3 2 | 3 Souveränität aus dem All 200 Satelliten für mehr Sicherheit Kunst stoff kommt von Können Von der Umwelt sünde zum Zukunftsmaterial Dr. Benedikt Hauer, Fraunhofer IPM Risiko Moskito Neue Lösungen im Kampf gegen Mücken »Wir brauchen noch mehr Forschung!« Bundesumweltministerin Steffi Lemke im Interview

Exzellenz und Vielfalt sind unsere DNA Von Prof. Holger Hanselka Kunststoffe sind großartig. Sie haben ein bemerkenswertes Masse-Leistungs-Verhältnis, ermöglichen hocheffiziente Prozesse. Dank der stofflichen Vielfalt und der schier gren- zenlosen Möglichkeiten hat der Werkstoff – formbar, leicht, langlebig – seit Mitte des 20. Jahrhunderts seinen Siegeszug angetreten. Und er hat damit ein globales Umweltproblem geschaffen. Fünf Milliarden Tonnen Plastik-Müll sind die Kehrseite des Plastik-Booms. Ist Kunststoff also verdam- menswert? In vielen öffentlichen Diskussionen neigt un- sere Gesellschaft aktuell zur Hysterie. Wir verstehen nicht, wir wägen nicht ab, wir verurteilen. Das ist der Punkt, an dem Wissenschaft und Rationalität in einem ganz beson- deren Maß gefordert sind. Die Suche nach dem »guten Kunststoff« ist Titelthema dieses Fraunhofer-Magazins. Als »Magazin für Menschen, die Zukunft gestalten« stellt es Forscherinnen und Forscher der Fraunhofer-Gesellschaft vor, die mit Leidenschaft und Exzellenz daran arbeiten, die positiven Eigenschaften des Kunststoffs nachhaltig vertretbar zu transformieren. Die Lösung? Es wird, es kann wie so oft bei komplexen Anforderungen nicht die eine, einzige Lösung geben. Unsere Forscherteams entwickeln sehr verschiedene Lösungsansätze mit biobasierten Materialien etwa für faserverstärkte Kunststoffe und energieeffizienten, mög- lichst verlustfreien Kreisläufen. Technologieoffenheit ist da eine Selbstverständlichkeit – für Fraunhofer, aber auch für ein Hochtechnologieland, ein Wissenschaftsland wie Deutschland. Es freut mich, dass sich auch Bundesum- weltministerin Steffi Lemke im Interview mit diesem Fraunhofer-Magazin für Technologie-Offenheit ausspricht. »Wohlverstanden«, so formuliert sie es, würde dieser Be- griff dazu führen, dass sich diejenige Technologie durch- setzt, die Ziele erreicht und dabei am wirtschaftlichsten ist. »Ohne die unabhängige Forschung und Forschungs- einrichtungen wie die Fraunhofer-Gesellschaft«, sagt Steffi Lemke im Interview, »wäre eine wissens- und fakten- basierte Politik gar nicht möglich.« Und auf die Frage, wie Lösungsansätze der Wissenschaft schneller in die Umset- zung kommen, gibt die Bundesumweltministerin eine klare Antwort: »Zum Beispiel durch das direkte Gespräch.« s n e g r ü J s u k r a M / r e f o h n u a r F : o t o F 3 | 23 Editorial Prof. Holger Hanselka Als neuer Präsident der Fraunhofer-Gesellschaft stehe ich dafür natürlich gerne und jederzeit zur Verfügung. Es ist die Aufgabe der Politik, Ziele zu definieren. Es ist auch Aufgabe der Politik, der Forschung den Rahmen zu ermög- lichen, um Lösungsansätze für diese Ziele zu finden. Es sollte und es darf nicht Aufgabe der Politik sein, die Wege zu den Zielen bis ins Detail festlegen zu wollen. Scheuklap- pen für die Forschenden können niemandem nützen. Wir benötigen keine Flaschenhälse, die einschränken. Wir soll- ten die Trichter umkehren, um das Denken, die Forschung, die Suche nach Lösungen in alle Richtungen zu verbreitern. Es ist Deutschland immer gelungen, großartige Ideen zu entwickeln. Darauf kann dieses Land stolz sein. Darauf kann auch unsere Fraunhofer-Gesellschaft stolz sein, die seit bald 75 Jahren mit inzwischen 30 800 Mitarbeitenden in 76 Instituten und Forschungseinrichtungen zuverlässig ihre Beiträge liefert. Vielfalt ist unsere DNA. Mit ihr und in ihr schaffen wir neue Chancen für Deutschland und Europa. Lassen Sie uns gemeinsam dafür arbeiten. Ihr Prof. Holger Hanselka Präsident der Fraunhofer-Gesellschaft zurück zu Seite 1 3

32 Neue Wege zum Lithium Mit Tiefengeothermie lässt sich grüne Wärme erzeugen – und Lithium für Akkus gewinnen 35 Staffellauf des Wissens, Folge 9 Wann können Biokunststoffe Kunststoffe aus Erdöl vollständig ersetzen, Herr Prof. Manfred Renner? 52 Stimme aus der Wirtschaft Martin Daum, CEO Daimler Truck AG 54 Gefährlicher Gast Mücken bringen durch den Klimawandel immer häufiger tro- pische Viren nach Deutschland. Die Forschung rüstet jetzt auf 56 Gezielt ausschalten Eine neue Technologie soll Virenüberträger frühzeitig erken- nen und ökologisch verträglich beseitigen 58 Von der Invention zur Innovation Deutschlands Gesundheitswende kann langfristig nur durch kosten- intelligente Lösungen aus der Forschung gelingen 86 Kaffee von morgen Das Lieblingsgetränk der Deutschen könnte künftig etwas anders schmecken, glaubt die Forschung. 3 | 23 80 Interoperabilität als Erfolgs- voraussetzung Bei internationalen Militärübungen stößt die Kommunikation schnell an Grenzen. Verbindliche Standards sollen das verhindern. a p d / l e o m s A a r g e i S , i k s w o r e z c n a B r t o P / r e f o h n u a r F i , f i a l / e n i z a g a M o r a g i F e L / n i t r a M , b u a r t S s a m o h T , M U S I V / s s e n o B n a f e t S , n e g a h s r a H e d l i H : t l a h n I s o t o F 5 62 Preisträger Hoch hinaus mit neuer Satellitentech­ nologie wollen Dr. Matthias Beier von SPACEOPTIX GmbH und Dr. Henrik von Lukowicz vom Fraunhofer IOF (r.). 61 Plagiat oder Original? 82 Foto & Fraunhofer Wie Konsumenten per Smartphone Produktfälschungen entlarven können 62 Forschungspreise Ausgezeichnete Ideen für morgen: Fraunhofer-Mitarbeitende über- zeugen mit wissenschaftlichen Leistungen 70 Auf der Sonnenseite Die Energiewende erfordert eine smarte Verknüpfung der Sektoren Strom, Wärme und Mobilität – auch im Wohnquartier 74 Das neue Bodengold Wie kann Pflanzenkohle dabei helfen, klimabedingte Ernteaus fälle künftig zu reduzieren? 76 Manipulation erfolgreich bekämpfen Wahrheit oder Fake? Mit einem innovativen Analysetool Propagan- dakampagnen sicher entlarven 78 Fraunhofer international zurück zu Seite 1 Paludikulturen im Fokus der Forschenden: Moore können nur zum Klimaretter werden, wenn die Landwirtschaft mitzieht 86 Eine Tasse Hoffnung Auf der Suche nach Kaffeepflanzen, die dem Klimawandel trotzen 87 Fraunhofer vor Ort 6718 Satelliten sind aktuell laut UCS Satellite Database im Orbit unterwegs. Gut 50 Prozent davon gehören zum Netzwerk Starlink von SpaceX. Das US-amerikanische Privatunternehmen betreibt damit die größte Satelliten- Flotte im All. Mehr Unabhängigkeit von Elon Musk strebt Europa in seiner Kommunikation an – und Fraunhofer liefert dazu Lösungsansätze (ab S. 38). 50 f i a l / r e g ö r K s a m o h T n a f e t S , b u a r t S s a m o h T , n e g a h s r a H e d l i H : e t i e s k c ü R d n u r e v o C s o t o F

3 | 23 Elektroschrott intelligent recyceln An automatisierten Demontageprozessen für die Wiederaufarbei- tung von Elektrokleingeräten arbeitet das Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung IPA zusammen mit zehn Partnern im Projekt Desire4Electronics. Mithilfe von Tech- niken des Maschinellen Lernens werden Gerätetypen und Ver- bindungstechniken schnell erkannt und anhand von Bild- und Werkzeugdaten geprüft. Auf Grundlage dessen entwickeln die Forscherinnen und Forscher Multi-Werkzeuge, die verschiedene Verbindungen problemlos für die Demontage des Elektroklein- geräts lösen können. Methoden zur automatisierten Zerlegung sollen den Aufarbeitungsprozess auch in Industrieländern eta- blieren, profitabel machen und so zu mehr Nachhaltigkeit bei Produktion und Konsum beitragen. Pro Kopf und Jahr fallen in Deutschland durchschnittlich 19,4 Kilogramm Elektroschrott an – Tendenz steigend. Gerade bei Elektrokleingeräten wie Toaster, Fön oder PC sind viele Bau- teile, die zum Beispiel wertvolle Stoffe wie Kupfer, Polymere oder Lithium enthalten, noch funktionstüchtig und könnten recycelt werden. Dieser Prozess ist aktuell sehr zeitaufwendig und teuer. Die Folge: In Deutschland werden nur 40 Prozent des Elektro- schrotts wiederverwertet. In Fernsehern, Smartphones und Co. stecken wertvolle Materialien – bisher werden sie jedoch viel zu selten wiederverwertet. Mit einer App soll im Katastrophenfall der Einsatz freiwilliger Helferinnen und Helfer koordiniert werden. Entwickelt wird sie von einem interdis- ziplinären Team, an dem auch das Fraunhofer- Institut für Offene Kommunikationssysteme FOKUS beteiligt ist. KatHelfer-PRO informiert Freiwillige inner- halb kürzester Zeit und weist ihnen Aufgaben ent- sprechend ihren Fähigkeiten und Verfügbarkeiten zu. Bei einem Krisen- oder Katastrophenfall führt das System Bedarf und Angebot automatisiert mit- hilfe eines speziellen Vermittlungsalgorithmus zusammen. Dabei werden beispielsweise maxi- male Arbeits- und Ruhezeiten, Auslastungen von Einsatzorten und Wegzeiten berücksichtigt. Die Helfenden erhalten genaue Angaben über Art und Ort des Einsatzes sowie begleitende Informatio- nen über KatHelfer-PRO. Um uneinheitliche, tech- nisch inkompatible lokale Einzellösungen zu ver- meiden, arbeitet das Team an einem bundeswei- ten digitalen System, das eine flexible Integration in andere Systeme ermöglicht. zurück zu Seite 1 7 W H T / t h c e r r a G a n i r a h t a K , s e g a m i s u i t i r u a m / 1 6 d n e t s e W / t l e p s E n o m a R , k c o t S e b o d A / o l j i a h M a n b A l i Freiwillige Hilfe besser organisieren , z l o h h c u B t r e b r o N : s o t o F Wenn es hart auf hart kommt, brauchen Profis die Unterstüt- zung von Freiwilligen.

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, Beate Strobel Redaktionelle Mitarbeit: Dr. Janine van Ackeren, Mandy Bartel, Kerstin Beckert, Vivian Ellermeyer, Sirka Henning, Andrea Kaufmann, Stefanie Smuda, Mehmet Toprak, Yvonne Weiß Layout + Litho: Vierthaler & Braun Titelbild und Fotografie der Titelstrecke: Hilde Harshagen Fotografie Weltraum: Thomas Straub Druck: Kolibri Druck, Nürnberg © Fraunhofer-Gesellschaft e.V. München 2023 Fraunhofer in Social Media: @Fraunhofer www.facebook.com/ fraunhoferde www.instagram.com/ fraunhofergesellschaft www.linkedin.com/company/ fraunhofer-gesellschaft www.youtube.com/ fraunhofer 3 | 23 Zweite Chance für Kakaobohnen Die Kakaofrucht ist anfällig für Schädlinge. Um Ernteausfälle zu verringern, suchen Fraunhofer-Forschende nach Verwendungs- möglichkeiten für beschädigte Bohnen. W eltweit fallen jährlich rund 20 Prozent der Kakaoernte schädli- chen Pilzen, Viren oder Bakterien zum Opfer. Erkrankte Früchte werden ent- weder von den Kakaobauern weggeworfen oder unter gesunde Früchte gemischt, was die Qualität von Kakao und Schokolade mindert. In einem deutsch-brasiliani- schen Konsortium sucht das Fraunhofer- Institut für Verfahrenstechnik und Verpa- ckung IVV nach Verwertungsalternativen für diese vermeintliche Ausschussware. Das Projekt Damaged Beans zielt vor allem auf die Kosmetikbranche ab. Denn Pilzkrankheiten verändern das Schmelz- verhalten von Kakaobutter, die auch für Körperpflegeprodukte genutzt wird. Sie wird weicher bei Raum- und Körpertem- peratur. Für die Schokoladenherstellung ist das nicht optimal, für kosmetische An- wendungen hingegen von Vorteil. Die ver- änderte Zusammensetzung von Amino- säuren und Proteinen bei befallenen Ka- kaobohnen erhöht zudem die Gelier- und Verdickungseigenschaften, so dass die Früchte beispielsweise umweltschädliche Acrylate in Kosmetikprodukten ersetzen könnten. Dass der Kakaobaum als Reak- tion auf die Mikroben-Attacke mehr se- kundäre Pflanzenstoffe mit antioxidativen und antimikrobiellen Eigenschaften bildet, kann wiederum der Stabilität und Halt- barkeit von Cremes, Shampoos und ähn- lichen Produkten zugutekommen. Das vom Bundeswirtschaftsministe- rium geförderten Projekt will nicht nur befallene Kakaobohnen vor der Abfallton- ne retten, sondern durch neue Verwer- tungsmöglichkeiten auch die Lage der Ka- kaobauern weltweit verbessern und zu- gleich das Portfolio der Kosmetikindustrie an nachhaltigen Inhaltsstoffen erweitern – ein Win-Win-Win entlang der Wertschöp- fungskette. Die besten Kakao- bohnen kommen in die Schokolade. Doch auch der Rest lässt sich klug weiterver- wenden. zurück zu Seite 1 9 k c o t S e b o d A , k c o t S e b o d A / a n d u Y a n a i l t e v S , i g r u b e r F t d a t S / r e g e e S k c i r t a P : s o t o F

3 | 23 Besser mit Kunststoff Plastik ist vom Wertstoff zum Müllproblem geworden. Doch weil es ohne Kunststoff auch nicht geht, dreht die Forschung an vielen Stellschrauben, um das Allround- Material nachhaltiger zu machen. Von Beate Strobel, Fotografie: Hilde Harshagen Fasziniert vom Werk- stoff Kunststoff und seinen Möglichkeiten: Andreas Keller, Fraunhofer IZFP. zurück zu Seite 1 11

3 | 23 »Es gilt, Techniken zu entwickeln, mit deren Hilfe die Produktion des Werkstoffs sowie unser Umgang damit nachhaltiger gestaltet werden.« Prof. Sebastian Scholz, Fraunhofer IWU Mehr Nachhaltigkeit durch Natur im Kunststoff: Daran forscht Prof. Sebastian Scholz, Leiter des Kunststoffzentrums Oberlausitz am Fraunhofer IWU. zurück zu Seite 1 13

Damit die Lösung des einen Problems nicht zu einem anderen führt, sollte bei der Auswahl neuer Rohstoffe für die Kunststoffe von morgen das Thema Nachhaltig- keit gleich mitgedacht werden. Denn wenn Agrarpro- dukte den großen Kunststoffhunger allein in Deutsch- land decken sollen, fallen diese als Nahrungsmittel weg. Kunststoff oder Lebensmittel? Das darf nicht die Frage sein. In dem Projekt EnviroPlast arbeiten die Forschen- den des Fraunhofer-Kunststoffzentrums Oberlausitz des- halb daran, faserhaltiges Restmaterial wie Stroh, Holz- abfälle aus dem Sägewerk oder andere Grünabfälle als Füllstoffe einzusetzen. »Wir experimentieren mit Mate- rialien und spielen mit Prozessen, um Kunststoffe zu entwickeln, die zu mehr als 50 Prozent mit Rest- stoffen gefüllt sind«, erklärt Scholz. »Das würde die Herstellungskosten senken, die Nachhaltigkeit der Pro- duktion erhöhen – und CO2 für viele Jahre binden, da diese Bau- teile in der Regel jahrzehntelang im Einsatz sind.« Beim Fraunhofer-Institut für Betriebsfestigkeit und Systemzu- verlässigkeit LBF in Darmstadt forscht Dr. Roland Klein in dem Projekt DuroBast mit Partnern aus Wirtschaft und Wissenschaft da- ran, wie sich die Einsatzbereiche von Bastfasern in NFK erweitern lassen. »Bei NFK besteht die Gefahr, dass diese sich etwa bei einer Be- schädigung des Bauteils mit Feuchtigkeit aus der Umge- bung vollsaugen. Dadurch können sich nicht nur die me- chanischen Eigenschaften verschlechtern, sogar mikrobieller Befall droht«, erklärt Klein. Um der Feuch- teaufnahme entgegenzuwirken, füllt das Forschungsteam des Fraunhofer LBF in einer Art Vorbehandlung die Zwi- schenräume der Fasern mit einem biobasierten Kunst- stoff. Erst im zweiten Schritt wird das verstärkende Ge- w e b e v o n d e n P r o j e k t p a r t n e r n m i t e i n e r Thermoplast-Schmelze verbunden und zu einem um- formbaren Halbzeug verpresst. Erste Untersuchungen haben ergeben, dass die Faservorbehandlung eine höhe- re Steifigkeit bewirkt. »Die verbesserte mechanische Ei- genschaft dieses NFK kann dazu beitragen, dass man eventuell weniger Material benötigt«, hofft Klein. Auch das würde den ökologischen Fußabdruck verkleinern. Besonders entscheidend ist die Materialfrage bei Kunst- stoffprodukten, die nur kurzzeitig benutzt werden. Dieser Hebel hätte eine enorme Kraft: Rund ein Drittel 3 | 23 der hierzulande verwendeten Kunststoffmenge kommt als Verpackung zum Einsatz. Plastik habe sich im Ver- packungswesen durchgesetzt als das Material mit dem besten Masse-Leistungs-Verhältnis, erklärt Prof. Jens-Pe- ter Majschak, Leiter des Fraunhofer-Instituts Verfahrens- technik und Verpackung IVV am Standort Dresden. Diese eher saloppe Bezeichnung meint das Verhältnis zwischen der Masse an eingesetztem Verpackungsmaterial und dem zu schützenden Gut. Kunststoffe und Kunststoffverbunde mit teils exzellenten Barriere-Eigenschaften senken Ener- gie- und Transportaufwand, ermöglichen hoch effiziente Prozesse und machen durch die Vielzahl der Gestaltungs- möglichkeiten sowohl Designer als auch das Marketing glücklich. Kunststoffverpackungen seien mehr als nur Hüllen, betont auch Chemikerin Dr. Cornelia Stramm, die am Fraunhofer IVV in Freising die Abteilung Materialentwicklung leitet. Global verderben viele Ernte- produkte, bevor sie den Handel er- reichen – ohne schützende Kunst- stoffverpackung wären es aber noch deutlich mehr. Selbst für die viel gescholtene Gurke, die trotz Naturverpackung noch in Folie ein- geschweißt ist, hat Stramm ein gu- tes Argument parat: Müsste das Gemüse die Reise etwa aus Spa- nien ohne Plastikmantel antreten, wäre sie am Zielort bereits runzlig. Eingepackt in Folie, bleibt sie fünf Mal länger frisch. »Wer sich bei Obst und Gemüse über die Verpackung ärgert, muss auf Importware verzichten und stattdessen saisonal und regional produzierte Ware kaufen«, empfiehlt Stramm. Da sich das Umweltbewusstsein der Konsumentinnen und Konsumenten verändert, wenden sich immer mehr Produzenten an das Fraunhofer IVV mit der Bitte, nach- haltigeres Verpackungsmaterial zu entwickeln. Instituts- leiter Jens-Peter Majschak sieht »eine riesige Explorations- bewegung« in Richtung nachhaltiger Rohstoffe wie Laub, Gras, Pilze oder Algen. Von Forschenden des Fraunhofer UMSICHT etwa werden aktuell geschäumte Verpackun- gen entwickelt, die aus dem biobasierten Rohstoff Stärke bestehen und ab 2025 die aktuell üblichen Varianten aus Polystyrol, Polyethylen oder Polyurethan ersetzen sollen. Im EU-Projekt GLOPACK haben 16 europäische Projekt- partner (darunter das Fraunhofer IVV) Lösungen entwi- ckelt, wie sich Reste der Obst-, Mais- oder Weizenstrohver- arbeitung in Schalen oder Folien aus Bio polymeren verwandeln lassen, die nach Benutzung im Kompost Global verderben immer noch viel zu viele Erntepro- dukte, bevor sie den Handel erreichen – ohne schützende Kunststoffver- packung wären es aber deut lich mehr. zurück zu Seite 1 15

