterentwicklung von Kameras, Lasern für LiDAR-Scanner und KI für Radar, beispielsweise für die Verkehrserfassung. Wir haben sogar eine neue KI-Abteilung gegründet.« Dr. Tristan Visentin, Fraunhofer HHI Carsharing-Anbieter, Hotels und Touris- musinformationen. Das Ökosystem vereint so alle Akteure auf einem Marktplatz – Dienstleister, Informationsanbieter und Vermittler. All diese Informationen werden vom Mobility-Broker ausgewertet. Sucht nun ein Kunde nach der besten Route für einen bestimmte Fahrt, generiert der Broker so- fort ein passendes Angebot, inklusive der passenden Verkehrsmittel und Umsteige- möglichkeiten. »Die Kunden können in ihrer Anfrage auch festlegen, ob ihr Trip besonders preisgünstig, besonders kom- fortabel oder besonders schnell sein soll. »Für die Passagiere entsteht so stressfreie Mobilität von Tür zu Tür«, sagt Villela. Sie sieht Smart MaaS als Chance für Start-ups oder kleine Unternehmen mit spezialisier- ten Services, die sich auf der Plattform prä- sentieren können. Matthias Koch, Senior Requirements Engineer am Fraunhofer IESE in Kaisers- lautern, konzentriert sich in seinem Pro- jekt Kom MaaS auf die ländliche Region. Hier gibt es nicht zu viele Fahrmöglich- keiten, sondern eher zu wenige. Die Grund- idee besteht darin, diese wenigen Möglich- keiten besser zugänglich zu machen und miteinander zu verbinden. So könnten Bürgerbusse durch die Ortschaften fahren und Menschen mobil machen, die kein eigenes Auto besitzen. Das Team um Mat- thias Koch hat gemeinsam mit Partnern die passende Web-Anwendung entwickelt. Wer eine Beförderungsmöglichkeit braucht, meldet sich zunächst telefonisch beim re- gionalen Bürgerbus-Dienst und teilt den Fahrtwunsch mit. Oder er nutzt eine Smartphone-App, um den Beförderungs- wunsch zu signalisieren. Die Anfrage wird durch das Planungsteam des Bürgerbusses über die Anwendung erfasst und einge- plant. Die Anbieter haben nun die Mög- lichkeit, individuelle Wege zu einzelnen Passagieren optimal zu einer Gesamtrou- te zu verbinden. Der Fahrer des Bürger- busses wiederum sieht auf dem Display im Fahrzeug, wo Passagiere abzuholen oder hinzubringen sind. Wer mit dem Privat- auto eine Fahrt in die nahe gelegene Stadt plant, wird in späteren Entwicklungsstu- fen über Kom MaaS eine Mitfahrgelegen- heit anbieten können. Koch und sein Team haben die Web-An- wendung mit dem Fokus auf einfache und effiziente Funktionen entwickelt. »Wir wollen die Mobilität für die Menschen er- höhen, die kein eigenes Automobil haben, und gleichzeitig die Auslastung der Fahr- zeuge verbessern. Mobilität und Verkehr haben immer auch einen sozialen Aspekt. Das dürfen wir bei der Entwicklung von vernetzten Mobilitätskonzepten nicht ver- gessen«, sagt Koch. Die Bürgerbusfahrten wurden bereits praktisch erprobt. Erste Landkreise in Rheinland-Pfalz haben auch schon ihr Interesse signalisiert. All diese Konzepte haben eines gemeinsam: Wir fahren nicht mehr zwingend im eige- nen Auto, sondern wählen die Option, die gerade am besten passt. Seinen besonderen Rang wird das Au- tomobil nach Meinung der Fraunhofer- Forschenden nicht verlieren. Sebastian Stegmüller glaubt an die emotionalen Fak- toren: »Mobilität ist mehr als das berühm- te Von-A-nach-B. Beim Auto gibt es Aspek- te, die über das rein Rationale hinausgehen.« Komfort, Ausstattung und Privatsphäre werden im Auto der Zukunft deshalb nicht weniger, sondern mehr Gewicht haben. 4 | 21 Für die Automobilhersteller eröffnet sich die große Chance, wirklich neuartige Kon- zepte vorzulegen. Eine Studie für dieses Zukunftskonzept haben Fraunhofer-For- schende unter dem Namen Vision PI bereits vorgestellt. Die Fahrgastzelle ist dabei nach einem Schalenprinzip konstruiert und lässt sich flexibel an die individuellen Bedürf- nisse der Passagiere anpassen. Tagsüber oder bei der morgendlichen Pendelfahrt könnte die Fahrgastzelle beispielsweise als mobiles Office für Arbeit und Video- konferenz dienen. Die HMI-Technologien (Human Maschine Interfaces) des Fahr- zeuges verbinden sich dabei nahtlos mit mitgebrachten Devices wie Tablets oder Kopfhörern und ermöglichen auf diese Weise ein integriertes Medienerlebnis. Die Routenwahl wird automatisch nach Kri- terien wie Netzverfügbarkeit, ruhiger Fahr- weise und anstehenden Terminen gestal- tet und angepasst. Abends verwandelt sich die Fahrgastzelle in einen Ruheraum mit abgedunkelten Scheiben und alle Sinne ansprechenden Wellness-Funktionen – für die entspannte Heimfahrt nach der Arbeit. Die Verwendung hochwertiger Materia- lien steigert dabei den Wohlfühlfaktor. Ge- mütliches Lounge-Ambiente statt nüch- ternem Cockpit-Feeling. »Was heute die PS-Zahl ist, wird in Zukunft die kontext- spezifisch personalisierbare Ausstattung und haptische Qualität eines Fahrzeug- innenraums sein«, ist Stegmüller über- zeugt. »Mobilität und Verkehr haben auch einen sozialen Aspekt!« Wenn Grundvoraussetzungen wie Be- achtung sozialer Standards bei der Pro- duktion, ökologische Nachhaltigkeit und Sicherheit erfüllt sind, dann spricht auch nichts mehr dagegen, dass uns das Auto als individuelles Konsumgut erhalten bleibt. Prof. Michael Lauster, Institutslei- ter am Fraunhofer-Institut für Naturwis- senschaftlich-Technische Trendanalysen INT, ist jedenfalls optimistisch: »Das Auto wird noch eine lange und glänzende Zu- kunft haben. Es bleibt auch weiterhin ei- ner der wesentlichen Träger individueller Mobilität. Mit dem Trend zum Benutzen statt Besitzen wird es allerdings nur noch wenigen als Statussymbol dienen.« zurück zu Seite 1 45

E in Stauende hinter einer Kurve oder Gegenstände auf der Fahrbahn – im Straßenverkehr lauern viele Gefahren, die menschliche Sinne häufig erst dann erfassen, wenn es schon zu spät ist. Helfen soll in Zu- kunft die Vehicle-2-X-Kommunikation, die Verkehrs- teilnehmer untereinander und mit der Verkehrsinfra- struktur vernetzt. Das Fraunhofer-Institut für Offene Kommunikationssysteme FOKUS in Berlin entwickelt und optimiert diese Technologie schon seit Jahren, damit autonome und vernetzte Fahrzeuge in Echtzeit Informationen über Unfälle, Baustellen, Staus oder andere Gefahren auf der Strecke austauschen können. Die Fraunhofer-Forschenden wollen die Vernet- zung jetzt auch für andere Verkehrsteilnehmer per Smartphone nutzbar machen. »Vulnerable Road Users (VRU), wie Fußgänger, E-Scooter- oder Radfahrer, tra- gen im innerstädtischen Verkehr ein besonders hohes Verletzungsrisiko. Mit unserer hochgenauen Lokali- sierung, die als Dienst in jede App integriert werden kann, wollen wir diesen Nachteil ausgleichen und die Nutzerinnen und Nutzer sicherer und schneller an ihr Ziel bringen«, sagt Dr. Ilja Radusch, Leiter des Ge- schäftsbereichs Smart Mobility am Fraunhofer FO- KUS. So sollen sich unter anderem Radfahrer bald sicherer fühlen können – 44 Prozent tun