2024 – alles wird leichter Trends im Leichtbau 3 2 | 4 Jahrhundert- Gifte PFAS Auswege für Wasser, Wirtschaft, Welt Dr.-Ing. Georg Umlauf, Fraunhofer IGB, weist den Weg in Richtung sauberes Wasser. »Pragmatismus statt Brechstange« Ein Plädoyer von Dr. Martin Brudermüller, BASF SE »Ich fühle mich wie Knecht Ruprecht« Bundesfinanzminister Christian Lindner im Interview

4 | 23 Editorial Prof. Holger Hanselka Ziel. Jedoch sind die per- und polyfluorierten Alkylverbin- dungen in zahllosen Alltagsprodukten, aber auch in zu- kunftsweisenden Techniken wie Wärmepumpen, Batterien und Medizintechniken bislang kaum zu ersetzen. Die Titelgeschichte dieses Fraunhofer-Magazins berichtet darüber, an wie vielen kleinen und großen Stellschrauben Fraunhofer-Forschende drehen, um die Industrie auf diesem schwierigen, aber wichtigen Weg zu unterstützen. Die Herausforderungen der Zukunft werden wir nur im Schulterschluss von Wirtschaft, Politik und Forschung be- wältigen können. Deshalb freue ich mich sehr, wenn in der aktuellen Ausgabe dieses Fraunhofer-Magazins Dr. Martin Brudermüller, der Vorstandsvorsitzende des weltweit um- satzstärksten Chemiekonzerns BASF SE (und Alumnus des KIT), so leidenschaftlich für eine wettbewerbsfähige Che- mieindustrie und mehr Technologieoffenheit plädiert. Und ich freue mich, wenn Bundesfinanzminister Christian Lindner im Interview mit diesem Magazin versichert: »Es schmerzt mich nicht, Mittel einzusetzen – wenn sie gut in die Zukunftsfähigkeit des Landes angelegt sind.« Lassen Sie uns alle zusammenarbeiten, Forscherinnen und Forscher, Politikerinnen und Politiker, Verantwortliche aus der Wirtschaft. Bringen wir mit unserer Forschung die Wirtschaft in die Zukunft. Ihr Prof. Holger Hanselka Präsident der Fraunhofer-Gesellschaft Für Wirtschaft und Zukunft Von Prof. Holger Hanselka »Bei Fraunhofer werden die Lösungen für die zentralen Her- ausforderungen unserer Zeit entwickelt.« So sagte es Senats- vorsitzende Hildegard Müller bei meiner feierlichen Amtsein- führung. Von der Veranstaltung werden mir viele freundliche Worte im Gedächtnis bleiben, dieser Satz ganz besonders. Er ist nicht nur Anerkennung für unsere Fraunhofer- Gesellschaft. Er ist auch Auftrag und Ansporn für uns alle. Entscheidend für den Erfolg der Fraunhofer-Gesellschaft ist die konsequente Marktorientierung. Der Auftrag von Fraunhofer ist ganz klar der Transfer in die Wirtschaft. Als gemeinnützige Organisation ohne Gewinnerzielungsab- sicht unterstützt Fraunhofer Unternehmen bei der Ent- wicklung neuer Technologien bis zur Markteinführung – insbesondere kleine und mittlere Unternehmen, die mehr als die Hälfte des Kundenstammes ausmachen. Unser Kerngeschäft ist dabei die Vertragsforschung mit der In- dustrie sowie die Vergabe von Lizenzen und Patenten, aber auch Ausgründungen spielen eine wichtige Rolle. 375 Patentanmeldungen hat Fraunhofer im Jahr 2022 auf den Weg gebracht, 443 Erfindungen angemeldet, 7414 ak- tive Patentfamilien ausgezählt. Das sind Zahlen, auf die wir stolz sind und auf die unsere mehr als 30 000 Mitarbeiten- den zu Recht stolz sein können. Dahinter steckt viel Wissen, viel Können, viel Leidenschaft. Dahinter steht aber auch, was Fraunhofer in Deutschland und der Welt so einzigartig macht: das Fraunhofer-Modell. Durch seine ausgewogene Zusammensetzung aus Wirtschaftserträgen, öffentlichen Erträgen und Grundfinanzierung garantiert es die Markt- orientierung unserer Forschungs- und Entwicklungsarbeit und damit den Impact, den wir leisten können. Ich kann versichern, dass es ein Schwerpunkt meiner Amts- zeit als Präsident sein wird, die Stärkung der Wirtschaft vo- ranzutreiben. Nur die wirtschaftliche Stärke in Deutsch- land und Europa wird uns die Möglichkeit verschaffen, eine lebenswerte Zukunft zu gestalten. Hier geht es um die kon- sequenten Schritte, die sich zu den großen Fortschritten summieren. Machen wir es konkret: Wenn die Europäische Chemikalienagentur ECHA die sogenannten Ewigkeits- chemikalien PFAS verbieten will, dann ist das ein großes zurück zu Seite 1 3 r e i e m r e b O n a f e t S / r e f o h n u a r F : o t o F

35 Staffellauf des Wissens, Folge 10 Was ist bei der Lebensmittel-Ver- sorgung wichtiger: Nachhaltigkeit oder Sicherheit und Qualität, Frau Prof. Büttner? 38 PFAS – erkennen, ersetzen, entfernen Giftige PFAS sollen europaweit verboten werden. Die Probleme für die Industrie sind gewaltig 48 KI made in Germany: Mehr Mut! Fraunhofer-Forschende arbeiten an einer europäischen Alternative zu ChatGPT und Co 50 Das XXL-Müllproblem Windkraftanlagen werden immer größer. Was passiert mit ausran- gierten Rotoren? 54 »Mangelnde Sicherheit ist kein Kavaliersdelikt« Wie sicher ist das Smart Home? 58 Lass uns reden Wie digitale Sprachanalyse bei der Erkennung von Krankheiten hilft 80 Hüter des Mikroben-Schatzes Im Fraunhofer IME lagert eine der weltweit größten Sammlungen von Bakterien und Pilzen mit riesigem Potenzial für die Bekämpfung von Krankheiten. 4 | 23 68 Schoko-Genuss ohne Abstriche An einer zartschmelzenden Schokolade ohne Milch arbeiten Forschende am Fraunhofer IVV. 60 Mehr Salz im Meer? Die Klimaerwärmung ändert die Salinität der Ozeane 62 Damit es nicht ins Auge geht Augenverträglichkeit im Reagenz- glas testen statt mit Tierversuchen 64 Hightech gegen Minen Sprengfallen mit weniger Risiko entschärfen 68 Schoko-Genuss ohne Abstriche Eine süße Gaumenfreude für alle, die auf Milch verzichten 86 Das Polly-Projekt Kein Zutritt für fremde Tiere dank intelligenter Katzenklappe. 79 Date mit der Forschung Mit der Fraunhofer-Match-Platt- form ganz einfach den passenden Projektpartner finden 80 Hüter des Mikroben-Schatzes Fraunhofer-Expertinnen und -Experten forschen an Natur- stoffen, die heilen können 83 Von der Socke zur Sicherheit Wie Hightech älteren Menschen das Leben leichter macht 84 Foto & Fraunhofer Was verbirgt sich im Inneren eines Astronauten-Overalls? 86 Das Polly-Projekt Forschende am Fraunhofer IDMT entwickeln eine Katzenklappe mit Gesichtserkennung 70 Schicht für Schicht klare Sicht 87 Fraunhofer vor Ort Ein neues optisches Schichtsystem hilft gegen Beschlagen 72 Fraunhofer international 74 Das Leben ist süß Wunderwerk Zucker: Die Glyko- biotechnologie eröffnet neue Möglichkeiten 76 Künstliche Intelligenz für eine bessere Medizin Krebs schneller erkennen und effizienter behandeln – dank KI zurück zu Seite 1 Mehr als 1500 Orte sind in Deutschland mit PFAS kontaminiert, davon werden rund 20 Prozent im »Forever Pollution Project« als Hotspots eingestuft. In dem Projekt wurden insgesamt 100 Datensätze aus ganz Europa gesammelt und ausgewertet. Eine wichtige Quelle für Deutschland: die SumPFAS- Studie des Fraunhofer IME. 20 ; s e g a m i - o g a m i / l e g e p s s e g a T r e D i , g n u t r a H d n r e B , n e b e l l o H n o v n a J : e t i e s k c ü R d n u r e v o C s o t o F i l g b e H e k i e r a M , e n i l n O 1 F / y s k c o t S / n e h C l l i J , k c o t S e b o d A / F n e h c s h c u l , g n u t r a H d n r e B , e c n a i l l a e r u t c i p / k e h t o t o h p , n e b e l l o H n o v n a J : t l a h n I s o t o F 5

derzusetzen. Eine gute Betriebsgemeinschaft und identitätsstiftende Maßnahmen sind notwendig, um eine langfristige Bindung und gemeinsame Innovationsfähigkeit sicherzustellen. Vom Ausnahmezustand zum »New Normal« Wie hat sich unsere Arbeitswelt nach Corona entwickelt? Das untersucht eine neue Studie des Fraunhofer-Instituts für Arbeitswirtschaft und Organisation IAO und der Deutschen Gesellschaft für Personalführung e.V. (DGFP). Die Ergebnisse zeigen: Hybrides Arbeiten ist in deutschen Un- ternehmen mittlerweile Standard. In fast einem Drittel der befragten 400 Firmen gibt es sogar keine Anwesenheitsquoten mehr, eine flexible Büroorganisation und Einsparungen von Büro- flächen werden zur Selbstverständlichkeit. Auch das mobile Arbeiten im EU-Ausland wird immer häufiger möglich. Die komplette Studie zum Download gibt’s hier: https://s.fhg.de/hybrides­arbeiten 4 | 23 Das tägliche Mitein­ ander wird nicht nur durch Betriebsverein­ barungen, sondern vor allem durch individuelle Team­ Regeln bestimmt. In Bezug auf die Folgeerscheinungen der hy- briden Arbeitsformen zeichnen sich für Studien- leiterin Dr. Josephine Hofmann vom Fraunhofer IAO jedoch auch negative Entwicklungslinien ab. So bringe die hybride Arbeitswelt Schwierigkeiten bei der Integration, Vernetzung und dem Wissens- austausch von Mitarbeitenden mit sich. Um gegen- zusteuern, empfiehlt sie Unternehmen, sich stär- ker mit ihrer Rolle als »sozialem Ort« auseinan- Laser schneidet unter Wasser S W I r e f o h n u a r F , k c o t S e b o d A / n a e D t o b o r D , s e g a m i i s u i t i r u a m e d e b / 1 6 d n e t s e W / t o k s a M , l d o g n I l i e n a D : s o t o F Der kurzwellige grüne Laser arbeitet effizient und umwelt­ freundlich. Mithilfe besonders kurzwelliger grüner Laser ist es Forschenden des Fraunhofer-Instituts für Werkstoff- und Strahltechnik IWS gelungen, unter Wasser Stahl und andere Metalle zu bearbeiten. Gegenüber heute üblichen Verfahren mit Sägen, Sägeseilautomaten und Plasmaschneidern benötigt das Unterwasserlasern vergleichsweise wenig Energie, die Kraftübertragung ist effizienter. Neue Unterwasser-Fertigungstechnolo- gien sind unter anderem Voraussetzung für die schnel- le Erschließung der Offshore-Windenergie. Die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler nutzen das Wasser als Werkzeug, um die entstehen- de Schmelze mit Druck aus der Schnittfuge auszu- treiben. Der Zuschnitt von Metall per Laser erfolgt bisher in einer trockenen Umgebung mit Infrarot- oder einer anderen langwelligen Laserstrahlung. Ko- axial zum Strahl entfernen in diesem Zuge Hilfsgase die Metallschmelze. Im Meer herrschen andere Be- dingungen: Wasser streut langwelliges Licht in alle Richtungen. Dadurch verpufft ein Großteil der Laser- leistung nach kurzer Distanz. Auch sind für das Hilfs- gas aufwendige Leitungssysteme nötig, die mit der innovativen Lösung aus dem Fraunhofer IWS über- flüssig werden. zurück zu Seite 1 7

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: Josef Oskar Seitz (V.i.S.d.P.), Josef Oskar Seitz (Chef redak tion), Dr. Sonja Endres, Beate Strobel Redaktionelle Mitarbeit: Dr. Janine van Ackeren, Dr. Katja Engel, Sirka Henning, Andrea Kauf- mann, Manuel Monte falcone, Kathrin Schwarze-Reiter, Stefanie Smuda, Mehmet Toprak, Yvonne Weiß Layout + Litho: Vierthaler & Braun Titelbild und Fotografie der Titelstrecke: Jan von Holleben Fotografie Leichtbau: Bernd Hartung 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 4 | 23 Großwärme­ pumpen können unterschiedliche grüne Wärme­ quellen für die Nutzung im großen Maßstab erschließen. Riesenkräfte für die Wärmewende Deutschland könnte seinen gesamten Wärmebedarf bis 200 Grad Celsius langfristig durch Wärmepumpen decken, ergab eine Fraunhofer-Studie. Voraussetzung ist eine kluge Weiterentwicklung der Großwärmepumpen-Technologie. D as Angebot von Umwelt- und Abwärme, das hierzulande über Wärmepumpen bereitgestellt werden könnte, übersteigt den Wärmebe- darf für Gebäude und industrielle Prozess- wärme bis 200 Grad Celsius. Dies ergab die Studie »Roll-out von Großwärmepumpen in Deutschland« der Fraunhofer-Einrich- tung für Energieinfrastrukturen und Geo- thermie IEG im Auftrag der Agora Energie- wende. In Summe beläuft sich die poten- zielle Wärmemenge, die Wärmepumpen aus CO₂-freien Quellen ohne Nutzung von Umgebungsluft liefern können, auf rund 1500 Terawattstunden. Wärmepotenziale bieten die oberflächennahe und tiefe Geo- thermie, See- und Flusswasser, industriel- le Abwärme, Abwasser, Kohlengruben so- wie Rechenzentren. Demgegenüber steht ein jährlicher Wärmebedarf für Tempe- raturen bis 200 Grad Celsius von gut 1000 Terawattstunden. Als Hoffnungsträger gilt die Großwär- mepumpe. »Unter den nachhaltigen Wär- metechnologien ist sie sicherlich der schla- fende Riese«, betont Fabian Ahrendts vom Fraunhofer IEG. Auf Basis der BMWK- Langfristszenarien zeigt die Studie, dass bis 2045 Großwärmepumpen 70 Prozent der Fernwärmeversorgung sicherstellen und somit einen Großteil des Erdgases er- setzen müssten. Um Großwärmepumpen-Konzepte vo- ranzutreiben, hat das Fraunhofer IEG in Bochum eine innovative Pilotanlage in Be- trieb genommen. Während des Sommers erwärmt Solarthermie das Wasser in einem bereits gefluteten Bergwerk auf 60 Grad Celsius. Während der Heizperiode dient das Grubenwasser als Wärmequelle für eine Hochtemperaturwärmepumpe und speist so Wärme in das lokale Fernwärmenetz. Zudem unterhält das Fraunhofer IEG in Cottbus zwei Prüfstände für Großwärme- pumpen. Der erste misst die Leistungsdaten von Aggregaten für bis zu einem Megawatt Heizleistung und Vorlauftemperaturen bis 90 Grad Celsius im realitätsnahen Betrieb und liefert die Basis für die Optimierung von Wärmepumpenprototypen. Der zweite führt einen Dauertest an einer 500-Kilowatt- Großwärmepumpe durch – Modell für eine Multimegawatt-Wärmepumpe, die Cottbus künftig mit Fernwärme versorgen soll. zurück zu Seite 1 9 a p d / a k s w o m i l o k S a k n o M i , e n i l n O 1 F / y s k c o t S / z e ñ u N i t n a S , B S O I r e f o h n u a r F : s o t o F

4 | 23 Alles wird leichter, ... Leichte Verbindung: Jana Gebauer, Forscherin am Fraunhofer IWS, sucht nach Möglichkeiten, Metalle mit Kunststoffen zu verheiraten. zurück zu Seite 1 11

4 | 23 … weil wir Dinge leichter machen! Der Leichtbau als Zukunftstechnologie: Eine Vielzahl innovativer Ansätze soll nicht nur die Masse von Bauteilen und Produkten senken, sondern auch Kosten und Klimabelastung. Von Beate Strobel, Fotografie: Bernd Hartung Leichter bauen: Mittels Pultrusionsverfahren will Michael Wilhelm am Fraunhofer ICT das Monomer Caprolactam für nachhaltige Leichtbau- strukturen nutzbar machen. zurück zu Seite 1 13

4 | 23 Leichter vorankommen: Dr. Saskia Biehl vom Fraunhofer LBF hat mit ihrem Projektteam ein Cargo-E-Bike nicht nur hinsichtlich Masse optimiert. zurück zu Seite 1 15