3 | 23 Klüger trennen Der Konsument kann zu Hause dazu beitragen, die Quoten des stofflichen Recyclings von Kunststoff und Co. zu erhöhen. Was sind Wertstoffe? Verpackungen aus Kunststoff, Weißblech und Aluminium sowie Verbundverpackungen (z. B. Tetra- paks). Sie sollen nicht mit dem Restmüll entsorgt werden, sondern so, dass ein stoffliches Recycling möglich ist. In der Regel erfolgt dies über den Gelben Sack, die Gelbe Tonne oder spezielle Wertstoff- tonnen bzw. -container. Der Grüne Punkt hat ausgedient. Die Regelung, dass im Gelben Sack oder in der Gelben Tonne nur Verpackungen mit dem Grünen Punkt entsorgt werden dürfen, ist überholt. Seit 2009 gehören hier alle Ver- packungen aus Plastik, Metall und Ver- bundstoffen rein. In die Gelbe Wertstoff- tonne darf sogar alles aus Kunststoff und Metall, nicht nur Verpackungen. Ausnahme: Elektrogeräte. Heimarbeit: Um der Sortieranlage den Job zu erleichtern, die Verpackungen zu Hause bereits so weit auseinanderbauen, wie es möglich und zumutbar ist: Papier- oder Plastikbanderolen entfernen, Aluminium- Deckel von Plastikbechern trennen, Hartplastikdeckel von PET-Flaschen oder Tetrapaks schrauben. Bei Käse- oder Wurst- verpackungen oder Obstschalen aus Kunst- stoff ebenfalls den Deckel ganz lösen und getrennt entsorgen. Lieber locker: Verpackungen nicht inein- ander stapeln, da die Sortieranlage sonst nur die äußerste Kunststoffart erkennt. Ebenso keinen Kunststoff oder andere Wertstoffe in geleerte Konservendosen stopfen und so entsorgen. Saubere Sache? Lebensmittelreste aus den Verpackungen entfernen (»löffelrein«). Ein tatsächliches Ausspülen oder gar Reinigen mit Warmwasser und Spülmittel ist nicht notwendig. zurück zu Seite 1 17 Plastik neu denken: Dr.-Ing. Stephan Kabasci vom Fraunhofer UMSICHT fahndet nach sinnvoll einsetzbaren Biokunststoffen.

3 | 23 »Im Projekt RE-USE wollen wir einen sortenreinen Kunst- stoff mit einer Schicht etwa aus Silizium- oder Aluminiumoxid versehen, die als Diffusionsbarriere dient.« Dr. Benedikt Hauer, Fraunhofer IPM Mit smarter Qualitätskontrolle die Recyclingquote steigern: Daran arbeiten Friederike Münch und Dr. Benedikt Hauer (beide Fraunhofer IPM) im Projekt RE-USE. zurück zu Seite 1 19

sam die Produktions- und Verwertungskreisläufe nach- haltig zu gestalten und so die Kreislaufwirtschaft von der Theorie in die Praxis zu überführen. »Bereits die Ferti- gungsprozesse müssen an den Kreislaufgedanken ange- passt werden«, betont Kroll – etwa, indem Hybridstruk- turen, die aus unterschiedlichen Kunststoffen oder Materialkompositionen bestehen, so aufgebaut werden, dass sie nach dem Gebrauch leicht voneinander zu tren- nen sind und dadurch nicht in der energetischen Ver- wertung landen. Auch an eine Demontage sollte gedacht werden, indem etwa lösbare Klebeverbindungen genutzt werden. »Design for Re-Use, Repair und Recycling« nennt Kroll diesen Ansatz. Die Wiedernutzung frühzeitig im Blick haben: Im Projekt RE-USE arbei- ten vier Fraunhofer-Institute bereits daran, Lebensmittel- und Medizinver- packungen so herzustellen, dass ein späteres Recycling erleichtert wird. »Viele dieser Verpackungen bestehen aus Kunststoffverbundmaterialien, die eine gute Barrierewirkung garantieren, also Lebensmittel gut schützen. Leider lassen sich solche Materialkombina- tionen aber nicht mehr in sortenreine Polymere zerlegen, was für das Recy- cling nötig wäre«, erklärt Projektleiter Dr. Benedikt Hauer vom Fraunhofer- Institut für Physikalische Messtechnik IPM. »Im Projekt RE-USE wollen wir stattdessen einen sortenreinen Kunst- stoff – gerne aus Recyclingmaterial – mit einer Schicht etwa aus Silizium- oder Aluminiumoxid versehen, die als Diffusionsbarriere dient.« Diese Schicht misst nur we- nige Nanometer, betont Friederike Münch, Maschinen- bauingenieurin und wissenschaftliche Mitarbeiterin am Fraunhofer IPM: »Das ist zehntausend Mal dünner als ein menschliches Haar und hat den Vorteil, dass der Kunst- stoff wie ein Monomaterial recycelt werden kann, da die Verunreinigung durch die Barriereschicht lediglich im Promillebereich oder noch niedriger liegt.« Damit gewährleistet ist, dass die »Superbarriere« zwar ultradünn, aber doch überall ausreichend vorhanden ist, entwickelt das Team am Fraunhofer IPM einen optischen Sensor, der diese Schicht detektiert und so die Qualitäts- kontrolle in der Produktion übernehmen kann. »Per In- frarot-Reflektometrie lässt sich nicht nur erkennen, wel- ches Material aufgetragen wurde, sondern auch, wie dick die Schicht ist«, erläutert Physiker Hauer. »Die Heraus- forderung ist nun, diese Technologie so zu skalieren, dass sie auch im Großmaßstab robust, schnell und günstig eingesetzt werden kann«, ergänzt Münch. Sobald das ge- 3 | 23 lungen ist, sieht Projektleiter Hauer ein breites Anwen- dungsfeld für das Messprinzip – etwa in der Herstellung von Verpackungsfolien und Lebensmittelbehältern, aber auch von Blisterverpackungen in der Pharmaindustrie. Darüber hinaus werden Dünnschichten, insbesondere aus Siliziumoxid, vielfach zur Optimierung von Ober- flächeneigenschaften genutzt. Auch hier kann das neue Messprinzip zur produktionsbegleitenden Qualitätskon- trolle eingesetzt werden. Mit dem Projekt KOSEL hat das Fraunhofer IWU das Prinzip »Design for Recycling« für die Autoproduktion durchexerziert. »Grundidee war die Entwicklung einer Fahrzeugplattform als Basis für leicht zu wechselnde Aufbauten«, erklärt Dr.- Ing. Martin Kausch, Abteilungsleiter für Systeme und Technologie für tex- tile Strukturen. »Bei Flugzeugen, Zügen oder Straßenbahnen ist das längst Standard, da werden beispielsweise Passagier- zu Frachtflugzeugen um- gebaut.« Entstanden ist bei KOSEL ein kreislaufgerechter Open-Source-Bau- kasten für eine E-Fahrzeug-Plattform, der aus besonders langlebigen Kunst- stoffkomponenten besteht. Die Haupt- module Vorderwagen, Batteriekasten und Hinterwagen sind über feste Schnittstellen miteinander verbunden, sodass der Austausch einzelner Bau- teile oder kompletter Fahrzeugbestand- teile schnell realisierbar wird. »Ansätze wie KOSEL betreffen das Fahrzeug von mor- gen«, betont Susanne Kroll. Wie aber könnte eine kurz- fristige Lösung aussehen? In dem Projekt Dig-CirclE, an dem das Fraunhofer IWU beteiligt ist, werden Hochleis- tungs-Faser-Kunststoff-Verbunde (FKV) etwa aus der Automobilindustrie und Luftfahrt mittels Digitalisierung und Automatisierung analysiert, bewertet und – je nach Zustand – dem Re-Use, der Reparatur oder dem Recycling zugeführt. Hinzu kommt die Entwicklung effizienter Re- paratur- und Recyclingprozesse, um eine erneute Nutzung auch wirtschaftlich interessanter zu machen. »Aktuell«, so Kroll, »sind Rezyklate oft deutlich teurer als neues Ma- terial.« Die Kosten lassen sich aber beispielsweise senken durch den Einsatz eines KI-gestützten Diagnostiksystems zur automatischen Analyse der Strukturen sowie zur Steuerung von Folgeprozessen wie dem Recycling. Künstliche Intelligenz als Gamechanger im Recyclingpro- zess: Daran arbeitet der sogenannte KI-Hub Kunststoff- verpackungen, bestehend aus den Innovationslaboren KIOptiPack und K3I-Cycling, in dem 51 Partner aus »Design for Re-Use, Repair und Recycling: Bereits die Fertigungs- prozesse müssen an den Kreislauf- gedanken ange- passt wer den.« Susanne Kroll, Fraunhofer IWU zurück zu Seite 1 21

3 | 23 Was ist was? Nachhaltige Kunststoffe im Überblick Bioabbaubarer Kunststoff. Ein biologi- scher Abbau von Kunststoff findet statt, wenn das organische Material des Kunst- stoffs als Nährstoffquelle für Organismen genutzt wird. Bioabbaubare Kunststoffe können auf nachwachsenden Rohstoffen (z. B. Stärke) oder auf nicht-nachwachsen- den / fossilen Rohstoffen basieren (z. B. Erdöl), die in chemischen oder biotechno- logischen Prozessen verarbeitet wurden. Biobasierter Kunststoff. Basiert vollstän- dig oder teilweise auf Biomasse (= nach- wachsende Rohstoffe). Der Einsatz von nachwachsenden Rohstoffen kann die Nachhaltigkeit des Kunststoffs erhöhen. Biokunststoff. Kunststoff, der entweder bioabbaubar oder biobasiert oder beides zugleich ist. Kompostierbarer Kunststoff. Ist unter be- stimmten Bedingungen und im Zeitrahmen eines Kompostierzyklus biologisch abbau- bar. Bioabbaubare Kunststoffe sind nicht zwingend auch kompostierbare Kunststof- fe, während umgekehrt kompostierbare Kunststoffe immer auch biologisch abbau- bar sind. Quelle: www.umsicht.fraunhofer.de, Glossar »Nachhaltige Kunststoffe« Klüger sortieren: Andreas Keller vom Fraunhofer IZFP will mithilfe von KI die Recyclingquote optimieren. zurück zu Seite 1 23

3 | 23 150 Mio. Tonnen Plastik in unseren Ozeanen Die größten Plastikkonzentrationen sammeln sich in fünf großen Müllstrudeln im Pazifik, Atlantik und dem Indischen Ozean. Der »Great Pacific Garbage Patch« ist fast fünfmal so groß wie Deutschland. Etwa 70 Prozent des Plastikmülls in den Weltmeeren liegen allerdings laut Umweltbundesamt unterhalb der Wasseroberfläche. Quelle: WWF 7 6 4 8 5 7 7 7 4 3 1 2 3 8 7 4 d n u e f f o t s z t a s r E e r a b r e i t s o p m o k . i g n u r e n o p e D e r e h c i s Plastikflasche: 450 Jahre Zersetzungszeit im Meer * Angelschnur: 600 Jahre Zersetzungszeit im Meer * Wir essen 5 Gramm Mikroplastik pro Woche Laut einer Studie des WWF nimmt der Durchschnitts- Weltbürger mit dem Essen, dem Leitungswasser oder auch über die Luft 5 Gramm Mikroplastik pro Woche zu sich. Das entspricht in etwa dem Gewicht einer Kreditkarte. t i m t f f i r t r e b ü n e f f o t s t s n u K n o v h c u a r b r e V r e D . h c u a r b r e v l h a t S n e d n r e t e m k b u K i . i o M 5 2 1 n e t ß ö r g t r e i v m u z d r i w a n h C i . r h a J o r p n e n n o T . i o M 0 0 4 i e b t g e i l f f o t s t s n u K n o v n o i t k u d o r P e D i 5 1 0 2 . l d n a h c s t u e D d n u n a p a J , A S U h c a n r e g u e z r e f f o t s t s n u K 5 9 9 1 K N A T I C B S A L P t l e w m U r e d n i l l ü m k l i t s a P e t i e w t l e w r e d h c i s e ß e i l i e d u t S - N U r e n e t u a L i – n r e g n i r r e v t n e z o r P 0 8 m u 0 4 0 2 s i b , g n i l c y c e R , n e g n u r a p s n E h c r u d i 3 2 0 2 3 8 9 1 1 Milliarde Elefanten Seit der Erfindung von Kunststoff in den 1950er-Jahren wurden weltweit bis 2015 rund 8,3 Milliarden Tonnen Plastik produziert. Diese Menge entspricht der Masse von 1 Milliarde Elefanten. Quelle: Universität Georgia zurück zu Seite 1 U B A N : e l l e u Q * r e y e m r e l l E n a i v i V : k i f a r G 25

3 | 23 Dr. Katharina Koschek, Abteilungsleiterin Polymere Werkstoffe und Bauweisen, Fraunhofer-Institut für Fertigungstechnik und Angewandte Materialforschung IFAM 1 Was fasziniert Sie persönlich am Werkstoff Kunststoff? Kunststoffe sind so vielfältig wie ihre Einsatzmöglich- keiten und aus unserem Alltag nicht mehr wegzuden- ken. Die strukturellen und mikroskopischen Unter- schiede sind teilweise marginal, die Auswirkung auf das resultierende Material aber können immens sein. Bei aller Faszination sehe ich natürlich auch die mit den Kunststoffen einhergehenden enormen Umwelt- probleme. Mit neuen Werkstoffentwicklungen, dem Verständnis von Struktur und Eigenschaften können wir diesen begegnen und funktionierende Kunststoff- kreisläufe aufbauen. 2 Welcher Trend im Zusammenhang mit Kunststoff und Nachhaltigkeit stimmt Sie optimistisch? Deutschland hatte neben vier weiteren europäischen Ländern im Jahr 2020 eine Recyclingrate von über 40 Prozent. Das stimmt mich positiv, wenn ich an ein Zu- kunftsszenario der Kunststoffindustrie denke, in dem keine zusätzlichen fossilen Ressourcen in den Kreislauf gelangen, sondern ein weitgehend vollständig auf er- neuerbarem Kohlenstoff basierter Kreislauf existiert. In der Perspektive muss es hier weitere technologische Fortschritte geben, um zum Beispiel die Recyclingquo- te von Kunststoffgemischen zu erhöhen. 3 Was macht Ihrer Meinung nach einen »guten« Kunststoff aus? Ich halte die meisten Kunststoffe an sich für »gut«, ich sehe aber unseren schnelllebigen Umgang mit ihnen kritisch. Wir erkennen die Wertigkeit von Kunststoffen nicht an und vergessen häufig, dass sie nicht nur lang- lebig sind, sondern in ihren jeweiligen Wirkungsfel- dern kleine und große Wunder vollbringen. Eine Ände- rung unseres Verhaltens zum bewussten Umgang und Einsatz in Kombination mit einem kreislaufgerechten Design dieses Werk- und Wertstoffs wird aus »guten« »ausgezeichnete« Kunststoffe machen. Faszination Kunststoff: ein Material mit unzähligen Möglichkeiten, aber auch vielen Herausforderungen. »In ihren jeweiligen Wirkungsfeldern vollbringen Kunststoffe kleine und große Wunder.« Dr. Katharina Koschek zurück zu Seite 1 27

Wieder Sommer, wieder neue Rekorde: Schon im Mai 44 Grad in Spanien, schon im Juni Trockenheit in Deutschland. Frau Lemke, wie sieht für Sie die Stadt von morgen aus, in der das Leben lebenswert bleibt? Die Stadt der Zukunft sollte am besten eine Schwamm- stadt sein. Sie ist voller Grün und speichert das Regen- wasser in unterschiedlichster Form. Wasser gezielt über verschiedene Instrumente, etwa Wasserspeicher, begrünte Dächer oder multifunktionale Flächen in den Städten zu halten, ist sinnvoll und wird künftig angesichts der Folgen der Klimakrise immer wichti- ger. Schwammstädte können sogar nutzbare Wasser- reserven für Trockenperioden bereitstellen, und sie können Extremwetterereignisse wie Starkregen oder lang anhaltende Dürre besser abpuffern. Sie bieten darüber hinaus den Bewohnern eine höhere Lebens- qualität und sind gut für den Schutz der Biodiversität. Abwasser, das schnell weggeleitet werden soll, ist ein geläufiger Begriff. Werden wir immer häufiger auch Zuwasser brauchen, um über Fern- leitungen vermehrt Wasser aus nassen Regionen in Deutschlands Trockengebiete zu bringen? Der Grundsatz einer möglichst ortsnahen Wasserver- sorgung gilt auch in Zukunft. Dafür müssen wir un- sere Wasserversorgung besser vernetzen. Ergänzend werden aber auch in bestimmten Fällen Verbundnet- ze oder Fernleitungen nötig sein, die regionale Unter- schiede bei der Verfügbarkeit von Wasser ausgleichen. Zunächst werden wir gemeinsam mit den Ländern den tatsächlichen Bedarf für solche Systeme bundes- weit erheben. Warum eigentlich tut sich grüne Politik gerade in Ostdeutschland so schwer, Zustimmung bei Wählern zu finden? Diese Einschätzung teile ich nur begrenzt. Wir regie- ren schließlich in drei von fünf der neuen Bundeslän- der sehr erfolgreich mit. Gleichzeitig sehe ich auch, dass wir besser werden müssen. Die Menschen in Ostdeutschland haben eine große Lebensleistung er- bracht: Sie haben sich Freiheit und Demokratie selbst erkämpft. Die meisten mussten danach ihr Leben in- nerhalb kurzer Zeit ziemlich umkrempeln, sehr viele erlebten Arbeitslosigkeit, bekamen westdeutsche Chefs, ein großer Teil meiner Generation ist in den Westen abgewandert. Diese Erfahrungen haben wir als Grüne, aber auch wir als Gesellschaft bisher zu wenig berücksichtigt. Ist grüne Politik heute zu einer Politik für Besserverdienende geworden, die sich nicht um Kosten für Wärmepumpen, Solaranlagen und Isolierungsmaßnahmen sorgen müssen? 3 | 23 Das Gegenteil ist der Fall: Möglicherweise erscheint Ihnen das paradox, aber die Grünen haben schon immer Politik für Gruppen gemacht, die – noch – keine Lobby haben. Das sind junge Menschen und zukünftige Generationen, die noch keine Stimme haben. Und das sind auch Menschen, die unter der Klimakrise und Umweltverschmutzung besonders leiden: ältere Menschen, Menschen in kleinen, schlecht isolierten Wohnungen ohne Balkon oder Garten, Menschen, die an den besonders stark be- fahrenen Straßen wohnen, und Menschen, denen es schwerfällt, die steigenden Energiepreise aufgrund des russischen Angriffskrieges und der fossilen Ener- giekrise zu bezahlen. Deshalb setzen wir uns für eine vorausschauende, sozial ausgewogene Politik mit gestaffelter Förderung und Schutz für die Mie- terinnen und Mieter ein. Gerade das Festhalten an fossilen Heizungen würde viele Menschen in eine Kostenfalle treiben. Können Sie als Umweltministerin privat noch ein Leben führen, das zu einer Umweltschüt- zerin passt? Privat gelingt mir das ganz gut. Ich wohne weiter- hin in Dessau und genieße die kurzen Wege in die Natur. Von Dessau nach Berlin pendle ich meist mit der Bahn. Wie gehen Sie selbst mit dem Thema Verpackungen um? Ich versuche, so gut es geht, unnötige Verpackungen einzusparen. Ich nutze für den täglichen Gebrauch meine Mehrwegflasche, die ich mit Leitungswasser fülle. So bin ich selbst auf Reisen nicht auf Flaschen aus Einwegplastik angewiesen. Auch in meinem Büro gibt es Wasser aus der Karaffe. Zum Einkaufen nehme ich meinen Rucksack oder eine Tasche mit. Die weltweite Plastikherstellung hat sich in den vergangenen 20 Jahren verdoppelt. Sie ha- ben im Juni in Paris auf einer UN-Konferenz mit 175 Staaten darauf gedrängt, die Produktion einzudäm- men. Ist das der Weg: Recycling plus Reduktion? Die Plastikverschmutzung hat weltweit ein noch nie dagewesenes Ausmaß erreicht. Ohne konzer- tierte globale Maßnahmen und einen international verbindlichen Rahmen wird die Verschmutzung weiter zunehmen. Im Moment handeln die UN- Mitgliedsstaaten ein rechtsverbindliches Abkom- men gegen Plastikmüll aus, das 2025 unterzeichnet werden soll. Darüber bin ich sehr froh, ich setze mich mit aller Kraft für dieses Abkommen ein. Alle Kunststoffe bestehen aus Chemikalien, die poten- ziell gefährlich für die menschliche Gesundheit und die Umwelt sein können. 2022 hat sich zurück zu Seite 1 29 M U S I V / s s e n o B n a f e t S : o t o F