das wegen der Gefahren im Straßenverkehr bisher nicht. Radusch und sein Team entwickelten eine Schnitt- stelle, mit der sich Smartphones an die vernetzte Mo- bilität anschließen lassen: Die VRU werden im digital vernetzten Verkehrssystem endlich »sichtbar«. Eine Person kann so beispielsweise problemlos wahrge- nommen werden, wenn sie zwischen parkenden Fahr- zeugen hindurchläuft und in wenigen Augenblicken den Fahrweg eines oder mehrerer Fahrzeuge kreuzt. Herannahende Autos, Fahrräder oder E-Scooter wer- den frühzeitig vor einer möglichen Kollisionsgefahr gewarnt, Fußgängerinnen und Fußgänger via Smart- phone auf das Risiko aufmerksam gemacht. Die Rechenarbeit wird ausgelagert Grundlegende Voraussetzung für schnelle Warnun- gen ist eine Mobile Edge Cloud (MEC). Sie besteht aus vielen kleinen Recheneinheiten, die an Mobil- funkmasten oder in Telefonkästen am Straßenrand untergebracht sind, und bildet die Schnittstelle zu anderen Fahrzeugen sowie zur Verkehrsinfrastruktur. Aber auch für die kontinuierliche und exakte Loka- lisierung der Nutzerinnen und Nutzer zu Fuß und auf dem Rad ist die MEC unabdingbar. Die gesamte Rechenarbeit für die Sicherheitsfunktionen ist in die Cloud ausgelagert, auf die dann per Mobilfunknetz zugegriffen wird. Das entlastet das Smartphone und wirkt sich positiv auf dessen Akkulaufzeit aus. Die GPS-Daten von Smartphones sind jedoch teils ungenau und weichen bis zu mehreren Metern ab. Das macht gerade im engen Stadtverkehr einen ge- fährlichen Unterschied. Läuft eine Fußgängerin oder ein Fußgänger mitten auf einer Hauptstraße oder sitzt sie oder er nur an der Bushaltestelle am Straßenrand? Dieser sogenannte Ortsfehler wird durch Signalab- schattungen aufgrund von Gebäuden, aber auch durch Wolken erzeugt. Um die Positionsdaten nachträglich zu verbessern, entwickelten die Forscherinnen und Forscher am Fraunhofer FOKUS einen Algorithmus, mit dem sich die GPS-Daten einer Plausibilitätsprü- fung unterziehen und korrigieren lassen. Dr. Ilja Radusch weiß, dass für eine hohe Akzeptanz solcher Apps die Zuverlässigkeit entscheidend ist: »Falsch-Positiv-Ereignisse, also beispielsweise das irrtümliche Auslösen einer Kollisionswarnung, füh- ren dazu, dass Nutzerinnen und Nutzer das System abschalten oder einzelne Funktionen deaktivieren. Dank der algorithmischen Korrektur haben wir nun aber ein wirklich zuverlässiges Tool.« Die hochgenaue Lokalisierung ermöglicht darü- ber hinaus eine grüne Welle auf Knopfdruck. Mittels einer App kann passend zu den Ampelphasen an das Wunschziel navigiert werden, da auch die Verkehrs- infrastruktur Teil der vernetzten Mobilität ist. Auto- matisch soll eine Strecke mit weniger Ampelschal- tungen ausgewählt werden. Die App weist die Radfahrerin oder den Radfahrer darauf hin, ob es sich lohnt, vor der nächsten Kreuzung noch kräftig in die Pedale zu treten oder bereits ein paar Hundert Meter davor die Geschwindigkeit zu reduzieren. Zur Akzep- tanz der App trägt auch bei, dass der Datenschutz ge- wahrt bleibt – alle Positionsdaten werden komplett anonymisiert verarbeitet. Dass sich die hochgenaue Lokalisierungstechno- logie der Forscherinnen und Forscher auch in der Pra- xis bewährt, soll im nächsten Schritt zusammen mit Industriepartnern bewiesen werden. In einem Pilot- projekt können Hamburger Bürgerinnen und Bürger die vernetzte Mobilität im realen Straßenverkehr selbst ausprobieren. Die Hansestadt unterstützt dabei tat- kräftig bei der Ausstattung der Ampelanlagen mit ent- sprechenden Schnittstellen, die Industriepartner sorgen für den Aufbau der Mobile Edge Cloud im Stadtgebiet und die Bereitstellung der Smartphone-Apps. Start- schuss war im Oktober auf dem ITS Weltkongress in Hamburg, der weltgrößten Ver an staltung für intelli- gente Mobilität und Digitalisierung des Verkehrs. 4 | 21 44% der Radfahrer fühlen sich wegen der Gefahren im Straßenverkehr nicht sicher. — Beim RealLabor Hamburg mit machen und die Fraunhofer- Technologie schon heute in der Hafen - stadt an der Elbe ausprobieren: https://reallab- hamburg.de Info-Video zur Technologie: https://www.youtube. com/watch?v= KzalTVkMyUc&t=26s zurück zu Seite 1 47 l e g r ü B s u a K l : n o i t a r t s u l l I

Herr von Platen, wie weit komme ich mit einem elektrischen Porsche Taycan bei der abge- regelten Höchstgeschwindigkeit von 250 Stunden- kilometern? Durchgängig werden Sie wohl nirgends mit Höchst- geschwindigkeit fahren können (lacht). Die Reich- weite des Taycan im normalen Fahrbetrieb liegt bei gut 350 Kilometern. Und mit unserem neuen Modell, dem Taycan GTS, kommen Sie auf mehr als 500 Kilometer. Es greift aber zu kurz, nur auf diesen Wert zu schauen. Wir wollten mit dem Taycan nie Reichweitenweltmeister werden. Für uns sind Ge- wicht und Fahrdynamik wichtig sowie eine kurze Ladezeit. Mit der 800-Volt-Technologie haben wir hier weltweit Maßstäbe gesetzt. Der Taycan lädt we- sentlich schneller als die meisten anderen E-Autos: in 22,5 Minuten von 5 auf 80 Prozent SOC. Noch beginnen die Telefonnummern in Ihrer Zentrale mit 911, dabei haben Sie in diesem Jahr mehr Taycan als klassische 911 ausgeliefert. Wird es Zeit, die Telefonanlage auf eine neue Zeit umzustellen – und auf welche Nummer? Tatsächlich lag der Taycan bei den weltweiten Aus- lieferungen in den ersten drei Quartalen des Jahres 2021 auf Augenhöhe mit dem 911. Wir freuen uns über die tolle Resonanz auf den ersten reinelekt- rischen Porsche. Vor allem, weil rund 50 Prozent der Taycan-Käufer bereits Porsche-Kunden sind. Wir haben also genau den Nerv unserer Fans ge- troffen und zugleich eine neue Zielgruppe erobert; Menschen, die noch nie einen Porsche gefahren haben. Wir vergrößern durch den Elektrosportler unsere Fangemeinde. Ungeachtet dessen ist der 911 weiterhin unsere Ikone. Kein Fahrzeug wird enger mit unserer Marke verbunden, und das seit fast 60 Jahren. Damit bleibt die »911« auch für unsere Tele- fonnummern die erste Wahl. Ist E-Mobilität für Sie die Zukunft? Bei Porsche steht die Elektromobilität für die Mobili- tät von morgen. Der Fokus liegt auf der Elektrifizie- rung unserer Modelle. Hier stellen wir uns breit und technologisch führend auf. Beispielsweise haben wir mit Customcells das Joint Venture Cellforce ge- gründet, ein Unternehmen zur Entwicklung und Fertigung von Hochleistungs-Batteriezellen. Mit Rimac halten wir zudem eine Beteiligung an einem der innovativsten E-Mobilitätsunternehmen. Das Schnellladen haben wir gemeinsam mit weiteren Automobilherstellern über das Joint Venture IONI- TY angestoßen, das jetzt aufs Tempo drückt: Bis 2025 G A e h c s r o P / z t e o r K l e a f a R : s o t o F 4 | 21 soll die Zahl der Ladestationen von derzeit knapp 400 auf mehr als 1000 steigen. Zusätzlich arbeiten wir an einem exklusiven, Porsche-eigenen Ladenetz. Eine sinnvolle Ergänzung sind für