4 | 23 ger Seidlitz werden zwei Kugelspeichervarianten für Was- serstoff entwickelt. Schon die Form kann Masse einspa- ren: Physikalisch bedingt ist die im sonst üblichen Zylindertank benötigte Wandstärke doppelt so hoch wie in der Kugelvariante. »Reine Stahltanks besitzen zudem ein Vielfaches an Masse als solche aus CFK«, erklärt Seid- litz. Die hohe Masse erhöht die Treibstoffkosten, da auch Fahrwerk und Bremsen der Transportfahrzeuge entspre- chend verstärkt werden müssen. Und irgendwann steht dann die Frage im Raum, ob Wasserstoff tatsächlich eine umweltverträgliche Lösung sei. Um nicht unnötig viel der teuren Carbonfaser zu ver- wenden, wird im Projekt MUKRAN an Lösungen geforscht, um leichte und dennoch zuverlässige Wasserstoffspeicher zu gestalten. Hierfür entwickelt das Forscherteam des Fraunhofer IAP beispielsweise Sensoren, die mittels ge- druckter Elektronik auf den Faserverbundteilen appliziert werden – »möglichst Lage für Lage, damit wir mehr dar- über erfahren, was im Werkstoff unter Belastung passiert«, sagt Seidlitz. Erst mit diesem Wissen könne man effizient konstruieren und auslegen. Aber auch später, im Realbe- trieb der Hochdrucktanks, erweist sich die Sensorik als sinnvoll für die Zustandsüberwachung. Getestet werden die Tanks unter anderem im ZenaLeb (Zentrum für nachhaltige Leichtbautechnologien), eine vom Land Brandenburg geförderte Projektgruppe als Ko- operation zwischen dem Fraunhofer IAP und der BTU Cottbus-Senftenberg, die die Entwicklung effizienter Leichtbaustrukturen und deren Transfer in die Massen- produktion voranbringen soll. Den Schritt aus dem Labor in die Umsetzung hat eine andere In- novation bereits geschafft: Im Rah- men diverser, vom BMWK geför- derter Luftfahrtprojekte haben Forschende am Fraunhofer-Institut für Gießerei-, Composite- und Ver- arbeitungstechnik IGCV gemein- sam mit dem Luftfahrtzulieferer Premium Aerotec in Augsburg neue Technologien für die effiziente Her- stellung von CFK-Strukturbautei- len entwickelt, durch die letztend- l ich d ie T it a nbauweise der Flugzeugtür-Rahmenstruktur des Airbus 350 durch CFK substituiert werden konnte. »Die Türrahmenstruktur aus CFK ist nicht nur erheblich leichter, sondern aufgrund materialeffizi- enter und automatisierter Fertigungsprozesse wie dem Automated Fiber Placement auch wirtschaftlicher«, sagt Kevin Scheiterlein, Gruppenleiter Fiber Placement und Composite Molding am Fraunhofer IGCV. : s o t o F Wie sich die Circular Economy im Fall von CFK opti- mieren lässt, eruiert das Fraunhofer IAP mit fünf Koope- rationspartnern aus Wirtschaft und Wissenschaft im TransHyDE-Projekt MUKRAN. Unter der Leitung von Hol- zurück zu Seite 1 17 stellen, dass die Industrie, insbesondere der Mittelstand, die enormen Chancen des Leichtbaus zur Transforma- tion nutzen kann, müssen wir den Wissenstransfer aus der Wissenschaft in die Praxis beschleunigen.« Mehr Leichtigkeit gewinnen durch … kluge Werkstoff-Wahl »Das richtige Material zum richtigen Preis an der richtigen Stelle«: So formuliert Prof. Holger Seidlitz, Forschungsbe- reichsleiter Polymermaterialien und Composite PYCO am Fraunhofer IAP, eine der Erfolgsformeln für den Leicht- bau. Es gilt, den Werkstoff und die Bauteilgestaltung zu finden, die nicht nur mehr Leichtigkeit ermöglichen, sondern auch weiterhin die nötige Funktionalität und Sicherheit zu einem wirtschaftlich vertretbaren Preis garantieren. Als das »Schwarze Gold« des Leichtbaus gelten dabei Carbonfasern. Zum einen, weil sie wunderbar leicht sind und trotzdem sehr hohe Festigkeit aufweisen und somit als Substitut etwa für Metalle eine enorme Massenein- sparung erlauben. Und zum anderen, weil sie als carbon- faserverstärkte Kunststoffe (CFK) im Designprozess na- hezu beliebig formbar sind und dennoch dem Produkt eine große Steifigkeit und Festigkeit verleihen. Der Nach- teil: Die Herstellung der Fasern ist hochkomplex und ener- gieintensiv. In der »Carbon Lab Factory Lausitz«, einer länderübergreifenden Initiative von Sachsen und Bran- denburg, in der die Fraunhofer-Institute IAP und IWU, die Brandenburgische Technische Universität Cottbus-Senftenberg BTU und die TU Chemnitz eng zu- sammenarbeiten, sollen künftig »grüne« Carbonfasern entwickelt und produziert werden: Lässt sich die Faser aus regional nachwach- senden Rohstoffen spinnen? Und inwiefern können regenerative Stromquellen zu einer Verbes- serung des ökologischen Fuß- abdrucks der CFK-Produktion beitragen? Auch der Kreislaufge- danke, so Seidlitz, könne eine Transformation der Carbonfaser vom »Schwarzen« zum »Grünen Gold« des Leichtbaus forcieren: »Je länger eine Kohlenstofffaser im Kreislauf gehalten wer- den kann, desto besser für die Umwelt.« aus CFK ist nicht nur erheblich leichter, sondern aufgrund materialeffizienter und automatisierter Fertigungsprozesse auch wirtschaftlicher.« »Die Türrahmenstruktur Kevin Scheiterlein, Fraunhofer IGCV

4 | 23 Vibroakustische Metamaterialien: Die Welt leichter und leiser machen Metamaterial inside: Ein VAMM-Exponat demonstriert die Umsetzung der innovativen Idee. Neben seinen vielen Vorteilen besitzt der Leichtbau ein echtes Manko. Denn während alles, was viel Masse besitzt, kaum vibriert, bedeutet geringes Gewicht umgekehrt: häu- fig starke Schwingungsbereitschaft und hohe Schallab- strahlung. Um etwa eine Autofahrt so geräuscharm wie möglich zu gestalten, werden die oft nur aus dünnen Ble- chen bestehenden Autotüren in der Regel mit speziellen Schallschutzmatten gedämmt – verständlich aus Sicht der Akustikdesigner, aber problematisch für die Ziele des Leichtbaus. Das Fraunhofer-Institut für Betriebsfestigkeit und System- zuverlässigkeit LBF will auch dieses Hindernis auf dem Weg zur neuen Leichtigkeit beseitigen: Vibroakustische Meta- materialien könnten den Konflikt zwischen Massenverlust und Lärmschutz befrieden. »Metamaterialien sind künstlich hergestellte Werkstoffe mit Eigenschaften, die es so in der Natur nicht gibt«, erklärt Heiko Atzrodt, Forscher am Fraun- hofer LBF. Aufgrund von Wechselwirkungen zwischen dem Material und seiner besonderen Struktur können sie bei- spielsweise Lichtwellen beeinflussen und so um ein Objekt herumleiten, dass dieses nicht mehr zu sehen ist. Gut mög- lich also, dass Harry Potters Tarnumhang aus Metamaterial besteht. Die Forschenden am Fraunhofer LBF haben indes im Fraun- hofer-internen PREPARE-Projekt MetaVib ein Metamaterial entwickelt, das vibroakustische Fähigkeiten besitzt. »Wir generieren Mikrostruktur-Elemente, die in das Ursprungs- material integriert werden und so in gewissen Frequenzbe- reichen eine virtuelle negative Masse erzeugen«, erläutert Projektleiter Atzrodt. »Denn dort, wo keine virtuelle Masse existiert, können auch keine Vibrationen entstehen oder Schallwellen sich ausbreiten.« Die eingebrachten Resonato- ren entfalten ihre reduzierende Wirkung, wenn sie so an- geordnet werden, dass die Abstände zueinander kleiner sind als die halbe Wellenlänge der Luftschwingung, die sie reduzieren sollen. Nur dann erzeugen sie sogenannte Stopp-Bänder in der Schallübertragung, stoppen also die Ausbreitung der Luftschallwellen, überführen sie in Kör- perschallwellen und absorbieren diese schließlich. Eines der ersten Projekte mit vibroakustischen Metamateria- lien (VAMM) war »Silent Running«: Ziel war, eine Technologie zu entwickeln, mit deren Hilfe sich Mikroschwingungen von Raketenkomponenten minimierten lassen. Denn in der Raumfahrt kommt es nicht nur auf Gewichtsminimierung an, sondern auch darauf, dass möglichst wenig Vibrationen ent- stehen, um die Messungen mit optischen Instrumenten an Bord nicht zu beeinflussen. Die VAMM-Technologie wurde im Juli 2023 als »beste eingereichte Idee einer Forschungs- einrichtung seit Beginn des INNOSpace Masters« ausgezeich- net – ein von der Deutschen Raumfahrtagentur im DLR initi- ierter Wettbewerb, der Innovationen in der Raumfahrt kürt. Vibroakustische Metamaterialien haben den Vorteil, dass sie nicht auf bestimmte Werkstoffe limitiert sind. »Holz, Kautschuk, Reststoffe, Rezyklate – alles ist möglich«, erklärt Heiko Atzrodt. »Dadurch können gezielt Materialien zum Einsatz kommen, die nicht nur das Gewicht des Produkts, sondern auch dessen CO2-Fußabdruck verringern.« Im Pro- jekt MetaVib wurde nicht nur die Funktionsfähigkeit des Metamaterials als Schalldämpfung in der Autotür nachge- wiesen, sondern auch VAMM in unterschiedlichen Formen und mit individuell anpassbaren Funktionen entwickelt. Atz- rodt: »Inzwischen haben wir Standardkataloge, die eine Va- riation von Resonatoren und Werkstoffen auflisten und da- mit den Entwicklungsaufwand für den Einzelfall verringern.« In einem neuen Projekt setzt das Fraunhofer LBF die Inno- vationstechnologie nun gemeinsam mit der österreichi- schen ASFINAG in Lärmschutzwänden aus Glas um, mit deren Hilfe der Schall um bis zu 20 Dezibel gesenkt werden soll. Bereits eine Senkung um sechs Dezibel bedeutet für das menschliche Ohr eine Halbierung der wahrgenomme- nen Lautstärke. Die VAMM-Wände sollen demnächst auf ausgewählten Autobahnen und Schnellstraßen in Öster- reich erprobt werden. zurück zu Seite 1 19

Natürlich leichter: Dr.-Ing. Christian Beinert (l.) und Dr.-Ing. Felix Dillenberger forschen am Fraunhofer LBF an Biopolymer-Kompositen im Leichtbau – hier ein naturfaser- basiertes Organoblech, das tech- nische Bauteile verstärken kann. 4 | 23 sich zudem viele Formen realisieren. Auch an der Produk- tion von Hybrid-Profilen – Kombinationen aus faserver- stärkten Kunststoffen sowie anderen Materialien – wird am Fraunhofer IWU geforscht sowie daran, sogenannte FGL-Drähte zur Dehnungsmessung in die Profile einzu- ziehen und damit ein sensorisches Upgrade der Profile darzustellen. Bader ist überzeugt: »Pultrusion ist ein Ver- fahren, in dem noch viel Potenzial für den Leichtbau steckt.« Für das Leitprojekt ALBACOPTER, das vom Fraun hofer- Institut für Verkehrs- und Infrastruktursysteme IVI ko- ordiniert wird und bei dem sechs Fraunhofer-Institute ihr Wissen einbringen in die Entwicklung eines besonders leichten, nachhaltigen und aerodynamisch günstigen Droh- nenkonzepts, wurden am Fraunhofer-Institut für Chemi- sche Technologie ICT Pultrusionsprofile entwickelt, die aus faserverstärktem Thermoplast bestehen und für die Rah- menstruktur der Flugplattform verwendet werden. Bei der Transportbox der Drohne setzen die Forschenden auf die Monomaterial-Sandwichbauweise. »Dies ermöglicht eine hervorragende Rezyklierbarkeit am Ende der Lebensdauer, da die Box zwar aus mehreren Schichten – darunter auch Schaumschichten - bestehen, aber doch nur ein einziger Kunststoff verwendet wurde«, betont Michael Wilhelm, Gruppenleiter Strukturleichtbau am Fraunhofer ICT. Die Idee ist, dass ein derartiges Fluggerät eines Tages in Städten beispielsweise autonom Waren ausliefern könnte. Wilhelm arbeitet außerdem an der Weiterentwicklung des Pultrusionsverfahrens. Im Zentrum seiner Forschung steht das Monomer Caprolactam, die Basis von Polyamid 6. »Das Monomer ist so flüssig wie Wasser«, erklärt Wil- helm. »Dadurch lassen sich Verstärkungsfasern, etwa Glas- oder Carbonfasern, sehr gut durchtränken und werden bestens imprägniert.« Die thermoplastische Matrix er- mögliche zudem ein nachträgliches Verformen oder ther- misches Fügen der Teile. »Und am Ende des Lebenszyklus«, betont Wilhelm, »lässt sich das Material einfach zerklei- nern und im Spritzguss einer neuen Anwendung zufüh- ren – mit dem Vorteil, dass die Materialeigenschaften kaum limitierter sind als die von Spritzguss-Neuware. Das er- möglicht eine sehr einfache Kreislaufführung.« Die Herausforderung dabei: Aufgrund der geringen Zähflüssigkeit von Caprolactam werden spezielle Werk- zeuge und Verarbeitungsmaschinen benötigt. Im Projekt CaproPULL hat ein Konsortium aus dem Fraunhofer ICT und mehreren Wirtschaftspartnern dafür die in-situ- Pultrusion grundlegend entwickelt, wodurch das Mono- mer nun robust zu endlosfaserverstärkten thermoplas- tischen Profilen verarbeitet werden kann. Zum Einsatz kommen könnten solche Profile beispielsweise in der Automobilindustrie als lokale Verstärkungen, glaubt Wil- helm. Aber auch der Bausektor sei ein potenzielles Ein- satzfeld, denn: »Anders als Stahl korrodieren die zurück zu Seite 1 21

4 | 23 faserverstärkten Kunststoffe nicht«, erklärt der Experte. »Dies könnte die Lebensdauer von Bauwerken wie etwa Brücken deutlich verlängern.« einsatz sowie Individualisierbarkeit der Funktionen eine Gewichtseinsparung einzelner Bauteile von bis zu 50 Pro- zent bringen. »Wir wollen Metalle additiv verbinden, um ihre Eigenschaf- ten bestmöglich nutzen zu können« Christopher Singer, Fraunhofer IGCV Und was ist mit dem 3D-Druck als Game Changer im Leichtbau? Die additive Fertigung ist schließlich gut ge- eignet, um auch komplexe Geometrien mit Hohl- und Innenstrukturen zu erzeugen, und so Material und Masse einzusparen. Dieser Frage gehen Forschende der Fraunho- fer-Institute LBF und IWU in dem Verbundprojekt ECO2- LInE mit weiteren Industriepartnern nach. Aufgabe ist, naturfaserverstärkte Kunststoffbauteile zu entwickeln, mit denen sich zum einen Metallkonstruktionen ersetzen lassen und die zum anderen für das besonders schnelle additive Druckverfahren SEAM geeignet sind. »So wollen wir nachhaltige Komponenten für die Innen- und Außenanwen- dung in Fahrzeugen herstellen – egal, ob Auto, Bus oder Zug«, sagt Felix Dillenberger vom Fraunho- fer LBF. »Das 3D-Drucken ermög- licht uns im Bauteil-Design viel mehr Freiheitsgrade als etwa der Spritzguss.« Manchmal allerdings muss es einfach Metall sein. Bedeutet das zwingend auch viel Masse? In dem von der EU geförderten Projekt MADE-3D (»Multi-Material Design using 3D Printing«) forscht das Fraunhofer IGCV als Teil eines internationa- len Expertenteams seit Januar 2023 daran, wie sich leis- tungsfähige und doch leichte Multimaterial-Bauteile her- stellen lassen. »Wir wollen Metalle additiv miteinander verbinden, sodass ihre besonderen Eigenschaften bestmöglich genutzt werden können«, erklärt Christopher Singer vom Fraun- hofer IGCV. Die Idee der Legierung, also der Kreation von Werkstoffen, die aus mindestens zwei Elementen bestehen, ist entscheidend für den Leichtbau, da so die Talente ihrer Einzelbestandteile erhalten bleiben, aber das bei weniger Gewicht. Teure Metalle wie Titan müssen so zudem nur dort integriert werden, wo ihre Funktion von Bedeutung ist. »Als Verfahren betrachten wir vor allem das Laserstrahl- schmelzen sowie das Laserauftragsschweißen – beides ad- ditive Technologin, mit denen sich auch ausgefallene Struk- turen fertigen lassen und mit deren Hilfe sich die einzelnen Metalle gezielt in die Legierung einbringen lassen.« Der Einsatz von maschinellem Lernen soll dabei hel- fen, schneller zu idealen Materialdesigns für bestimmte Anwendungsfelder zu kommen – und so durch die Ver- wendung leichterer Metalle, durch geringeren Material- In der Verheiratung von Metallen mit faserverstärkten Kunststoffen übt sich das Fraunhofer-Institut für Werk- stoff- und Strahltechnik IWS. Beide Materialien einfach zu verkleben, sei nicht der richtige Ansatz, erklärt Jana Gebauer, Forscherin am Fraunhofer IWS: »Klebstoff muss nicht nur lange aushärten, sondern altert auch, was die Lebensdauer der Bauteile verkürzt.« Forschende am Fraun- hofer IWS haben deshalb alternative Lösungen erarbeitet, um Metalle und FKV zu verbinden. In einer davon erhält der Kunststoffverbund mittels Thermischem Spritzen eine Schutz- und Funktionsschicht aus Metall. Der Trick dabei, so Jana Gebauer, ist die Vorbehandlung des Kunststoffs: »Eine raue Ober- fläche allein reicht für diesen komplexen Spannungszustand nicht aus. Es bedarf einer Laser- struktur, um das heiße Metall mit dem kalten FKV zuverlässig zu vereinen.« Gepulste Laserstrah- lung legt in einem ersten Schritt punktgenau und schonend die Fa- sern in der Kunststoffmatrix frei, auf denen die Spritzpartikel Halt finden. Zusätzliche Vertiefungen wirken wie eine Klammer oder ein Klettverschluss. »Da das Thermische Spritzverfahren sich für eine Viel- zahl von Materialien eignet, ist die Technologie auch ska- lierbar für andere Funktionen und Branchen«, weiß Ge- bauer. In dem BMBF-Verbundprojekt CHIMERA wird dieses Verfahren aktuell eingesetzt, um ein Batteriegehäu- se mit elektromagnetischer Abschirmung zu entwickeln. Die ebenfalls am Fraunhofer IWS entwickelte Technologie HPCi® zum Verbinden von Metall und Kunststoffen mittels thermischem Direktfügen hat als Fügezange bereits den Transfer in den Karosserie- und Flugzeugbau geschafft. Ein anderes, ebenfalls am Fraunhofer IWS entwickel- tes Leichtbau-Konstruktionsprinzip ist das sogenannte Laserwalzschweißen. »Damit können wir Leichtbauplat- ten schnell und kostengünstig herstellen – und das be- sonders langlebig sowie ganz ohne Klebstoff, was das Re- cycling erleichtert«, erklärt Andrea Berger, Forscherin am Fraunhofer IWS. Im Kern der Sandwich-Paneele befindet sich eine leichte Hohlkammerstruktur aus Metall, auf die dann beidseitig dünne Bleche fixiert werden. Diese wer- den über zwei Walzen auf die Innenstruktur abgerollt, während ein gescannter Laserstrahl oben und unten blitz- schnell und punktgenau die Metalloberfläche im Walz- zurück zu Seite 1 23