»Die Leistungen der Forscherinnen und Forscher sind nicht genug zu würdigen. Wir sind gut beraten, dieses Angebot zu nutzen.« Bundesumweltministerin Steffi Lemke Gleichzeitig steht für den Natürlichen Klima- schutz mit vier Milliarden Euro aus dem Klima- und Transformationsfonds bis 2026 so viel Geld zur Verfügung wie noch nie. Der Natürliche Klimaschutz gilt als Ihr größtes Projekt. Diesen Sommer sollten erste Maßnahmen starten: Was geht voran? Wir sind Mitte Juli mit den ersten beiden För- derrichtlinien zum Natürlichen Klimaschutz in ländlichen Räumen und in Unternehmen ge- startet. Damit erreichen wir eine wichtige Band- breite an Akteuren, um die Klimaschutzfunk- tion der Natur wiederherzustellen und sie besser zu bewahren. Weitere Förderrichtlinien werden sich in den nächsten Monaten anschließen, um CO2 bzw. Kohlenstoff in Mooren, Auen oder Wäldern zu speichern. Außerdem wird im Okto- ber das Kompetenzzentrum Natürlicher Klima- schutz an den Start gehen, um die schnelle und wirksame Umsetzung der Fördermaßnahmen aus dem Aktionsprogramm Natürlicher Klima- schutz in der Fläche zu unterstützen. Sie haben als Briefträgerin gearbeitet. Wem würden Sie heute gerne in ein paar per- sönlichen Zeilen die Meinung schreiben und in den Briefkasten stecken? Ich freue mich, dass ich als Bundesumwelt- ministerin viele Briefe von Kindern und Schul- klassen bekomme, die sehr konkrete Fragen zum Umwelt- und Naturschutz, aber auch Lö- sungsvorschläge haben. Ihnen ausführlicher zu antworten und mich mit ihnen auszutauschen, kommt leider oft zu kurz. zurück zu Seite 1 3 | 23 Nächster Anlauf Steffi Lemke verfolgt die Nominierung der Kandidaten. Mit Katrin Göring­Eckardt und Jürgen Trittin verlieren die Grünen 2013 bei der Bundestagswahl 2,3 Prozent. Merkel bleibt. Hoch hinauf Endlich doch: Am 8. Dezember 2021 vereidigt Bundestags­ präsidentin Bärbel Bas die neue Umwelt­ ministerin Lemke. Tief hinunter Unter Tage begibt sich die Bundesumwelt- ministerin im Mai, um sich über den Zustand des Atommülllagers Asse in Niedersachsen zu informieren. In die Ferne Vor der Oder-Konferenz im Juni betrachtet Steffi Lemke von einem Aussichtsturm aus das Ökosystem. Ein Jahr zuvor war es im Grenzfluss zum Massensterben von Fischen gekommen. 31 standen würde dieser Begriff dazu führen, dass sich diejenige Technologie durchsetzen soll, die am besten bei der Erreichung unserer Klima- schutzziele hilft, zugleich am wirtschaftlichsten ist und keine anderen ökologischen Probleme auslöst. Echte Technologieoffenheit braucht da- her auch einen Realitätscheck und eine seriöse Technikfolgenabschätzung. Klima, Krieg – und dann lange nichts: Vermissen Sie die Aufmerksamkeit für all die anderen Umweltthemen? Auf keinen Fall. Die Welt ist ja deutlich komple- xer, als es so manche Zuspitzung in der Debatte vermuten lässt. Die Klimakrise gefährdet auch unsere Ökosysteme. Gleichzeitig leisten diese im Sinne eines natürlichen Klimaschutzes ei- nen großen Beitrag zur Lösung. Und leider führt auch der Krieg in der Ukraine zu massiven Um- weltbelastungen, die die Menschen vor Ort be- reits spüren: verseuchte Böden, Luftverschmut- zung, Kontamination von Wasser, z.B. durch die Sprengung des Kachowka-Staudammes. Und über allem schwebt die Gefahr einer nuklearen Katastrophe im AKW Saporischschja. Die Probleme sind groß, Ihr Etat im Bundesumweltministerium gehört mit 2,4 Milliarden Euro zu den kleinsten. Spart Bundesfinanzminister Christian Lindner am falschen Platz? Der Kernhaushalt des Bundesumweltministe- riums ist als einer der wenigen nahezu konstant geblieben. Das ist ein gutes Zeichen, wenn über- all sonst teils drastisch gespart werden muss. ) 3 ( a p d e l l a / l u e l P k c i r t a P , e t l u h c s n e t a r t S n a i l u J , s s e r p o t o F - r e l s i e G / n r e K c i r e d e r F , s e g a m i p d d / k l a h c s t t o G l e a h c i M , s s e r p n o i t c a / t d m h c S i l e x A , n i l r e B m a e T d l i b / s o t n e i r r a B . H , ) 2 ( M U S I V / s s e n o B n a f e t S : s o t o F

3 | 23 Wasser hindurchströmen. Sind alle Bindungsstellen im Sorbens belegt, ist dieser also mit Lithium gesättigt, kop- pelt das Team ihn von der Versorgung mit dem Bohrungs- wasser ab und schickt stattdessen eine Desorptionslösung hindurch. Diese löst das gebundene Lithium wieder, so- dass es über Standardverfahren aus der Lösung ausgefällt werden kann. Die Forschenden des KIT widmen sich der- zeit vor allem der Entwicklung eines optimalen Sorbens- Materials. Analyseverfahren unterstützt Lithium-Gewinnung Eine wichtige Frage bei dieser Art der Lithium-Gewin- nung: Wann ist der Sorbens gesättigt? Schließlich variiert der Lithium-Gehalt im geförderten Wasser von Bohrung zu Bohrung – und ist der Sorbens voll, würde das Tie- fenwasser vergeblich hindurchfließen. Bisher lässt sich diese Frage nur über Laboranalyseverfahren beantwor- ten, die etwa einen halben Tag in Anspruch nehmen. Deutlich zu lange also für eine angepasste Regelung. Hier hilft die Exper- tise des Fraunhofer IPM. »Wir entwickeln ein Verfahren, mit dem man die Lithium-Konzen- tration des Wassers am Auslass des Sorbens live messen kann – was extrem schnelle Rückkop- pelzyklen erlaubt. Steigt die Konzentration an, zeigt dies eine zunehmende Sättigung des Sor- bens; er muss also entleert wer- den«, erläutert Basler. Dazu nutzen die Forschenden die laserinduzierte Plasmaspek- troskopie: Sie fokussieren einen Kurzpulslaser, dessen Pulsdauern bei etwa zehn Nanosekunden liegen, über eine Linse auf die Oberfläche des Wassers. Dabei wird so viel Energie in das Wasser eingetragen, dass ein Teil davon in ein Plasma überführt wird – also in ein Gas, das nicht mehr aus Ato- men oder Molekülen besteht wie ein übliches Gas, son- dern aus Ionen und Elektronen. Denn durch die hohe Energie des Lasers werden die Elektronen aus den Atomen herauskatapultiert. Fangen die Ionen die Elektronen wie- der ein, geben diese dabei eine charakteristische Strah- lung ab, mit der man auf die jeweilige Art des Atoms schlie- ßen kann. Analysiert man nun das Spektrum, so lassen sich die im Wasser gelösten Bestandteile identifizieren und quantifizieren. »Anhand des Spektrums können »Eine Bohrung sollte reichen, um – quasi als Neben- produkt – jährlich genügend Lithium für etwa 20 000 Pkw-Akkus zu fördern.« Dr. Carl Basler, Fraunhofer IPM S ie ist so etwas wie die »eierlegende Woll- milchsau« eines klimabewussten Zeitalters: Die Tiefengeothermie besticht durch ihr Po- tenzial, grünen Strom und grüne Wärme zu erzeugen – womit sie in puncto Heizen eine Alternative zu Wärmepumpen bietet. Über Bohrungen von etwa tau- send Metern Tiefe werden dabei saline Wasserschichten angezapft; das etwa 80 Grad heiße Grundwasser wird dann nach oben befördert, wo es Turbinen zur Strom- erzeugung antreibt und zahlreiche Haushalte via Fern- wärmenetz mit Wärme versorgt. Doch Geothermie kann noch mehr: Die Bohrungen eröffnen einen neuen Weg zur Lithiumgewinnung – in Deutschland, umweltfreundlich und quasi nebenbei. Dass dies auch technisch machbar ist, wollen Forschende des Fraunhofer-Instituts für Phy- sikalische Messtechnik IPM in Freiburg und des Karls- ruher Instituts für Technologie (KIT) nun gemeinsam zeigen. »Das salzhaltige Wasser, das über Geothermie- Bohrungen an die Erdoberfläche gepumpt wird, enthält durchschnittlich 200 Milli- gramm Lithium pro Liter«, weiß Dr. Carl Basler, Projektleiter am Fraunhofer IPM. »Anders gesagt: Eine Bohrung sollte reichen, um – quasi als Nebenprodukt – jähr- lich genügend Lithium für etwa 20 000 Pkw-Akkus zu fördern. Allein im Oberrhein-Graben sind zehn solcher Anlagen vor- stellbar.« Lithium-Ionen-Akkus wer- den nicht nur in Elektroautos, sondern auch in Smartphones oder Tablets massenhaft verbaut. Für die Elektrifizierung im Be- reich der Wärmewende – Stich- wort Wärmepumpen – könnten Lithium-Ionen-Akkus zur Spei- cherung von Strom aus Photo- voltaikanlagen ebenfalls wichtig werden. In Deutschland wird Lithium jedoch bisher nicht gefördert, es herrscht vollständige Abhängigkeit von Importen – mit allen Fallstricken, die diese internatio- nalen Verflechtungen mit sich bringen. Eine inländische Lithiumquelle könnte viel Druck aus dem Thema nehmen. Die nötige Technologie, um das Lithium aus dem an die Oberfläche gepumpten Wasser zu gewinnen, entwi- ckeln Forschende des KIT: Sie leiten das Tiefenwasser durch einen Sorbens, also durch ein Material, in dem das Lithi- um-Salz spezifisch gebunden wird – während alle ande- ren Salze, die im Wasser gelöst sind, ungehindert mit dem s e g a m i o g a m i / m u g r a / r e l l e H k l a F : o t o F zurück zu Seite 1 33

3 | 23 Staffellauf des Wissens Herr Prof. Manfred Renner, wann können Biokunststoffe Kunststoffe aus Erdöl vollständig ersetzen? zurück zu Seite 1 35

3 | 23 Staffellauf des Wissens Herr Prof. Manfred Renner, wann können Biokunststoffe Kunststoffe aus Erdöl vollständig ersetzen? zurück zu Seite 1 35

weitere Steigerung der produzierten Kunst- stoffmengen und damit einhergehend der Treibhausgasemissionen um den Faktor zwei bis vier erwartet. Die folgenden Maßnahmen, die diesem Trend entgegenwirken können, werden diskutiert: 1. Einsatz erneuerbarer Energie bei der Kunststoffherstellung und -verarbei- tung 2. Reduktion des Anstiegs beim Material- verbrauch 3. Umstieg auf biobasierte Kunststoffe 4. Recycling von Kunststoffabfällen Szenarioanalysen zeigen, dass jede ein- zelne der Maßnahmen den Anstieg der Klimagasemissionen mehr oder weniger stark dämpft. Aber nur das gleichzeitige und möglichst schnelle Verfolgen aller Optionen kann zu einer Reduktion füh- ren! Eine Umstellung der Rohstoffver- sorgung für die Kunststoffproduktion auf Biomasse allein würde nicht ausreichen. Parallel müssen vor allem die R-Strate- gien der Circular Economy konsequent auf Kunststoffprodukte angewandt wer- den. Beginnend bei »refuse« und »rethink« und »re-use«, Strategien, die durch Ver- meidung, Neudesign von Produkten, Services und Geschäftsmodellen wie Wie- derverwendung zur Verringerung der be- nötigten Mengen führen – ohne Verzicht auf Funktionalitäten der Werkstoffe oder Produkte. Reparieren, Wiederaufbereiten Prof. Manfred Renner leitet gemein- sam mit Prof. Christian Doetsch das Fraunhofer UMSICHT. und andere Strategien zum möglichst lan- gen Nutzen von Produkten und Bauteilen senken die Kunststoffabfallmenge. Diese sollte möglichst vollständig einem hoch- wertigen Recycling zugeführt werden. Doch selbst bei einhundertprozenti- gem Recycling sind ein steigender Gesamt- materialbedarf und die zum Teil, etwa bei Bauprodukten, jahrzehntelange Verweil- zeit von Kunststoffprodukten in der Nut- zungsphase verantwortlich dafür, dass frische Rohmaterialien benötigt werden. Diese sollten in der Circular Plastics Eco- nomy nicht mehr aus fossilen Quellen stammen. Bereits etablierte Herstellpfade für biobasierte Kunststoffe können in na- her Zukunft ausgebaut werden, um die Versorgung zu gewährleisten und auf fos- sile Quellen zu verzichten. Bedingung da- für ist eine spürbare Aufwertung ihrer Wirtschaftlichkeit durch das konsequente Einbeziehen der externen Kosten (v. a. Somit haben biobasierte Kunststoffe ein großes Potenzial, Teil der Lösung zu sein, unsere Welt nachhaltiger zu machen. 3 | 23 durch die Klimakrise) in die Materialprei- se. Zudem muss der technologische Fort- schritt bei Biokunststoffen weiter gefördert werden. Ihre Kreislauffähigkeit kann durch die Innovation fortschrittlicher Recycling- technologien optimiert werden. Die vor- teilhaften Eigenschaften einiger Biokunst- stoffe könnten diesen Prozess unterstützen. Im Kontext der biobasierten Kreislaufwirt- schaft ist nicht zuletzt der Teilaspekt der Verwendung von Rezyklat für die erfolg- reiche Etablierung essenziell. Somit haben biobasierte Kunststoffe ein großes Poten- zial, Teil der Lösung zu sein, unsere Welt nachhaltiger zu machen. Nach weitgehender Umstellung der Energieversorgung auf erneuerbare, kli- mafreundliche Technologien könnten sich unter diesen Randbedingungen auch Pro- zessketten auf der Basis von Kohlendioxid durchsetzen. Dann kann die notwendige Biomasseversorgung für die Kunststoff- herstellung wieder zurückgehen, was an- gesichts des ebenfalls nur begrenzt vor- handenen nachhaltigen Biomasseangebots Konflikte mit anderen wichtigen Biomas- senutzungspfaden vermeidet. Wie lange es auch dauern mag – um die Kunststoffindustrie zu transformieren, sind in den nächsten Jahren weitere tech- nologische Innovationen und neue Ge- schäftsmodelle erforderlich. Wir, am Fraunhofer UMSICHT und im Fraunhofer Cluster Circular Plastics Economy CCPE, arbeiten mit unseren Partnern unermüd- lich daran. In der nächsten Ausgabe: Was ist bei der Lebens- mittel-Versorgung wichtiger: Nachhaltig- keit oder Sicherheit und Qualität? zurück zu Seite 1 37 i i g n n n e H e k M / T H C I S M U r e f o h n u a r F : s : o o t t o o F F

3 | 23 Blick in die Ferne: Dr. Nadya Ben Bekhti-Winkel und Dr. Lars Fuhrmann auf dem Weltraumaufklärungsradar TIRA in Wachtberg. In 15 Sekunden kann sich die 240 Tonnen schwere Antenne einmal um die eigene Achse drehen sowie 1000 Kilometer entfernte Satelliten verfolgen und in hoher Auflösung abbilden. zurück zu Seite 1 39

3 | 23 »Durch On-Board- Prozessoren lassen sich die Signale direkt in den Satelli- ten aufbereiten. Sie werden so selbst zu intelligenten Netz- werkkomponenten, mit denen Daten- ströme bedarfsge- recht gesteuert werden können.« Rainer Wansch, Fraunhofer IIS zurück zu Seite 1 41

3 | 23 E s begann mit dem Internet in der Ukraine. Als das Netz unter den russischen Angriffen zusammenbrach, war es ein privates Satelli- tennetzwerk, das die digitale Kommunika- tion im Land wieder möglich machte. Die Erleichterung über die schnelle Hilfe von US-Unternehmer Elon Musk mit Starlink ging in Europa schnell in Unbehagen über: Augenscheinlich war kein europäischer Staat in der Lage, die Ukraine in diesem strategisch wichtigen Punkt zu unterstützen. Der Krieg machte zwei Probleme unüber- sehbar: Wie verletzlich terrestrische Infrastruktur ohne ein Back-up aus dem All ist. Und wie abhängig Europa bei Weltraumtechnologien und satellitengestützter Kom- munikation von Dritten ist. Das will die EU nun ändern. Bis 2027 soll eine Kon- stellation aus bis zu 200 Satelliten die europäische Souve- ränität im Weltall und damit auch am Boden garantieren. Ziele des Großvorhabens mit Namen IRIS² (Infrastructure for Resilience, Interconnectivity and Security by Satellite) sind nicht nur die sichere Vernetzung kritischer Infra- strukturen und ein resilientes Krisenmanagement für Regierungen, sondern auch die flächendeckende Breit- bandanbindung in Europa, insbesondere in bisher unter- versorgten Gebieten. Damit will die EU technologisch aufschließen zu privaten Initiativen: Neben Starlink – mit derzeit etwa 4000 Satelliten in 500 bis 550 Kilometern Höhe, 8000 weitere sollen folgen – ist auch der britische Anbieter OneWeb mit momentan circa 600 Satelliten im All aktiv. Mit Project Kuiper hat Amazon eine weitere Mega-Konstellation angekündigt. Und auch China plant bereits ein Netzwerk im fünfstelligen Bereich. »Immer mehr Länder wollen ihre Souve - rä nität durch eigene Satellitenkonstella- tionen ausbauen.« Dr. Nadya Ben Bekhti-Winkel, Fraunhofer-Allianz AVIATION & SPACE »Immer mehr Länder wollen ihre Souveränität durch eigene Satellitenkonstellationen ausbauen«, stellt Dr. Na- dya Ben Bekhti-Winkel fest. Die stellvertretende Leiterin der Geschäftsstelle SPACE der Fraunhofer-Allianz AVIA- TION & SPACE war – zusammen mit 14 Organisationen aus fünf Ländern – beteiligt an einer Machbarkeits- zurück zu Seite 1 43