uns grüne eFuels, mit denen sich traditionelle Verbrennungsmotoren nahezu CO2-neutral betreiben lassen. Von den gut 13 000 Autobahnkilometern in Deutschland hat jeder dritte eine Geschwindig- keitsbeschränkung, auf nicht einmal zwei Prozent der Straßen gilt freie Fahrt, selbst die Hälfte der ADAC-Mitglieder plädiert nach einer Umfrage die- ses Jahres für ein Tempolimit – schlechte Zeiten für einen Sportwagenhersteller? In Bereichen, in denen man sicher fahren kann, ohne andere zu gefährden, bin ich gegen ein Tempolimit. Man sollte den Menschen diese persönliche Freiheit lassen. Das Tempolimit gilt häufig als Argument, um die Zahl der Unfälle zu reduzieren. Die Unfallhäufig- keit auf bundesdeutschen Autobahnen ist aber fünf Mal geringer als auf Landstraßen. Autobahnen ge- hören statistisch zu den sichersten Straßen der Welt. Die künftige Ampel-Koalition hat sich auch aus die- sem Grund im Koalitionsvertrag gegen die Einfüh- rung eines generellen Tempolimits ausgesprochen. Nach welchen Kriterien werden Auto- käufer in zehn Jahren ihre Entscheidung treffen? Die Marke ist immer Kaufgrund Nummer eins für unsere Kunden gewesen. Wir sehen, dass sich dieser Trend weiter verstärkt. Deswegen beschäftigen wir uns intensiv mit der Frage, was die Marke Porsche auch in Zukunft einzigartig und anziehend macht. Etwa durch emotionale Markenerlebnisse, die so kein anderer Hersteller bietet. Natürlich wird auch der Aspekt der Nachhaltigkeit immer wichtiger. Auch hier wollen wir Vorreiter sein. Bis 2025 inves- tieren wir 15 Milliarden Euro in Elektromobilität, digitale Transformation und nachhaltige Produk- tion. Die Dekarbonisierung ist ein zentrales Hand- lungsfeld unserer Nachhaltigkeitsstrategie – und wir setzen uns ambitionierte Ziele: Bis 2030 soll Porsche über die ganze Wertschöpfungskette und den Lebenszyklus der Fahrzeuge hinweg bilanziell CO2-neutral sein. All das wird bei der Entscheidung von Kunden in Zukunft eine stärkere Rolle spielen. Wann wird sich der Porsche-Käufer dem autonomen Fahren anvertrauen – und wird der Autopilot im Sportmodus chauffieren? Unser Ziel ist, dass das letzte Fahrzeug, das ein Lenkrad haben wird, ein Porsche ist. Unsere Sport- zurück zu Seite 1 49

4 | 21 Wertvolle Software Zuschnitt und Schliff sind entscheidend für den Wert von Diamanten. Die neue Software OptiRough hilft, den maximalen Verkaufspreis zu erzielen. Von Michael Krapp R ohdiamanten funkeln und glänzen nicht. Sie sind wie schmutzige Steine. Erst das Zuschneiden und der Schliff lassen die Schönheit sichtbar werden und schaffen wertvolle Schmuckstücke. Doch zuvor stellen sich entscheidende Fragen: Wie viele Diamanten sollen aus einem Rohdiamanten geschnitten werden? Wel- che Form und welchen Schliff sollen die Steine erhalten? Wie lässt sich die höchst- mögliche Karatzahl erreichen? Mit den Antworten hat sich Dr. Jan Hamaekers be- schäftigt, Leiter des Geschäftsfelds »Virtu- al Material Design« im Fraunhofer-Institut für Algorithmen und Wissenschaftliches Rechnen SCAI. Er hat die Herausforderung angenommen, als ihn Dave Oste kontak- tierte, Direktor von Tensor Diamond Tech- nology bv in Antwerpen. Es geht um Geld, viel Geld. Denn die Antworten auf diese Fragen haben größten Einfluss auf den Verkaufspreis. Beispiels- weise enthalten die meisten Rohdiaman- ten Einschlüsse in Form kleiner Mineral- kristalle. Je nach Größe mindern sie den Wert des Diamanten. Dies gilt es zu be- rücksichtigen, ebenso wie die sich täglich ändernden Verkaufspreise an der Diaman- tenbörse für bestimmte Schliffe. »Beim Zuschnitt und Schliff von Roh- diamanten im Hinblick auf den maxima- len Verkaufspreis geht es um die Lösung eines äußerst komplexen Optimierungs- problems«, sagt Jan Hamaekers. Für ihn als Mathematiker handelt es sich um eine kombinatorische Frage – wie viele Diaman- ten mit welchem Facettenschliff sollen aus dem Rohdiamanten entstehen? Für jeden der geschliffenen Steine sind die Position, die Drehung, verschiedene Formparame- ter und die Qualitätsstufe zu berücksich- tigen. Eine zusätzliche Schwierigkeit stel- len dabei die Preistabellen für Diamanten dar. Denn sie enthalten Preissprünge, so- dass schon sehr kleine Änderungen etwa hinsichtlich der Größe oder der Reinheit des Diamanten einen erheblichen Einfluss auf den Marktpreis der fertig geschliffenen Diamanten haben können. Ein komplexes Optimierungs- problem – und seine Lösung »Bisherige Lösungsansätze lieferten nur dann zufriedenstellende Antworten, wenn nicht mehr als ein oder zwei ge- schliffene Diamanten aus einem Roh- diamanten entstehen«, beschreibt Dia- mantenfachmann Oste das Problem. Da Rohdiamanten aber fast immer mehrere Einschlüsse aufweisen, waren die vorhan- denen Softwarelösungen in der Praxis nur bedingt brauchbar. Hamaekers und seinem Team gelang es, nach der Überprüfung verschiedener Methoden und der Analyse zahlreicher Benchmark-Beispiele eine Lösung zu ent- wickeln. »Wir haben Sparse-Grid-Methoden und genetische Algorithmen kombiniert«, fasst Hamaekers zusammen. Sparse-Grid- Methoden – ein mathematischer Ansatz, zu dem Prof. Michael Griebel, Institutslei- ter des Fraunhofer SCAI, bereits zahlreiche grundlegende Arbeiten veröffentlicht hat – eignen sich besonders gut, um hochdi- mensionale Probleme effizient zu lösen. Genetische Algorithmen orientieren sich an den Prinzipien der Evolution, um zu im- mer besseren Lösungen eines Optimierungs- problems zu kommen. Will man genetische Algorithmen zur Lösung komplizierter Op- Ein kleiner Fehler beim Schliff kann den Wert eines Diamanten halbieren. Antwerpen ist für seine weltweit besten Schleifer bekannt. timierungsaufgaben einsetzen, besteht die Kunst darin, sie in geeigneter Weise an die spezifischen Herausforderungen der Prob- lemstellung anzupassen. Das Team des Fraunhofer SCAI hat eine Kombination die- ser Methoden als Modul in die Software OptiRough integriert. Der neue Algorith- mus berücksichtigt vor allem, dass bereits kleinste Änderungen des Karatgewichts große Auswirkungen auf den Verkaufspreis haben können. »Hier kann man leicht Zehn- oder Hunderttausende von Euro gewinnen oder verlieren«, sagt Hamaekers. Da es beim Schneiden und Schleifen eines Rohdiamanten zahlreiche weitere Randbedingungen gibt, liefert das Pro- gramm nicht nur eine optimale Lösung, sondern zur umfassenden Unterstützung des Planungsprozesses von Schnitt und Schliff auch eine Liste verschiedener viel- versprechender Kandidaten unter den zur Auswahl stehenden Rohdiamanten. »Die Software des Fraunhofer SCAI hat es ermöglicht, die schwierige und oft lang- wierige Planungsphase vor dem Schneiden deutlich zu verkürzen und zu verbessern. Sie funktioniert gut bei Einschlüssen und berücksichtigt auch Kombinationen aus zwei oder mehr Steinen«, würdigt Dave Oste die Fraunhofer-Entwicklung. Ein Fol- geprojekt mit weiteren Software-Funktio- nen ist geplant. zurück zu Seite 1 51 a p d / s r e t u e R / n a m r e H s e v Y : o t o F