4 | 23 : s o t o F Leichter gestalten: Mit einer mächtigen Presse lässt Rico Schmerler am Fraunhofer IWU klug designte Bleche für nachhal- tigere Batterien von E-Autos fertigen. zurück zu Seite 1 25

D ie chemische Industrie befindet sich in dem wohl größten Wandel ihrer Geschichte: Eine der emis- sions- und energieintensivsten Branchen will klimaneutral werden. Dafür braucht es bahnbrechende Innovationen, aber auch die richtigen Rahmenbedingungen und politischen Pragmatismus. BASF steht hin- ter dem Green Deal. Deshalb arbeiten wir mit aller Kraft daran, BASF bis 2050 auf Netto- Null-Emissionen zu bringen. Doch wie sieht die Chemie der Zukunft bei BASF aus? Chemie ist überall. Sie ist die »Industrie der Industrien« und liefert ihre Produkte in nahezu alle Branchen. Chemie ist vor allem dort, wo es grüner werden muss. Harze ma- chen Windparks wetterfest. Solaranlagen funk- tionieren nur mit Elektronikchemikalien und Batteriematerialien ermöglichen erst die E- Mobilität. Aber: Die Chemie verursacht hohe CO2- Emissionen. Das ändern wir. Ein wichtiger Hebel ist die Umstellung unserer Strom- und Dampfversorgung von grau auf grün. Vor we- nigen Wochen ging zum Beispiel vor der nie- derländischen Küste mit BASF-Beteiligung einer der größten Offshore-Windparks der Welt an den Start – ohne jegliche Subventionen. Rund die Hälfte des Grünstroms fließt an un- sere Standorte in Europa. In Zhanjiang in Süd- china werden wir unseren neuen Verbund- standort vom ersten Tag an mit 100 Prozent Grünstrom betreiben. Für eine CO2-arme Produktion entwickeln wir zudem neue Technologien, die wir in Pi- lotprojekten erproben – vor allem bei den emis- sionsintensiven Basischemikalien, den Grund- bausteinen für Tausende unserer Produkte. Ein Beispiel: Anfang 2024 geht in Ludwigs- hafen die weltweit erste Demonstrationsan- lage für elektrisch betriebene Steamcracker- Öfen in Betrieb. Mit dieser Technologie ver- ringern wir den CO2-Ausstoß bei der Herstel- lung von Ethylen und Propylen um über 90 Prozent. Wir testen auch, wie die Wasserelek- trolyse im industriellen Maßstab zur Wasser- stoff-Produktion funktionieren und die CO2- intensive Dampfreformation ersetzen kann. Weniger CO2 in der Produktion ist wiede- rum Voraussetzung dafür, dass wir unseren Kunden Produkte mit einem verringerten CO2- Fußabdruck anbieten können und sie so bei ihren Klimaschutzzielen unterstützen. Wir berechnen regelmäßig die CO2-Fußabdrücke aller 45 000 BASF-Verkaufsprodukte. Auf Ba- 4 | 23 sis dieser Informationen optimieren wir unse- re Abläufe, setzen verstärkt CO2-reduzierte, erneuerbare Rohstoffe ein und bauen unser Portfolio von »Low-Carbon-Produkten« aus. Wir bei BASF sind willens und auf einem guten Weg zur Klimaneutralität. Wir sind je- doch darauf angewiesen, dass auch die Politik ihre Hausaufgaben macht. Sie muss dafür sor- gen, dass Klimaschutz und Wettbewerbsfähig- keit Hand in Hand gehen. Vier Punkte sind essenziell: Erstens: Mehr Pragmatismus. Europa ver- fügt bereits über eine der umfassendsten und effektivsten Chemikalien-Regulierungen welt- weit. Mit dem Green Deal wird sie noch um- fangreicher: Rund 14 000 Seiten sind schon zu- sammengekommen. Es braucht aber keine Re- gulierungswut mit der Brechstange, sondern Vorgaben, die sich pragmatisch umsetzen lassen. Zweitens: Mehr Tempo. Fast alle klima- freundlichen Technologien basieren auf grüner Energie. Wir brauchen daher einen deutlich be- schleunigten Ausbauplan für die Erneuerbaren in Europa. Die Ansätze für schnellere Planungs- und Genehmigungsverfahren sind gut. Sie müs- sen nun auch zügig Realität werden. Drittens: Mehr Offenheit. Viele Techno- logien für eine klimaneutrale Zukunft kennen wir noch nicht. Wir müssen daher offen für Neues bleiben, statt mit Denkverboten Inno- vationen zu verhindern. Leider diskutieren wir in Europa mit viel Hingabe über mögliche Gefahren und verbannen neue Technologien – statt mit einer vernünftigen Risikoabwägung ihre Chancen zu nutzen. Viertens: Mehr Investitionsanreize. Der klimaneutrale Umbau der Wirtschaft kostet viel Geld. Das Problem: Es sind oft noch In- vestitionen ohne Geschäftsmodell. Wir bei BASF gehen sie trotzdem an – aus unterneh- merischer Verantwortung und als Teil des glo- balen Innovationswettlaufs. Gleichwohl braucht es Reallabore und eine unbürokrati- sche Förderung, um Wachstum aus innovati- ven Denkansätzen zu generieren. Und: Pio- nierarbeit muss sich lohnen. Wie Anreizsys- teme funktionieren, zeigen die USA eindrucks- voll mit dem »Inflation Reduction Act«. Das Ziel von Wirtschaft, Politik und Ge- sellschaft sollte also lauten: Wir wollen eine grüne Transformation, die Klimaschutz, In- novation und Wettbewerbsfähigkeit pragma- tisch und wirksam verbindet. Nur so wird aus einer ambitionierten Vision eine Erfolgsge- schichte für alle. 27 »Es ist keine Zauberei: Mit Innovationen aus der Chemie wird die grüne Transformation gelingen.« Dr. Martin Brudermüller leitet als Vorstandsvorsit- zender BASF, den größten Chemiekonzern der Welt, mit über 110 000 Mitarbei- tenden in 91 Ländern. wurde 1961 in Stuttgart geboren. Nach dem Studi- um der Chemie, Promo- tion und Postdoc-Aufent- halt an der University of California, Berkeley, USA, begann er 1988 seine berufliche Laufbahn bei BASF. Nach mehreren Jah- ren in der Forschung folg- ten unterschiedliche Funk- tionen und Stationen im In- und Ausland. ist seit 2006 Mitglied des Vorstands, 2018 hat er den Vorsitz übernommen. hat zahlreiche Ehrenämter inne, u. a. ist er Präsident des Europäischen Chemie- verbands, Cefic, Mitglied im Präsidium des Bundes- verbands der Deutschen Industrie und Vizepräsi- dent des deutschen Ver- bands der Chemischen Industrie, VCI. zurück zu Seite 1 E S F S A B : o t o F

Herr Lindner, Politik wirkt in diesen Wochen wie Weihnachten: Jeder darf sich etwas wünschen. Sie tragen ja gerne einen weißen Bart – fühlen Sie sich wie der Weihnachtsmann? Wenn ich an die kreativen Wünsche nach Steuererhöhungen denke, eher wie Knecht Ruprecht. Als Finanzminister haben Sie die Schuldenbremse hartnäckig verteidigt. Wo muss Deutschland aufs Gaspedal drücken? Der Handlungsbedarf in Deutschland ist für jeden erkennbar. Investitionen in Infrastruktur, Digitalisierung und Bildung müssen unsere Pri- orität sein. Dafür sind ausreichend öffentliche Mittel vorhanden, wenn wir vernünftig priori- sieren. Und gerade mit Blick auf die wirtschaft- liche Wettbewerbsfähigkeit können wir auch ohne Geld viel erreichen – ich denke da etwa an Entbürokratisierung und die Beschleunigung von Planungs- und Genehmigungsverfahren. Wir hatten den »Doppelwumms« für die Energiepreisbremsen, die »Zeitenwende« für die Bundeswehr, die »Bazooka« aus der Corona-Anfangszeit. Müssen Sie an Deutsch- lands Zukunftsfähigkeit sparen, damit wir in der Vergangenheit die Gegenwart bewältigen konnten? Krisen der Vergangenheit, aber auch der Um- stand, dass die Zeit vor der Corona-Krise zu wenig für Zukunftsinvestitionen genutzt wur- de, schränken in der Zeit der Zinswende unse- ren Handlungsspielraum ein. Ich möchte den Blick nach vorne richten. Weil so viel liegen geblieben ist, ist auch die Möglichkeit für Ge- staltung besonders groß. Bleibt hinter all dem Krisen-Wortge- donner noch Raum, um Zukunft zu gestalten? Krisenbewältigung und Zukunftsgestaltung gehen hier Hand in Hand. Wenn wir die größten Effekte der Krise betrachten – steigende Preise für fossile Energie, das Ende der Vernachlässi- gung unserer Bundeswehr –, dann waren das alles Aufgaben, die wir ohnehin hätten lösen müssen. Mancher würde sich dafür vielleicht mehr Zeit wünschen. Aber ein Wegducken vor diesen Aufgaben wäre für verantwortungsvolle Politik nicht möglich gewesen. Wie wollen Sie sicherstellen, dass Deutschland für seine Zukunft ausreichend in Digitalisierung, Klimaschutz und Technologie investieren kann? 4 | 23 »Es schmerzt mich nicht, Mittel einzuset- zen – wenn sie gut in die Zukunftsfähigkeit des Landes angelegt sind. Das sind sie für mich vor allem bei Investitionen in Digi- talisierung, Bildung und Forschung.« Christian Lindner Wie ich schon beschrieben habe: Durch Priori- sierung im Haushalt investieren wir bereits auf Rekordniveau. Das ist die Seite der öffentlichen Mittel. Wir dürfen aber nicht vergessen: Sie machen in Deutschland nur einen von zehn Euro der Investitionen aus. Aus diesem Grund müssen wir vor allem Mittel auf der privaten Seite mobilisieren. Deswegen arbeite ich – etwa mit dem Zukunftsfinanzierungsgesetz – an bes- seren Bedingungen für private Investitionen. Mit dem Wachstumschancengesetz wiederum weiten wir die steuerliche Förderung von For- schung und Entwicklung aus. Machen wir es konkret: Mit dem Wachstumschancengesetz befindet sich gerade eines der Vorzeigeprojekte Ihres Ministeriums in der Pipeline. Welche Effekte erhoffen Sie sich davon für den Innovationsstandort Deutschland? Um es kurz zu halten, will ich es auf drei Punkte runterbrechen: Entlastung für kleine und mittlere Unternehmen von Bürokratie, mehr Anreize für private Investitionen, besse- re Bedingungen für den Wirtschaftsstandort Deutschland. Welche Rolle wird die Forschung für die Zukunft in Deutschland spielen? zurück zu Seite 1 29 a s p e d g / a k m e h i - t o o g t o a h m p i / / l l e e h g c e s i p t u s r s T e g s a a m T r o e h D T : s : : o o o t t t o o o F F F

4 | 23 2020: Ermattet … … in der Opposition? 2013 ist Christian Lindner Bundesvorsitzender der FDP – mit 34 Jahren als jüngster FDP-Parteichef. 2021: Seltene Nähe Legendär geworden ist das Schulterschluss-Selfie zum Ampel-Auftakt mit Volker Wissing, Annalena Baerbock, Christian Lindner und Robert Habeck. 2022: Privates Glück Auf Sylt feiert Lindner die kirchliche Trauung mit der damaligen RTL-Reporterin Franca Lehfeldt. 2023: Finanz-Tiefschlag 60 Milliarden Euro fehlen im Haushalt: Nach der für sie völlig überraschenden Entscheidung des Bundesverfassungsge- richts ringen Wirtschafts- minister Robert Habeck, Bundeskanzler Olaf Scholz und Finanzminis- ter Lindner erst um Fassung – und dann um Milliarden. 31 »Mit dem Wachstumschancen- gesetz weiten wir die steuerliche Förderung von Forschung und Entwicklung aus.« Christian Lindner Unser Fonds für Investitionen ist der Bundes- haushalt. Wichtiger und wirkungsvoller als neue öffentliche Töpfe sind ohnehin bessere Bedingungen für private Investitionen. Mindestlohn, Reichensteuer, Erb- schaftssteuer, Staatsfonds: All das sind Vor- schläge Ihres Koalitionspartners SPD. Wie ver- teidigen Sie eine gemeinsame Zukunft, wenn Mitglieder Ihrer Partei mit Blick auf die Ampel schon vom »Kasperletheater« sprechen oder von der »rot-grünen Zitronenpresse«, die Ihre Partei zerquetscht? Parteien sind dafür da, ihre politischen Vorstel- lungen klar und pointiert in Reinform darzu- stellen. Diese Freiheit nehmen wir uns als Freie Demokraten ja auch. Es ist keine Überraschung, dass die SPD ebenso wie die Grünen eine linke Partei ist. Es war von vornherein klar, dass uns die Aufgabe zukommt, den Regierungskurs in der Mitte zu halten. Wenn man sich das bis- herige Regierungshandeln unvoreingenommen anschaut, ist uns das gelungen. Die Ampel-Arbeit haben Sie so be- schrieben: »Wir sind eine Regierung, wo ge- hämmert und geschraubt wird. Das führt zu Ge- räuschen. Aber es kommt auch war raus.« Der Satz hat Bundeskanzler Scholz so gut gefallen, dass er ihn gleich aufgegriffen hat. Auf welches »Herausgekommene« sind Sie persönlich stolz? Wir haben Bürgerinnen und Bürger und die Wirtschaft um einen dreistelligen Milliarden- beitrag entlastet. Das hätten dieser Koalition die wenigsten zugetraut. Ich erinnere dabei besonders an das Inflationsausgleichsgesetz. Damit haben wir erreicht, dass die arbeitende Mitte unserer Gesellschaft Anerkennung er- fährt. Nach all dem Krisen- und Haushalts- gezerre: Wofür geben Sie als Bundesfinanz- minister eigentlich gerne Geld frei? Sie sitzen einem Mythos auf. Es schmerzt mich nicht, Mittel einzusetzen – wenn sie gut in die Zukunftsfähigkeit des Landes angelegt sind. Das sind sie für mich vor allem bei Investitionen in Digitalisierung, Bildung und Forschung. Wofür gibt der Privatmann Lindner gerne Geld aus – und falls gutes Essen dabei sein sollte: auch gerne wieder mit 19 Prozent Mehrwertsteuer von Januar an? Über mein Privatleben wird ja schon oft genug mehr oder weniger zutreffend spekuliert. Das möchte ich so stehen lassen. Um Ihre eigent- liche Frage zu beantworten: Die Absenkung der Mehrwertsteuer in der Gastronomie war ur- sprünglich eine befristete Maßnahme während der Corona-Zeit. Auf mein Betreiben hin wurde sie um ein Jahr verlängert. Jetzt aber kehren wir zur Normalität zurück. zurück zu Seite 1 ) 6 ( a p d i , t d m h c S / S D V A D I , t a v i r p , a p d / k e h t o t o h p / l n e H r e d n a X i : : s s o o t t o o F F