Mehr, kleiner, billiger – Satelliten im New Space Wirtschaftlichkeit ist heute auch im Weltraum wichtig: Willkommen im Zeitalter des New Space! Waren früher Satellitenprojekte ausschließlich von staatlicher Seite getrieben und finanziert, zeigt sich heute immer mehr privatwirtschaftliches Engagement. Der Löwenanteil der benötigten Raumfahrtanwendungen soll von Industrie- unternehmen und Start-ups kommen – und sich für diese auch finanziell lohnen. Statt großer Systeme mit anspruchsvoller Technik bilden im New Space mitein- ander kommunizierende Kleinsatelliten leistungsfähi- ge Netzwerke. »Kleinsatelliten lassen sich günstiger und schneller fertigen als große, konventionelle Satelliten. Unternehmen können damit früher auf den Bedarf des Marktes reagieren. Die Möglichkeit der günstigen Serien- fertigung erlaubt es, große Satellitenkonstellationen auf- zubauen für ganz neue kommerzielle Dienstleistungen und wissenschaftliche Anwendungen. Für Fraunhofer 3 | 23 ergeben sich dabei spannende Forschungsfragen bei- spielsweise im Bereich intelligenter Systeme, innovati- ver Nutzlasten, moderner Fertigungsverfahren bis hin zur Anwendungsentwicklung«, sagt Prof. Frank Schäfer, Geschäftsfeldleiter Raumfahrt am Fraunhofer-Institut für Kurzzeitdynamik, Ernst-Mach-Institut, EMI, in Frei- burg. Sein Institut erforscht und entwickelt Technologien für den New Space und hat mit ERNST den ersten »ERNST gibt uns ganz neue Möglichkeiten, verschiedens- te Technologien auf einer eigenen Satellitenplattform zu erforschen.« Prof. Frank Schäfer, Fraunhofer EMI Bis zu zwölf Monate dauert es, das Spiegel- teleskop für das Laseraltimeter GALA her - zustellen. Häufig wird nachts gearbeitet, damit möglichst wenige Erschütterungen die Präzisionsfertigung stören. Härteste Belastungen Die Optik von GALA ist außen an der Raum - sonde angebracht und muss härtesten Belastungen standhalten: enorme Be- schleunigungskräfte beim Start, eisige Temperaturen bis zu minus 50 °C, große Temperaturgradienten und extreme kos- mische Strahlung. »Wir mussten sicher- stellen, dass GALA auf seiner achtjährigen Reise zum Jupiter und bei der Untersu- chung von Ganymed intakt bleibt und sei- ne Leistung in vollem Umfang beibehält«, erklärt Dr. Henrik von Lukowicz, Leiter der Arbeitsgruppe Präzisionssysteme. Nach der sorgfältigen und hochgenauen Ferti- gung haben Vibrations- und Thermal-Va- kuumtests und Bestrahlungen im Labor gezeigt, dass GALA den Herausforderun- gen der Reise durchs All und den harschen Bedingungen am Jupiter gewachsen ist. Bis zu 430 Grad Hitze Schon seit dem 20. Oktober 2018 ist ein weiteres Fraunhofer-Messinstrument im All unterwegs. Das Infrarotspektrometer MERTIS (Mercury Radiometer and Ther- mal Infrared Spectrometer) fliegt mit der europäisch-japanischen Raumsonde BepiColombo zum Merkur. Die ebenfalls am Fraunhofer IOF entwickelte reflektive Infrarotoptik soll die Mineralien und Ele- mente auf der Oberfläche des Merkur be- stimmen. Durch Vorbeiflüge an der Venus wird die Geschwindigkeit der Raumsonde so abgebremst, dass sie bis 2025 in die Um- laufbahn des Merkur einschwenken kann. Auch hier muss das Instrument extremen Bedingungen standhalten: Auf dem Mer- kur herrschen Temperaturunterschiede von minus 170 bis zu plus 430 °C. Erste Untersuchungsergebnisse beim Vorbei- flug an der Venus haben die Funktion des Spektrometers bestätigt. Dass ihre Weltraumtechnik den Her- ausforderungen des Weltalls gewachsen ist, haben die Fraunhofer-Forschenden be- reits unter Beweis gestellt: Für das James- Webb-Space-Telescope entwickelten und fertigten sie die Metallspiegel für das MI- RI-Instrument (Mid-Infrared Instrument). Das Teleskop richtet seinen Blick aus unse- rem Planetensystem hinaus in die Ferne. MIRI ist in der Lage, Licht einzufangen, das vor 13,5 Milliarden Jahren entstanden ist, also kurz nach dem Urknall. Seit Juli 2022 liefert es beeindruckende Bilder aus fernen Galaxien. Wissenschaftler Risse ist begeistert: »Wir wussten natürlich, wozu das Teleskop in der Lage ist, aber diese fan- tastische Brillanz und Auflösung der Bilder beeindruckt uns immer wieder.« zurück zu Seite 1 45

3 | 23 Daran arbeitet Rainer Wansch, Abteilungsleiter Hoch- frequenz- und SatKom-Systeme, mit seinem Team am Fraunhofer-Institut für Integrierte Schaltungen IIS in Erlangen. Die Forschenden waren bereits beteiligt bei der Standardisierung von DVB-S2X, dem derzeit fortschritt- lichsten Standard der Satellitenkommunikation. Mit dem sogenannten Beam Hopping nutzen sie ein neues Kon- zept, das die Datenübertragung via Satellit flexibel an das jeweilige Datenaufkommen in verschiedenen Gebieten anpassen kann. »Bisher versorgt ein Satellit bestimmte Bereiche statisch mit Daten. Beim Beam Hopping schaltet er zwischen verschiedenen Ausleuchtzonen hin und her – basierend auf einem Zeitplan, der die aktuell benötigten Datenraten berücksichtigt«, erklärt Wansch. »So lassen sich mit einer Antenne mehrere Bereiche abdecken – und die Übertragungskapazität steht in voller Bandbreite im- mer genau dort zur Verfügung, wo sie gerade gebraucht wird.« Dafür sind sogenannte modulare Phased-Array- Antennen auf den Satelliten nötig. Deren Einzelstrahlen sind elektronisch ansteuerbar und damit viel flexibler als bisherige mechanisch gesteuerte Antennen. Integration in 5G ist entscheidend Eine globale Mobilfunkabdeckung funktioniert nur zu- verlässig, wenn die Satellitenkommunikation in die ter- restrische Kommunikation wie das 5G-Netz eingebunden ist. Dafür sollen auch die Endgeräte perspektivisch direkt mit den Satelliten kommunizieren können – selbst dann, wenn gerade keine terrestrische Basisstation in der Nähe ist, die dafür bislang unverzichtbar ist. Je nach Empfangs- lage könnten Smartphones oder auch autonome Fahrzeu- ge zukünftig also die 5G-Verbindung wahlweise über eine terrestrische Station oder direkt via Satellit aufbauen. Mit einer solch flexiblen Kombination aus Glasfaser- und Satelliteninternet wäre eine vollständige Netzabdeckung in Deutschland möglich – Funklöcher ade. Die unmittel- bare Kommunikation zwischen Satelliten und 5G-fähigen Endgeräten in einem sogenannten nicht-terrestrischen Netz (NTN) konnten die Forschenden des Fraunhofer IIS um Rainer Wansch 2021 erstmals erfolgreich an einem geostationären Satelliten zeigen, der fest über einem be- stimmten Punkt der Erdoberfläche fliegt. Um solche NTNs, effiziente Übertragungskonzepte und weitere Satellitentechnik zu erproben, entwickelten die Funkexperten mit dem »Fraunhofer-On-Board-Pro- zessor« (FOBP) eine Art Satellitenkommunikationslabor, das Forschung und Industrie für Experimente buchen können. Das fliegende Labor hob im Sommer an Bord des Kommunikationssatelliten »Heinrich Hertz« (H2Sat) ins All ab und übernimmt dort die digitale Signalverarbei- tung. »Bisher fungieren Kommunikationssatelliten als reine Verteilpunkte, die die Signale von der Erde emp- fangen, verstärken und an andere Bodenstationen wei- tersenden, wo sie verarbeitet werden«, verdeutlicht Wansch. »Durch On-Board-Prozessoren lassen sich die Signale di- rekt in den Satelliten aufbereiten. Sie werden so selbst zu intelligenten Netzwerkkomponenten, mit denen Daten- ströme bedarfsgerecht gesteuert werden können.« Da der Prozessor von der Erde aus jederzeit an neue Kommuni- kationsstandards angepasst werden kann, eignet er sich für vielfältige Experimente und Anwendungen. Mit Licht kommunizieren Immer mehr Daten, begrenzte Funkfrequenzen – am Ende dieses Tunnels gibt es: Licht! Denn auch Licht lässt sich für die Kommunikation zwischen Satelliten und Erd- stationen nutzen. Wie man immer größere Datenmengen mit Lichtgeschwindigkeit über immer längere Distanzen durchs All senden kann, erforschen unter anderem die Jenaer Optikexperten am Fraunhofer-Institut für An- gewandte Optik und Feinmechanik IOF. Sie entwickeln sowohl Laserquellen, um das Licht zu erzeugen, als auch optische Verstärker, um seine Reichweite zu maximieren. Eine ihrer Lösungen ist der Wellenlängenmultiplexer: ein Gerät, das mehrere Laserstrahlen in verschiedenen Wellenlängen kombiniert. Jeder einzelne Laserstrahl stellt mit seiner spezifischen Wellenlänge einen Kanal dar, der momentan mit jeweils 20 Watt Leistung Daten übertra- gen kann. Durch diesen Mehrkanal-Ansatz sind hohe Übertragungsraten möglich. Zudem fasst der Multiplexer diese Kanäle zu einem einzigen, stärkeren Signal zusam- men. Die Überlagerung von fünf Kanälen ermöglicht al- so insgesamt 100 Watt optische Leistung und damit eine sehr hohe Reichweite. Auf diese Weise ist eine optische Verbindung bis zum Mond denkbar. So könnten auch über mehrere Orbits hinweg verteilte Satelliten problemlos via Licht mit den Erdstationen kommunizieren. Derzeit arbeiten die Forschenden an einem System mit 1000 Watt Leistung, das sich perspektivisch auch auf 10 000 Watt skalieren lassen soll. Damit wäre es sogar möglich, den Mars mit Daten von der Erde zu erreichen. Sicher mit Quantenverschlüsselung Neben Reichweite und Kapazität bietet Licht einen wei- teren Vorteil: Verschränkte Lichtteilchen machen den Datenaustausch besonders sicher – in der heutigen un- sicheren Weltlage ist das unabdingbar. Kritische Infor- mationen staatlicher oder militärischer Stellen müssen zuverlässig vor Zugriffen Unbefugter geschützt wer- den. Deshalb will die EU als Pionier auf das Prinzip der Quantenschlüsselverteilung, kurz QKD (Quantum zurück zu Seite 1 47

3 | 23 Die Weltraum- lage im Blick: Dr. Lars Fuhrmann am Fraunhofer FHR kann mit TIRA die Bahndaten und Rotations- parameter von Satelliten oder Weltraum- schrott genau erfassen. zu minimieren. Ein bislang wenig thematisiertes Problem ist die Lichtverschmutzung. Am Nachthimmel leuchten längst nicht nur Sterne, sondern sehr viele Satelliten – und es werden immer mehr. Die International Astrono- mical Union erachtet die Folgen der Konstellationen für bedenklich, da sie das Sonnenlicht reflektieren und so astronomische Beobachtungen stören. »Deshalb ist es auch der Anspruch von IRIS2, die visuelle Helligkeit der Satelliten zu reduzieren, zum Beispiel mit speziellen, nicht reflektierenden Beschichtungen«, führt Nadya Ben Bekhti-Winkel aus. Und dann ist da noch das große Problem der uner- wünschten Hinterlassenschaften: Mehr Satelliten bedeu- ten potenziell mehr Weltraumschrott durch losgelöste Teile, defekte oder ausgediente Objekte. Dadurch steigt das Kollisionsrisiko. Etwa 30 000 Teile, die größer sind als zehn Zentimeter, und mehr als eine Million mit einer Größe zwischen einem und zehn Zentimetern rasen momentan laut ESA mit Geschwindigkeiten von bis zu 50 000 Stundenkilometern um die Erde. Selbst ein win- ziges Schrottteil entfaltet beim Aufprall die Wucht einer Handgranate. Am Fraunhofer EMI untersuchen Forschen- de die Auswirkungen derartiger Einschläge auf Satelliten experimentell im Labor. Mit einer eigenen Software füh- ren sie Risikoanalysen durch, um Schwachstellen schon in der Designphase von Satelliten zu erkennen und Schutz- schilde einzuplanen. Viele Hersteller statten ihre Satelli- ten zudem mit Triebwerken aus, damit sie großen Schrott- teilen und Flugkörpern mit messbaren Flugbahnen ausweichen können. Um sowohl die Nachhaltigkeit im All als auch die Si- cherheit am Boden zu erhöhen, muss schon beim Bau der Satelliten sichergestellt werden, dass sie restlos verglühen, wenn sie nach ihrer Laufzeit wieder in die Erdatmosphä- re eintreten. Das Problem: In 600 Kilometern Höhe kreist Weltraummüll etwa 25 Jahre, bevor sich seine Geschwin- digkeit so weit abbremst, dass er in der Atmosphäre ver- glüht. In 800 Kilometern Höhe kann dies bereits 150 Jah- re dauern. Vorreiter dabei, das Schrottproblem zu lösen, ist Frankreich: Hier ist die Entsorgung von Satelliten am Ende ihrer Mission gesetzlich geregelt. Auch ERNST nimmt den Schutz des Weltraums ernst: Ein Bremssegel mit einer Größe von 1,6 x 1,6 Metern entfaltet sich am Ende der Be- triebszeit und verkürzt die Verweildauer des Fraunhofer- Nanosatelliten in 500 Kilometern Höhe von wenigen Jah- ren auf wenige Monate. zurück zu Seite 1 49

3 | 23 All? Da die EU bislang weder die nötige moderne Raketen- technik noch die Kapazitäten hat, stößt die Souveränität spätestens hier an ihre Grenzen. Nachdem russische Trä- gerraketen und Startplätze infolge des Ukraine-Krieges ausfallen, sind europäische Missionen auf Unternehmen wie das US-amerikanische SpaceX von Elon Musk ange- wiesen. Doch dort ist die Warteliste trotz vieler Flüge lang. Den 60 Starts der Falcon-Rakete von SpaceX im Jahr 2022 standen zwei Starts der europäischen Ariane 5 gegenüber. Zwar soll der mehrmals verschobene Start der bislang leistungsfähigsten europäischen Trägerrakete Ariane 6 nun Ende 2023 in Französisch-Guayana stattfinden, doch ist fraglich, ob ihre Kapazitäten für das wachsende Satel- litengeschäft ausreichen werden. Denn im Gegensatz zu den wiederverwendbaren Trägerraketen von SpaceX, die mehr Starts erlauben, wird die Ariane vorerst eine Ein- weg-Rakete bleiben. Nachhaltigkeit hatte man 2014, als die Planungen bei Arianespace starteten, schlichtweg nicht mitgedacht. Hoffnung geben indes viele neue New-Space-Start- ups, die derzeit zusammen mit öffentlichen Entscheidungs- trägern daran arbeiten, die Raumfahrtkapazitäten in der EU auszubauen. Auch Fraunhofer-EMI-Mann Frank Schä- fer ist überzeugt: »Es gibt in Europa und auch bei Fraun- hofer ein großes Know-how in relevanten Technologien, sei es im Bau von Satelliten, in Kommunikations-, Quan- ten- oder Radartechnologien. Damit wird es uns gelingen, eine eigene verlässliche Infrastruktur im All aufzubauen und uns aus bisherigen Abhängigkeiten von den USA und Russland zu befreien.« — Hier geht´s zum Podcast: Wachtbergs Wahrzeichen: Das Radom bei Bonn schützt den vom Fraunhofer FHR betriebenen Weltraum- beobachtungsradar TIRA. Achse drehen. »Das ist Weltrekord«, sagt Lars Fuhrmann und verdeutlicht: »Das System kombiniert hohe Positio- nierungsgenauigkeit und Empfindlichkeit. Der Radar- beam des Trackingradars kann in 1000 Kilometern Ent- fernung auf drei Meter genau auf ein Objekt positioniert werden. Gleichzeitig können wir zwei Zentimeter kleine Trümmerteile in gleicher Distanz detektieren.« Rückholmissionen für ausgediente Satelliten Genutzt wird TIRA ebenfalls als Experimentalsystem, um neue Verfahren zur Weltraumbeobachtung am Fraunho- fer FHR sowie in Kooperation mit Weltraumorganisatio- nen wie ESA oder DLR zu entwickeln. »Die Einsatzfelder reichen von genauen Bahnberechnungen bis hin zu hoch- technischen Analysen von auffälligen oder anderweitig interessanten Satelliten«, führt Fuhrmann aus. »Wir er- stellen Serien hochaufgelöster Radarbilder, zum Beispiel um den Stabilisierungszustand und die Rotationseigen- schaften ausgefallener Satelliten zu untersuchen.« So hal- fen die TIRA-Experten im Vorfeld der für 2025 geplanten ersten europäischen ClearSpace-Mission mit der Cha- rakterisierung eines Objekts bei der Auswahl von für die Rückholung geeigneten Objekten. Ein möglicher Kandidat für eine spätere Mission ist der ESA-Erdbeobachtungs- satellit Envisat, der 2012 ausgefallen war und seither als Geistersatellit seine Kreise im All zieht. 150 Jahre würde es dauern, bis er so viel Geschwindigkeit verliert, dass er ohne Zutun in die Erdatmosphäre eintritt und verglüht. So lange wäre er mit seinen acht Tonnen Gewicht und 25 Metern Durchmesser eine riesige Gefahr für andere Satelliten. Die entstehende Trümmerwolke könnte bei einer Kollision eine verheerende Kettenreaktion auslösen. Um einzuschätzen, welche der zur Verfügung stehen- den Einfangtechniken – wie Netze oder Magnetfeldtech- nologie – sich am besten eignen, um einen solchen Koloss einzufangen, und wie man sich ihm am besten nähert, beobachten die Experten den Satelliten mit TIRA über Monate und Jahre und erfassen akribisch seine Rotations- parameter und -geschwindigkeit. Diese Daten könnten zur Vorbereitung einer Rückholmission herangezogen werden. Ziel ist es, den ausgedienten Satelliten gezielt ver- glühen zu lassen und somit sein nachhaltiges Lebensen- de sicherzustellen. Dank seiner besonderen Fähigkeiten genießt TIRA weltweit einen guten Ruf. So unterstützt das Forscherteam derzeit die japanische Raumfahrtagen- tur bei ähnlichen Rückholaktivitäten. Grenzen der Souveränität Eine andere Herausforderung bleibt weitgehend ungelöst: Wie kommen die europäischen Satelliten überhaupt ins zurück zu Seite 1 51