Das Patientenaufnahme-System TEDIAS könnte dafür sorgen, dass sich in Zukunft die Wartezeiten in Kliniken verkürzen. 4 | 21 Dann erhält der Arzt den Hinweis, dass er noch mal nachhaken muss«, verdeutlicht Langejürgen. Das Anlegen von Messgerä- ten, Dokumentieren der Werte und Erfas- sen der medizinischen Grunddaten dauert bei der klassischen Patientenaufnahme rund 45 Minuten – Zeit, die die Ärztin oder der Arzt jetzt für ein ausführliches Gespräch nutzen kann. Und auch die Kol- leginnen und Kollegen auf Station, in der Radiologie, in der Anästhesie oder im OP sollen auf diese Informationen zugreifen können – und von wiederholten Routine- arbeiten entlastet werden. »Wir planen Schnittstellen zu gängigen Krankenhaus-IT-Systemen«, kündigt Langejürgen an – und verspricht, dass TE- DIAS ein Angebot sein soll, kein Zwang: »Parallel ist nach wie vor das herkömm- liche Verfahren möglich. Wir wollen die Ärztin oder den Arzt nicht ersetzen, das können wir auch gar nicht, sondern sie bestmöglich unterstützen.« Generell sei die Avatar-Lösung barrierearm und auch für Menschen einfach zugänglich, die nicht digitalaffin sind. Der virtuelle Arzt soll in der Lage sein, Dialoge eigenständig zu führen – nicht nur auf Deutsch, son- dern perspektivisch auch auf Englisch, Französisch, Türkisch etc. Bis die Avatar-Lösung einsatzbereit ist, sollen die Patienten Tablets erhalten, um hier per digitalem Fragebogen ihre Anam- nese-Daten in TEDIAS selbst einzugeben. Die eingepflegten Informationen ziehen bestimmte Prozesse im Krankenhaus nach sich, zum Beispiel Schmerzen im Hand- gelenk nach einem Sturz eine Röntgen- aufnahme. Diese Prozesse sollen dem Pa- tienten in Zukunft transparent angezeigt werden. »Die stärkere Einbindung des Pa- tienten wirkt sich positiv auf die Zufrie- denheit und das Vertrauen in die Klinik aus«, zeigt sich Langejürgen überzeugt. Statt zwei Stunden passiv im Wartebereich einer Notaufnahme zu sitzen und zu be- fürchten, möglicherweise vergessen oder an der Anmeldung nicht richtig verstan- den worden zu sein, fühle sich der Patient gleich besser aufgehoben und betreut. Die per digitalem Fragebogen standar- disiert erhobenen Daten bringen noch ei- nen weiteren Vorteil gegenüber den häufig sehr uneinheitlichen, handschriftlich aus- gefüllten Formularen: Sie sind vergleich- bar, vollständig und haben eine hohe Qua- lität – wichtige Voraussetzungen, um sie später automatisiert zum Beispiel per künstlicher Intelligenz auswerten zu kön- nen. So könnte man etwa frühe Indizien für bestimmte Erkrankungen finden. Oder im Nachhinein ermitteln, wann ein Pa- tient mit gewissen Symptomen, Messwer- ten und einer konkreten Anamnese be- sonders erfolgreich behandelt wurde. Im Sommer 2022 soll die erste TEDIAS- Kabine am Uniklinikum Mannheim ge- testet werden. Die Ärztinnen und Ärzte, so Langejürgen, sehen die neue Technologie nicht als Zeichen digitaler Kälte, sondern im Gegenteil als Chance, sich mehr auf ih- re eigentliche Arbeit konzentrieren zu kön- nen: die Patientinnen und Patienten. zurück zu Seite 1 53 k c o t S e b o d A : o t o F

4 | 21 Bis zu 1,5 Millionen PCR-Tests pro Woche führen Labore in Deutschland durch. A P I r e f o h n u a r F / z e B r e n a R i : s o t o F Kevin allein im Labor: Nächtelang arbeitet der mobile Roboter durch – und übergibt seine Ergebnisse am Morgen an ausgeschlafene menschliche Kollegen. zurück zu Seite 1 55

4 | 21 taten verurteilt, weil der Polizei schlicht die Zeit fehle, längere Zeiträume minutiös zu überprüfen. Stephani: »Dann werden die betroffenen Pflegedienste nur für eini- ge Wochen oder Monate Betrug verklagt, obwohl alle im Gerichtssaal wissen, dass der Betrug schon seit Jahren läuft.« Hilfs- kräfte könne die Polizei für die manuelle Auswertung nicht einsetzen, da es um vertrauliche Patientendaten gehe. Bestand haben, dass sie, wie Elisabeth Leoff sagt, den »Maßgaben des Justizsys- tems entsprechen«. Bei aller künstlichen Intelligenz und Algorithmik muss für ei- nen Richter nachvollziehbar sein, welche Daten der Analyse zugrunde liegen und wie die Ergebnisse zustande gekommen sind. Sonst hat die Staatsanwaltschaft keine Chance, dass Täterinnen und Täter verurteilt werden. »Unser Ziel ist ein Software- System, das die Polizei künftig selbst ständig Dr. Henrike Stephani, Fraunhofer ITWM im Alltag nutzen kann.« Das vom Bundesforschungsministe- rium geförderte Projekt gliedert sich in zwei Teile – einerseits die automatische Bilderkennung und ande- rerseits die Analyse der In halte. Für die Bilderken- nung sind Henrike Stepha- ni und ihr Team zuständig. Sie benutzen einerseits Texterkennungsprogram- me, um Teile von Touren- plänen und Leistungsnach- weisen auszulesen. »Für gedruckte Texte in den Ta- bellen wie etwa die Adres- sen ist das noch recht einfach«, sagt Henrike Ste- phani. »Aber für die hand- geschriebenen Inhalte müssen wir individuelle Lösungen finden, die auf Maschinellem Lernen basieren. Eine besondere Heraus- forderung sind Uhrzeiten, die man auf ganz verschiedene Art schreiben kann.« Im zwei- ten Schritt wird die Information zusam- mengeführt. Dann folgt die Datenauswer- tung, auf die Elisabeth Leoff spezialisiert ist. »Wir arbeiten eng mit der Polizei zu- sammen, um zu lernen, welche Inhalte für die Ermittlungen entscheidend sind. Denn unser Ziel ist ein Software-System, das die Polizei künftig selbstständig im Alltag nut- zen kann.« KI, aber rechtssicher Eine Herausforderung ist in dem Pro- jekt derzeit, dass die Daten anonymisiert werden müssen, ehe die Polizei sie dem Fraunhofer ITWM-Team zur Verfügung stellen kann. Das sei eine zusätzliche Hür- de bei der Datenauswertung. Und noch et- was müssen Elisabeth Leoff und Henrike Stephani bedenken. Die Daten müssen so aufbereitet werden, dass sie vor Gericht e n i l n O 1 F / y s k c o t S : o t o F Mit dem ersten Prototypen 2023 wird das Projekt zunächst enden. »Wir haben mit der Polizei einen sehr engagierten Ko- operationspartner, sodass wir davon ausgehen kön- nen, dass das Projekt wei- terverfolgt und das System in wenigen Jahren einsatz- bereit sein wird«, sagt Eli- sabeth Leoff. Künftig kön- nen die Kriminalbeamten dann den gesamten Prozess selbstständig durchführen – vom Einscannen der Do- kumente bis zur Analyse. Die Software wird so flexi- bel gehalten, dass sie sich leicht an die Erfordernisse des jeweiligen Betrugsfalls anpassen lässt. Für Elisabeth Leoff und Henrike Ste- phani ist das Projekt ganz anders als die üblichen Vorhaben am Fraunhofer ITWM; einerseits, weil es sehr nah am Menschen ist und andererseits, weil es bei Pflegeda- ten um sehr persönliche Informationen von hoher Schutzwürdigkeit geht. Normalerweise taucht Elisabeth Leoff in ihren Projekten eher in die Finanz- und Versicherungsbranche ein. Und Henrike Stephani hat oftmals mit industrienahen Dingen zu tun – in einem aktuellen Projekt etwa mit der automatischen Bilderkennung zur Identifikation von illegal gehandeltem Tropenholz. Zusammen mit der Polizei ein Fahndungswerkzeug zu entwickeln, um Tausende von Arbeitsstunden einzusparen und Kriminalität effektiver zu bekämpfen, ist da etwas ganz Besonderes. — KI gegen Pflegebetrug – der Fraunhofer-Podcast: zurück zu Seite 1 57