4 | 23 änderungen auf die Kennzahlen aus? Etwa eine häufige- re Wartung der Maschinen oder die Umstellung von Wech- sel- auf Gleichstrom auf den Energieverbrauch? Da der digitale Leitstand Echtzeit- und vor allem Open-Source- basiert ist, lässt er sich auch bei realen Unternehmen ein- setzen, um einen Überblick über den aktuellen Zustand der Produktion zu bekommen und diesen auszuwerten. Großes Einsparpotenzial zeigt die Ultraeffizienzfabrik beispielsweise rund um Druckluftprozesse auf. »In Deutsch- land sind etwa 62 000 solcher Anlagen in Betrieb; die Drucklufterzeugung ist für 7 Prozent des Stromverbrauchs in der Industrie verantwortlich. Indem wir Leckagen iden- tifizieren und vermeiden, lassen sich bis zu 30 Prozent dieser Energie einsparen«, konkretisiert Kröll. Wenn die Betriebe von Wechselstrom auf Gleichstrom umrüsten, sind weitere rund 10 Prozent Energieersparnis drin – und das nicht nur bei Druckluftprozessen. Grund dafür sind weniger Wandlungsverluste. Ein weiterer Vorteil von Gleichstrom: Bis zu 98 Prozent der Netzstörungen werden vermieden. Material wiederum lässt sich über additive statt spanende Fertigung einsparen, genauer gesagt über die Nutzung von 3D-Druckern. Wichtig für eine ultraeffiziente Fabrik sind jedoch nicht nur die Größen, die über Sensoren einfach zugäng- lich sind, sondern auch die Organisation der Prozesse. »Diese gießen wir über die Kennzahl der Overall Equip- ment Efficiency, kurz OEE, in vergleichbare Zahlen, die dann mit in die Optimierung einfließen«, sagt Koch. Da der Faktor Mensch einen erheblichen Einfluss auf die Ultraeffizienz eines Betriebes hat, spielen auch die Arbeits- bedingungen der Belegschaft mit hinein. Dazu vermessen die Forschenden unter anderem den Lärmpegel und das Raumklima, um auch hier Verbesserungspotenziale zu identifizieren. Künftig soll zudem der Stresslevel der Ar- beitenden mit betrachtet werden. Ermittelt wird er über Wearables, also am Körper getragene Sensoren, mit denen Freiwillige ausgestattet werden. … über eine Fabrik für E-Auto-Motoren … »Da jedes Unternehmen einzigartig ist, kann es jedoch keinen standardisierten Weg zur Ultraeffizienz geben. Auch die ganzheitliche Betrachtungsweise erfordert es, jedes Unternehmen individuell unter die Lupe zu neh- men, Potenziale der Ultraeffizienz für jeden Einzelfall zu definieren und ein darauf zugeschnittenes Konzept zu entwickeln«, betont Kröll. Genau dies tun die Forschen- den im Projekt »Innovationslabor Ultraeffizienzfabrik, kurz UltraELab« – und bringen die ultraeffiziente Fabrik damit einen weiteren Schritt Richtung Anwendung. Bei der Firma Schaeffler Automotive Buehl GmbH & Co. KG haben das Fraunhofer IPA, die Universität Stuttgart und das Karlsruher Institut für Technologie KIT hierfür Maximale Effizienz in der Produktion: Auch die Autoindustrie (Foto: Installation des Herstellers Kia) könnte davon profitieren. »Da jedes Unter- nehmen einzigartig ist, kann es keinen standardi sierten Weg zur Ultra- effizienz geben.« Dr.-Ing. Markus Kröll, Fraunhofer IPA ) s u a r K ( e i f a r g o t o F - k c i l k t h c i L , k c o t s r e t t u h S / t i s c i p s t e l : s o t o F zurück zu Seite 1 33

4 | 23 Staffellauf des Wissens Nachhaltigkeit oder Sicherheit ? zurück zu Seite 1 35

4 | 23 Staffellauf des Wissens Frau Prof. Büttner, was ist bei der Lebensmittel- Versorgung wichtiger: Nachhaltigkeit oder Sicherheit und Qualität? zurück zu Seite 1 35

Generell wird eine starke Wirtschaft als Garant für die Versorgungssicherheit gesehen. Die Frage bleibt: Welche Aufgabe hat dann das Staatswesen? Es setzt den Rahmen für freies gesichertes Wirtschaf- ten zur Sicherung der Versorgung. Die in- trinsisch die Nachhaltigkeit umfasst, um- fassen muss. Niemand muss in die Glaskugel schauen, dass es einiger Anstren- gungen bedarf, um die Versorgung zu si- chern. Fokussiert werden soll hier gerade die Basis, die grundlegende Versorgung. Ihre Sicherstellung muss auch das Auf- treten von Unvorhergesehenem, Unerwar- tetem umfassen – überspitzt sogar von Unvorhersehbarem und Undenkbarem. Essenzielle »Gedanken - experimente« Eine solche Form der Antizipation ver- schiedener Zukünfte bedarf einer sorgfäl- tigen Lage- und Szenarienbetrachtung, der Imaginationskraft für diverse Situationen und Gegebenheiten. Von diesen erst kön- nen sich heute mögliche Maßnahmen und Strategien ableiten, aber auch solche, die wir mit entsprechender Vor- und Entwick- lungsarbeit erst in 5, 10, 20 Jahren werden realisieren können. Auch die müssen wir heute vordenken. In einem echten Strate- gieprozess, der in einer ungewissen Zu- kunft endet, sind diese Prozesse die essen- ziellen »Gedankenexperimente«, sie sind realistisch und nicht, wie oft leichtfertig Plädiert für fantasievolle Vorausschau: Prof. Andrea Büttner, Leiterin des Fraunhofer IVV. unterstellt, Hirngespinste und Fantaste- reien. Deshalb hat sich in Fraunhofer eine Allianz der Willigen zusammengetan, um gemeinsam an diesen Fragen zu arbeiten. Ich denke, dass gerade deshalb der Mensch nicht nur mit »Vernunft«, sondern auch mit Vorstellungsvermögen und »Fan- tasie« begabt ist. Für mich ist dies der we- sentliche Faktor für unsere bisherige hohe Resilienz und Überlebensfähigkeit, denn nur fantasievolle Vorausschau ermöglicht notwendige, immer neue Formen von Ent- wicklung und Adaptation. Persönlich kann ich sagen, dass gerade die vergangenen zehn Jahre mich nachdenklicher gemacht haben als je zuvor. Es ist Zeit für die Re- 4 | 23 flexion einer möglichen Zunahme fahr- lässigen, böswilligen, kriminellen Han- delns in unserem stark verzweigten globalen Ernährungssystem – gerade un- ter Druck. Es ist auch höchste Zeit, dass wir alle uns einstellen auf real mögliche und denkbare Situationen, dass wir Über- legungen zu möglichen Zukünften gemein- sam gestalten und notwendige Strategien, Maßnahmen und Technologien gemeinsam ableiten. Wir dürfen uns nicht dauerhaft mit diesen beiden allzu schlicht geworde- nen Antworten begnügen: 1. Es geht darum, heute wirtschaftlich erfolgreich zu sein. 2. Wer sollte daran Interesse haben, das zu finanzieren? Mein Beweggrund, 2006 zu Fraunho- fer zu wechseln, war im Kern, folgende Fragen gemeinsam zu beantworten – und er ist es im Prinzip noch heute: Was muss geschehen, welche Kompetenzen müssen gebündelt werden, welche Prozesse gestar- tet werden, um zu erreichen, was für vie- le in so weiter Ferne liegt: eine gesicherte Versorgung mit werthaltigen, sicheren Le- bensmitteln. Aus meiner Sicht eine Frage der Strategie. Der Kultur. Der Überzeugung. Der Vision. Und der Mission. Es gilt, sie gemeinsam zu gestalten. Mit der gebotenen Vorausschau. Dies führt mich zur Staffel- stab-Frage für die nächste Ausgabe des Fraunhofer-Magazins. Es ist Zeit für die Reflexion einer möglichen Zunahme fahr- lässigen, kriminellen Handelns in unserem stark verzweigten globalen Ernährungssystem – gerade unter Druck. In der nächsten Ausgabe: Wie erreichen wir gemein sam eine neutrale Haltung für die besten Lösungen – ohne die Dominanz von Partial interessen – angesichts aktueller und möglicher Krisen? zurück zu Seite 1 37 r e i e m n e t e D c r a M i : : s o o t t o o F F

4 | 23 Wasserstoff für die Energiewende gewinnen ohne PFAS? Bisher unmöglich. Dr. Taybet Bilkay-Troni vom Fraunhofer IAP arbeitet an PFAS-freien Elektro lyseuren, die Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff spalten. zurück zu Seite 1 39

4 | 23 schnell, welche Stoffe kritisch sind.« Daher sei es auch wenig überraschend, dass der Einsatz von PFOS, PFOA, PFHxS und PFNA als Erstes beschränkt wurde. Auch die Europäische Behörde für Le- bensmittelsicherheit EFSA hat sich bei ihrem jüngsten Gutachten aus dem Jahr 2020 auf diese vier Verbindungen konzen- triert und einen Schwellenwert für die ma- ximale Aufnahmemenge pro Woche fest- gelegt, die als gesundheitlich unbedenklich gilt. Er liegt bei 4,4 Nanogramm pro Kilo- gramm Körpergewicht. »Das entspricht nur etwa 0,00003 Milligramm pro Person täglich«, verdeutlicht Bitsch. Am häufigs- ten sind die Stoffe in Trinkwasser, Fisch, Obst, Eiern und Eiprodukten zu finden. Für den Plan der Europäischen Che- mikalienagentur ECHA, die Beschränkun- gen bald auf alle PFAS auszuweiten, äußert Bitsch Verständnis: »Das ist ja eine riesige Gruppe an Stoffen mit vielen Subkatego- rien. Bis die toxikologisch alle sauber durchbewertet sind, vergehen Jahrzehnte. So lange können wir nicht mehr warten.« Ausnahmen, zum Beispiel, weil der Stoff für bestimmte medizinische Anwendun- gen notwendig ist, die Nutzen-Risiko-Ab- wägung für eine weitere Verwendung spricht, oder die Unbedenklichkeit wis- senschaftlich erwiesen ist, seien immer noch möglich. Die Nachweispflicht liege aber bei der Industrie. Die Dringlichkeit einer EU-Regulierung bestätigen auch die jüngsten Forschungs- ergebnisse des Fraunhofer-Instituts für Molekularbiologie und Angewandte Oe- kologie IME, die im Januar 2023 veröf- fentlicht wurden. In der SumPFAS-Stu- die im Auftrag des Umweltbundesamtes kommen die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler zu dem Schluss, dass PFAS wesentlich weiter verbreitet sind als bisher angenommen. Dr. Bernd Gö- ckener, Abteilungsleiter Spurenanalytik und Umweltmonitoring am Fraunhofer IME: »Selbst in kleineren Flüssen fanden wir schon größere Mengen – auch an un- bekannteren PFAS. Oftmals ist es also kein lokales Problem mehr, sondern ein generelles. PFAS sind einfach überall.« Zusammen mit seinem Team unter- suchte er rund 200 Schwebstoff- und Se- dimentproben aus 170 Flüssen und Seen in ganz Deutschland und verglich sie mit archivierten Proben aus der Umweltpro- benbank des Bundes, die seit den 1980er- Jahren die Chemikalienbelastung in der Umwelt und im Menschen dokumentiert. Die gute Nachricht: Die Belastung der Ge- wässer mit langkettigen PFAS hat abge- nommen, die Verbote der EU wirken. Die schlechte: Mit einer modifizierten Ana- lytik, die auch sogenannte Vorläufersubs- tanzen erfasst, ermittelten Göckener und sein Team eine bis zu 346-mal höhere PFAS-Gesamtkonzentration als mit den klassischen Untersuchungsmethoden. Vor- läufersubstanzen oxidieren, einmal in die Umwelt ausgebracht, zu den klassischen PFAS. Göckener: »Man wird diese Tausen- den von Substanzen analytisch nie ganz fassen. Wir gehen davon aus, dass die Be- lastung sehr viel höher ist, als wir messen können.« »Man wird diese Tausenden von Substanzen analy- tisch nie ganz fassen. Wir gehen davon aus, dass die Belastung sehr viel höher ist, als wir messen können.« Dr. Bernd Göckener, Fraunhofer IME Besonders viele PFAS fanden Göckener und sein Team flussabwärts von großen Kläranlagen und PFAS produzierenden oder verarbeitenden Industrien. Die Ewig- keitschemikalien gelangen vor allem über das Abwasser in die Flüsse und landen schließlich in der Nord- oder Ostsee. »Die Meere sind das große Auffangbecken für alle PFAS weltweit. Dort werden sie sich immer weiter anreichern«, ist Göckener überzeugt. # ersetzen Es sei denn, es gelingt, PFAS-Alternativen zu entwickeln und so den beständigen Zulauf zumindest zu reduzieren. Daran arbeitet Dr. Jakob Barz am Fraunhofer- Institut für Grenzflächen- und Biover- fahrenstechnik IGB. Er nutzt Plasma- technologie für die Funktionalisierung verschiedener Materialoberf lächen, macht sie zum Beispiel chemikaliensta- bil, schmutz-, wasser- oder eisabweisend. Barz: »Bei vielen Anwendungen braucht man PFAS-Beschichtungen strenggenom- men gar nicht. Nur richtig gute Ölabwei- sung bekommen wir noch nicht hin.« Je nach gefordertem Eigenschaftspro- fil bringt er in das Plasma verschiedene chemische Stoffe ein. »Die Moleküle wer- den auseinandergebrochen. Die einzelnen Fragmente reagieren an der Materialober- fläche und bilden dort eine Polymerschicht. Welches Polymer entsteht, hängt immer davon ab, welche Substanzen ich unter welchen Prozessbedingungen in mein Plas- ma gebe.« Ein Vorteil der Plasmabeschich- tung: Sie kann sehr dünn aufgebracht wer- den, sodass sie sich wie ein Film über die Oberfläche legt. Strukturen oder Poren bleiben erhalten und werden nicht ver- stopft – ideal beispielsweise für die Be- schichtung von Lötschablonen für Com- puterplatinen oder von Membranen für die Abwasser-Filtration. Beides Anwen- dungen, bei denen heute PFAS zum Ein- satz kommen. Für die wasserabweisende Beschich- tung von Outdoor-Textilien setzen die For- scherinnen und Forscher am Fraunhofer IGB hingegen auf einen biobasierten, nach- haltigen Ersatzstoff: Chitosan. Er bildet eine robuste Hülle um die Textilfaser und sorgt so für eine bessere Abriebbeständig- keit. Gewonnen wird er unter anderem aus Krustentieren. In der EU fallen jährlich rund 250 000 Tonnen Schalenabfälle an, weltweit mehr als 6 Millionen – eine zurück zu Seite 1 41

4 | 23 Dr. Bernd Göckener vom Fraunhofer IME ist PFAS in deutschen Gewässern auf der Spur. zurück zu Seite 1 43

Mit Chitosan aus Krabbenschalen wollen Dr. Achim Weber (l.) und Dr.-Ing. Thomas Hahn Outdoor- Textilien wasserfest machen und so PFAS- Beschichtungen ersetzen. 4 | 23 lässt sich das neue Polymer, aus dem die Membran gefertigt ist, sehr gut verarbei- ten. Ein weiterer Vorteil: Auf den Einsatz kostspieliger Elektroden aus seltenen Edel- metallen, wie sie bei den derzeit gebräuch- lichen Protonenaustauschermembranen notwendig sind, kann verzichtet werden. In Zukunft könnte die Membran auch in Brennstoffzellen zur Anwendung kommen. »Bis dahin sind jedoch noch einige Ent- wicklungsschritte nötig«, räumt Bilkay- Troni ein. »Wir sind gerade erst am Anfang unserer Forschung. Als Nächstes wollen wir die Membran gemeinsam mit unserem Partner, der ZBT GmbH, in einer realen Umgebung über einen längeren Zeitraum testen, um die Stabilität und Leitfähigkeit weiter verbessern zu können.« In drei bis fünf Jahren, glaubt sie, könne die Mem- bran marktreif sein. »Die Nachfrage ist groß. Die Unternehmen wollen allerdings immer am liebsten ein fertiges Produkt. Das können wir nicht bieten. Nur gemein- sam mit der Industrie können wir gute Lösungen entwickeln, die ihren Bedürf- nissen auch gerecht werden.« # entfernen Solange wir PFAS nicht vollständig er- setzen können, ist es umso wichtiger, sie so gut wie möglich abzufangen und zu verhindern, dass sie sich weiter in der Umwelt verteilen. Zu diesem Zweck hat Dr. Stefano Bruzzano vom Fraunhofer- Institut für Umwelt-, Sicherheits- und Energietechnik UMSICHT zusammen mit der Cornelsen Umwelttechnologie GmbH bereits vor einigen Jahren eine Reini- gungstechnologie entwickelt und seither kontinuierlich modifiziert. Sie ist beson- ders effizient bei lokal begrenzten, hohen Emissionswerten, wie sie beispielsweise bei Löscheinsätzen mit Spezialschäumen entstehen, aber auch auf Deponien, in denen PFAS-haltige Konsumgüter lang- sam »ausbluten« und die Chemikalien ins Grundwasser sickern. Die PerfluorAd®-Reinigungsanlage kann in einem mobilen Container direkt vor Ort zum Einsatz kommen und zurück zu Seite 1 45

belastetes Wasser säubern. Dafür wird es in das Anlagebecken gepumpt und mit Per- fluorAd® versetzt, einem eigens entwickel- ten, biologisch abbaubaren Flüssigwirk- stoff, an den die PFAS binden und zu Boden sinken. Das restliche Wasser wird durch Aktivkohlefilter geleitet, in denen die we- nigen PFAS zurückgehalten werden, die im ersten Reinigungsschritt nicht erfasst wurden. Der stark kontaminierte Boden- satz wird später in einer Verbrennungs- anlage bei Temperaturen deutlich über 1000 Grad Celsius fachgerecht entsorgt. Bruzzano: »Die Stärke unseres Verfahrens liegt in der Kombination der verschiedenen Methoden.« Die Aktivkohlefilter, die in vie- len Wasseraufbereitungsanlagen schon vorhanden seien, reichten für eine leis- tungsstarke und ökologisch sinnvolle Rei- nigung nicht aus. Bei höheren Kontami- nationen von mehr als zehn Mikrogramm PFAS pro Liter setzten sie sich schnell zu. »Wichtig ist im Vorfeld eine Analyse des belasteten Wassers, um unser Verfahren auf die enthaltenen PFAS-Substanzen, Be- gleitstoffe im Wasser und die Höhe der Kon- tamination abzustimmen«, betont Bruz- zano. Danach richte sich unter anderem, wie viel PerfluorAd® hinzugefügt werden muss, und ob gegebenenfalls weitere Pro- zesshilfsmittel wie Flockungsmittel zum Abtrennen der PFAS notwendig sind. Einen Schritt weiter geht Dr.-Ing. Georg Umlauf vom Fraunhofer IGB. Er will PFAS aus dem Wasser nicht nur entfernen, son- dern ihre Strukturen zerstören und so un- schädlich machen. Dafür verwendet er Plasmatechnologie wie sein Kollege Dr. Jakob Barz. Umlauf erklärt: »Wir zün- den zwischen zwei Elektroden ein Luft- plasma, dazwischen fließt das belastete Wasser an einer Säule nach unten. Da das Plasma ein sehr energiereiches Medium ist, können wir die PFAS-Molekülketten aufbrechen und so die Kohlenstoffketten immer weiter verkürzen. Dafür muss das Wasser allerdings mehrmals im Kreis ge- pumpt werden, weil ein einmaliger kurzer Kontakt mit dem Plasma nicht ausreicht. Endziel ist die Mineralisierung der PFAS – damit haben sie sich quasi aufgelöst. Eine 4 | 23 Fische können aufatmen: Dr.-Ing. Georg Umlauf vom Fraunhofer IGB entfernt PFAS aus Abwasser. energieintensive Verbrennung ist dann überflüssig.« Im Laborreaktor testete Umlauf die Plasma-Reinigungsmethode erfolgreich mit realen Proben aus PFAS-verunreinig- ten Abwässern. In Zukunft will er das Ver- fahren an größere Volumina anpassen. Eine verbesserte Analytik soll eine genau- ere Überwachung des Prozesses ermögli- chen und helfen, die Anzahl der notwen- digen Pump-Kreisläufe individuell anzupassen. »Allerdings gibt es noch ei- nige Herausforderungen zu überwinden bis zur fertigen Anlage, die mehrere Zehn- tausend Kubikmeter Wasser pro Jahr säu- bern kann. Für die weitere Forschung sind wir auf der Suche nach Partnern aus der Abfallverwertung und der Industrie.« Da- mit wäre selbst für die Ewigkeitschemi- kalien eine Endlichkeit erreicht. Die Zeit drängt. Bereits im Jahr 2025 will die Europäische Kommission über das PFAS-Verbot entscheiden. Ohne Übergangs- fristen und Ausnahmereglungen wird es nicht gehen. Zu wichtig sind die Substan- zen für eine schnelle Energie- und Ver- kehrswende, für die moderne Medizin- technik, für die Halbleiterindustrie. Die Dringlichkeit der Fraunhofer-Forschung unterstreicht deshalb Allianz-Sprecher Löbbecke: »Wir können die PFAS-Emis- sionen begrenzen. Auf PFAS komplett ver- zichten können wir zurzeit noch nicht.« — Fraunhofer-Allianz Chemie chemie@fraunhofer.de www.chemie.fraunhofer.de Für Interessierte aus der Wirtschaft Mehr zu Fraunhofer Match auf Seite 79 zurück zu Seite 1 47