D ie Nutzfahrzeuge der Zukunft brauchen nicht nur Batterien, sie brauchen auch Wasserstoff. Da- von sind wir bei Daimler Truck überzeugt. Vor einigen Monaten haben wir deshalb eine Absichtserklärung mit der Toyo- ta Motor Corporation unterschrieben. Neben einer geplanten Fusion unserer japanischen Nutzfahrzeug-Töchter geht es dabei auch um eine Zusammenarbeit bei Wasserstoff-Antrie- ben. Zudem haben wir schon 2021 gemein- sam mit der Volvo Group das Joint Venture cellcentric gegründet, um in Europa eine der größten Produktionsstätten für Brennstoff- zellen aufzubauen. Im Unterschied zu den Kollegen der Pkw-Branche verfolgen wir bei Nutzfahrzeugen also keine einspurige Tech- nologiestrategie, sondern eine zweispurige – und dafür haben wir gute Gründe. Erstens: Lkw sind keine großen Pkw. Sie sind Investitionsgüter. Unsere Kunden müssen in der Lage sein, mit unseren Produkten Geld zu verdienen. Sie achten deshalb sehr genau auf die Kosten. Und zwar nicht nur auf die An- schaffungskosten, sondern vor allem auch auf die Gesamtkosten über die Laufzeit eines Lkw. Heute hängen diese Gesamtkosten stark von den Preisen für Diesel ab – und morgen von den Preisen für Strom und Wasserstoff. Je nachdem, wie sich diese Preise entwickeln, wird es für Nutzfahrzeug-Kunden lohnens- werter sein, sich für einen Batterie-Antrieb zu entscheiden oder für einen Brennstoffzellen- Antrieb. Vor allem bei Lkw und Bussen für die Langstrecke werden die Energiepreise die Kauf- entscheidung wesentlich beeinflussen. Deren künftige Höhe lässt sich jedoch nicht vorher- sagen – und damit auch nicht der künftige Mix von Batterie- und Brennstoffzellen-Fahr- zeugen. Das bedeutet: Wer heute keine Was- serstoff-Antriebe entwickelt, ist morgen bei einem möglicherweise boomenden Markt für Wasserstoff-Modelle außen vor. Eine Ergänzung ist noch wichtig. Neben Brennstoffzellen gibt es einen weiteren Was- serstoff-Antrieb: den Wasserstoff-Verbren- nungsmotor. Bei Lkw mit Aufbauten wie bei- spielsweise Baustellenfahrzeugen, die für die- se Aufbauten deutlich mehr Energie benötigen als für den reinen Fahrbetrieb, ist diese Tech- nologie eine gute CO2-freie Alternative. Wir verfolgen die aktuelle Diskussion um den Was- serstoff-Verbrenner deshalb sehr aufmerksam. Wenn dieses Konzept politisch aus guten Grün- den unterstützt wird, sind wir gut vorbereitet 3 | 23 und können schnell entsprechende Serien- fahrzeuge anbieten. Ein zweiter Grund für unsere Doppelstra- tegie ist die Infrastruktur. Ein paar Fakten ver- deutlichen, was es bedeuten würde, wenn emis- sionsfreie Lkw in Zukunft ausschließlich mit Batterien betrieben würden. Dann müsste näm- lich jede Autobahnraststätte über eine Größen- ordnung von 20 bis 50 Ladestationen verfügen. Und jede Ladestation müsste für Megawatt-La- den ausgerüstet sein. Das heißt: Jede Raststät- te hätte den Energiebedarf einer Kleinstadt. Eine solche Lade-Infrastruktur gibt es nur im Konjunktiv. Eine öffentliche Ladekapazität in dieser Größenordnung flächendeckend be- reitzustellen, ist schlicht nicht realistisch. Das würde den Stromnetzausbau hoffnungslos überfordern. Schon allein aus diesem Grund brauchen wir für Lkw – parallel zur Batterie – in Zukunft also auch Wasserstoff. Hinzu kommt: Das Beratungsunterneh- men McKinsey hat in einer Studie festgestellt, dass es mit Blick auf die Kosten günstiger ist, nicht nur eine Infrastruktur aufzubauen, son- dern zwei. Intuitiv würde man vielleicht ein anderes Ergebnis erwarten. Aber die Skalie- rung einer Infrastruktur nur für Batterien auf ein extremes Volumen ist teurer als die Ska- lierung von zwei Infrastrukturen – eine für Batterien und eine für Wasserstoff – auf ein mittleres Volumen. Beim dritten Grund geht es um den Ener- giebedarf unseres Kontinents. Um Europa nach- haltig zu machen, müssen wir die aus fossilen Rohstoffen produzierte Energie komplett durch grüne Energie ersetzen. Dabei geht es um so gewaltige Mengen, dass wir sie im vergleichs- weise sonnenarmen Europa nicht erzeugen können. Die gute Nachricht: Weltweit steht mehr als ausreichend grüne Energie zur Ver- fügung: Jeden Tag trifft 15 Mal so viel Sonnen- energie auf die Landmasse der Erde, wie wir global in einem ganzen Jahr verbrauchen. Wir müssen sie nur einfangen und dorthin trans- portieren, wo sie benötigt wird. Dazu ist aller- dings ein kohlenstofffreier Energieträger von- nöten, der weltweit gehandelt werden kann – und schon sind wir wieder beim Wasserstoff. Wir können somit festhalten: Die nach- haltige Wirtschaft von morgen erfordert den Aufbau einer Wasserstoff-Wirtschaft – und es gibt gute Gründe, diesen Energieträger auch für Lkw und Busse zu nutzen. Nutzfahrzeug- hersteller fahren deshalb am besten zweispu- rig in die Zukunft. 53 »Emissionsfreie Lkw nur mit Batterien? Jede Raststätte hätte den Energie- bedarf einer Kleinstadt.« Martin Daum leitet den weltweit größten Nutzfahrzeug- Hersteller mit mehr als 100 000 Mitarbeiterinnen und Mitarbeitern an über 40 Produktionsstätten. Im Mai wurde bekannt, dass Daimler Truck große Teile seines Asiengeschäfts mit Toyota zusammenlegen will, auch um die Entwick- lung von Wasserstoffan- trieben und weiteren Zu- kunftstechnologien voran- zutreiben. ist seit 2019 Vorstands- vorsitzender der Daimler Truck AG, 2021 von der damaligen Daimler AG bei einem Börsengang abgespalten. kam schon 1987 nach sei- ner Lehre als Bankkauf- mann, einem Studium der Betriebswirtschaft und drei Jahren als Unterneh- mensberater zur damali- gen Daimler-Benz AG. 2009 wurde Daum Presi- dent und CEO von Daimler Trucks North America und steigerte den Marktanteil von 29,6 auf 39,3 Prozent. ist am 28. Oktober 1959 in Karlsruhe geboren, verhei- ratet und hat drei erwach- sene Kinder. zurück zu Seite 1 G A k c u r T r e m a D i l : o t o F

S ie reist mit dem Flugzeug, Lastwagen oder Schiff, bringt Dengue- oder Zika-Viren – und ist gekommen, um zu bleiben: die Asiatische Tigermücke. Ursprünglich in den süd- und südostasiatischen Tropen und Subtropen zu Hause, fühlt sie sich we- gen des Klimawandels inzwischen auch in vielen Regionen Deutschlands wohl. Wo genau und wie sie sich ausbreitet, welche Viren sie im Gepäck hat und auf Men- schen oder Tiere überträgt, untersuchen Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler im Projekt CuliFo. Koordiniert vom Bern- hard-Nocht-Institut für Tropenmedizin in Hamburg, ist das interdisziplinäre Team der Aedes albopictus, wie die Asiatische Ti- germücke unter Fachleuten heißt, bereits seit 2016 auf der Spur. Gab es damals nur sporadische Nachweise im äußersten Süd- westen Deutschlands, sind die tropischen Moskitos inzwischen in großen Teilen Süd-, West- und Ostdeutschlands eingeführt oder bereits heimisch. Unterstützung erhalten die Forsche- rinnen und Forscher in Deutschlands größ- tem Verbundprojekt zur Stechmückenfor- schung seit Anfang dieses Jahres vom Fraunhofer-Institut für Zelltherapie und Immunologie IZI in Leipzig. Dr. Sebastian Ulbert, Abteilungsleiter Impfstoffe und In- fektionsmodelle: »Wir untersuchen in Cu- liFo die Verbreitung der Krankheitserreger. Dafür suchen wir in verschiedenen Tieren, insbesondere in toten Vögeln, nach Anti- körpern. Sie zeugen von einer früheren Infektion durch einen Mückenstich.« Die Proben aus unterschiedlichen Landestei- len erhalten Ulbert und sein Team von Kol- leginnen und Kollegen am Friedrich- Loeffler-Institut für Tiergesundheit auf der Insel Riems, mit dem sie eng kooperieren. Im Fokus der Forscherinnen und Forscher stehen vor allem das Usutu- und das West- Nil-Virus. Während Usutu hauptsächlich Tieren gefährlich wird und unter anderem 2011 zu einem großen Amselsterben am Oberrhein führte, ist das West-Nil-Virus auch eine Bedrohung für den Menschen. Erstmals wurde es 1937 im West Nile District in Uganda nachgewiesen, daher der Name. Erkrankte leiden häufig an hohem Fieber, Erbrechen, Durchfall, Er- schöpfung, Gliederschmerzen. In selte- nen Fällen kann es auch zu Gehirn- oder Hirnhautentzündungen kommen – wie bei der Frühsommer-Meningoenzepha- litis (FSME), deren Erreger ebenfalls zur Familie der Flaviviren gehören. Doch während man sich vor Zeckenbissen und damit vor einer Infektion mit FSME relativ gut schützen kann, ist das bei Mücken- stichen ungleich schwieriger – zumal das West-Nil-Virus mittlerweile auch von der Gemeinen Hausmücke übertragen wird. »West-Nil ist ein Generalist«, sagt Ulbert. »Es ist nicht wählerisch, was den Wirt an- geht, in dem es sich vermehren kann. Wir kennen allein 350 Vogelarten, in denen es sich repliziert. Deshalb ist West-Nil das weltweit verbreitetste durch Stechmücken übertragene Virus.« Bei Dengue- oder Zi- ka-Viren, die ebenfalls zur Familie der Fla- viviren gehören, sei das glücklicherweise anders. Sie nutzen bisher fast ausschließ- lich Aedes-Mücken als Wirt und Vektor. Außerdem brauchen diese tropischen Vi- ren über einen langen Zeitraum ununter- brochen hohe Temperaturen, um in den Moskitos so zahlreich zu werden, dass deren Stich infektiös wird – ein weiterer wichtiger Unterschied zur West-Nil-Ver- wandtschaft. Für die reicht es aus, wenn die Temperaturen für 10 bis 15 Tage nicht unter 20 Grad sinken. So kann sich West- Nil wesentlich schneller verbreiten. Da alle Flaviviren einander sehr glei- chen, trifft das auch auf die von den Im- munzellen zu ihrer Abwehr erzeugten Antikörper zu. Die Entwicklung von Test- systemen, die eine eindeutige Identifika- tion erlauben, ist daher eine Herausforde- rung. »Bisher sind Tests im Einsatz, die viele gegen FSME geimpfte Menschen als West-Nil-positiv ausgeben«, erklärt Ulbert. Ihm und seinem Team ist es gelungen, Tests zu entwickeln, die einen wesentlich treff- sichereren Antikörpernachweis ermögli- chen. Gemeinsam mit den Kolleginnen und Kollegen am Friedrich-Loeffler-Insti- tut wollen sie im Projekt CuliFo die Test- systeme weiter verbessern, um die Verbrei- tung der Viren noch zuverlässiger detektieren zu können. Ziel ist es unter anderem, Frühwarnsysteme aufzubauen, um für größere Ausbrüche besser gerüstet zu sein. Im Sommer 2020 gab es einen ersten solchen Ausbruch in der Region Leipzig. 3 | 23 Zehn schwer an West-Nil-Fieber Erkrank- te mussten auf der Intensivstation behan- delt werden, zwei verstarben. »Das hat na- türlich wegen der Corona-Pandemie zu dieser Zeit kaum interessiert. Vermutlich hatten wir über hundert Infizierte in der Stadt«, schätzt Ulbert. Mithilfe eines Blut- spende-Screenings versucht er zurzeit ge- meinsam mit der Leipziger Uniklinik, rück- wirkend genauere Zahlen zu ermitteln. Im norditalienischen Padua ist die Situa- tion bereits wesentlich angespannter. Hier kam es vergangenen Sommer zu einem Ausbruch der Krankheit; 200 schwere Fäl- le brachten die lokalen Intensivstationen an ihre Grenzen. Dutzende der intensiv- medizinisch Betreuten verstarben. Ulbert prognostiziert: »Die Fallzahlen sind erst mal noch gering, aber in den nächsten Jah- ren ist ein Anstieg sehr wahrscheinlich, und auch die Verbreitungsgebiete werden bei uns wachsen.« Vor allem ältere Men- schen ab etwa 60 Jahren und Menschen mit Vorerkrankungen sind gefährdet. »Die Risikogruppen sind die gleichen wie bei Corona«, erklärt er. »Im Unterschied da- zu haben wir bei West-Nil jedoch weder eine wirksame Impfung noch ein Medi- kament.« Zurzeit könne man lediglich die Patientinnen und Patienten stabilisieren und auf die Kraft ihres Immunsystems hoffen. Ulbert und sein Team ar- beiten daran, das zu ändern. Einen vielversprechenden Impfstoff-Kandidaten haben sie schon identifiziert. Bisher konnten sie jedoch keinen Partner aus der Pharma-Industrie finden, um kli- nische Studien durchzuführen. Auch an einem Wirkstoff forschen sie. Er blockiert die Vermehrung der Viren in der Wirts- zelle und könnte ebenfalls gegen Dengue- und Zika-Viren eingesetzt werden. Ulbert: »Noch ist es denen bei uns zu kalt. Aber auch sie werden kommen. In Südeuropa sind sie schon.« zurück zu Seite 1 55 l o r t n o C d n a n o i t n e v e r P e s a e s i D r o f e r t n e C n a e p o r u E : g n u t i e r b r e V e t r a k d n a L e l l e u Q ; o t o h p k c o t s i / n a g a t n A i , C D C / y n a h t a G s e m a J : o t o F

3 | 23 »Mit unserer Feuerwehr, der innovativen RNAi-Technologie, können wir die Larven gezielt und umweltverträglich eliminieren.« Prof. Andreas Vilcinskas, Fraunhofer IME B ei der bisher letzten Malaria-Epide- mie in den extrem heißen Sommern 1945 und 1946 behalf sich Deutsch- land noch mit Dichlordiphenyltri- chlorethan, kurz DDT. Das damals gebräuchliche Insektizid wurde großflächig versprüht. Noch heute lassen sich Spuren etwa im Schlachtensee in Berlin nachweisen. Seit 1972 ist DDT verboten, weil es den menschlichen und tierischen Hor- monhaushalt stört und in Verdacht steht, Krebs auszulösen. An einer zeitgemäßeren Lösung der Mücken- bekämpfung arbeitet Prof. Andreas Vilcinskas, Leiter des Institutsteils »Bioressourcen« am Fraun- hofer-Institut für Molekularbiologie und Ange- wandte Oekologie IME in Gießen. Gemeinsam mit Kolleginnen und Kollegen am LOEWE-Zentrum Translationale Biodiversitätsgenomik haben er und sein Team die Genome verschiedener tropi- scher Moskitos sequenziert, anhand derer sie die Larven im Wasser aufspüren können. »Die Ana- lyse der Umwelt-DNA ermöglicht uns eine relativ präzise Überwachung großer Flächen. Rasant an- wachsende Populationen können wir frühzeitig erkennen, das ist quasi unser Feuermelder. Auch die Viren kann man so nach- weisen«, erklärt Vilcinskas. Dann muss es so schnell gehen wie beim Löschen eines Brand- herds. »Mit unserer Feuerwehr, der innovativen RNAi-Techno- logie, können wir die Larven gezielt und umweltverträglich eliminieren.« Die Forscherinnen und For- scher planen, den heranwach- senden Mücken eine speziell designte, doppelsträngige RNA zu fressen zu geben und damit einen natürlichen Mechanismus anzustoßen, mit dem höhere Or- ganismen sich vor eindringenden Viren schützen – die RNA-Interferenz, kurz RNAi. Das Prinzip: Im Unterschied zu Tier- und Pflanzenzellen pro- duzieren Viren doppelsträngige RNA. Wird diese in den Zellen entdeckt, wird sie als fremd identi- fiziert und vernichtet. Der Abbau betrifft jedoch nicht nur die RNA-Doppelstränge, sondern auch alle körpereigenen RNA-Einzelstränge derselben Sequenz. Die Folge: Die dazugehörige, komple- mentäre Gen-Sequenz kann nicht mehr ausge- lesen, ein bestimmtes Protein nicht mehr herge- stellt werden. Vilcinskas und sein Team zielen auf überle- benswichtige Gene, sogenannte Letalgene. Werden sie mittels RNAi ausgeschaltet, stirbt die Mücke. »Solche Gene zu finden, ist nicht das Problem. Rund ein Drittel aller Gene, die wir beispielswei- se beim Reismehlkäfer ausgeknipst haben, führ- ten zum Tod des Insekts. Die können wir aber bei Weitem nicht alle für unsere Zwecke nutzen. Nur solche sind verwertbar, bei denen bereits eine win- zige Dosis der doppelsträngigen RNA wirksam ist.« Schließlich nehmen die Larven nur einen Haps in Einzeller-Größe zu sich, den sie aus dem Was- ser filtern. Auf die Verpackung kommt es an Damit die RNA nicht zerfällt, muss sie sicher ver- packt werden. Die passende Formulierung für die schützende Hülle zu finden, ist anspruchsvoll. Sie darf sich erst dann auflösen, wenn die RNA im Darm der Larve angekommen ist, wo sie ihre Wirkung entfalten kann – auf keinen Fall früher, denn Moskitos und viele Larven haben im Spei- chel Enzyme, die RNA abbauen. Die Formulie- rung muss außerdem individuell an ihr Zielinsekt angepasst sein. So filtrieren beispielsweise einige Larven im Wasser schwebend, die Japanische Buschmücke bei- spielsweise aber am Gewässer- grund. Die RNA-Partikel müs- sen für sie also so beschaffen sein, dass sie sinken. Bei der Erbsenblattlaus wa- ren Vilcinskas und sein Team schon erfolgreich. Sie konnten unterbinden, dass der Schäd- ling ein bestimmtes Eiweiß bil- det, das beim Kontakt mit dem Saftstrom der Wirts- pflanze aushärtet und der Laus als Trinkhalm dient. Ohne diese Saughilfe verhungert sie. »Das Besondere an der doppelsträngigen RNA ist, dass wir sie artspezifisch designen können. Sie ist wie ein chirurgisches Präzisionsinstrument, während Pestizide immer Kollateralschäden verursachen.« Vilcinskas betont die Dringlichkeit. Allein die Asiatische Tigermücke könne 20 verschiedene Vi- ren übertragen, die für den Menschen gefährlich sind. »Niemand bezweifelt in der Wissenschaft noch ernsthaft, dass die Viren kommen. Wir müs- sen uns schützen und brauchen dringend umwelt- freundliche Bekämpfungsoptionen.« Allein die Asiatische Tigermücke kann 20 verschiedene Viren übertragen. i k s w o r e z c n a B r t o P / r e f o h n u a r F i , o t o h p k c o t s i / o s a p a r e l a m : s o t o F zurück zu Seite 1 57