4 | 21 D er Brustkorb schmerzt, das Atmen fällt schwer, Schweiß bricht aus, Panik! So kündigt sich häufig ein Herzinfarkt an. Auslöser ist oftmals die koronare Herz- erkrankung (KHK). Neue Technik soll jetzt helfen, diese Lebensgefahr zu verringern. KHK entsteht durch Kalkablagerungen, die die Herzkranzgefäße verengen. Meist weiten Ärzte den Engpass durch einen Stent. Doch in vielen Fällen verengt sich das Blutgefäß erneut – weitere Eingriffe sind nötig. In der minimalinvasiven Herz- chirurgie löst daher ein medikamenten- beschichteter Ballonkatheter die Stent-Be- handlung ab. Beim Aufdehnen wird der Wirkstoff über die Ballonoberfläche direkt in die Arterienwände transportiert, wo Im- munsuppressiva und Zytostatika einen er- neuten Verschluss des Gefäßes verhindern. Problem: Noch heute werden diese Bal- lons manuell mit Medikamenten beschich- tet. »Man mag es kaum glauben«, findet Gregor Dürre, Wissenschaftler am Fraun- hofer-Institut für Produktionsanlagen und Konstruktionstechnik IPK. »Das Verfahren ist zeitaufwendig und fehleranfällig. Fach- leute mit entsprechender Expertise gibt es kaum.« Gemeinsam mit seinem Team erforscht Dürre, wie sich das Verfahren zur Beschichtung der Ballonkatheter auto- matisieren lässt. Aktuell entwickelt das Fraunhofer IPK einen Beschichtungsautomaten zusammen mit den Partnern InnoRa GmbH und Or- ganical CAD/CAM GmbH. »Damit könnten wir die Ausschussrate reduzieren und die Fehlerquote senken, den Umsatz an Bal- lons massiv erhöhen und Prozesssicherheit garantieren«, erwartet der Forscher. Die Konstruktion des Automaten ist anspruchsvoll. Ziel ist, dass die mikrosko- pischen Kristalle des Medikaments gleich- gerichtet nach außen zeigen. Nur so kann der Wirkstoff schnell und zuverlässig in die Zellwände eindringen und dort mög- lichst lange wirken. Parameter wie die Schichtdicke und die Beschaffenheit der Beschichtungsoberfläche spielen daher eine entscheidende Rolle. »Die Ballonka- theter müssen das Medikament sofort in die Arterienwand transportieren. Das darf maximal eine Minute dauern. Sonst wird die Sauerstoffversorgung des Herzens zu lange unterbrochen«, erklärt Gregor Dür- re. Nach Abgabe des Wirkstoffs wird der Ballonkatheter wieder entfernt. Faktoren wie Kinematik, Andruckstär- ke, Beschichtungsgeschwindigkeit, Be- schichtungsdauer und Rotationsgeschwin- digkeit beeinflussen die Kristallstruktur und somit die Konstruktion des Beschich- tungsautomaten. Der Ballon des Katheters ist eine fragile, extrem dünne Membran, die im ausgedehnten Zustand beschichtet werden muss. »Das ist sehr diffizil. Kleins- te Fehler führen zu einem Riss der 20 bis 80 Mikrometer dünnen Membran«, sagt Annika Brehmer, Biotechnologin und Kol- legin von Gregor Dürre. Das macht den Bau der Beschichtungs- einheit so herausfordernd. Zwei Motoren rotieren den Draht, auf dem der Ballon auf- gespannt ist, damit er von allen Seiten gleichmäßig beschichtet werden kann. Der Beschichtungskopf ist in Abhängigkeit zur Ballonmembran positioniert. Ein integ- riertes Oberflächenmessgerät übernimmt die Qualitätskontrolle, indem es konstant die Schichtdicke misst. Der Beschichtungs- vorgang dauert drei bis fünf Minuten. »An- ders als beim manuellen Prozess können wir permanent die Qualität kontrollieren«, verspricht Dürre. Bis Anfang 2023 soll der Prototyp marktreif sein. Verkalkung stoppen – aber wie? Zweithäufigste Herzerkrankung ist eine defekte Herzklappe. Wenn sie nicht mehr richtig öffnet und schließt, muss sie durch eine künstliche Klappe ausgetauscht wer- den. Der Trend geht zum biologischen Ersatz. Vorteil ist, dass der Patient keine blutverdünnenden Medikamente wie Mar- cumar einnehmen muss. Der Nachteil der Bioprothesen gegenüber mechanischen Klappen: Sie verkalken schnell. Die biolo- gischen Klappen, die aus Aortenklappen von Schweinen oder aus Herzbeutelgewebe von Rindern hergestellt werden, arbeiten maximal 15 Jahre zuverlässig. Kristallines Hydroxylapatit lagert sich an den Klappen- segeln ab und löst die Verkalkung aus. Mit neuen chemischen Vorbehandlungen wol- len Forscherinnen und Forscher am Fraun- hofer-Institut für Keramische Technolo- gien und Systeme IKTS diese Verkalkung stoppen. Dabei arbeiten sie eng mit dem Institut für Angewandte Medizintechnik, Rheinisch-Westfälische Technische Hoch- schule Aachen und dem Meshalkin Natio- nal Medical Research Center im russischen Novosibirsk zusammen. »Üblicherweise werden die Prothesen mit Glutaraldehyd vorbehandelt. Das Fi- xationsmittel stabilisiert das Kollagenge- rüst der Klappenprothese«, sagt Dr. Natalia Beshchasna, Wissenschaftlerin am Fraun- hofer IKTS. Für ihre Versuche wählten Besh- chasna und ihr Team Herzbeutelgewebe (Perikardgewebe) als Basismaterial und stabilisierten es mit Wirkstoffmolekülen. Im Gegensatz zur klassischen Vernetzung mit Glutaraldehyd setzten sie auf Diepoxid und Bisphosphonat. »Glutaraldehyd bindet gut an Kollagen, nicht jedoch an Elastin, das auch Bestandteil des Perikardgewebes ist. Daher sucht man nach Alternativen. Wir haben uns für Diepoxid entschieden«, erklärt die Ingenieurin. Die Vernetzung erfolgte mit und ohne die Zugabe von Bis- phosphonaten – Medikamenten, die in den Knochenstoffwechsel eingreifen und etwa zur Therapie von Osteoporose verwendet werden. Das Ergebnis der In-vitro-Tests: Diep- oxide und Bisphosphonate sind aufgrund ihrer sehr guten Vernetzung des Gewebes eine vielversprechende Alternative zu Glu- taraldehyd. »Herzbeutelgewebe hat eine Neigung zur Bindung von Kalziumionen, die wiederum Phosphationen binden, was die Verkalkung des Herzklappenersatzes begünstigt. Diepoxide und Bisphospho- nate können dieser Langzeitkomplikation entgegenwirken und die Reaktion zwischen Kalzium- und Phosphationen verhindern«, so Beshchasna. »Bislang ist es nicht gelun- gen, eine ideale Klappenprothese zu kons- truieren. Wir hoffen, diesem Ideal mit un- serer neuen chemischen Vorbehandlung einen Schritt näher zu kommen.« e n i l n o 1 F / y s k c o t S : o t o F zurück zu Seite 1 59