Das OpenGPT-X-Team trainiert sein KI-Modell mit 24 europäischen Sprachen, wobei Deutsch, Spanisch und Englisch mit jeweils rund 20 Prozent den größten An- teil haben. Bei aktuellen amerikanischen Modellen sind die Trainingsdaten nur zu einem geringen Prozentteil deutsch, die Antworten im Englischen daher sehr viel besser. Sprache prägt das KI-Modell ent- scheidend, weil sie die Kultur mit all ihren Eigenarten, Normen und Werten reprä- sentiert. Das ist jedoch nicht der einzige Grund, warum es ein großes europäisches Sprachmodell braucht. Viele Firmen haben erhebliche Vorbehalte, ihre Daten mit ame- rikanischen Tech-Giganten zu teilen, um deren KI-Angebot dauerhaft nutzen zu können. Amazon, Microsoft, Google und Co bieten zudem Modelle und Standard- Lösungen an, die für ein Massenpublikum tauglich sind, den individuellen Erforder- nissen von europäischen kleinen oder mit- telständischen Unternehmen jedoch kaum gerecht werden. Flores-Herr: »Unser Modell ist komplett offen. Das heißt, jede Firma, die möchte, wird es einsetzen können. Durch seine Offenheit kann es an speziel- le Anforderungen flexibel und rasch an- gepasst werden. Das könnte OpenGPT-X extrem erfolgreich machen.« Hochleistungsrechenzentren sind bisher rar Vorausgesetzt, es geht jetzt schnell und die Bedingungen für die Entwicklung großer Modelle in Europa werden um- gehend geschaffen. Bisher hapert es vor allem an einer wettbewerbsfähigen KI-Re- cheninfrastruktur. Das OpenGPT-X-Team nutzt unter anderem die Ressourcen am Jülich Supercomputing Centre (JSC) und am Zentrum für Informationsdienste und Hochleistungsrechnen (ZIH) der TU Dresden – ein Privileg. Hochleistungsre- chenzentren sind in Deutschland rar, die Kapazitäten begehrt. Das soll sich bald ändern, wenn es nach den Autorinnen und Autoren der LEAM- Machbarkeitsstudie geht. Sie haben unter- sucht, welche Voraussetzungen in Deutsch- land geschaffen werden müssen, um bei der Entwicklung von großen KI-Modellen konkurrenzfähig zu bleiben. Erstellt wur- de die Studie vom KI Bundesverband un- ter Mitarbeit des Fraunhofer IAIS, weiterer Forschungsinstitutionen, Wirtschaftsver- bände und Unternehmen, gefördert wur- de sie vom Bundeswirtschaftsministerium. Eine zentrale Forderung der LEAM-Ini- tiative: mithilfe von Expertinnen und Ex- perten in Deutschland ein KI-Supercom- putingzentrum aufzubauen und dauerhaft zu betreiben. Große KI-Modelle sollen hier kontinuierlich weiterentwickelt und open »Zögerlichkeit können wir uns in Deutschland nicht länger leisten.« Dr. Nicolas Flores-Herr, Fraunhofer IAIS source zur Verfügung gestellt werden. Ver- anschlagte Kosten: rund 350 bis 400 Mil- lionen Euro – gut investiertes Geld, glaubt auch Jörg Bienert, Präsident des KI Bun- desverbandes. Und er sagt: »Nur wer die Technologie beherrscht, wird in der Lage sein, deren Nutzung nach eigenem Ermes- sen zu gestalten.« Obwohl die Einsatzmöglichkeiten von KI-Sprachmodellen vielseitig sind, Kosten gesenkt, Produktivität und Effizienz er- heblich gesteigert werden können, sind viele deutsche Firmen bislang zurückhal- tend. Drei von fünf Unternehmen haben sich mit der Technologie noch nicht be- schäftigt oder können sich eine Nutzung nicht vorstellen, ergab vor Kurzem eine 4 | 23 Umfrage des IT-Branchenverbandes Bit- kom. Flores-Herr hält das für riskant: »Wenn man sich jetzt nicht über Einsatzmöglich- keiten im eigenen Unternehmen informiert, kann es sein, dass man in 18 Monaten, nicht in drei oder in fünf Jahren, von den Ent- wicklungen überrollt wird.« Mit den Daten sprechen Die Einführung von generativer KI sei unter anderem im Bereich Wissensma- nagement sinnvoll. »Überall dort, wo es große, unstrukturierte Mengen an Infor- mationen gibt, ist generative KI unschlag- bar, weil sie quasi mit den Daten sprechen und so gezielt und schnell relevante Inhal- te extrahieren kann«, erklärt Flores-Herr. Anstatt per Suchmaschine und Schlüssel- wörtern umständlich beispielsweise den Grund für einen Maschinendefekt zu er- mitteln, könnten die Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter in Zukunft einfach die KI in natürlicher Sprache um Rat fragen – und bekämen dann auf Grundlage aller Informationen, die über ebenjene Maschi- ne zur Verfügung stehen, eine Antwort, wie der Defekt zu beheben ist. Die genera- tive KI werde, so Flores-Herr, sozusagen zu einer zusätzlichen Kollegin, die sich sehr schnell in neue Sachverhalte einarbeiten kann. Dafür reiche es nicht, ein großes KI-Modell einfach auf den Server der Fir- ma zu spielen. Die Herausforderung sei, es an die speziellen Anforderungen des Unternehmens anzupassen und darauf aufbauend zum Teil anspruchsvolle An- wendungen zu entwickeln. Nur so lasse sich das Potenzial von generativer KI voll ausschöpfen. Bereits Ende dieses Jahres will das OpenGPT-X-Konsortium ein erstes, klei- neres KI-Sprachmodell herausbringen. Es besteht aus etwa sieben Milliarden Para- metern – anpassbare Werte in einem Mo- dell, die dessen Verhalten steuern und durch Training optimiert werden. Nächs- tes Jahr sollen wesentlich größere Model- le folgen. Flores-Herr: »Es lohnt sich, in KI made in Germany zu investieren. Abwar- ten ist das Gegenteil von Gestalten. Jetzt müssen wir handeln!« zurück zu Seite 1 49 S I A I r e f o h n u a r F , s e g a m i s u i t i r u a m / s o t o h P k c o t S y m a A / n m z u K y e r d n A i l : s o t o F

4 | 23 75 Meter kann allein ein einziger Rotorflügel lang sein. vorhergesagt werden und alte Anlagen sind länger be- treibbar.« So würde der Ressourcenverbrauch verringert, es entsteht weniger Müll. Nach der Herstellung und Er- richtung sind die Windräder nahezu klimaneutral. Windräder durch KI am Leben halten Wie die Lebensdauer von Windenergieanlagen verlän- gert werden kann, untersuchen gleich zwei Projekte: Im Projekt KIWI will ein Konsortium aus Wissenschaftle- rinnen und Wissenschaftlern der Universität des Saar- landes, der Universität Bremen, des Fraunhofer IWES in Bremerhaven und externen Industriepartnern mit einer KI-gestützten Simulation herausfinden, wie die ganze Anlage (Turm, Gondel, Triebstrang und Rotor) länger halten kann. Im Projekt Bladaption interessieren sich die Forscherinnen und Forscher am Fraunhofer IWES ausschließlich für die Rotorblätter. »Es geht konkret um die messtechnische Erfassung der Rotorblätter, um die Verformung genauer zu bestimmen«, sagt Czichon. »Das ist wichtig, um die Lebensdauer präzise abzuschätzen.« Computersimulationen der Ermüdungslasten sind rechen- und zeitintensiv, bleiben aber dennoch ungenau. Das Fraunhofer IWES hat deshalb mit seinen Partnern die Simulationsverfahren verbessert. Künstliche Intelli- genz hilft nun dabei, die Berechnungen schneller und präziser zu machen. Eine Studie des Fraunhofer-Instituts für Chemische Technologie ICT prognostiziert, dass zu den 15 000 Rotorblättern, die im Jahr 2024 entsorgt wer- den müssen, in den nächsten drei Jahren noch einmal 72 000 hinzukommen. »Auf einem Schrottplatz bei Flens- burg warten Tausende Rotorblätter auf ihre Weiterver- wertung, auf ihr Second Life«, sagt Peter Meinlschmidt vom Fraunhofer-Institut für Holzforschung, Wilhelm- zurück zu Seite 1 51 e c n a i l l a e r u t c i p / A P E / i k s l w o a h c i M z r o g e z r G : o t o F

Beton mit einem Herz aus Flachs Ausgerechnet zarte Flachsfasern könnten Betonbauten künftig verstärken – und dabei die Klimabilanz des Baustoffs verbessern. Von Dr.-Ing. Katja Engel E in Meer aus zart-hellblauen Blüten und zierlichen Pflan- zenstängeln, die sich im Wind hin und her wiegen: So sieht ein Feld mit blühendem Flachs in der sommerlichen Normandie aus. Über Jahrtausende haben die Menschen daraus Kleidung gewebt, bis die Baumwolle den Flachs vom Textilmarkt verdrängte. Und das, obwohl die Flachsfaser wesentlich reißfester ist. Die alte Kulturpflanze könnte nun ein Comeback erleben – und das nicht als Hemd oder Stofftasche, sondern als Textilstruk- tur im Inneren von Beton. Gefördert von der Deutschen Bundesstiftung Umwelt (DBU) haben Jana Winkelmann und Chris- tina Haxter, Forschende des Fraunhofer- Instituts für Holzforschung, Wilhelm-Klau- ditz-Institut WKI, gemeinsam mit der Hochschule Biberach und dem Industrie- partner FABRINO Flachsfasern als nach- haltige Alternative für den Einsatz in Hoch- leistungsbeton untersucht. »Wir wollten zeigen, dass auch Naturfasern geeignete Materialien sein können, um Beton zu ver- stärken«, erklärt Projektleiterin Winkel- mann. Massive Brücken, meterdicke Mauern, grobe Gebäude: Damit Bauten aus Beton stark genug sind, muss die Mischung aus Sand und Zement im Inneren verstärkt – im Fachjargon: bewehrt – werden. Verwen- det wird dafür bislang meist Stahl. Doch der muss aufwendig vor Korrosion ge- schützt werden, damit das Bauwerk nicht im Inneren verrostet. Eine langlebige Al- ternative stellt die Verwendung eines tex- tilen Gewebes aus Carbon- oder Glasfasern als Stütze dar. Deren synthetische Herstel- lung ist jedoch extrem energieaufwendig und basiert zudem auf fossilen Rohstoffen. All das verschlechtert die bereits bedrü- ckend hohe CO2-Bilanz von Beton noch einmal: Die weltweite Produktion von Be- ton ist für rund acht Prozent des globalen Kohlendioxid-Ausstoßes verantwortlich. Einer der Hauptgründe für Jana Win- kelmann, Flachs als eine Möglichkeit der Naturfaserbewehrung von Textilbeton- teilen zu erforschen, ist dementsprechend die Verbesserung der Klimabilanz in der Baubranche. Ein Textil aus hochfestem Flachs könnte Bauwerke mit geringeren Betondicken möglich machen und auf die- se Weise beträchtliche Mengen des klima- schädlichen Baustoffs einsparen. »Beton mit einem Textil aus Naturfasern ist eine gute Alternative zu Stahlbeton.« Jana Winkelmann, Fraunhofer WKI Wie eine dafür optimale Textilstruktur aussehen muss, haben die Forschenden vorab digital geplant. Wichtig ist für die Auswahl eines geeigneten Gewebes, auf welche Art die Garne miteinander ver- kreuzt sind, damit es sich später so wenig wie möglich verschieben lässt. Haben die Forschenden die Struktur dann am Com- puter festgelegt, können sie das Textil an der institutseigenen Webmaschine aus Flachsgarn weben. Zur Verbesserung der Zugfestigkeit, Dauerhaftigkeit und Ver- bundhaftung wurden die Flachsgarne zu- dem beschichtet – aber nicht, wie sonst üblich, mit einem petrobasierten Epoxid- 4 | 23 Flachs kann beides: hübsch und nützlich. harz, sondern durch eine zum Teil bio- basierte Tränkung. Spielraum für neue Architekturen Das textile Halbzeug wurde anschließend mehrlagig in Beton eingebettet. Wie stabil die Proberohlinge unter Last sind, teste- ten die Projektpartner an der Hochschule Biberach. Winkelmann: »Die Ergebnisse waren eindeutig: Beton mit einem Textil aus Naturfasern ist eine gute Alternative zu Stahlbeton oder zu Beton mit syntheti- schen Glas- oder Carbonfasern.« Im Rah- men des Projektes sind bereits Modelle für größere naturfaserverstärkte Betonteile entstanden, etwa eine Fassadenplatte und ein Industriefußboden mit verstärkendem Flachsgewebe. Pflanzenfasern verbessern aber nicht nur die Umweltbilanz, sie ermöglichen auch leichtere Bauten, optimieren ein späteres Recycling und öffnen neue architektoni- sche Spielräume für schlanke und frei ge- formte Bauten. Jana Winkelmann hofft nun, dass sich naturfaserbasierte Textil- betonbauteile künftig auf dem Markt durchsetzen – vor allem wegen der deut- lich verbesserten Klimabilanz. Die grund- sätzliche Eignung des innovativen Baustoffs haben die Forschenden des Fraunhofer WKI bewiesen. Das Potenzial, eine neue Gene- ration von Strukturmaterialien heranwach- sen zu lassen, haben die Pflanzen mit den hellblauen Blüten jedenfalls. zurück zu Seite 1 53 o t o h p k c o t s i / s e g a m k v : i o t o F