3 | 23 kranken Menschen und das Gesundheits- system gleichermaßen. »Die Digitalisierung in Praxen und Kliniken ist noch nicht so weit fortgeschritten, wie wir es uns wün- schen«, formuliert es Geißlinger. »Das müs- sen wir dringend entschieden angehen, auch wenn das zunächst viel Geld kostet. Doch am Ende ist die Digitalisierung eine von mehreren Maßnahmen, um das Ge- sundheitssystem zu retten.« Ein anderer Hebel ist die Automatisie- rung in Diagnostik, Therapie und auch Pflege. Die kluge Implementierung ro- botergestützter Systeme an relevanten Stellen im Gesundheitswesen kann dem medizinischen und pflegenden Personal etwa Routinetätigkeiten oder körperlich schwere Arbeiten abnehmen, sodass das Fachpersonal länger körperlich fit bleibt und im Alltag mehr Zeit hat für die eigent- liche Aufgabe: zu helfen und zu heilen. Im europäischen Forschungsprojekt DIH-HERO (Digital Innovation Hubs in Healthcare Robotics) bringt das Fraun - hofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung IPA sein Wissen über assistierende Robotik für medizinisches Fachpersonal ein. Entwickelt wurde im »Es ist aller- höchste Zeit für eine Gesund- heitswende.« Prof. Gerd Geißlinger, Fraunhofer ITMP Fraunhofer IPA bereits ein intelligenter Pflegewagen, der das Personal in der Klinik oder in Pflegeheimen autonom begleitet und entnommenes Material selbstständig dokumentiert. Cousins die- ses Pflegewagens sind der robotische Ser- vice-Assistent, der mit Getränken und Snacks befüllt werden kann und diese dann autonom den Patienten oder Heimbewoh- nern anbietet, sowie ein Transportroboter, der Pflegewagen und Container schnell und sicher an ihren Bestimmungsort bringt. Robotik spielt aber nicht nur bei Routineaufgaben, sondern auch im OP eine zunehmend wichtige Rolle. Roboter- assistierte und (teil-)automatisierte chir- urgische Eingriffe mit vernetzten Systemen haben das Potenzial, chirurgische Inter- ventionen mit nie dagewesener Flexibilität und Präzision auszuführen und in Kom- bination mit intelligenten Assistenzsyste- men die Qualität von Eingriffen zu erhöhen und gleichzeitig Kosten zu sparen. Die Automatisierung betrifft aber auch die Produktion von Therapeutika. Die Her- stellung von Arzneimitteln für persona- lisierte Zell- und Gentherapien etwa im Bereich schwerer Krebskrankheiten ist extrem zeitaufwendig, personalintensiv und teuer, denn bislang werden Zellthe- rapeutika, die zu den sogenannten Arznei- mitteln für neuartige Therapien (ATMP) gehören, manuell hergestellt. Gefragt sind also innovative Lösungen für eine auto- matisierte, digitalisierte und damit kos- teneffektive Produktion dieser Therapeu- tika. In dem White Paper »Skalierbare Herstellung von ATMPs« haben Expertin- nen und Experten mehrerer Fraunhofer- Institute modular aufgebaute Strategien entwickelt, die auf hochautomatisierte und voll digitalisierte Technologien aufsetzen, ein höheres Tempo bei besserer Produkt- qualität ermöglichen und dadurch signi- fikante Kostenersparnis bringen. Das Fraunhofer-Institut für Zellthera- pie und Immunologie IZI arbeitet seit 2021 in dem EU-Projekt AIDPATH an der Ent- wicklung einer KI-gesteuerten ATMP-Pro- duktionsanlage für Krankenhäuser. Ziel ist die Produktion sogenannter personen- spezifischer CAR-T-Zellen – genetisch ver- änderter T-Zellen von Krebspatientinnen und -patienten, die durch Einschleusen eines speziellen Rezeptors in die Lage ver- setzt werden, Tumorzellen zu erkennen und zu zerstören. Die Implementierung einer solchen Anlage direkt am Behand- lungsort würde wertvolle Zeit und teure Logistikprozesse einsparen. zurück zu Seite 1 59 Betroffener. Zusätzlich setzt das System den erwarteten Behandlungserfolg in Re- lation zu den Kosten, beispielsweise gibt es Hinweise auf kostengünstigere Alter- nativen. Das Fraunhofer-Institut für digitale Medizin MEVIS entwickelt die Software OncoChange für eine automatische, effiziente und zuverlässige Tumorver- laufskontrolle. OncoChange unterstützt Ärztinnen und Ärzte dabei, krankheits- und the ra piebedingte Veränderungen von Tumoren in CT-Bildern zu erkennen und die Größenentwicklung von Tumoren quantitativ zu bestimmen; dies ermöglicht im Vergleich zu herkömmlichen Methoden die schnellere Erstellung von Befunden. So können unwirksame Therapien früher durch Alternativen ersetzt werden, was die Lebensqualität der Betroffenen ver- bessert oder sogar Lebenszeit verlängert – und Kosten spart. Die OncoChange-Software soll in be- reits bestehende klinische Software-In- frastrukturen integrierbar sein – ein ent- scheidender Vorteil, um Lösungen schnell und bezahlbar in die Anwendung zu brin- gen. Denn aktuell, so Gerd Geißlinger, »ha- ben wir in der Gesundheitslandschaft ein Stückwerk einzelner Systeme, die nicht immer gut miteinander kommunizieren«. Untersuchungen werden dadurch mitun- ter mehrfach gemacht oder aufgrund lü- ckenhafter Datenlage ineffektive Behand- lungen gestartet. Beides belastet den l s a u o S r e v i l O , a p d / t r e b b a G r a m t e D i - s u a K l : s o t o F

3 | 23 Plagiat oder Original? Egal, ob Arzneimittel, Aftershave oder Autobremsen – Produktpiraten machen vor nichts Halt und werden immer raffinierter. Per Smartphone sollen Verbraucherinnen und Verbraucher jetzt einfach überprüfen können, ob es sich um eine Fälschung handelt. Von Andrea Kaufmann D ie deutschen Zollbehörden be- schlagnahmten im vergangenen Jahr gefälschte Waren im Wert von 435 Millionen Euro – ein Anstieg von 38 Prozent gegenüber dem Vorjahr. Das Ge- schäft mit minderwertigen Kopien ist für Kriminelle lukrativ, für Konsumentinnen und Konsumenten ist es häufig gefähr- lich. Schlechte Qualität und problemati- sche Inhaltsstoffe bergen hohe Risiken. Im Projekt SmartID entwickeln Forschende der Fraunhofer-Institute für Angewandte Polymerforschung IAP, für Sichere Infor- mationstechnologie SIT und für Offene Kommunikationssysteme FOKUS ein in- novatives Kennzeichnungssystem, das Pro- duktpiraten künftig das Leben erschwert. Per App und Smartphone-Kamera lässt sich damit schnell und einfach überprü- fen, ob ein Produkt echt ist. Der besondere Clou: Der Check funktioniert offline und ohne Anbindung an eine Datenbank. Jede Verpackungs- oder Produktober- fläche weist eine charakteristische Textur auf, die durch zufällige Unregelmäßigkei- ten im Herstellungsprozess entstehen. Die Forscherinnen und Forscher machen sich diese Einzigartigkeit zunutze: Sie unter- suchen die individuellen Merkmale der Oberflächentextur, die als Fingerabdrücke der jeweiligen Verpackung oder des Pro- dukts gelten. Um diese Informationen zu analysieren, werden am Fraunhofer SIT Algorithmen entwickelt. Die Fingerabdrü- cke werden mit der digitalen Signatur des Produktherstellers zu einer sicheren und einzigartigen Kennzeichnung – der Smart- ID – verknüpft. »Damit der Fingerprint ein- zigartig ist, müssen ausreichend repräsen- tative Merkmale vorhanden sein, die zuverlässig erkannt werden können«, er- läutert Dr. Waldemar Berchtold, Spezialist für IT-Forensik und Multimedia-Sicherheit am Fraunhofer SIT. »Unser Scanbereich für P A I r e f o h n u a r F : o t o F die Oberflächentexturen hat derzeit eine Größe von mehreren Quadratzentimetern. Innerhalb dieses Bereichs können wir eine Million Merkmale identifizieren, die von allen Endgeräten auch bei schlechten Licht- verhältnissen gelesen werden können.« Noch sicherer machen die SmartID speziell maßgeschneiderte Quantenma- terialien, die von einem Team des Fraun- Die deutschen Zollbehörden beschlagnahmten im Jahr 2022 gefälschte Waren im Wert von 435 Millionen Euro. hofer IAP entwickelt werden. Sie leuchten im spektralen Nahinfrarotbereich (NIR) und werden mit einer neuartigen Tinten- formulierung auf das Objekt gedruckt. SmartID-Projektleiter Dr. Tobias Jochum vom Zentrum für Angewandte Nanotech- nologie CAN des Fraunhofer IAP erklärt: »Da wir zusätzlich zum sichtbaren Bereich auch den NIR-Spektralbereich erfassen, detektieren wir auf gleicher Fläche mehr Merkmale der Oberflächentextur.« Um die Einführung dieses Prozesses zu erleichtern, werden die Tinte und der Druckprozess so optimiert, dass er auf herkömmlichen Pro- duktionsanlagen der Produkt- und Ver- packungsindustrie ablaufen kann. Die SmartID wird auf die Verpackung oder das Produkt in Form eines QR-Codes gedruckt. »Prinzipiell ist es möglich, die sichere und einzigartige Kennzeichnung in jeder Art von zweidimensionalem Bar- codesystem abzuspeichern. Im Projekt SmartID haben wir uns auf den QR-Code fokussiert, denn dieser wird sowohl von der Industrie als auch von den Endkonsu- menten akzeptiert«, sagt IT-Experte An dré Paul vom Fraunhofer FOKUS. Die Daten- menge, die benötigt wird, um den Finger- abdruck in herkömmliche QR-Codes zu integrieren, sprengt deren Speicherkapa- zität. Das Team von Fraunhofer FOKUS arbeitet daher daran, höhere Speicherka- pazitäten zu erreichen und trotzdem kom- patibel mit klassischen QR-Codes zu blei- ben. Dadurch lässt sich die Technologie leicht in bestehende Abläufe innerhalb der gesamten Lieferkette einbetten. Um ein Produkt zu authentifizieren, scannt die Konsumentin oder der Konsu- ment später mit der Smartphone-Kamera gleichzeitig den QR-Code und die Ober- fläche. Die SmartID-App auf dem Smart- phone vergleicht beide Datensätze mitei- nander. Stimmen sie überein, ist die Echtheit erwiesen. »Da kein Abgleich mit einer Datenbank erfolgt, ist auch keine Internetverbindung notwendig«, erklärt Jochum. »Das spart Kosten, die durch die Installation und den Betrieb zentraler Da- tenbanken entstehen, und wirkt sich posi- tiv auf die CO2-Bilanz aus.« zurück zu Seite 1 61

S ollte uns das Handy anfangs lediglich das Te- lefonieren unterwegs ermöglichen, vereint es mittlerweile Bankfiliale, Einkaufscenter, Mu- sikanlage, Navigationssystem, Fernseher und vieles mehr. Und die technologische Entwicklung geht weiter: Den Platz des Smartphones könnten künftig in- telligente In-Ohr-Kopfhörer mit direkter Internetschnitt- stelle einnehmen. Elementar dafür sind ein minimaler Energieverbrauch und ein kleines Bauvolumen, eine ge- ringe Leistungsaufnahme bei hohem Schalldruck sowie niedrige Produktionskosten. Dafür bieten sich Mikroelek- tromechanische Systeme, kurz MEMS, an. Doch bislang mangelte es an der Basis solcher In-Ohr-Kopfhörer: der geeigneten Lautsprechertechnologie. Die Technologien, die derzeit auf dem Markt sind, eignen sich für solche an- spruchsvollen Anwendungen noch nicht – sei es aufgrund des Miniaturisierungsgrads, der Integrationsfähigkeit, der Kostenreduktion, der Skalierbarkeit der Produktion oder der Leistungsaufnahme bei sehr hohen Schalldrücken. Mikrolautsprecher – erstmals funktional und sparsam Forschende des Fraunhofer-Instituts für Photonische Mikrosysteme IPMS haben nun einen wichtigen Schritt in Richtung eines intelligenten In-Ohr-Kopfhörers ge- macht – und entwickelten die bislang fehlende Basis: Mi- ni-Lautsprecher aus Silizium, die sich über Mikroelekt- ronik-Technologien herstellen lassen und die vom Markt geforderte Lautstärke von 120 Dezibel ohne hohen Ener- giebedarf erreichen. Für ihre Entwicklung erhalten Dr. Bert Kaiser und Dr. Sergiu Langa vom Fraunhofer IPMS sowie Holger Conrad von der Bosch Sensortec GmbH den Joseph-von-Fraunhofer-Preis. Zwei neuartige wissenschaftliche Ansätze ermöglich- ten die Entwicklung der Mini-Lautsprecher: Einerseits ein gänzlich neues Design des Lautsprechers, der nicht wie üblich auf einer vertikal auslenkbaren Membran be- ruht, sondern bei dem sich die schallverdrängenden Ele- mente senkrecht in einem Silizium-Chip befinden. An- dererseits eine neue Antriebstechnologie für diese Elemente, den »Nano e-drive«-Aktoren, die die Schaller- zeugung gestatten. Beide Neuerungen sind kaum vonei- nander zu trennen. »Mit der Aktorik, einem elektrosta- tischen Hebel, haben wir ein grundlegendes Problem gelöst: Man kann damit sehr große Auslenkungen und somit große Lautstärken realisieren«, sagt Bert Kaiser. Legt man eine Spannung an, bewegt sich der Hebel – wie ein elektrostatischer Muskel. Auf diese Weise konnten die Forschenden mit kleinen Spaltabständen große Be- wegungen realisieren. Wie dieser Hebel genau aussehen muss, damit er sich besonders effizient und mit großen 3 | 23 Auslenkungen bewegt, untersuchte Bert Kaiser in seiner Dissertation. Zahlreiche solcher Hebel stapelten die For- schenden hochkant in den Chip. Sie bilden quasi eine Lautsprechermembran, allerdings nicht wie bisher an der Oberfläche, sondern in das Volumen des Chips hin- ein. Bewegen sich die Hebel angeregt durch eine Span- nung, pressen sie das Luftvolumen über eine Auslassöff- nung aus dem Chip heraus und erzeugen somit die Töne. »Diese Idee wurde in zahlreiche Diskussionen auch mit dem Institutsleiter des Fraunhofer IPMS, Prof. Harald Schenk, geboren«, sagt Sergiu Langa. »Mit der Aktorik, einem elektrostatischen Hebel, haben wir ein grundlegendes Problem gelöst: Man kann damit sehr große Auslen kungen und somit große Lautstärken realisieren.« Dr. Bert Kaiser, Fraunhofer IPMS Die schallver- drängenden Elemente sitzen senkrecht in einem Silizium- Chip. Um die Lautsprecher zu vermarkten, wurde 2019 die Arioso Systems GmbH als Spin-off des Fraunhofer IPMS gegründet. Einen wesentlichen Beitrag zu diesem Erfolg, sowohl auf Technologie- als auch auf Modellierungsseite, lieferte Dr. Hermann Schenk während seiner Zeit am Fraunhofer IPMS sowie später als Geschäftsführer der Ausgründung. Die Arioso Systems GmbH wurde im Som- mer 2022 von der Bosch Sensortec GmbH übernommen – mit dem Ziel, Spitzenprodukte auf Grundlage der MEMS- Laut sprechertechnologie für den globalen Massenmarkt zu entwickeln. zurück zu Seite 1 63 i k s i w o r e z c n a B r t o P / r e f o h n u a r F : s o t o F e l l A

3 | 23 überkritisches Kohlenstoffdioxid, dessen Eigenschaften zwischen denen von Gas und Flüssigkeit liegen, bisher lediglich für die Trocknung genutzt wird, setzen wir es für alle Prozessschritte ein. So können wir auf die Säuren verzichten.« Auch die Rohstoffe stehen im Zeichen der Nachhaltigkeit: Die Forschenden testeten über 20 ver- schiedene silikatische Sole, die gut verfügbar, kosten- günstig und nicht toxisch sind – im Gegensatz zu oftmals teuren etablierten Solen. Starke Dämmleistung in mineralischem Putz Um schließlich als Dämmmaterial von Gebäuden zum Einsatz zu kommen, wird das Aerogel auf eine Korngröße von zwei bis vier Millimetern gebracht und in einen rein mineralischen Putz integriert. Die Masse verfügt über gu- te Dämm- und bauphysikalische Eigenschaften, die dieje- nigen der klassischen Dämmstoffe wie Styropor oder Mi- neralwolle übertrifft. »Das Netzwerk in unserem Aerogel ist so fein, dass es möglich ist, einzelne Luftmoleküle in ihrer Bewegung zu behindern, sodass beinahe keine Wär- meübertragung erfolgt. Integriert in den Putz, können die Aerogele die Wärmeleitfähigkeit um den Faktor zwei senken verglichen mit Styropor – das ist wirklich enorm. Wir haben damit ein stark dämmendes Material auf rein mineralischer Basis«, fasst Dworatzyk zusammen. Es ist also auch nur die Hälfte der Schichtdicke von Styropor nötig, um die gleiche Dämmleistung zu erreichen. Ein weiterer Pluspunkt: »Wir verwenden hier nur Materi- alien wie Sand oder Kalk, die sich wieder in die Stoff- kreisläufe einbringen lassen. Muss der Putz in 50 oder 60 Jahren mal von der Wand, könnte man daraus wieder neuen Putz generieren«, ergänzt Sengespeick. Mehrere Plattenbausiedlungen schützt der Dämmputz bereits seit einigen Jahren vor der Kälte, ebenso verschiedene denkmalgeschützte Kirchen-Ensembles und Siedlungen. Das Potenzial des neuartigen Produktionsverfahrens ist für Gebäudetechnik und Klimaschutz also gleicher - maßen groß. Nils Mölders (r.) und Andreas Sengespeick (M.) vom Fraunhofer UMSICHT haben mit Christoph Dworatzyk von der PROCERAM GmbH & Co. KG eine Lösung für klima- freundliches Dämmen entwickelt. zurück zu Seite 1 65

3 | 23 Adrian Murtaza, Harald Fuchs und Dr. Achim Kuntz (v.l.) vom Fraunhofer IIS machen Musik zu einer persönlichen Angelegenheit. reinen Audiocodec hinaus: Es umfasst Produktionswerk- zeuge, Datei- und Übertragungsformate und neuartige Wiedergabeverfahren ebenso wie Softwarelösungen für Unternehmen, die das System in ihre Produkte in- tegrieren, und ein Markenprogramm für Produkte, die das MPEG-H Audio-System unterstützen.« Ein weiteres Beispiel für eine der zahlreichen Entwicklungen rund um MPEG-H Audio ist das immersive objektbasierte Musik- format 360 Reality Audio des Elektronikkonzerns Sony. Es findet sich schon heute bei vielen Streamingdiensten – ein mit dieser Technologie produziertes Album erhielt 2023 sogar den Grammy für das beste immersive Album. Das Ende der Testphase Ein so umfassendes Audiosystem zu entwickeln, kann nur mit einem großen Team gelingen: Bis zu hundert Personen gleichzeitig arbeiteten zu Spitzenzeiten in dem Projekt, das bereits 2012 startete – derzeit sind es noch etwa 50 Mitarbeitende. »Es war viel Know-how aus ver- schiedenen Erfahrungsbereichen nötig«, erläutert Fuchs. Wichtig war darüber hinaus internationale Unter- stützung. Industrie- und Technologiepartner auf der gan- zen Welt trugen dazu bei, MPEG-H Audio fit für den Ein- satz in unterschiedlichsten Umgebungen zu machen. Als Erstes wurde das System im Mai 2017 im südkoreanischen Fernsehen eingeführt. Ein weiterer Erfolg war, dass sich Brasilien nach groß angelegten Vergleichstests im De- zember 2021 entschied, es als verpflichtenden Audio- standard für seine neue Fernsehinfrastruktur einzuset- zen. Auch in Europa kam MPEG-H Audio bereits bei einer Reihe von Tests zum Einsatz. »Auf diese Weise ist es uns gelungen, das System optimal an bestehende Workflows anzupassen und in die Umgebungen für Live- und Stu- dioproduktionen zu integrieren«, sagt Murtaza. Parallel dazu entstanden Werkzeuge für die Audioproduktion. Dies trug sowohl dazu bei, das System zu optimieren, als auch Partnerschaften in der Kreativindustrie aufzubau- en und so die Nachfrage in der Tonbranche anzuregen. Damit ist das MPEG-H Audio-System das weltweit ein- zige offen standardisierte System zur Übertragung der nächsten Generation von Audioformaten. zurück zu Seite 1 67