T homas Thum hat erreicht, wovon viele Forschende träumen. Er hat einen thera- peutischen Wirkstoff von der ersten Idee bis zur Anwendung beim Menschen ge- bracht. Der 47-jährige Kardiologe erinnert sich noch genau an den Tag, als alles begann. Es war im Jahr 2005, als er in der Fachzeitschrift »Nature« las, dass Mikro-RNAs in der Leber von Mäusen regulatorische Aufgaben übernehmen. Damals dachte die Wissen- schaft, dass die vielen kurzen RNA-Stücke in den Zellen nicht mehr seien als Abbauprodukte längerer RNAs, also genetischer »Müll«. Die Frage nach einem neuen Therapie-Ansatz ließ ihn nicht mehr los – bis er, knapp 15 Jahre später, die erste Ampulle mit einem RNA-Wirkstoff gegen Herzinsuffizienz in Händen hielt. Inzwischen arbeitet Thomas Thum intensiv an neuen RNA-Therapien – seit Januar 2021 auch am Fraunhofer-Institut für Toxikologie und Experimen- telle Medizin ITEM in Hannover, das er gemeinsam mit Prof. Norbert Krug leitet. Hier steht unter anderem die Lungenfibrose im Fokus. Lungenfibrose ist eine Erkrankung, bei der sich das Lungengewebe umbaut und die Lunge nach und nach verhärtet. Thum hofft, dass sich diese bislang unheilbare Krankheit mithil- fe der RNA-Therapie ursächlich behandeln lässt. »Pa- rallel dazu etablieren wir am Fraunhofer ITEM, das sich traditionell mit Lungenerkrankungen beschäftigt, die Erforschung von Herzkrankheiten«, berichtet Thum, der gleichzeitig das Institut für Molekulare und Trans- lationale Therapiestrategien an der Medizinischen Hochschule Hannover leitet. RNA kann in vielen Varianten im Körper vor- kommen. Am bekanntesten sind die messenger RNAs (mRNAs). Sie tragen in ihrer Struktur einen Code, der als Bauplan für Proteine dient. Als Corona-Impfstoff sind mRNAs weltweit der große Hoffnungsträger im Kampf gegen die Pandemie. Thomas Thum beschäf- tigt sich mit einem anderen Typ: den nichtcodieren- den RNAs, also solchen, die keinen Bauplan für ein Protein in sich tragen. »Mittlerweile weiß man, dass die menschliche RNA zu über 90 Prozent aus nicht codierender RNA besteht«, erklärt Thomas Thum. »Vie- le von ihnen sind an der Regulation wichtiger Körper- funktionen beteiligt.« Aktiver im kranken Herz Schon bald nachdem Thum den Beitrag über die Mi- kro-RNAs bei Mäusen gelesen hatte, begann er mit der Untersuchung von Mikro-RNAs im Herzgewebe. Dabei entdeckte er, dass bestimmte Mikro-RNAs im kranken Herzen wesentlich aktiver sind als in gesun- dem Gewebe. In Herzen, bei denen das Bindegewebe krankhaft verändert war, fand er besonders hohe Konzentrationen der Mikro-RNA 21. Dann kam die entscheidende Überlegung: Lässt sich die krankhafte Bindegewebsveränderung rückgängig machen, wenn man diese RNA hemmt? Der Durchbruch: Anti-Mikro-RNA Zusammen mit einem Kooperationspartner konst- ruierte Thums Team eine Anti-Mikro-RNA, die die krankmachende Mikro-RNA neutralisiert. Das war der Durchbruch. Denn er konnte zeigen, dass die Hemmung der Mikro-RNA einen therapeutischen Effekt hat. Diese Sensation konnte die Arbeitsgruppe patentieren und 2008 in der renommierten Fachzeit- schrift »Nature« publizieren. Die Anti-Mikro-RNA 21 wird mittlerweile vom Pharmakonzern Sanofi in einer klinischen Phase-2-Studie bei Patienten mit Nierenfibrose getestet. Bei den Experimenten an Herzgewebe ist Thums Team noch eine weitere Mikro-RNA aufgefallen. Sie trägt die Nummer 132 und stimuliert ein pathologi- sches Herzwachstum, das schließlich zu einer Herz- insuffizienz führt. Und auch hier ließ sich durch Hem- mung der Mikro-RNA ein positiver, heilender Effekt erzielen. Zuerst in den Zellkulturschalen, später in weiteren präklinischen Versuchen. Damit erfüllte die Anti-Mikro-RNA 132 alle Voraussetzungen, um in der Klinik an Patienten mit Herzinsuffizienz ge- testet zu werden. Allein in Deutschland leiden rund vier Millionen Menschen an Herzinsuffizienz. Bei ihnen ist das Herz krankhaft vergrößert und zu schwach, das Blut durch den Körper zu pumpen. Die Patienten klagen über Atemnot, Wassereinlagerungen und Gewichtszu- nahme. »In den letzten 20 Jahren wurden in der Be- handlung wenig Fortschritte erzielt«, betont Thomas Thum. Nach Angaben der Herzstiftung sterben in Deutschland jährlich mehr als 40 000 Betroffene an der Krankheit. Mit der Gründung des Start-ups Cardior Pharma- ceuticals gelang Thum 2016 der Sprung vom Labor in die klinische Studie am Menschen. Daran nahmen 28 Herzinsuffizienz-Patienten teil. Die Ergebnisse sind vielversprechend. »Wir haben gezeigt, dass die The- rapie mit Anti-Mikro-RNA 132 sicher ist und keine Nebenwirkungen an anderen Organen hervorruft«, berichtet Thum. »Außerdem konnten wir eine Ver- besserung der Herzinsuffizienz-Marker beobachten.« Nach diesem positiven Befund gab es frisches Kapital und damit grünes Licht für die Phase-2-Studie. Sie startet bereits im ersten Quartal 2022 und wird an 280 Patienten in acht Ländern durchgeführt. 4 | 21 4 Millionen Menschen in Deutschland leiden an Herz- insuffizienz. »Wir haben gezeigt, dass die Therapie mit Anti-Mikro- RNA 132 sicher ist.« Prof. Thomas Thum, Co-Institutsleiter, Fraunhofer ITEM — RNA-Forschung: Hoffnungsträger und mehr – Prof. Thomas Thum im Fraunhofer-Podcast: zurück zu Seite 1 61 y r a r b i L o t o h P e c n e i c S , M E T I r e f o h n u a r F / r h o M f l a R : s o t o F

4 | 21 ITALIEN Und er läuft und läuft und läuft Sie sind leicht, stabil und bieten lang- fristig Kostenvorteile: Bauteile aus koh- lenstofffaserverstärkten Kunststoffen (CFK) für E-Autos. Das Fraunhofer- Institut für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik IWU hat zusammen mit den Partnern EDAG und INVENT jetzt einen Fahrzeugrahmen samt Sitzstruktur aus CFK entwickelt, der sich 30 Jahre lang und bis zu einer Lauf- leistung von einer Million Kilometern wiederverwenden lässt. Die Komponenten werden nicht recycelt, sondern direkt aufbereitet und wieder genutzt. In diesem Design- for-Re-Use-Ansatz sind die einzelnen Bauteile so gestaltet, dass sie leicht demontiert und erneut für ein zweites Den Fahrzeugrahmen einfach weiter- verwenden – eine Neuentwicklung des Fraunhofer IWU macht‘s möglich. oder drittes Fahrzeug eingesetzt wer- den können. Die intelligente wieder- verwertbare Plattform für E-Autos wurde im Rahmen des EU-Projekts FiberEUse entwickelt, koordiniert von der Universität Politecnico di Milano. NORWEGEN Schadstoffe im Wasser erkennen und vermeiden Nicht nur giftig, sondern auch beson- ders langlebig und mobil sind be- stimmte Chemikalien, die unser Trink- wasser bedrohen. Eine Kontamination kann irreparabel sein, weil diese soge- nannten persistenten, mobilen Sub- stanzen, kurz PM, Filter überwinden und die Trinkwasseraufbereitung über- stehen. PM werden häufig bei der Her- stellung von Funktionstextilien einge- setzt, aber auch in der Papierindustrie oder in Pflanzenschutzmitteln. In dem EU-Projekt ZeroPM arbeiten Forschen- de des Fraunhofer-Instituts für Toxiko- logie und Experimentelle Medizin ITEM unter der Leitung des Norwegischen Geotechnischen Instituts zusammen mit 15 Partnern an einem wirkungsvol- len Schutz von Mensch und Umwelt. Das Team