4 | 23 »Wir wollen mithilfe von KI noch früher noch mehr Angriffs- versuche detektieren.« Dr. Matthias Meyer, Fraunhofer IEM D iebe müssen heutzutage kein Tür- schloss mehr knacken oder ein Fens- ter einschlagen. Es reicht aus, bei- spielsweise ein digitales Thermostat zu hacken und via Router die Alleinherrschaft über andere Geräte im Heimnetz zu erlangen. Wenn dann die Wohnung aus der Ferne hoch- geheizt wird, ist man schnell bereit, Lösegeld zu zahlen – um endlich wieder Herr im eigenen Haus zu sein. Den Heim-IQ erhöhen: Smart Home ist einer der Hightech-Trends der vergangenen Jahre. Nutz- ten 2018 erst 26 Prozent der Deutschen Smart- Home-Anwendungen in den eigenen vier Wänden, waren es 2022 bereits 43 Prozent (Bitkom Research 2022). Ob Videoüberwachung, Beleuchtung, Saug- roboter, Fitnesstracker oder Smart-TV: Die Zahl der internetfähigen Geräte im Haushalt wächst. 74 Prozent der Nutzer wollen damit ihren Alltag komfortabler und auch sicherer gestalten. Doch das Internet der Dinge (IoT) kann umgekehrt zum Sicherheitsrisiko werden. »Mit jedem IoT-Gerät im Haushalt vergrößert sich die potenzielle Angriffsfläche«, sagt Nikolai Puch, Wissenschaftler und Cyber-Sicherheitsfor- scher am Fraunhofer-Institut für Angewandte und Integrierte Sicherheit AISEC in Garching. Da die smarten Geräte in der Regel über den heimischen Router auf das World Wide Web zugreifen, kann Kriminellen umgekehrt jedes einzelne Gerät als Einfallstor in das interne Netzwerk dienen. Gescannt zu werden ist bei Geräten, die mit einem Netzwerk (vor allem dem Internet) verbun- den sind, nahezu unvermeidbar. Weisen diese Ge- räte Sicherheitslücken auf, können sie mittels Schadsoftware übernommen werden. Eine Viel- zahl derart gekaperter Geräte kann dann zu einem Netzwerk – einem sogenannten Botnet – verbun- den werden. »Scanning kann man sich wie eine Straße vorstellen, bei der die IP-Adressen aller internetfähigen Produkte die Hausnummern sind. Die Bots klopfen vollautomatisch an jede Tür – in der Hoffnung, dass sie offen ist«, erklärt Sebastian Peters, ebenfalls Cyber-Sicherheitsforscher am Fraunhofer AISEC. Ist das Netz der infiltrierten Geräte groß genug, können Kriminelle damit zum Beispiel Webseiten und Server durch Massenan- fragen gezielt lahmlegen. IoT-Geräte sollten deshalb nur dann mit dem Internet verknüpft werden, wenn es für deren Funktion unabdingbar ist. Ist das der Fall, soll- ten sie mit maximal eingeschränkter Kommuni- kation (Stichwort »Kindersicherung«) und nicht selbstständig, sondern nur über den Router ins Internet gelangen, da sie so über die zentrale Fire- wall besser vor Angriffen von außen geschützt sind. Eine mögliche Sicherheitslücke entsteht jedoch durch die Option der Router-Einstellung UPnP (Universal Plug and Play), die nicht nur die herstellerübergreifende Kommunikation aller Ge- räte im Heimnetzwerk ermöglicht, sondern auch Anfragen aus dem Internet an einen Rechner im Haus erlaubt. Das Bundesamt für Sicherheit in der Informationstechnik BSI rät, diese Funktion zu deaktivieren, damit kein IoT-Gerät unkontrolliert nach außen kommunizieren kann. Denkbar ist außerdem, dass Kriminelle eine reale Straße abfahren und jedes WLAN auf Schwachstellen abklopfen: Ist es gar nicht, nur mit einem schwachen Passwort oder dem veralte- ten WEP-Standard geschützt? Wenn ja, ist die Ge- fahr groß, dass Geräte über Schadsoftware über- nommen und beispielsweise sensible Daten wie Zugänge zum Online-Banking ausgelesen und missbraucht werden. Oder dass ganz real Schaden angerichtet wird – etwa durch einen Einbruch, wenn dank infiltrierter Kameras beobachtet wer- den kann, dass niemand zu Hause ist. Oder aber durch die Manipulation virtueller Assistenten, um online Waren zu bestellen oder gar das intel- ligente Türschloss zu öffnen. »Das Passwort ist wie das Schloss an der Haus- tür«, betont Nikolai Puch. Das voreingestellte Passwort von Routern oder internetfähigen Ge- räten müsse deshalb sofort nach der Installation geändert, aber keinesfalls durch die Telefonnum- mer, das Geburtsdatum oder andere leicht verfüg- bare Daten ersetzt werden. Empfehlenswert seien vielmehr mindestens achtstellige Kombinatio- nen aus Groß- und Kleinbuchstaben, Ziffern und Sonderzeichen; Wörter aus dem Duden sollten vermieden werden. Wo es möglich ist, kann das Passwort durch eine 2-Faktor-Authentifizierung abgesichert werden: Damit bekommt die virtuelle Haustür ein zusätzliches Schloss. Puch empfiehlt auch, das WLAN im Smart Home zu segmentieren – etwa in ein separates Gast-Netzwerk, das Besuchern zur Verfügung steht, ein Netzwerk für IoT-Geräte und ein drittes Netz- werk für Laptop, Smartphone und andere Geräte, auf denen besonders sensible Daten gespeichert sind. In einem realen Haus würde man Gäste M E I r e f o h n u a r F , a p d / h s o t o h P / y h p a r g o t o h P n o i t c u r t s n o C / e d i l s a n n e V i : s o t o F zurück zu Seite 1 55

4 | 23 Alles im Griff: Laut einer Bitkom-Umfrage (2022) steuern 85 Prozent der Nutzer ihre IoT-Geräte via Handy-App. mithilfe von KI bereits auf die auf den Geräten laufende Software schauen, um noch früher noch mehr Angriffsversuche zu detektieren.« Ein innovatives Werkzeug für IT-Sicherheitstests entwickeln die vier Fraunhofer-Institute für Ent- wurfstechnik Mechatronik IEM, für Angewandte und Integrierte Sicherheit AISEC sowie für Offene Kommunikationssysteme FOKUS und für Kom- munikation, Informationsverarbeitung und Ergo- nomie FKIE im Projekt IntelliSecTest. Ziel dabei ist, dass dieses Werkzeug verschiedene Prüfver- fahren kombiniert und dadurch bereits während der Softwareentwicklung Schwachstellen mit grö- ßerer Präzision aufspüren kann als aktuelle Tests – und trotzdem so einfach anzuwenden ist, dass auch Unternehmen ohne ausgewiesene Security- Experten eine erste Einschätzung der Sicherheit ihres Produkts vornehmen können: sowohl ihrer eigenen Software als auch von Open-Source-Soft- ware-Paketen anderer Entwickler. Um Unternehmen aber langfristig zu befähi- gen, intern Expertise aufzubauen und selbst ent- sprechende Entwicklungen voranzutreiben, bie- tet das Fraunhofer IEM als Partner im Lernlabor Cybersicherheit der Fraunhofer Academy das »Se- curity Champion Training« an. »Wir wollen einer- seits das nötige Know-how für die sichere Soft- wareentwicklung vermitteln, zum anderen aber auch die entsprechenden Soft Skills, damit die Security Champions als Multiplikatoren wirken und sich im Unternehmen für Sicherheitsbelange einsetzen können – und das auch gegenüber Füh- rungskräften«, betont Meyer. »Zusätzlich bieten wir speziell für Führungskräfte zugeschnittene Software Security Trainings an. Denn im Zuge der kommenden EU-Regularien ist mangelnde Sicher- heit kein Kavaliersdelikt mehr, sondern kann Un- ternehmen durch hohe Strafzahlungen bis hin zur Marktrücknahme eines Produktes empfind- lich treffen. Deshalb gehört das Thema jetzt defi- nitiv auf die Führungsebene.« zurück zu Seite 1 57 s e g a m i s u i t i r u a m / 1 6 d n e t s e W / o d u t s t n o p G i i : o t o F

4 | 23 ist also auch die Intonation beeinträchtigt? Im Projekt möchten wir einen Demon- strator entwickeln, der uns Antworten auf diese Fragen liefert«, erklärt Tuschen. Schlaganfallpatientinnen und -patien- ten, deren Kommunikationsfähigkeit häufig beeinträchtigt ist, dürfen ebenfalls auf die Technologie hoffen: Im Projekt HiSSS (Hybride und interaktive Sprach- und Sprechtherapie nach Schlaganfall) er- arbeiten Wissenschaftlerinnen und Wis- senschaftler ein Therapiesystem, das Betroffenen einen Teil ihrer Kommunika- tionsfähigkeit zurückbringen soll. Die Men- schen sollen so vor einem möglichen sozialen Rückzug bewahrt und ihre Le- bensqualität verbessert werden. Digitales Training als Ergänzung zur klassischen Therapie Via App üben die Patientinnen und Pa- tienten gezielt Wort- und Satzproduktion, trainieren den Wortabruf und die Aus- sprache von Lauten. Anschließend gibt ihnen die App individuelles Feedback. »Die Digitalisierung, aber auch der Fachkräftemangel fordern neue Techno- logien, die in therapeutischen Prozessen einsetzbar sind«, ist sich Tuschen sicher. Das digitale Training für zu Hause sei da- für ein wichtiger Schritt – als flexible Er- gänzung zur klassischen Therapie vor Ort: »Nach einem Schlaganfall benötigen Be- troffene nachweislich eine intensive Sprachtherapie, die logopädische Versor- gung ist aber häufig nicht ausreichend. Diese Lücken möchten wir schließen.« Neben einer besseren Versorgung könn- te die Technologie zur automatischen und assistiven Sprach- und Sprechanalyse lang- fristig sogar bei der Früherkennung von Krankheiten, wie etwa Demenz, helfen: Betroffene haben häufig bereits frühzeitig Schwierigkeiten, die richtigen Wörter zu finden und zu benutzen. Auch Aspekte der Kommunikationsfähigkeit, wie abnehmen- de Gesprächsanteile und -interaktion, kön- nen beeinträchtigt und somit Indikatoren für die Krankheit sein. Diese Anzeichen könnte die Technologie künftig ebenfalls identifizieren. Lautstärke der Stimme, das Tempo sowie die Sprechmelodie. Im Projekt Theresiah etwa haben die Forschenden gemeinsam mit Partnern ein digitales Therapiesystem entwickelt, das Hörgeschädigte durch ein Aussprache- und Hörtraining unterstützt. Betroffenen fehlt häufig die akustische Rückkopplung, sie können ihre eigene Stimme und Sprech- weise nicht mehr bewerten. Die integrier- te Sprachanalysetechnologie des Fraun- hofer IDMT hilft hier weiter: Sie erkennt Aussprachemuster, gibt den Patientinnen und Patienten dazu Rückmeldung und er- möglicht so ein effizientes, individuelles Training. Das Projekt OSST (Oldenburger Sprech- und Stimmtest), das noch bis Ende 2023 läuft, führt dieses Thema fort: Mit Partnern aus der Wissenschaft entwickeln die Fraun- hofer-Forschenden ein Screening, das Stimm- und Sprechstörungen analysiert und so das logopädische Training unter- stützen soll. »Welche Laute kann ein Pa- tient mit Hörschädigung nicht mehr rich- tig artikulieren? Sind die Zischlaute betroffen? Klingt die Stimme monoton, »Unser oberstes Ziel ist es, die Kommunikations- fähigkeit von Menschen zu fördern.« Laura Tuschen, Fraunhofer IDMT Mit einem digitalen Trainingssystem unterstützt Laura Tuschen Patientin- nen und Patienten. zurück zu Seite 1 59 o t o h p k c o t s i / i Z a t e v S , r e k c e d ö B a k n A / T M D i I r e f o h n u a r F : s o t o F

W enn er schwächer wird, sind die möglichen Folgen be- kannt. Die Nordsee? Könn- te monatelang vereisen. Grüne Wiesen in Deutschland? Könnten sich in karge Landschaft verwandeln. Meeresbewohner wie Schildkröten oder Flussaale? Könnten sich nicht mehr gen Norden treiben lassen. Dass der Golfstrom im Zuge des Klimawandels voraussicht- lich langsamer wird, liegt vor allem am Salzgehalt im Meer. Höhere Temperaturen lassen in den Polargebieten immer mehr Eis schmelzen; das zusätzliche Süßwas- ser verdünnt das Meerwasser. Es ist nun nicht mehr kalt und salzig, somit nicht schwer genug, um zu sinken. Es verliert seine Kraft, die Strömung wie gewohnt anzutreiben. 4 | 23 einer veränderten Menge Meersalz zurecht? Das Modell basiert dabei auf zweierlei Da- ten: Werten zur Salztoleranz verschiedener Organismen sowie Klimavorhersagen aus dem aktuellen Bericht des Weltklimarats. 20 Prozent des globalen Planktons könnten bis 2100 verschwinden Die Berechnungen zeigen: Besonders be- troffen sind Lebewesen wie Plankton, Ko- rallenriffe und Algen – Schlüsselorganis- men, die nicht nur zahlreichen Lebewesen das Überleben sichern, sondern auch im Kampf gegen den Klimawandel entschei- dend sind. »Plankton produziert beinahe die Hälfte des weltweiten Sauerstoffs«, erklärt Röthig. Zudem entziehe es der Atmosphäre et- wa genauso viel Koh- lenstoffdioxid wie alle Wälder zusammen. »Unsere Studie zeigt: Der veränderte Salzge- halt allein bedroht bis Ende des Jahrhunderts etwa 20 Prozent der weltweiten Plankton- gemeinschaften – un- abhängig von der stei- genden Temperatur, die eine ähnlich große Be- deutung hat.« Zwar handle es sich dabei um keine sichere Prognose, sondern um Daten, die in die Zu- kunft projiziert werden. Für Röthig steht trotz- dem fest: Klimaforschende müssen die Sa- linität künftig als zentralen Parameter dringend berücksichtigen: »Nur, wenn wir präzise vorhersagen können, was passiert, können wir uns schützen.« — Hier geht‘s zur Studie: »Der Salzanteil im Ozean ist ein entschei- dender Faktor in der Klimaforschung«, be- tont Dr. Till Röthig, stellvertretender Leiter der Abteilung Biodiver- sitätsforschung am Fraunhofer-Institut für Molekularbiologie und Angewandte Oekologie IME. »Plankton produ- ziert beinahe die Hälfte des welt- weiten Sauerstoffs. Zudem entzieht es der Atmosphäre etwa genauso viel Kohlenstoffdioxid wie alle Wälder zusammen.« Dr. Till Röthig, Fraunhofer IME Gerade wegen die- ser möglichen Auswir- kungen findet die so- genannte Salinität in der Klimaforschung laut Röthig bislang zu wenig Beachtung. Ge- meinsam mit Partne- rinnen und Partnern aus der Wissenschaft möchte er das ändern. In einer Studie untersuchen Röthig und sein Team mögliche Konsequenzen. Die Besonderheit: Die Forschenden konzent- rieren sich auf die Folgen menschlicher Eingriffe in die Natur. Diese verstärken die Schwankung – allen voran die menschen- gemachte Erderwärmung. Mit Computer-Simulationen möchten Röthig und sein Team folgende Kernfrage beantworten: Wie kommen verschiedene Ökosysteme bis Ende des Jahrhunderts mit zurück zu Seite 1 61 Unterwegs: Meeres- bewohner wie Schildkröten nutzen den Golfstrom als Fortbewegungsmittel. o t o h p k c o t s i / 1 6 d a V l : o t o F

4 | 23 nen wir zeigen, ob ein Schaden reversibel ist oder nicht – ein entscheidendes Klassifizierungsmerkmal, das mit bisherigen tierversuchsfreien Tests noch nicht erreicht wurde«, freut sich der Wissenschaftler. Zusätzlicher Plus- punkt: Die Ergebnisse sind durch Testung an menschli- chen Zellen reliabler, da sich das tierische Auge von dem des Menschen auf Zellebene unter- scheidet. Die Risikobewertung wird im neuen Test also deutlich zuver- lässiger sein. Das vom Bundesministerium für Bildung und Forschung geför- derte Projekt befindet sich am En- de der ersten Förderungsperiode. Aktuell führen Lotz und sein Team eine sogenannte Multilaborstudie durch: Damit das Verfahren in et- wa zwei bis fünf Jahren Teil der OECD-Richtlinie werden kann, muss nachgewiesen werden, dass es weltweit in Laboren anwendbar ist. Im Anschlussprojekt reichen die Forschenden ihre Technologie an den Expertenrat der OECD wei- ter. Dort wird entschieden, ob das Verfahren als Richt- linie aufgenommen wird oder ob noch Verbesserungs- bedarf besteht. Lotz hofft auf den europaweiten Erfolg: »Ich fände es genial, den Sprung zu schaffen und eine Technologie, die wir im Labor ausgetüftelt haben, in Form einer OECD- Richtlinie zur Anwendung zu bringen.« »Wir möchten eine tierfreundliche Alter native zum Draize-Test entwickeln, die zuverlässige Ergebnisse liefert.« Dr. Christian Lotz, Fraunhofer ISC Die Zellen im Gewebe, das Lotz und seine Kolleginnen und Kollegen im Reagenzglas züchten und das die Cornea nachbildet, sind von einer Membran umhüllt. Aufgrund ihrer chemischen Zusammensetzung wirkt diese wie ein elektrischer Isolator. Sobald die Zellen eine oder mehre- re geschlossene Schichten bilden, entsteht ein messbarer elektrischer Widerstand. Um das Irritationspotenzial einschätzen und chemische Sub- stanzen entsprechend klassifi- zieren zu können, fügt das Projekt- team im Test die kritische Chemi- kalie hinzu. Anschließend misst ein sogenanntes Impedanzspek- trometer den elektrischen Wider- stand im Modell: »Schädigt die Testsubstanz die Hornhaut, sterben Zellen ab und es entstehen Löcher in der Zellmembran. In der Folge sinkt der Widerstand, der Strom kann wieder frei fließen«, erklärt Lotz das Prinzip. Ist der Widerstand gering, so hat die Substanz das Ge- webe folglich stark geschädigt. Fällt der Wert hingegen hoch aus, weist das Gewebe keine Schä- digung auf. Der Widerstand wird also zum Indikator dafür, wie gefährlich die Substanz dem menschlichen Auge werden kann – ohne dabei die Hornhaut im Reagenzglas zu zer- stören. »Das hat den großen Vorteil, dass wir das Gewebe nach einigen Tagen erneut untersuchen können. So kön- , ) 2 ( s e g a m Die Gesundheit im Blick: Ein neues Testver- fahren schützt das Auge vor gefährlichen Irritationen. i s u i t i r u a m / y r a r b i L o t o h P e c n e i c S : s o t o F C S I r e f o h n u a r F / m a s l e S n i r t a K zurück zu Seite 1 63