3 | 23 die Temperatur steigt. Die Wärme an bestimmten Stellen des Ackers kann den Landwirtinnen und Landwirten daher einen direkten Anhaltspunkt geben, wo Beregnung nötig ist und wo nicht. Elementar für die Entwicklung des Technologie- Demonstrators war das Zusammenspiel der verschiede- nen Partner mit ihren Expertisen, die wie Zahnräder ineinandergriffen. Während das Fraunhofer IOF die kompakte und leicht zu integrierende Optik für das Kameramodul konstruierte, fertigte SPACEOPTIX die da- für nötige Freiform-Spiegeloptik in Nanometer-Präzision. Die Forschenden des Fraunhofer EMI wiederum steuerten ein patentiertes Messverfahren bei, mit dem sich aus den Kameraaufnahmen die präzise Oberflächentemperatur bestimmen lässt. Die Missionsplanung sowie die Aus- wertung der Daten übernahm die constellr GmbH. Große Ehre für ein kleines System: Test auf der Internationalen Raumstation ISS Gemeinsam konnten die Forschenden nicht nur der tech- nologischen Herausforderung begegnen, sondern auch der zeitlichen: Mit Feuereifer schafften sie es, innerhalb eines Jahres den Demonstrator zu entwickeln, fertigzu- stellen und die nötigen Testläufe durchzuführen. »Von der ISS aus konnten wir etwa zehn Millionen Bilder aufneh- men, mit einer Auflösung von rund 80 Metern«, freut sich Horch. Aufbauend auf diesem Erfolg plant constellr, bis 2028 mit 16 Kleinsatelliten die Temperatur der komplet- ten Landoberfläche der Erde täglich mit einer Auflösung von mehr als 50 Metern präzise zu messen. Wärme im Acker aus der Ferne erfassen: Cassi Welling (constellr GmbH) und Clemens Horch (Fraunhofer EMI). Darüber hinaus wächst die Weltbevölkerung immer wei- ter: Bis 2050 werden Schätzungen zufolge knapp zehn Milliarden Menschen auf der Erde leben. Menschen, die mit Nahrungsmitteln versorgt werden müssen. Was das mit Wasser zu tun hat? Jede Menge, denn 70 Prozent un- seres Trinkwassers werden der Ernährungs- und Land- wirtschaftsorganisation der Vereinten Nationen zufolge aktuell für Bewässerung genutzt. Eine besonders erschre- ckende Zahl in diesem Zusammenhang: 60 Prozent davon werden durch übermäßige Besprengung verschwendet. Geleitet durch die Gründungsidee der constellr GmbH entwickelten die Forschenden der Fraunhofer-Institute für Kurzzeitdynamik, Ernst-Mach-Institut, EMI und für Angewandte Optik und Feinmechanik IOF sowie der Un- ternehmen constellr und SPACEOPTIX – beides Ausgrün- dungen dieser Institute – die Infrarotkamera LisR, kurz für »Longwave infrared sensing demonstratoR«. Nach erfolgreicher Demonstration auf der internationalen Raumstation ISS sollen die Erkenntnisse der LisR-Mis- sion als Grundlage für eine Satelliten-Konstellation ge- nutzt werden. Mit dieser lässt sich künftig aus dem Orbit die Landoberflächentemperatur messen und die Bewäs- serung auf den tatsächlichen Bedarf abstimmen. Schon ab 2026 könnten auf diese Weise jährlich 180 Milliarden Tonnen Wasser und 94 Million Tonnen CO2 eingespart werden, während die globale Ernte durch eine gezieltere Versorgung der Pflanzen um bis zu vier Prozent steigen könnte. Dies entspräche Nahrung für über 350 Millionen Menschen. Für ihre Entwicklung des Technologie-De- monstrators LisR werden Clemens Horch vom Fraunho- fer EMI, Dr. Henrik von Lukowicz vom Fraunhofer IOF, Cassi Welling von der constellr GmbH und Dr. Matthias Beier von der SPACEOPTIX GmbH mit dem Fraunhofer- Preis »Technik für den Menschen und seine Umwelt« 2023 ausgezeichnet. Messung der realen Landtemperatur Doch wie ermöglicht es die Technologie, solche großen Mengen an Wasser und CO2 einzusparen? »Von einem Satelliten aus behält LisR die Erdoberfläche im Blick und detektiert die von dort ausgesandte Infrarotstrahlung – also die Wärmestrahlung«, erläutert Welling. »Während andere Lösungen lediglich die Landoberflächentempe- ratur modellieren, messen wir die Temperatur des Blät- terdachs oder der Landoberfläche der Vegetation direkt. Auf diese Weise können wir eine genaue Bewertung von Wasserverfügbarkeit gegenüber -bedarf vornehmen und Stress früher als je zuvor erkennen.« Über die Bewertung lässt sich damit auch auf den Bewässerungszustand der Pflanzen schließen: Sind die Pflanzen nicht ausreichend versorgt, verdunstet weniger Wasser über ihre Blätter – zurück zu Seite 1 69

3 | 23 Auf der Sonnenseite Die Energiewende erfordert eine engere Verknüpfung der Sektoren Strom, Wärme und Mobilität – nicht nur innerhalb eines Hauses, sondern auch in Wohnquartieren. Dafür müssen neue Konzepte, Werkzeuge und Geschäftsmodelle entwickelt werden. Von Beate Strobel N ach der Mobilität ist jetzt auch das Wohnen ins Zentrum der Nachhaltigkeitsdebatten ge- rückt. Aus gutem Grund: Rund 17 Prozent der Kohlendioxid-Emis- sionen in Deutschland gehen auf Kos- ten von Privathaushalten. Vor allem das konventionelle Heizen der Räume und die Bereitstellung von Warmwasser ver- ursachen CO2-Emissionen und befeuern so den Klimawandel, da bei Bestandsim- mobilien vorwiegend Erdgas (49,5 %) und Heizöl (24,8 %) als Energieträger genutzt werden – Heiztechnologien also, die fos- sile Ressourcen nutzen. Bisher beschränkt sich Klimaschutz im privaten Bereich vor allem auf den Ap- pell, die Menschen zum Energiesparen zu bewegen und dazu, ihre Gebäude ener- getisch zu sanieren sowie in Erneuerba- re-Energie-Technologien zu investieren – also etwa in die PV-Anlage auf dem Dach oder in die mit grüner Energie betriebene Wärmepumpe. An einem anderen Ansatz arbeitet Fraunhofer. »Im Wohnquartier treffen mit Wärme, Strom und Mobilität die wichtigsten Energiesektoren aufein- ander«, sagt Prof. Peter Bretschneider, Di- rektor des Institutsteils für Angewandte Systemtechnik AST des Fraunhofer-Ins- tituts für Optronik, Systemtechnik und Bildauswertung IOSB. »Die intelligente Kopplung dieser Sektoren innerhalb eines Quartiers und die dadurch optimierte Nutzung von lokal erzeugter erneuerba- rer Energie sind ein entscheidender Hebel für das Gelingen der Energiewende.« Dass das Ganze mehr sein kann als die Summe aller Teile, hatte schließlich bereits der griechische Philosoph Aristoteles ver- merkt. Synergetische Lösungen entwickeln, die nicht nur eine sichere, sondern auch ökonomisch wie ökologisch sinnvolle Ener- gieversorgung in Wohnquartieren ermög- lichen: Dieser Idee hat sich der Verein Open District Hub (ODH) verschrieben. Dass neben Forschungsinstituten wie Fraun- hofer auch Unternehmen aus der Energie- und Immobilienwirtschaft, aus Mobilität, IT und Consulting sowie diverse Vereine und Verbände am ODH beteiligt sind, zeugt von den vielfältigen interdisziplinären Ver- flechtungen dieser Aufgabe: Die Energie- wende hat viele Stakeholder. Ein Reallabor in Kaiserslautern Sieben Referenzquartiere – reine Wohn- quartiere sowie Mischquartiere aus Woh- nungsbestand und Gewerbe – stehen dem ODH zur Verfügung, um innovative Ideen zur Sektorenkopplung in der Pra- xis zu erproben. Im PFAFF-Quartier Kai- serslautern etwa wurde das Gelände der ehemaligen Nähmaschinenfabrik Pfaff zu einem Reallabor gemacht. Bis 2027 soll hier ein CO2-neutrales Mischquar- tier entstehen. Für die Stromgewinnung sind Photovoltaik-Anlagen geplant, dazu für eine klimaverträgliche Mobilität eine gute Anbindung an den ÖPNV. Auch zurück zu Seite 1 71 Synergien nutzen: Kluge Energiekonzepte ver- binden Stromerzeuger und -verbraucher im Wohn quartier. o t o h p k c o t s i / a k n a r i P , z t r a H : o t o F

quartiers Bochum-Weitmar innerhalb des Open District Hubs. Das Immobilienun- ternehmen Vonovia ist hier Eigentümer von 232 Mehrfamilienhäusern mit insge- samt mehr als 1500 Wohnungen. Da die Gebäude aus den 1950er- und 1960er-Jah- ren stammen, ist das Quartier ein idealer Stellvertreter für viele Bestandsimmobi- lien mit hohem Sanierungsbedarf. Der Fraunhofer-Exzellenzcluster Integrierte Energiesysteme CINES (unter Beteili- gung des Fraunhofer IOSB-AST sowie der Fraunhofer-Institute für Solare Energie- systeme ISE und für System- und Inno- vationsforschung ISI) hatte einen Teil des Quartiers in Bochum-Weitmar aus- gewählt, um die Nutzung von Energiefle- xibilitätsoptionen von Vor-Ort-Systemen zu untersuchen. Die 13 betrachteten Ge- bäude sind mit neun PV-Anlagen ausge- rüstet. Die Wärmeversorgung erfolgt über ein lokales Nahwärmenetz, das durch zwei Erdgas-Brennwertkessel, zwei Luftwär- mepumpen und eine Erdwärmepumpe gespeist werden kann. Zum Strombedarf der Haushalte kommen zwei Ladesäulen mit je einem Ladepunkt hinzu, genutzt vom Quartiers-Carsharing. Die Ergebnisse der Kurzstudie »Vor- Ort-Systeme als flexibler Baustein im Ener- giesystem« zeigen klar den Nutzen von Sektorenkopplung und gebäudeübergrei- fenden Versorgungsstrukturen: Bereits durch den einfachen Zusammenschluss mehrerer Gebäude zu einem Quartier steigt der Eigenverbrauch der lokal erzeugten Solarenergie um 18 Prozent. Dieser Wert erhöht sich um weitere 15 Prozent durch Ergänzung des Systems mit einem elekt- rischen Quartiersspeicher. Ein intelligen- tes Quartiersmanagement mit der Nutzung aller Flexibilitätsoptionen jedoch steigert den Eigenverbrauch der lokal bereitgestell- ten erneuerbaren Energie auf 78 Prozent; der Kohlendioxid-Ausstoß verringert sich parallel um 19 Prozent. »Werden anstelle des Erdgas-Brennwertkessels vorrangig Wärmepumpen zur Wärmebereitstellung genutzt, könnte der energiebedingte CO2- Ausstoß sogar mehr als halbiert werden«, sagt Projektleiter Sebastian Flemming vom Fraunhofer IOSB-AST. Im Quartier benö- tige zudem nicht jedes Gebäude eine eige- ne Wärmepumpe, mehrere Häuser können sich eine teilen. In der Thüringer Wachstumskernini- tiative SMOOD (»smart neighborhood«) haben sich 2019 – wissenschaftlich beglei- tet unter anderem vom Fraunhofer IOSB sowie dem Fraunhofer-Institut für kera- mische Technologien und Systeme IKTS – regionale Unternehmen und der Verein Thüringer Erneuerbare Energien Netzwerk (ThEEN) zusammengetan, um eine Art Werkzeugkasten für die synergetische Wei- terentwicklung von Wohnquartieren zu entwickeln. SMOOD soll dabei entlang der kompletten Sanierungs- und Modernisie- rungskette unterstützen. SmoodPLAN etwa beinhaltet Tools zur Bestandserfassung und -bewertung. Geo- HoP entwickelt ein Verfahren zur Gewin- nung von Erdwärme in urbanen, dicht be- bauten Gegenden. GeoHeatStorage trägt einen großskaligen, aber zugleich auch kostengünstigen Wärmespeicher bei, der für ein ganzes Quartier die saisonale Wär- »Wenn Mieter einen nicht nur ökologischen, sondern auch monetären Vorteil erkennen, sehen sie die Photovoltaik auf dem Dach und das Windkraftrad in der Nähe mit anderen Augen.« Sebastian Flemming, Projektleiter der CINES-Studie mespeicherung übernehmen kann. Für das Modul EStorage haben Forschende des Fraunhofer IKTS eine vollständig rezyk- lierfähige Natriumchlorid-Batterie namens Cerenergy entwickelt, die aus heimischen Rohstoffen hergestellt wird und Strom aus Solaranlagen speichern kann. SmoodACT bildet schließlich das Gehirn zum intelli- genten Quartiersmanagement: In der Steu- erzentrale laufen die Daten zur Optimie- rung des Systems zusammen; sie steuert letztlich die gebäudetechnischen Prozesse. All das klingt nach viel Aufwand und hohen Investitionen gerade bei älteren Be- standsimmobilien. »Doch wenn wir rund 60 Prozent der erneuerbaren Energie lokal o t o h p k c o t s i / a k n a r i P , z t r a H : o t o F 3 | 23 nutzen, amortisieren sich die Investitionen über einen sektorengekoppelten Ansatz binnen rund sieben Jahren«, schätzt Prof. Bretschneider, wissenschaftlicher Bünd- nissprecher von SMOOD. Hinzu käme ei- ne verbesserte Taxonomie des Gebäudes infolge der energetischen Maßnahmen – auch das ein wichtiges Argument für die Immobilienbranche. Die Wirtschaftlich- keit erneuerbarer Energieversorgungs- strukturen hängt außerdem eng zusammen mit der Kostenentwicklung für fossile Ener- gien. Das Jahr 2022 hat klar gezeigt, dass diese – anders als bei den erneuerbaren Energien – selbst kurz- und mittelfristig schwer kalkulierbar sind. Für Sebastian Flemming, Projektleiter der CINES-Studie zu Vor-Ort-Systemen, zählt aber noch ein anderer Aspekt: Sek- torengekoppelte Quartierlösungen hätten das Potenzial, die Partizipation der Bür- gerinnen und Bürger an der Energiewen- de zu erhöhen. »Mieter haben oft keine Verbindung zur PV-Anlage auf dem Dach oder zur Windkraftanlage in Sichtweite, da sie das Gefühl haben, dass andere da- mit Geld verdienen, während ihre eigenen Energiekosten steigen«, erklärt er. »Wenn sie einen nicht nur ökologischen, sondern auch monetären Vorteil erkennen, sehen sie die Photovoltaik auf dem Dach und das Windkraftrad in der Nähe mit anderen Au- gen.« Ohne Akzeptanz bei den Menschen in Deutschland könne die Energiewende nicht ausreichend beschleunigt und um- gesetzt werden, um die Klimaziele der Bun- desregierung zu erreichen. Um Lösungen für ein intelligentes Quartiermanagement aus dem Reallabor umzusetzen und in die Fläche zu tragen, ist nun der Gesetzgeber gefordert: Erst die passenden regulatorischen Rahmenbedin- gungen ermöglichen eine Skalierung der Technologien und Geschäftsmodelle. Das bereits existente Modell »Mieterstrom«, bei dem der Vermieter Strom aus erneuerbaren Quellen lokal gewinnt und direkt oder über den Stromanbieter an die Mieter verkauft, habe sich als »zu kompliziert« erwiesen, urteilt Sebastian Flemming. Die CINES- Studie hingegen beweise, dass es auf meh- reren Ebenen Sinn ergibt, in Sektorenkopp- lung im Quartier zu investieren, bilanziert Peter Bretschneider: »Wir haben gezeigt, wie es anders und besser gehen kann.« zurück zu Seite 1 73