des Fraunhofer ITEM will Gefährdungen durch PM-Substanzen Natürliche Barrieren im Wasserkreislauf wie die Filterung während der Boden- passage halten PM-Stoffe nicht zurück. identifizieren und charakterisieren. Dafür modelliert es Aufnahme und Verteilung dieser Stoffe im Menschen. Die Risikobewertung der toxischen Wirkung soll helfen, Präventions- und Sanierungsstrategien zu entwickeln. Gleichzeitig wollen die Forschenden dazu beitragen, dass neue kritische Stoffe in Zukunft schneller erkannt und vermieden werden können. zurück zu Seite 1 63 ÖSTERREICH Aktives Altern leicht gemacht Die digitale Welt bietet zahlreiche Hilfsmittel für ein selbstbestimmtes Leben im Alter, ob im eigenen Heim oder in betreuten Einrichtungen. Offene Plattformen sind frei verfüg- bare Softwaresysteme, die die Vernet- zung dieser digitalen Technologien ermöglichen – exakt zugeschnitten auf die individuellen Bedürfnisse der Nutzerin oder des Nutzers. Das Projekt PlatformUptake.eu mit Sitz in Wien will die Entwicklung und Akzeptanz dieser Plattformen in ganz Europa fördern. Das Fraunhofer-Institut für Graphische Datenverarbeitung IGD hat dafür vorhandene Systeme analysiert, bewertet und ein Vergleichsportal auf- gesetzt, auf dem Pflegeeinrichtungen die optimale Plattformlösung für ihre Bewohnerinnen und Bewohner finden können. Ideal ist ein digitales Ökosys- tem, sicher und einfach zu handhaben, das die Nutzerinnen und Nutzer mit Gesundheits- und Sozialfürsorgean- geboten oder Programmen zur Prä- vention versorgt sowie mit Heimtech- nologie verbindet. Digitale Angebote helfen, sollten aber gut aufeinander abgestimmt sein. e n i l n o 1 F / 1 6 d n e t s e W / r e t t ä t s m U e w U , ) 2 ( k c o t S e b o d A , ) 2 ( o t o h p k c o t s i : s o t o F

O pen Source wirkt für manchen vielleicht schon wie ein »alter Hut«. Auch wir bei Dachser nut- zen längst zahlreiche Open- Source-Komponenten im Bereich der Soft- wareentwicklung. Wir setzen sie für die Entwicklung unserer beiden Transportma- nagement-Systeme in den Geschäftsfeldern Luft- und Seefracht sowie Road Logistics sein. Die Erfolgsstory von Open Source in diversen Segmenten wie Serverbetriebssystemen, Web- und Mailserver, Datenbanken, Smartphone Apps belegt, welche Bedeutung Open Source gewonnen hat. Dass sich Open Source über verschiedene Industrien so erfolgreich etabliert hat, ist nicht zuletzt auf die Vorteile unternehmens- übergreifender Standardisierung zurückzu- führen. Der Fall Linux beweist zudem, dass das modular aufgebaute Betriebssystem von Softwareentwicklern auf der ganzen Welt weiterentwickelt wird. Damit verfallen die Unternehmen als Anwender nicht in eine Abhängigkeit zu einzelnen Anbietern. Zwar kann es auch bei Open Source zu einer hohen Divergenz hinsichtlich Qualität und Kosten kommen, dennoch zeigen Plattformen wie GitHub, dass die Chancen die Herausforde- rungen deutlich überwiegen. Auch die Logistik nutzt diese Vorteile – allerdings nur zu einem Teil. Bisher versuchen die Logistikunternehmen, sich vermeintliche Wettbewerbsvorteile über proprietäre, nicht interoperable Insellösungen zu verschaffen. Das ist mit einem beträchtlichen Aufwand ver- bunden. Standards konnten auf diese Weise nicht entstehen. Zudem verhindert ein solcher Ansatz heute die pragmatische und in der mo- dernen Welt dringend notwendige Vernetzung von Partnern und Kunden. In der Branche gibt es deshalb einen ge- meinsamen Schmerz, den alle Marktteilneh- mer fühlen. Und genau an diesem Punkt wol- len die Gründer der Open Logistics Founda- tion den »alten Hut« Open Source für die Lo- gistik jetzt neu denken. Ausgewählte Soft- und Hardwarekomponenten sollen für alle Betei- ligten der Supply Chain offen und kostenfrei zur Verfügung stehen. Dadurch wird es, zum Vorteil aller Beteiligten, möglich werden, ein- zelne Anwendungsfälle aus dem Repository zu entnehmen und damit einen unmittelbar anwendbaren Standard zu schaffen. Jedes Unternehmen kann folglich auf den »Com- »In der Branche gibt es einen gemeinsamen Schmerz, den alle Marktteil- nehmer fühlen.« Stefan Hohm ist seit Januar 2021 als Chief Development Offi- cer (CDO) Leiter des neu geschaffenen Vorstands- ressorts IT & Development und verantwortet die Bereiche IT, Forschung & Entwicklung, Ideen- und Innovationsmanagement, Kontraktlogistik sowie unternehmensweite Branchenlösungen. begann vor fast 30 Jahren bei Dachser als dualer Student in Frankfurt, ver- antwortete später die Ent- wicklung des Warehouse Management Systems MIKADO. übernahm 2004 die Lei- tung der neu gegründe- ten Niederlassung Erfurt und 2008 die Leitung der Niederlassung Hof. baute von 2016 als Corpo- rate Director u.a. eine zen- trale Unit für Forschung und Entwicklung im Dachser Head Office auf. zurück zu Seite 1 4 | 21 modities« aufbauen und seine knappen Ent- wicklerressourcen darauf konzentrieren, einen eigenen USP zu schaffen und zu schärfen. Das trägt dazu bei, den Exzellenzgrad in der ge- samten Branche zu steigern. Um Taten folgen zu lassen, bedarf es eines geeigneten Vehikels: der Open Logistics Foundation und des dazu- gehörigen Vereins, Open Logistics Founda- tion e.V. Es ist mir auch ganz persönlich ein An- liegen zu betonen, dass es sich nicht um eine geschlossene Gesellschaft handelt. Im Gegen- teil, die Kernprinzipien der Stiftung lauten: Neutral und unabhängig sowie offen für In- teressierte aus allen Bereichen, die mit der Logistik verbunden sind. Diese Konstellation soll es ermöglichen, in diesem klar umgrenz- ten Bereich vom klassischen Wettbewerbs- denken wegzukommen, also »Koopkurrenz oder Coopetition« zu leben, De-facto-Standards zu schaffen und die Digitalisierung gemein- sam voranzutreiben. Die technische Plattform, auf der entsprechende Komponenten für alle open source zur Verfügung stehen werden, baut auf europäischen Rechtsnormen und Werten insbesondere im Betrieb des Reposi- tories auf. Die Open Logistics Foundation un- terstützt darüber hinaus bei der Auswahl ge- meinschaftlicher Projekte und der Beurteilung von Skaleneffekten. Das Fraunhofer-Institut für Materialfluss und Logistik IML insbesondere in der Person von Prof. Michael ten Hompel hat einen ent- scheidenden Beitrag – quasi die Geburtshilfe! – geleistet. Ohne seine Leidenschaft für Zu- sammenarbeit in der Logistik würde es die Open Logistics Foundation mit den Stiftungs- gründern Dachser, DB Schenker, duisport und Rhenus nicht geben. Es freut mich umso mehr, dass durch die Beteiligung des Fraun- hofer IML die enge Verzahnung von Wissen- schaft, Forschung und Praxis auch in Zukunft gewährleistet sein wird. Der Grundstein ist also gelegt. Nun gilt es in den Unternehmen ein entsprechendes Open Source Mindset zu verankern und weitere Anwendungsfälle zu identifizieren. Das geht nur, wenn der ge- meinschaftliche »Wir-Gedanke«, den wir mit der Open Logistics Foundation für die Digi- talisierung in der Logistik etablieren wollen, auch im Jahr 2022 mit Leben gefüllt wird. Wir sind bereit, unseren Beitrag zum Gelingen der Plattform zu leisten. Getreu unserem Motto: »Gemeinsam packen wir es an!«. 65 E S r e s h c a D : o t o F