4 | 23 M it Explosionen kennen sie sich aus, die Forschenden des Fraunhofer- Instituts für Kurzzeitdynamik, Ernst-Mach-Institut, EMI. Seit vie- len Jahren studieren sie, was innerhalb weniger Mikrosekunden passiert: von der Zündung, mit der die chemische Reaktion des Explosivstoffs in Gang gesetzt wird, über die Ausbreitung der Reaktion, die große Mengen an Energie freisetzt, bis hin zur schlagartigen Ausdehnung der heißen Reaktionsprodukte, die zu Stoßwellen in der Luft führt. All das geschieht so schnell, dass das Auge es nicht erfassen kann. Am Fraunhofer EMI werden für die Simula- tion von Explosionen Hydrocodes entwickelt, so der APOLLO Blastsimulator für gasdynamische Vorgänge und SOPHIA für das Verhalten fester Stoffe. Sie dienen der Erforschung und Analyse der Hochgeschwindigkeitsvorgänge im Inneren des Explosivstoffs und bei der Ausbreitung und Wirkung der Blastwellen. Im Fall von Minen er- laubt der APOLLO Blastsimulator beispielsweise, das Schadensrisiko einer Detonation für einen bestimmten Umkreis abzuschätzen und die Schä- den zu quantifizieren. Todesgefahr auch für Zivilisten Wie groß die Bedrohung durch Minen sein kann, zeigt der Krieg in der Ukraine. Schon im Früh- jahr hat Präsident Wolodymyr Selenskyj davon gesprochen, dass knapp ein Drittel der Gesamtflä- che seines Landes vermint sei. Nach Presseberich- ten haben die russischen Streitkräfte einen 1000 Kilometer langen und 16 Kilometer tiefen Streifen Land vermint, um die ukrainische Gegenoffen- sive zu stoppen. Mindestens sieben Arten von Antipersonenminen haben sie eingesetzt. Auch Zivilisten in der Ukraine sind betroffen. 2022 sind nach Angaben des Landminen-Reports allein in den ersten neun Monaten 277 Zivilisten ums Le- ben gekommen. Die Fraunhofer-Expertinnen und -Experten nutzen ihr Wissen nicht nur zur Erforschung und Simulation von Explosionen, sondern auch dazu, Minen zu entschärfen. Dr. Martin Lück, Gruppen- leiter Lasertechnologie in der Abteilung Impakt- physik, und sein Team setzen auf Lasertechnik und haben hierfür den Hydrocode SOPHIA weiterent- wickelt. Ein Dauerstrichlaser wird auf die Mine oder ein anderes explosives Objekt wie etwa ein IED (Improvised Explosive Device) gerichtet. zurück zu Seite 1 65 a p d / A C A B A / m r o f n i r k U / o r t y m D o k n e y i l o m S : o t o F

verarbeitung und Ergonomie FKIE in Wachtberg. Er arbeitet an der Weiterentwicklung und Opti- mierung der Störersysteme, die bei der Bundes- wehr zum Einsatz kommen. Sie müssen Signale mit ganz unterschiedlichen Frequenzen und Stär- ken stoppen. Die Funkspezialisten aus Wachtberg nutzen hier beispielsweise die Sweep-Technik. Dabei wird das ausgesendete Störsignal in Zick- zacklinien über einen vordefinierten Frequenz- bereich geführt. Der Frequenzwechsel findet in Mikrosekunden statt. Minenräum-Teams geraten immer wieder in Situation, in denen mehrere feind- liche Systeme vorhanden sind oder vermutet wer- den. Deshalb arbeiten die Fraunhofer FKIE-For- schenden an Algorithmen, die automatisch die lokale Signalsituation analysieren, um die Stör- leistung auf die relevanten Frequenzen konzent- rieren zu können. Die Algorithmen legen in kür- zester Zeit fest, ob Frequenzen geändert werden und wie lange sie beibehalten werden müssen. »Neue Technologien aus der zivilen Welt wie etwa die Mobilfunktechniken 5G und 6G werden zunehmend auch für RCIEDs, Minen oder zur Drohnensteuerung genutzt«, erklärt Gläsel. »In diesem Wettlauf forschen wir laufend weiter, da- Ein Entschärfer demonstriert während der NATO-Übung NEMO 2022 die Arbeit an der per Funk auslösbaren Sprengfalle RCIED. 4 | 23 mit die Bundeswehr die Störfähigkeit ihrer Sys- teme verbessern und ihre Soldatinnen und Sol- daten besser schützen kann.« Dabei ist die internationale Zusammenarbeit ein entscheidender Faktor. Das FKIE-Team arbei- tet mit Experten aus vielen NATO-Ländern zu- sammen. Neben regulären Meetings in einem so- genannten »Team of Experts« treffen sich die Fraunhofer FKIE-Forschenden jährlich mit Part- nern, um in Labormessungen und alle zwei Jah- re in Freifeldmessungen die Störsysteme auszu- testen und neue Technologien zu erproben. Die Gefahr bleibt – auch für die Minenräumer. Physiker Armin Keßler, Projektgruppenleiter Tech- nische Sicherheit der Abteilung Energetische Sys- teme am Fraunhofer-Institut für Chemische Tech- nologie ICT, betont allerdings: »Professionelle Minenräumung ist kein Abenteuer mit Nerven- kitzel, sondern das Ergebnis einer komplexen Pro- zesskette.« An der Planung der Prozesskette arbei- tet das Fraunhofer ICT. »Wir klassifizieren Explosivstoffe, sorgen für die sichere Handhabung und formulieren Sicherheitskonzepte für jeden Schritt«, sagt Keßler. Kurz: Die Forschung versucht, das Risiko kalkulierbar zu machen. l l e s ä G s i n n e D / E I K F r e f o h n u a r F : s o t o F zurück zu Seite 1 67

4 | 23 Schokolade hält sich am längsten, wenn man sie dunkel und kühl bei etwa 18 Grad Celsius lagert. Dann stehen die Chancen sogar gut, sie noch beim Weihnachtsfest im nächsten Jahr verzehren zu können. W eihnachtszeit ist Schokoladenzeit. Egal ob als Weihnachtsmann, Engel oder goldene Glocke: Rund die Hälf- te aller Deutschen bevorzugt Milch- schokolade. Gleichzeitig wollen immer mehr Menschen ganz oder teilweise auf Kuhmilch ver- zichten – aus Tierschutz-Gründen, wegen Unver- träglichkeiten, oder weil sie sich vegan ernähren. Ein Drittel, so das Ergebnis einer Statista-Umfrage von 2021, sucht Genuss ohne Kuhmilch. Damit der bei Schokolade gelingt, forscht Dr. Isabell Rothkopf am Fraunhofer-Institut für Ver- fahrenstechnik und Verpackung IVV an dem per- fekten veganen Ersatz. Zartschmelzend soll er sein, eine feine Süße haben und ein vollmundiges Aro- ma. »Bisher auf dem Markt erhältliche Produkte überzeugen mich da nicht«, urteilt Schokoladen- Profi Rothkopf. Häufig fehlt der zarte Schmelz, etwas Raues bleibe auf der Zunge, der Pflanzen- geschmack dominiert. Der Fehler? Die Hersteller ersetzen Kuhmilch durch gängige Alternativen wie Hafer-, Mandel- oder Sojamilch. »Das funk- tioniert aber nicht«, befindet Rothkopf, »weil Kuh- milch in Schokolade nicht nur Füllstoff ist, son- dern sich in vielerlei Hinsicht auf das Produkt auswirkt.« Schon mit der Verarbeitung der Kuh- milch verändert sich das Aroma, schmeckt die Schokolade beispielsweise eher nach frischer Milch oder nach Karamell. »Das bekomme ich mit pflanz- lichen Produkten nicht hin, weil mir der Milch- zucker fehlt«, so Rothkopf. Auch wirke sich die Milch auf die Fließeigenschaften, die Optik und die Haltbarkeit aus. »Wir analysieren daher zu- nächst genau: Was macht die Kuhmilch alles in der Schokolade? Welche Effekte haben Milchzu- cker, -fett und -protein?« Haselnussöl statt Milchfett Als Erstes nahmen sich Rothkopf und ihr Team das Milchfett vor und stellten fest, dass man es durch regionale pflanzliche Öle hervorragend er- setzen kann. »Wenn man Haselnussöl verwendet, bekommt man auch diesen nussigen Charakter der Schokolade sehr gut hin«, erklärt sie. Proble- matischer ist der Milchzucker, die Laktose. Haus- haltszucker ist zu süß, daher experimentiert das Fraunhofer IVV-Team mit Trauben- und Frucht- zucker sowie einem neuen Zucker, der Tagatose, und einem innovativen Süßstoff, der Allulose. Auch das Milchprotein lässt sich nicht so ein- fach durch pflanzliche Proteine austauschen. Ver- e n i l n O 1 F / y s k c o t S / n e h C l l i J : o t o F mutlich wirkt es leicht emulgierend, sodass sich Kakaobutter und Zucker besser verbinden. Roth- kopf untersucht zurzeit verschiedene pflanzliche Alternativen, die sie in ihrer Schokolade testen will. Dabei kann sie auf eine umfassende insti- tutseigene Datenbank zurückgreifen. Um dem typischen Milchschokoladenge- schmack möglichst nahezukommen, variiert das Fraunhofer IVV-Team nicht nur die Zutaten, son- dern passt auch die Verarbeitungsprozesse kon- tinuierlich an. Rothkopf: »Pflanzliche Produkte haben beispielsweise häufig Faserstoffe. Die muss ich anders zerkleinern, damit ich später keine stö- renden Partikel auf der Zunge habe.« Beim Con- chieren, einem speziellen Knet- und Rührprozess, der entscheidend für die Fließeigenschaften der Schokolade ist und der Aromaveredlung dient, experimentieren die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler mit verschiedenen Temperaturen, verändern Knetdauer und -stärke. »Wichtig ist, dass sich das Aroma gleichmäßig in der Masse verteilt. Ungewollte Stoffe, zum Beispiel Essigsäu- re, die im Rohkakao in großen Mengen enthalten ist, sollen sich verflüchtigen, die gewollten Aro- men aber gleichzeitig erhalten bleiben.« Verlockende Optik, längere Haltbarkeit Ein weiteres Manko herkömmlicher veganer Schokoladen ist die Optik. Oft fehlt eine makel- lose, glänzende Oberfläche, stattdessen legt sich schnell ein grauer Schleier über die Riegel, der sogenannte Fettreif. Rothkopf: »Das kennt man auch von normalen Milchschokoladen. Wenn sie nicht sachgerecht gelagert wurden oder schon älter sind, wandert das Fett nach oben und kris- tallisiert. Das klassische Milchprotein, das Case- in, hat nach neusten Untersuchungen vermutlich eine fettreifverzögernde Wirkung. Das Produkt ist daher länger haltbar.« Die Schokolade könne zwar trotz Fettreif noch bedenkenlos verzehrt werden, doch der Geschmack lasse ein wenig nach. Die Pflanzenöle, die das Fraunhofer IVV-Team in der Schokolade einsetzt, sind auch in diesem Punkt vorteilhaft: Sie hemmen die Fettreif-Bildung. »Entscheidend ist, dass die Öle relativ früh gut in die Masse eingearbeitet werden. Dann ist das Fett weniger mobil.« Die Optik spielt gerade beim Genuss eine wichtige Rolle. Die Weihnachtsbot- schaft der Schokoladen-Fachfrau Rothkopf: »Es muss appetitlich aussehen. Schließlich will man sich ja was gönnen.« zurück zu Seite 1 69

spiegelungen notwendig. Bereits bei einer einzelnen nicht entspiegelten Linse treten Reflexionen auf – und sie summieren sich bei Systemen mit mehreren Lin- sen: Je nach Brechungsindex des Substratmaterials können pro Grenzfläche circa vier Prozent Reflexions- verlust auftreten. Um dies zu verhindern, werden mit der sogenannten AR-plas®-Technologie Nanostruk- turen auf optischen Oberflächen erzeugt. Das Prinzip der AR-plas®- Technologie geht auf die Natur zurück: Auf den Augen nacht- fliegender Motten findet man antireflektierende Strukturen, auch Mottenaugenstrukturen ge- nannt. »Motten haben schwarze Augen, die unter dem Mikroskop eine Mikro- sowie eine Nano- struktur offenbaren. Diese Nano- strukturen bilden wir im Labor nach«, erklärt Dr. Astrid Bingel, Gruppenleiterin am Fraunhofer IOF. Dabei wird die Oberfläche so manipuliert, dass störende Re- flexe deutlich reduziert werden. »Motten haben schwarze Augen, die unter dem Mikroskop eine Mikro- sowie eine Nanostruktur offenbaren. « Die Leica Geosystems AG aus Heerbrugg in der Schweiz hatte sich an das Fraunhofer IOF gewandt, um gemeinsam an einem AR-Schichtsystem für LiDAR-Systeme zu arbeiten. Das Unternehmen ent- wickelt luftgestützte LiDAR-Messsysteme, die für die Gelände- und Städtekartierung eingesetzt werden. Die Abkürzung LiDAR steht für »Light detection and ranging« und bezeichnet Lasersysteme, die der op- tischen Abstands- und Geschwindigkeitsmessung dienen. AR-plas2-Technologie: Reflexionen reduzieren, Beschlagen verhindern Die Messsysteme werden zum Beispiel an Vermes- sungsflugzeugen angebracht, die Aufnahmen aus mehreren tausend Metern Höhe anfertigen. Dabei durchqueren sie mitunter verschiedene Luftschich- ten, wodurch es zu extremen Temperaturunterschie- den zwischen dem LiDAR-System und der Umgebung kommen kann. In der Folge beschlagen die optischen Oberflächen, die Funktionalität wird beeinträchtigt. Gesucht wurde demnach eine Lösung, die nicht nur Reflexionen für einen speziellen Wellenlängen- und Einfallswinkelbereich reduziert, sondern auch das Beschlagen von optischen Oberflächen verhindert. Anne Gärtner und ihr Team entwickelten ein neu- artiges Schichtsystem mit der AR-plas2-Technologie, F O I r e f o h n u a r F , l h s a p s n U / n d e H i l r a K : s o t o F 4 | 23 einer Weiterentwicklung des ursprünglichen AR-plas®- Verfahrens. Damit lassen sich mehrere Nanostruktu- ren übereinander erzeugen. Im konkreten Fall wurde eine Polymerbeschichtung mit Nanostrukturen kom- biniert. »Wir haben einen speziellen Lack verwendet, der das Beschlagen einer optischen Oberfläche ver- hindert, indem er als Wasserspeicher dient«, erklärt Gärtner. Dieser Antifog-Lack wirkt wie ein Wasser- reservoir und quillt auf, sobald die Oberfläche feucht wird. Da- durch beschlagen die optischen Oberflächen im LiDAR-System nicht. Dr. Astrid Bingel, Fraunhofer IOF »Mithilfe der AR-plas2-Tech- nologie haben wir anschließend eine Nanostruktur in den Lack geätzt und eine zweite Nano- struktur darüber aufgebracht«, erläutert Dr. Astrid Bingel. Durch die spezielle Prozessführung wird das Polymer hydrophiler: Anstelle von Tropfen bildet sich auf der Oberfläche ein gleichmä- ßiger Film, der die Sicht nicht be- einträchtigt. »Die Unterschiede in den Brechungsin- dizes des Polymermaterials und der umgebenden Luft führen jedoch zu unerwünschten Reflexionen und Geisterlicht im optischen System«, ergänzt Gärtner. Hier bewirkt die doppelte Nanostruktur, dass Refle- xionen über einen breiten Spektralbereich hinweg minimiert werden. Die Funktion des darunterliegen- den Antifog-Lackes wird jedoch nicht beeinträchtigt. Das AR-plas2-Verfahren bringt den Forschenden maximale Flexibilität: »Wir können entweder meh- rere Nanostrukturen übereinanderstapeln oder eine Nanostruktur mit einem klassischen Schichtsystem kombinieren. Dadurch haben wir ein breites Baukas- tenprinzip für die Entwicklung optischer Designs«, sagt Gärtner. Die Technologie ist auf fast allen Arten von Materialien – von Polymeren über Glas bis hin zu Fluoridkristallen – und in vielen Bereichen ein- setzbar. Vor allem in der Automobilindustrie für Sys- teme des autonomen Fahrens sowie im Konsumgü- terbereich, etwa für Smartphone-Kameras, werden kombinierte Nanostrukturen bereits genutzt. An einem Einsatz für Quantencomputing wird derzeit ebenfalls geforscht. Eine Einschränkung gibt es aber doch: Nanostruk- turen sind berührungsempfindlich. Das Schichtsys- tem eignet sich daher vor allem für innenliegende Flächen. Brillenträger müssen somit leider weiterhin zum Putztuch greifen. zurück zu Seite 1 71