3 | 23 D er Klimawandel ist für die Agrarwirtschaft eine extre- me Herausforderung. Hitze, starker Wind und Trockenheit verringern den für das Pflanzenwachs- tum so wichtigen Humusgehalt auf den Feldern. Der verdichtete Boden kann das Wasser bei Regenfällen nicht speichern, es fließt oberflächlich ab. Gülle oder Gär- reste können zwar neue Nährstoffe liefern. Doch ohne verfügbares Nass nehmen die Pflanzenwurzeln diese kaum auf, was wiederum die landwirtschaftlichen Er- träge verringert. Mit Pflanzenkohle ließe sich »die Bo- denstruktur durchaus verbessern«, sagt Antoine Dalibard vom Fraunhofer-Institut für Grenzflächen- und Bioverfahrenstech- nik IGB in Stuttgart. Das hochporöse Ma- terial verfügt über viele Hohlräume. Wie ein Schwamm saugt es Wasser und Nähr- stoffe auf, speichert diese über längere Zeit und gibt sie bei Bedarf an Erde und Pflan- zenwurzeln ab. »Das verbessert die Wachs- tumsbedingungen« und fördere langfris- tig »den Aufbau der Humusschicht«, erklärt Christopher Kick vom Fraunhofer-Institut für Umwelt-, Sicherheits- und Energietech- nik UMSICHT. Er warnt jedoch davor, die Kohle »pur« auf dem Acker auszubringen: Vor ihrem ersten Einsatz muss sie zunächst mit Nährstoffen aufgeladen werden. An- dernfalls saugt sie den Pflanzen alles weg. Hitziger Entstehungsprozess Zur Herstellung des schwarzen Feststoffs haben die Fraunhofer-Institute IGB und UMSICHT den thermochemischen Um- wandlungsprozess weiterentwickelt. Bei- de nutzen für ihre Verfahren das folgende Grundprinzip: Restbiomasse wird unter Ausschluss von Sauerstoff erhitzt und zer- setzt sich. Ein Großteil des Kohlenstoffs verbleibt im Feststoff zurück, hochwertige Pflanzenkohle entsteht. Leicht flüchtige Bestandteile steigen derweil mit dem Was- serdampf auf, werden abgekühlt und kon- densieren. So lassen sich in dieser »Kon- densat-Suppe« enthaltene Verbindungen wie etwa Öl, Aromastoffe, Essigsäure oder Wasserstoff isolieren. »Unser Fokus ist es, alle Endstoffe mittels weiterer Trennpro- zesse in möglichst reiner Form zu erhal- ten«, so Antoine Dalibard. Welche Stoffe aus dem Kondensat gewonnen werden können, hängt vom jeweiligen Pyrolyse- verfahren ab. Dalibard leitet am Fraunhofer IGB die Fachgruppe für thermische Trennverfah- ren. Zur Herstellung von Pflanzenkohle verwenden er und sein Team die soge- nannte Torrefizierung mittels überhitztem Wasserdampf. Dabei handelt es sich um eine milde Form der Pyrolyse, bei der die Bioabfälle in zwei Stufen auf maximal 300 Grad Celsius erhitzt werden. In der ersten Stufe verdampft größten- teils das in den organischen Abfällen ent- haltene Wasser (Dampftrocknung). In der zweiten Stufe findet die eigentliche Torre- fizierung statt. Durch die Verwendung von überhitztem Wasserdampf könne die in- vestierte Energie einfach rückgewonnen werden, erklärt der promovierte Ingenieur. Dank des komplett geschlossenen Kreis- laufs gebe es zudem keine Emissionen, keine Geruchsprobleme; die Pflanzenkoh- le lasse sich im Freien gut lagern, sie ver- schimmle nicht. Im oberpfälzischen Sulzbach-Rosen- berg am Fraunhofer UMSICHT ist Chris- topher Kick »der Mann für die Pflanzen- kohle«. Der Umwelttechniker leitet die Forschungsgruppe »Aufbereitung thermo- chemischer Konversionsprodukte«. Dazu gehört auch das Projekt InterPyro, das sich mit Einsatzmöglichkeiten des kohlenstoff- haltigen Feststoffes beschäftigt. Hergestellt wird dieser mithilfe des thermo-katalyti- schen Reformings (TCR): eine mittelschnel- le Pyrolyse, bei der die Bioabfälle länger im Prozess verweilen als bei der Torrefi- zierung. Außerdem ist die Temperatur ins- gesamt höher. In einer ersten Stufe werden die vorzerkleinerten Reststoffe unter Sau- erstoffabschluss bei 450 Grad Celsius ver- kohlt. Im zweiten Schritt fungiere die Pflanzenkohle dann selbst »als eine Art von Katalysator«, so der promovierte In- genieur: Sie falle in einen Behälter, »der auf 700 Grad Celsius aufgeheizt wird«. Durch dieses heiße Kohlebett werden dann die Pyrolysegase geführt, was die Qualität der entstehenden Pyrolyseprodukte noch einmal erhöht. Kohlenstoffspeicher im Boden Das Verrotten von Bioabfällen setzt nor- malerweise Methan und Kohlendioxid frei. Pflanzenkohle hingegen wird nur sehr langsam von Mikroorganismen ab- gebaut. Auf diese Weise wird der in ihr enthaltene Kohlenstoff langfristig im Bo- den gespeichert. Experten bezeichnen dies als Kohlenstoffsenke. Wie lange die Kohle stabil ist, hängt vom Herstellungsverfah- ren ab. Bei der Torrefizierung können dies Hunderte, bei der mittelschnellen Pyro- lyse sogar Tausende von Jahren sein. Auf diese Weise könnte das Einbringen von Pflanzenkohle in den Acker nicht nur die Bodenqualität verbessern, sondern auch das Treibhausgas CO2 langfristig als Koh- lenstoff im Boden halten. Die zur Kohlegewinnung verwendete Restbiomasse muss schadstofffrei und nicht mehr für die Nahrungsmittelproduktion verwendbar sein. Infrage kommen hier etwa Waldrestholz, Bioabfälle, Gärreste aus Biogasanlagen, Grünschnitt oder auch Pferdemist. Je nach Ausgangsstoff und Py- rolyseverfahren kann sich jedoch die Zu- sammensetzung der Pflanzenkohle ver- ändern, »wir bekommen dann eventuell ein anderes Produkt«, erklärt Dalibard. Daher muss jeweils geprüft werden, ob dieses für den Einsatz im Boden geeignet ist. Auch die Bundesanstalt für Geowis- senschaften und Rohstoffe (BGR) gibt zu bedenken, dass »negative Auswirkungen auf Bodenfunktionen ausgeschlossen wer- den« sollten. Ein entsprechendes Gütesie- gel soll helfen, wie das freiwillige Euro- päische Pflanzenkohle Zertifikat (EBC). »Da sind wir aktuell dran«, sagt Kick. Ziel sei »ein dezentraler Kreislauf, in welchem Abfallstoffe, die keiner mehr benötigt, zu einem Nutzprodukt werden, das den Bo- den wieder fruchtbarer macht«. Die Ver- fahren – das des Fraunhofer IGB sowie das des Fraunhofer UMSICHT – lassen sich nicht nur gut kombinieren, sondern sind auch bereits auf dem Sprung zum indus- triellen Einsatz. zurück zu Seite 1 75 a p d / l e x i p y r t n u o C : o t o F

3 | 23 So sähen viele den Herrscher im Kreml gerne: Auch von Putin hinter Gittern kursieren zahlreiche Fälschungen im Netz. Der Hipster-Papst in stylischer Daunenjacke ging viral. Verräterisch ist allein das Kreuz, das nur einseitig an der Kette hängt, und eine unnatürlich wirkende Hand – eine häufige Schwachstelle von KI-generierten Bildern. Mittlerweile kaum noch als Fälschung zu erkennen: mithilfe von Künstlicher Intelligenz generierte Bilder. Sie verhelfen Fake News zu mehr Glaubwürdig- keit – und bewirken dadurch, dass ihre Reichweite steigt. Bilder von Donald Trumps angeblicher Verhaftung machten im März auf Social Media die Runde. Erstellt und veröffent­ licht hatte sie der amerikanische Journalist Eliot Higgins im Zusammenhang mit dem Verfahren gegen Trump vor einem New Yorker Gericht. 5 V y e n r u o d M i j t i m t r e i r e n e g e l l a / v a l s z ě t í V a n i l a M i , s n g g H t o i i l E , r e i v a X o b a P l : s o t o F zurück zu Seite 1 77

Meeresfarmen belasten die Wasserqualität. Ein neues System will das ändern. NORWEGEN Nachhaltige Aquakultur An einer umweltfreundlichen Techno- logie zur Reinigung von kontaminierten Abwässern in der Lachszucht arbeiten Forschende aus Norwegen, Belgien und Deutschland im Projekt WeBoat. Zur Bekämpfung von Läusen werden Lachse aus Aquakulturen mit Medika- menten behandelt. Die Prozedur wird auf sogenannten Wellboats durchge- führt – Boote, die über Meerwasser- tanks mit einem Fassungsvermögen von durchschnittlich 3000 Kubikmetern verfügen. Anschließend wird das ver- unreinigte Entlausungsabwasser wie- der ins Meer geleitet. Zukünftig sollen in einem mehrstündigen Verfahren aus Filtration und u. a. UV-Bestrahlung die Entlausungsmittel an Bord neutralisiert werden. Für das Wasseraufbereitungs- system entwickelt das Fraunhofer-Insti- tut für Keramische Technologien und Systeme IKTS nanoplasmonische opti- sche Biosensoren. Diese reagieren mit ihrer angepassten Oberfläche gezielt und hochsensitiv auf die Entlausungs- mittel, die so detektiert und in ihrer Konzentration bestimmt werden kön- nen. Mit der Überwachung in Echtzeit kann sichergestellt werden, dass nur geprüftes Abwasser ohne Medikamen- tenrückstände zurück ins Meer gelangt. ÖSTERREICH Styropormüll verringern Expandiertes Polystyrol, auch als Styro- por oder EPS bekannt, ist zu 100 Pro- zent recyclingfähig. In Österreich wird es derzeit zu etwa einem Viertel bei Baumaterialien und zur Hälfte bei Ver- packungen wiederverwertet – aller- dings meist nur als Schüttgut, mit dem man beispielsweise unebene Böden ausgleichen und dämmen kann. For- scherinnen und Forscher von Fraun- hofer Austria arbeiten im Projekt EP- Solution mit zwölf Partnern daran, den Anteil von recyceltem EPS deutlich zu erhöhen und es in neuen Styropor- Pro dukten zum Einsatz zu bringen. Ein Schwerpunkt des Projekts liegt auf Bauen muss klimafreundlicher werden – auch durch Einsatz von Rezyklaten. stark verunreinigtem Baustyropor, das zudem mit dem Flammschutzmittel HBCD belastet ist. Dem Forschungs- team gelang es, das EPS von den Fremdkomponenten fast vollständig zu trennen. Mit dem vom Fraunhofer- Institut für Verfahrenstechnik und Ver- packung IVV entwickelten lösemittel- basierten Recyclingprozess CreaSolv lässt sich auch das HBCD lösen und Polystyrol-Rezyklat zurückgewinnen. 3 | 23 ITALIEN KI als Restaurator Verschwundene Farben auf antiken Statuen, verblasste historische Textilien oder Gemälde – Kunstwerke in ihrer ur- sprünglichen Farbgebung erlebbar ma- chen und bewahren wollen die Wissen- schaftlerinnen und Wissenschaftler im EU-Projekt PERCEIVE. Das Fraunhofer- Institut für Graphische Datenverarbei- tung IGD entwickelt eine Künstliche Intelligenz (KI), die sowohl die Farb- gestaltung rekonstruiert als auch die Veränderung über die letzten Jahrhun- derte nachzeichnet und den künftigen Zustand vorhersagt. Die KI wird unter anderem mit Daten zu Materialien und Oberflächentexturen, historischen Farb- veränderungen oder chemisch-physika- lischen Eigenschaften von Farben trai- niert. Sie kann sogar abschätzen, wie das Kunstwerk und seine Farben bei un- terschiedlichem Lichteinfall wirken. Das Forschungsprojekt startete mit einer Auftaktveranstaltung im Archäologi- schen Nationalmuseum Neapel. Ziel ist es, die Instandhaltung von Kunstwerken europaweit zu koordinieren und zu op- timieren. Die KI soll auch virtuelle Aus- stellungen bereichern. Wie sah diese Statue der Aphrodite (Archäolog. Nationalmuseum Neapel) ursprünglich aus? zurück zu Seite 1 79 . 0 3 A S - Y B C C / l e b a K s a h t t a M i , o t o h p k c o t s i e l l a / o t o f i p e p , i n e r e t n D n a v s e u q c a J , 6 8 n n i s f r a h c S , l d e f n e k r i B e t t e n n A : s o t o F

3 | 23 hofer-Forschenden eine Analyse- und Testumgebung (AuT) etabliert. Die Plattform für Integrationstests kom- plexer heterogener Systeme ermöglicht es bei groß an- gelegten taktischen Übungen, reale Fahrzeuge oder Truppen mit simulierten Systemen zu verbinden. Ota: »Man muss nicht eine ganze Kompanie auf dem Übungs- platz bewegen, sondern trainiert beispielswiese mit einer einzelnen Gruppe von Panzern, ergänzt diese mit simulierten Einheiten und erhält am Ende sozusagen ein komplettes taktisches Übungsszenario.« Erprobt wird weiterhin die Interoperabilität von neu entwi- ckelten Geräten wie etwa Drohnen oder Fahrzeugsen- soren, die in zukünftige Systeme integriert werden. Zudem arbeitet das Fraunhofer FKIE-Team zu- sammen mit Partnern an unterschiedlichen inter- nationalen Standards wie C2SIM (Command and Con- trol Systems – Simulation Systems Interoperation) und MIP (Multilateral Interoperability Programme). Während MIP eine gemeinsame Schnittstelle für den Informationsaustausch zwischen Führungsinforma- tionssystemen aller Beteiligten gewährleistet, koppelt C2SIM Führungsinformations-Systeme mit Simula- tions-Systemen. Projektleiterin Magdalena Dechand erklärt: »Dahinter steckt der Gedanke, die Interope- rabilität der Schnittstellen in Führungsinformations- Systemen mithilfe von Simulationen auszutesten. Die Simulationssysteme nimmt man später einfach her- aus. Dann verhalten sich die Führungssysteme im realen Einsatz exakt so, wie es zuvor erprobt wurde. So kommen wir schnell und kostengünstig zu funk- tionierenden Lösungen.« Entscheidungen in Stress situationen Doch Technik und einheitliche Standards sind nur ein Baustein des Erfolgs. Nicht umsonst steht das »E« im Institutskürzel FKIE für Ergonomie. Denn die Systeme, mit denen die komplexe Informationsflut angezeigt, ausgewertet und weitergeleitet wird, müs- sen besonders in Stresssituationen leicht bedienbar sein. Die Expertinnen und Experten des Fraunhofer FKIE setzen hier auf die Reduktion von Komplexität; beispielsweise verwendet C2SIM vertraute Konzepte aus dem MIP-Modell. Auch in anderer Hinsicht spielt der menschliche Faktor die entscheidende Rolle. Wenn sich unterschied- liche Nationen in der NATO, mit ihren jeweils eigenen Sicherheitsnormen und Interessen, auf gemeinsame Standards und Normen für Kommunikation und Da- tenaustausch einigen wollen, ist das eine echte Her- ausforderung. Daniel Ota sagt: »Die große Herausfor- derung besteht oftmals nicht darin, eine technisch perfekte Lösung zu finden. Sie besteht eher darin, einen Kompromiss zu finden, den alle Partner auch wirklich akzeptieren und umsetzen wollen.« E I K F r e f o h n u a r F , e c n a i l l a e r u t c i p / R E K O R B e g a m i / l e o m s A a r g e i S : s o t o F International verständlich: Der Rank Patch dieses Stabsunteroffiziers der Bundeswehr nennt auch seinen Dienstgrad in NATO- und US-Rangcodes. zurück zu Seite 1 81

3 | 23 Foto & Fraunhofer Mehr Moor Schaurig ist's, übers Moor zu gehen? Sümpfe ha- ben ein Imageproblem. Doch das Narrativ vom mystischen Ort der Mumifizierung hat ausgedient, denn Moore haben das Zeug zum Klimaretter: Ob- wohl sie nur drei Prozent der Erdoberfläche aus- machen, binden sie ein Drittel des terrestrischen Kohlenstoffs. Pro Jahr entziehen die Moorflächen der Atmosphäre außerdem bis zu 250 Millionen Tonnen des Treibhausgases Kohlendioxid. In Deutschland allerdings sind 98 Prozent der ursprünglich vorhandenen Moorflächen trocken- gelegt und werden nun meist landwirtschaftlich genutzt. Dadurch kommt Sauerstoff an den im Torf gespeicherten Kohlenstoff, was zu einer Frei- setzung von Kohlendioxid und des noch klima- schädlicheren Lachgases führt. Entwässerte Moo- re sind für gut 40 Prozent der landwirtschaftlichen Treibhausgasemissionen verantwortlich. Die Wiedervernässung ehemaliger Sümpfe ist Bestandteil der 2022 verabschiedeten Natio- nalen Moorschutzstrategie der Bundesregierung. Doch durch derlei Renaturierungsmaßnahmen gehen der Landwirtschaft wichtige Nutzflächen verloren. In der Initiative »Biogene Wertschöp- fung und Smart Farming« forschen die Fraun- hofer-Institute für Verfahrenstechnik und Ver- packung IVV sowie für Graphische Datenverar- beitung IGD deshalb an Nutzungsmöglichkeiten für sogenannte Paludikulturen, also von Pflanzen, die in Mooren wachsen. Damit aus Schilf, Rohr- kolben und Co. ein Werkstoff für biobasierte Ver- packungen wird, analysieren die Wissenschaft- lerinnen und Wissenschaftler diese Pflanzen, entwickeln Verarbeitungsverfahren, untersuchen Wechselwirkungen mit anderen Rohstoffen und führen Materialprüfungen durch. In der Hoff- nung, dass sich die Renaturierung ehemaliger Sümpfe für Klima und Landwirtschaft gleicher- maßen lohnt. Und es schon bald wieder mehr schaurig-schöne Moore gibt. . e d h c i e r r e d l i b , h c i e R s a m o h T : s : o o t t o o F F zurück zu Seite 1 83

3 | 23 am Fraunhofer IIS an: Mit mathematischer Op- timierung bestimmten Laura Brouer und ihr Team die relevantesten Bargeldbezugspunkte im Not- und Krisenfall sowie die bestmögliche Bargeldbelieferung. »Mathematische Optimierung ermöglicht es, ein Entscheidungsproblem strukturiert darzu- stellen. Wenn man alle relevanten Daten bereit- stellt, erhält man am Ende die optimale Lösung«, erläutert Laura Brouer und nennt ein konkretes Beispiel: »Sie wollen wissen, wie Sie Ihren Ruck- sack optimal packen können. Hierfür benötigen Sie Daten sowohl über den Rucksack, zum Beispiel sein Volumen und die maximale Traglast, als auch über die verschiedenen Gegenstände, die Sie ein- packen wollen, wie etwa Nutzen, Größe und Ge- wicht. Es gibt verschiedene Möglichkeiten – man kann beispielsweise Gegenstand A und B einpa- cken oder Gegenstand B und C –, es existiert aber nur eine optimale Lösung, also ein gepackter Ruck- sack, der maximalen Nutzen bringt.« In Bezug auf die Bargeldbezugspunkte bedeu- tet mathematische Optimierung: Aus den unend- lichen Möglichkeiten, welche Bargeldautomaten »Man hortet nicht nur Klopapier in der Krise, sondern auch Bargeld.« Laura Brouer, Fraunhofer IIS im Krisenfall funktionsfähig sein sollen, wählt der Algorithmus die bestmögliche Abdeckung. Den Akteuren steht dann ein Lageplan zur Ver- fügung, der Aufschluss darüber gibt, welche Auto- maten möglichst mit Bargeld beliefert und/oder mit Notstromaggregaten betrieben werden sollen. Zentrales Datenregister als Basis Entscheidend ist eine umfassende und qualitativ hochwertige Datenbasis: »Um zu entscheiden, wel- che Geldautomaten relevant sind, muss erst mal bekannt sein, wo es welche Bezugspunkte gibt. Ein zentrales Verzeichnis existiert allerdings bislang nicht«, erklärt die Wissenschaftlerin. Deshalb ha- ben die Forschenden auf die frei nutzbare Daten- bank OpenStreetMap (OSM) zurückgegriffen. Dort werden Geodaten gesammelt und strukturiert. Einziger Nachteil: Die Qualität der Daten hängt davon ab, wie fleißig die Community die Infor- mationen pflegt. Laura Brouer hofft jedoch darauf, in absehbarer Zeit verlässlichere Daten nutzen zu können: Derzeit arbeitet die Deutsche Bundesbank an einem zentralen Bestandsregister. zurück zu Seite 1 85 i l e r u t c i p n a p / g r e b e g g ü R s i d r o h T , o t o h p k c o t s i / 4 7 d a W l : s o t o F

Fraunhofer vor Ort Düsseldorf Frankfurt Nürnberg München 3 | 23 Düsseldorf 13. – 16. November 2023 MEDICA Internationale Leitmesse für Medizintechnik Düsseldorf 13. – 16. November 2023 Compamed Internationale Leitmesse für die medizintechnische Zulieferbranche München 5. – 8. September 2023 IAA Mobility (Summit) Internationaler Treffpunkt für die Mobilität der Zukunft Nürnberg 10. – 12. Oktober 2023 it-sa Fachmesse und Kongress für Informationssicherheit Frankfurt a. M. 7. – 10. November 2023 Formnext Internationale Fachmesse für additive Fertigungs- technologien Fraunhofer-Magazin Das Magazin für Menschen, die Zukunft gestalten Wollen Sie das Fraunhofer- Magazin sofort bei Erscheinen in Ihrem Briefkasten – kostenlos? Bestellen Sie direkt online unter http://s.fhg.de/bestellen zurück zu Seite 1 87 3 | 23»Wir brauchen noch mehrForschung!«Bundesumweltministerin Steffi Lemke im InterviewDr. Benedikt Hauer, Fraunhofer IPMKunst stoffVon der Umwelt sünde zum Zukunfts-materialRisiko MoskitoNeue Lösungen im Kampf gegen MückenSouveränität aus dem All 200 Satelliten für mehr Sicherheit2 | 23Kevin Bregler vom Fraunhofer IPA hat den Roboter CURT (l.) entwickeltLebensmittel: Versorgung für die ZukunftMegachance Metaverse – wie der Digitale Zwilling jetzt schondie Industrie verändert»Überall liegen Möglichkeitenfür neue Wert-schöpfung.«CDU-Vorsitzender Friedrich Merz im InterviewWie wirsicheressen1 | 23Nachhaltig fahren Energie vom AutodachKI in der Medizin:mehr Tempo fürschnellere Heilung»Wir brauchen mehr Investitionen in die Digitalisierung!«Judith Gerlach, Deutschlands erste Digitalministerin, im InterviewSo machen Daten gesundBilliger bauenHohe Kosten, fehlende Fachkräfte – bereit für Robotik?Sina Mackay, Data Scientist am Fraunhofer IAIS