■ ■ 4 | 21 Foto & Fraunhofer Schwerelose Schwerstarbeit Ein Astronaut hat seine Arbeit an Bord der Internatio- nalen Raumstation ISS einmal so beschrieben: »Stellen Sie sich vor, Sie wollen den Motorraum Ihres Autos aus- einanderschrauben und wieder korrekt zusammen- setzen. Und tragen dabei sämtliche dicken Winterkla- motten, Schutzbrille, Handschuhe und noch einen prall gefüllten Trekkingrucksack. Außerdem findet die Repa- ratur in dunkelster Nacht und bei Minusgraden statt.« Ein faszinierender Arbeitsplatz bleibt die ISS allemal – und Fraunhofer wird 2022 mit zwei Raumfahrtmis- sionen zur Erdbeobachtung beitragen. Für Februar geplant ist die Reise eines neuartigen Messinstruments zur ISS, das im Klimawandel helfen soll, den Wasserkreislauf auf unserem Planeten zu ver- messen. Entwickelt wurde es vom Fraunhofer-Institut für Kurzzeitdynamik, Ernst-Mach-Institut EMI und dessen Ausgründung ConstellR, an der Entwicklung einer speziellen Optik dafür waren das Fraunhofer- Institut für Angewandte Optik und Feinmechanik IOF und dessen Ausgründung SpaceOptix beteiligt. Im Juni soll der Start des Nanosatelliten ERNST folgen. Le- diglich 20 Kilogramm leicht und nur so groß wie eine halbe Bierkiste, aber perfekt ausgerüstet mit einer ky- rogekühlten Infrarotnutzlast, wird der vom Fraunhofer EMI in Zusammenarbeit mit den Fraunhofer-Instituten für Optronik, Systemtechnik und Bildauswertung IOSB und für Naturwissenschaftlich-Technische Trendana- lysen INT entwickelte 12U-CubeSat Raketenstarts de- tektieren und die Leistungsfähigkeit von Kleinsatelliten für die Bundeswehr demonstrieren. Houston, wir haben eine Lösung! zurück zu Seite 1 A S A N / A S E : o t o F 67

4 | 21 Corona macht kreativ – zumindest den Illustrator Steffen Kraft. Der Wiesbade- ner hat seinen eigenen Weg gefunden, die Einwegmasken einer Weiter- verwendung zuzuführen. peratur werden Kontaminationen wie Schadstoffe oder Krankheitserreger beseitigt – ideale Voraussetzungen für das effiziente Recycling medizinischer Masken.« Procter & Gamble stellte dafür an seinen Produktions- und Forschungsstandorten in Deutschland eigens aus- gewiesene Sammelbehälter auf. Die gebrauchten Masken schickten sie zur Weiterverarbeitung an das Fraunhofer- Team, das diese in seinen speziellen Forschungspyrolyse- anlagen thermochemisch behandelte und in Pyrolyseöl umwandelte. Durch Hitze und Sauerstoffausschluss wird der Kunststoff bei der Pyrolyse in molekulare Fragmente zerlegt. »Die Ausbeute an Öl ist hoch. Sie liegt bei 50 bis 60 Prozent. Dieses Öl ist der Ausgangsstoff, den die che- mische Industrie weiterverarbeiten kann, um neue Roh- stoffe für Kunststoffe und Masken zu gewinnen. Im Falle des chemischen Recyclings haben diese Neuware-Quali- tät und erfüllen so selbst die Anforderungen an Medizin- produkte«, freut sich Franziska Auer über den Erfolg. Im nächsten Schritt reichten die Wissenschaftlerin- nen und Wissenschaftler das frisch gewonnene Pyroly- seöl an ihre Kolleginnen und Kollegen bei SABIC weiter. Diese nutzten es erfolgreich als Ausgangsmaterial für die Herstellung von neuwertigem Polypropylen (PP). Abschließend verarbeiteten die Fachleute von Procter & Gamble das hochwertige PP-Polymer zu Vliesfasern. Der Kreislauf zur Maskenproduktion schloss sich. In nur sieben Monaten hatten die Fraunhofer-Forschenden zu- sammen mit ihren Partnern das Projekt entwickelt und umgesetzt – vom Einsammeln der Gesichtsmasken bis hin zur Produktion. Der Kreislauf-Maßgabe sind sie bis ins Detail treu geblieben: So entstehen im iCycle-Prozess drei Produkte: ein Feststoff, ein Öl und ein Gas. Letzteres kann man dazu verwenden, die Energie für das Verfahren bereitzustellen. Echtes Closed-Loop-Recycling »Es ist toll, dass uns ein echtes Closed-Loop-Recycling gelungen ist, dass wir wirklich von einem Produkt wieder zu exakt diesem Produkt kommen und dabei keinerlei Qualitätsverluste verzeichnen müssen«, freut sich Hof- mann. »Das ist gerade in der Medizinbranche und bei Hygieneartikeln ungemein wichtig – und kann durch chemisches Recycling realisiert werden.« Ob auch FFP2-Masken Teil dieses Kreislaufs werden können? Franziska Auer sieht darin keine Schwierigkeit: »Es spricht nichts dagegen, denn der Vorteil des iCycle- Prozesses ist, dass man auch Verbundmaterialien, bei denen das mechanisch nicht möglich wäre, auf diese Wei- se wiederverwerten kann – weil wir sie ja in die Einzel- bestandteile zersetzen. Selbst der Draht oberhalb der Na- se muss nicht vorab entfernt werden.« Das Team am Fraunhofer UMSICHT verfolgt nun das Ziel, den Prozess von Gesichtsmasken auf Krankenhaus- abfälle im Allgemeinen zu übertragen. Auer: »Mechani- sches Recycling für medizinische Abfälle gestaltet sich aufgrund der hohen Hygienestandards schwierig. Wir können mit unserem chemischen Verfahren Produkte bereitstellen, die wieder Neuware-Qualität haben. Das ist ein entscheidender Vorteil.« o e n o c I : s o t o F — Masken- Recycling im Video – das thermochemi- sche Verfahren: zurück zu Seite 1 69

Fraunhofer vor Ort Hannover Berlin Köln 4 | 21 München 26. – 29.4.2022 LASER World of Photonics Weltleitmesse für Komponenten, Systeme und Anwendungen der Photonik Köln 26. – 29.4.2022 Anuga Foodtec Internationale Zuliefer- messe für die Lebensmittel- und Getränkeindustrie Berlin 5. – 6.4.2022 hub.berlin Europas interaktives Business-Festival für digitale Macherinnen und Macher Hannover 25. – 29.4.2022 Hannover Messe Weltleitmesse der Industrie Berlin 26. – 28.4.2022 DMEA Leitveranstaltung zur Digitalisierung des Gesundheitswesens München Stand: Dezember. Aufgrund der Pandemie kann es zu Änderungen kommen. Bitte beachten Sie die Informationen der Veranstalter. Fraunhofer-Magazin Das Magazin für Menschen, die Zukunft gestalten Wollen Sie das Fraunhofer-Magazin sofort bei Erscheinen in Ihrem Briefkasten? Bestellen Sie direkt online unter http://s.fhg.de/bestellen Das Methusalem-Gen Der Traum vom langen Leben wird wahr 1 2 2 Gründer- Zeit Neue Impulse für die Wirtschaft Alles Fake? Segen und Fluch der digitalen Welt »Modernisierung gelingt nur mit Forschung« Kanzlerkandidat Armin Laschet im Interview zurück zu Seite 1 71 4 21»Rückenwind für dieForschung!«Ministerin Stark- Watzinger im InterviewAuto der Zukunft,Mobilität der ZukunftMehr Diversität für unsere StraßenVon Herzen Forschung am Puls des Lebens – neue Techniken, neue TherapienDr. Andrea Herbst, Fraunhofer ISIWir haben die Energie!Sonne, Wind, Wärme – bereit für die WendeStaffllauf des Wissens Fraunhofer-Forschende geben Antworten3