4 | 23 SÜDAFRIKA Klimafreundlicher Strom für Südafrika nologie als klimafreundliche und zuver- lässige Stromversorgung in Südafrika zu etablieren und durch öffentlich zu- gängliche Demonstratoren die Akzep- tanz in der Bevölkerung zu erhöhen. Ei- ne erste industrielle Anwendung ist in Kapstadt bei einem Hersteller für fahr- zeugbasierte Dachzelte in Betrieb. Bisher sorgt erdölbasierte Kunststofffolie dafür, dass auf einer Palette Einzelteile beim Transport nicht verrutschen. Ein mobiles und autarkes Stromversor- gungssystem auf Basis von Wasserstoff haben Wissenschaftlerinnen und Wis- senschaftler des Fraunhofer-Instituts für Werkzeugmaschinen und Umform- technik IWU gemeinsam mit südafrika- nischen und deutschen Unternehmen sowie der Universität Stellenbosch bei Kapstadt entwickelt. In den sogenann- ten Microgrids von der Größe eines hal- ben Schiffscontainers werden Elektro- lyseure, die grünen Wasserstoff erzeu- gen, mit Brennstoffzellen zur Rückver- stromung kombiniert. Das System ist an externe Solarquellen angeschlos- sen; für eine völlig autarke Lösung ge- nügt es, die Dachfläche des Containers mit Photovoltaik auszustatten. Ziel des Projekts HyTrA ist es, Wasserstofftech- Flexible Microgrids erzeugen aus Solarenergie Wasserstoff. DÄNEMARK Perfektes Kaffeearoma dank KI Für einen ungetrübten Kaffeegenuss sorgt in Zukunft Künstliche Intelligenz (KI): Das Fraunhofer-Institut für Produk- tionstechnik und Automatisierung IPA arbeitet gemeinsam mit dem Danish Technological Institute DTI an der Wei- terentwicklung eines KI-Modells, das Kaffeemischungen anhand vorgegebe- ner Geschmacksprofile optimiert. Bis- lang testen Kaffeeexpertinnen und -experten mit geschulten Geschmacks- nerven das Aroma. Auf der Grundlage von Daten über Bohnensorten, Ge- schmackskomponenten, Mischungsver- hältnisse und Röstgrade wurde die KI darauf trainiert, die besten Rezepturen zum günstigsten Preis zu erstellen. Ziel war ein transparenteres Modell mit ei- ner einfacheren Struktur, um nachvoll- ziehbare Lösungen zu erhalten. Mithilfe der KI können Kaffeeproduzenten den Beschaffungsprozess für Rohkaffee fle- xibel an saisonale Bedingungen und Preisschwankungen anpassen, ohne dass die Qualität beeinträchtigt wird. Der Geruch ist ein wichtiges Bewertungs- kriterium für Kaffeesommeliers. ) 5 ( o t o h p k c o t s i : s o t o F ÖSTERREICH Nachhaltig mit Folie verpacken Eine biobasierte Stretchfolie, die inner- halb weniger Wochen vollständig und rückstandsfrei kompostierbar ist, hat ein Forschungskonsortium unter Lei- tung von Fraunhofer Austria entwickelt. Die Folie erfüllt alle Anforderungen für den Einsatz in der Logistik. Ihre Materi- alzusammensetzung, die auf verschie- denen milchsäurebasierten Biokunst- stoffgranulaten, sogenannten Polylacti- den (PLA), basiert, zeigt bessere mecha- nische Eigenschaften wie Dehnbarkeit, Elastizität und Zugfestigkeit als her- kömmliche Stretchfolien. Die innovative Bio-Folie kann zudem bis zu sechsmal ohne Qualitätsverlust recycelt werden. Um Paletten zu sichern, ist Stretch- folie in der Transportlogistik allgegen- wärtig – als erdölbasierte Einwegverpa- ckung, die bisher nur zu einem Bruch- teil wiederverwertet wird. Gelangt der Kunststoff in die Umwelt, dauert es bis zu 400 Jahre, bis er sich auflöst, oft ent- steht dabei umweltschädliches Mikro- plastik. Ein weiteres Ziel des Projekts ist es daher, die Bio-Folien so effizient wie möglich zu nutzen: Eine neu entwickel- te Steuerungstechnik für Maschinen, die Paletten automatisch mit Stretch- folie umwickeln, hat bislang eine Mate- rialeinsparung von 30 Prozent ermög- licht. Sie wird zusammen mit der inno- vativen Folie aktuell in der Pilotfabrik der TU Wien für die industrielle An- wendung getestet. zurück zu Seite 1 73

4 | 23 wird klar, welche Feinjustierung durch Glykane möglich ist. Der medizinischen Forschung öffnen sich immer neue Wege für Diagnose und Therapie. Sophia Rosencrantz forscht innerhalb des Fraunhofer Cluster of Ex- cellence Immune-Mediated Diseases CIMD an einer Methode zur Frühdiag- nose der rheumatoiden Arthritis, einer der häufigsten Formen der chronischen Gelenksentzündung. »Bekannt ist, dass diese Autoimmunerkrankung mit einer fehlerhaften Glykosylierung bestimmter Immunglobuline einhergeht«, erklärt die Biotechnologin. »Wir wollen nun ein Tool entwickeln, mit dem sich die Zuckerstruk- tur der Immunglobuline frühzeitig scan- nen lässt – um im Idealfall die Krankheit noch vor Ausbruch zu therapieren und womöglich sogar zu heilen.« Auch in der Krebsforschung hofft man, Glykane als Biomarker einsetzen zu können, da Tu- morzellen oftmals ein anderes Zucker- muster an ihrer Oberfläche besitzen als gesunde Zellen. Außerdem arbeitet Sophia Rosencrantz daran, die Glykosylierung von Antikör- pern enzymatisch zu verändern, sodass diese eine bessere oder erweiterte Wirkung zeigen. »Durch Modifikation seiner Zucker- antennen wird der Antikörper gezielt in Zellen eingeschleust und bringt seine schädliche Protein-Fracht mit, um diese dort zum Abbau zu zwingen«, erklärt sie. Eine Methode, die künftig zur Entwick- lung passgenauer und dadurch hocheffek- tiver Medikamente beitragen soll. Ruben R. Rosencrantz wiederum be- schäftigt sich mit der Herstellung von Gly- kopolymeren, also von Polymeren, die über präsentierte Glykane zuckerbindende Pro- teine oder auch Toxine einfangen können. »Anders als Antibiotika, die in den Stoff- wechsel eines Bakteriums eingreifen, bie- ten sich diese sogenannten Patho-Blocker gezielt bestimmten Krankheitserregern als Bindepartner an und verhindern deren Bindung an das eigentliche Zielgewebe. Wir erhoffen uns durch diese Therapie- form eine geringere Ausbildung von Re- sistenzen als bei Antibiotika.« Für ein deutsch-israelisches Projekt hat Prof. Rosencrantz zudem Glykopolyme- re entwickelt, die das Tragen von Kon- taktlinsen nicht nur angenehmer für das Auge machen, sondern auch der ge- zielten Freisetzung von Medikamenten dienen sollen. Im Zentrum stehen dabei sogenannte Mucine, spezielle Glykopro- teine, die im Körper für alles zuständig sind, was gelartig oder glitschig ist. »Die Idee war, Kontaktlinsen mit solchen syn- thetisch hergestellten Mucinen zu be- schichten, die den natürlicherweise im Auge vorkommenden Zucker-Gelen äh- neln«, erklärt der Forscher. »In der Linse verkapselte Medikamente können dann langsam freigesetzt werden und so deut- lich länger im Auge wirken als etwa über Augentropfen.« Die extreme Vielfalt der Zuckerwelt offenbart viele Forschungsoptionen, ist aber zugleich auch eine Herausforderung für die Entwicklung von Medikamenten, Functional Food oder Kosmetika: »Die Zu- ckersynthese ist sehr komplex und damit auch sehr teuer«, erklärt Sophia Rosen- crantz. Sobald auch nur einzelne Atome in der Ringstruktur an der falschen Stelle nach oben oder unten ragen, werden sie vom Körper als fremd erkannt. »Zucker sind Meister darin, mit minimalen Ände- rungen maximale Wirkungen hervorzu- rufen«, ergänzt Ruben R. Rosencrantz. »Deshalb muss eine chemische Synthese extrem kontrolliert ablaufen, um am En- de genau die Zuckerstruktur zu erhalten, die benötigt wird.« Zentrale Datenbanken und Künstliche In- telligenz sollen die immens große Welt der komplexen Zucker künftig besser ordnen und die Vielzahl der Wechselwirkungen zwischen Glykanen, Proteinen und Lipi- den für die Forschung und Industrie be- herrschbarer machen. Selbst Insider wie das Ehepaar Rosencrantz tun sich schwer damit, das Potenzial abzuschätzen, das tatsächlich noch in der Glykobiotechno- logie für die unterschiedlichen Branchen schlummert. Sicher ist nur eins: dass es enorm groß ist – und größtenteils noch unentdeckt. zurück zu Seite 1 75 l i e r u t c i p n a p / r e n r o D + z t i b u L P : o t o F

hofer MEVIS. Im Zentrum steht damit ei- ne Frage von großer Bedeutung: Wie lan- ge wird es wahrscheinlich dauern, bis sich nach einer Entnahme der Prostata ein Re- zidiv bildet, also weiteres Gewebe vom Krebs befallen wird? Als Grundlage für diese Vorhersage dienen den Forschenden nicht die bislang verwendeten Mikroskopiebilder, sondern daraus erstellte »Tissue Concepts«. »Jedes Bild wird dafür von einer Künstlichen In- telligenz in eine niedrigdimensionale Dar- stellung umgerechnet, in der nur noch die relevanten Informationen enthalten sind«, sagt Lotz. Die reduzierte Version, so die Hoffnung des Forschungsteams, soll wei- terhin bestimmte Gewebemerkmale auf- zeigen, die mit einer hohen Lebensdauer assoziiert sind. Die Forschenden trainier- ten die KI mit zahlreichen Datensätzen,die nicht nur Daten und Bilder von Prostata- karzinomen enthielten. Denn die KI soll eine Art Allrounder werden, sich auf ver- schiedene medizinische Zentren und Kli- niken übertragen lassen und als Grund- lage für zahlreiche weitere Projekte dienen. Sie soll langfristig die Schwere von Brust- krebs untersuchen, Lymphozyten finden, Biopsien segmentieren und eben auch Pros- tatakrebs analysieren, wie im Projekt PRO- Survival. Damit das funktioniert, müssen die Bilder so reduziert werden, dass sich alle relevanten Fragen auch mithilfe der verringerten Datenmenge beantworten lassen. Um dies zu garantieren, füttern die Forschenden das System mit den Ausgangs- daten und lassen diese über die KI ver- kleinern. Ermöglichen die erhaltenen »Tissue Concepts« eine ähnlich genaue Auswertung wie die ursprünglichen Mi- kroskopiebilder? Diese Frage soll im Rah- men weiterer Projekte beantwortet werden. »In diesem Vortraining ist ein großer Teil der Variabilität enthalten, die man in der echten Welt erwartet«, bestätigt Lotz. Die Unterschiedlichkeit der Datensät- ze ist auch darin begründet, dass sie in ver- schiedenen Gesundheitszentren entstehen. Denn wird eine Künstliche Intelligenz le- diglich mit Daten aus einem einzigen Zen- trum trainiert, dann funktioniert sie spä- ter auch nur genau dort und kann mit Daten aus einem anderen Zentrum Schwie- rigkeiten haben. Zurückzuführen ist das vermutlich auf Unterschiede beim Färben der Gewebeschnitte. »Es ist mittlerweile Konsens, dass multizentrische Daten nötig sind, also Daten aus verschiedenen Zentren und Kliniken«, erläutert Lotz. Ein Ansatz, der sich in der Praxis jedoch als schwierig erweist, schließlich handelt es sich um sen- sible Daten, die die behandelnden Kliniken aus gutem Grund ungern aus der Hand ge- ben. Auch für diese Herausforderung bie- tet der Ansatz der »Tissue Concepts« eine Lösung: Jedes Zentrum lernt vor Ort seinen eigenen Deep-Learning-Algorithmus mit dem gesamten vorliegenden Datensatz an, der auch die sensiblen hauseigenen Daten enthält. Die Zwischenergebnisse werden über einen koordinierenden Knoten mit den anderen Zentren ausgetauscht. Dieser achtet darauf, dass am Ende alle Algorith- men das Gleiche gelernt haben. »Üblicher- weise muss man bei einem solchen föde- rierten Lernen stets das gesamte Modell Die KI soll eine Art Allrounder werden und als Grundlage für zahlreiche weitere Projekte dienen. austauschen. Da wir die reduzierten Daten verwenden, ist die ausgetauschte Daten- menge deutlich kleiner, der Datenaustausch dürfte schneller gehen«, sagt Lotz. Und: Die ausgetauschten niedrigdimensionalen Dar- stellungen enthalten keinerlei sensible Da- ten; diese verbleiben in den Kliniken. Aus- getauscht werden lediglich die Algorithmen samt den Vorhersagemodellen. Neben dieser ersten, projektübergrei- fenden KI-Anwendung entwickeln die For- schenden ein zweites Deep-Learning-Sys- tem, das speziell den Prostatakrebs im Fokus hat. Dieses soll aus den reduzierten Daten diverse Vorhersagen machen: Wie ist das Grading des Tumors? Wie lang ist die vor- aussichtliche rezidiv-freie Überlebenszeit? Wo im Bild sind die Tumorbereiche und welche Gewebemuster sind besonders prä- diktiv? Diese Fragen, so hoffen die Forschen- den, dürften sich in einigen Jahren mithil- fe der Künstlichen Intelligenz deutlich schneller und genauer beantworten lassen 4 | 23 – mit allen damit verbundenen Vorteilen für die Behandlung betroffener Patienten. KI für die Krebsregister Hilfreich ist die Künstliche Intelligenz im Bereich der Krebsbehandlung auch im Hin- blick auf große Textmengen, wie sie etwa in den Krebsregistern der jeweiligen Bundes- länder zusammenlaufen: Dort werden alle Daten zu Krebserkrankungen und onko- logischen Behandlungen systematisch er- fasst, ausgewertet und bereitgestellt – mit dem Ziel, Tumorerkrankungen möglichst frühzeitig erkennen zu können und die Krebstherapie zu verbessern. Die Krebsre- gister sammeln also Daten zu den Verläu- fen von Therapien auf einer großen Daten- basis. Welche Behandlungen zeigen bei welchen Tumorarten Erfolg? Welche Prä- ventions- und Früherkennungsprogram- me sind sinnvoll? Gibt es in bestimmten Krankenhäusern Verbesserungsbedarf? Dazu reichen Kliniken die Daten ihrer Tumorpatientinnen und -patienten ein: von der Diagnose über einzelne Behand- lungsschritte und die Nachsorge bis hin zu Rückfällen und möglicherweise dem Tod. Aufgrund dieser Datenlage können Wissen- schaftler den Erfolg von Behandlungen be- werten und neue Erkenntnisse in die breite medizinische Versorgung bringen. Die Krux an der Sache: Die Meldungen, die die klinischen Krebsregister erhalten, bestehen zum großen Teil aus unstruktu- riertem Freitext, sprich aus freien Formu- lierungen der behandelnden Mediziner. Die Dokumentare der Krebsregister müs- sen also zunächst jeden Bericht lesen, auf Plausibilität überprüfen und die Daten manuell ins Krebsregister übertragen – und zwar in einer strukturierten Form, in der sich die Daten gut auswerten lassen. Bei Hunderttausenden von Befunden jähr- lich gleicht das einer Herkulesaufgabe. Die Künstliche Intelligenz soll den Dokumentaren diese Arbeit erleichtern. Entwickelt wird die entsprechende KI im Projekt TeMeK (»TextMining von Mel- dungstexten für einheitliche Klassifika- tionen«), an dem sich das Fraunhofer- Institut für Kommunikation, Informa - tionsverarbeitung und Ergonomie FKIE, die Averbis GmbH, das Universitätsklini- kum Freiburg und das Krebsregister zurück zu Seite 1 77 s e g a m i s u i t i r u a m / P i I S B / r F t n o P e g a m I / t s i o n e B - e i l e m A : o t o F

4 | 23 Date mit der Forschung Ein neues Tor zur Welt des Wissens: Über die Fraunhofer Match Plattform können Unternehmen und Organisationen jetzt ganz einfach einen passenden Projektpartner finden. Von Beate Strobel M ehr als 20 000 Forschende an 76 Fraunhofer- Instituten mit unterschiedlichen wissen- schaftlichen Disziplinen und Angeboten: Für Unternehmen gibt es nun eine neue Option, um unkompliziert mit der Forschungsgesellschaft in Kon- takt zu treten und viele Fraunhofer-Mitarbeitende über nur einen Kanal zu erreichen. Das kostenfreie Portal Fraunhofer Match sucht im Kundenauftrag nach geeigneten Exper- ten und Expertinnen bei Fraunhofer. Idee hinter Fraunhofer Match ist, dass Unterneh- men ihre Herausforderung oder ihr Forschungsanlie- gen über das Portal www. match.fraunhofer.de ein- speisen. Die Anfrage er- reicht dann Forscherinnen und Forscher unterschied- licher Institute, die erste Lösungsoptionen skizzie- ren. Diese werden an das Unternehmen zurückgespielt. Ist der Kunde von einem der Ansätze überzeugt, steht einem gemeinsamen Projekt nichts im Weg. Geplant und entwickelt wurde Fraunhofer Match über einen Zeitraum von zwei Jahren unter Leitung von Dr. Marie-Luise Fuchs in der Fraunhofer-Abteilung Digitaler Technologietransfer. Möglich wurde das Projekt aber nur durch die Mitarbeit vieler Institute, betont Projektleiter Dr. Carl Heinze – und durch den intensiven Austausch mit Pilotkunden. Die Prozesse so auszugestalten, dass die Matches schnell und einfach funktionieren, war eine der großen Herausforderungen. »Die Vielfalt der Institu- te und das breite Forschungsangebot ist eine große Stär- ke von Fraunhofer«, erklärt Heinze. »Die Plattform er- möglicht es auch, institutsübergreifende Kooperationen zu bilden und Synergien zu nutzen im Sinne der Auf- traggeber.« Das vierköpfige Entwicklungsteam von Fraunhofer Match hatte sich für das Lean-Start-up-Prinzip entschie- den, bei dem ein stark vereinfachter Plattform-Prototyp im Life-Modus anhand des Feedbacks von Kunden- wie von Forschungsseite modifiziert und feingeschliffen wird, sodass Kundenbedürfnis- sen bestmöglich Rechnung getragen werden kann. 2023 wurden bislang gut 70 Kundenanfragen bearbei- tet; auch erste Projektab- schlüsse konnten bereits verbucht werden. Viele der eingereichten Fragen be- fassen sich mit Themen wie autonomes Fahren, Energie und nachhaltige Produk- tion. Mit Fraunhofer Match befinde man sich »im Ma- schinenraum der R&D-Ab- teilungen der Unterneh- men«, betont Carl Heinze; Fraunhofer könne so die Forschungsfelder künftig noch effizienter auf deren Bedürfnisse ausrichten. Der Schutz sensibler Unternehmensdaten ist gesichert: Alle Kundenanfragen sowie die von Fraunhofer erarbei- teten Lösungsvorschläge sind automatisch als vertraulich gekennzeichnet; die Nutzungsbedingungen von Fraun- hofer Match entsprechen dem Schutzgrad einer Geheim- haltungsvereinbarung (NDA). Die Daten verlassen die Fraunhofer Cloud nicht, die regelmäßig vom Fraunhofer- Institut für Angewandte und integrierte Sicherheit AISEC hinsichtlich Cyber-Security geprüft wird. Künftig soll eine Künstliche Intelligenz (KI) die Effi- zienz der Plattform weiter erhöhen, indem sie bei der Klas- sifizierung der Kundenanfragen unterstützt, sodass die Experten und Expertinnen auf Fraunhofer-Seite immer besser identifiziert werden können. Und sich eines Tages womöglich alle paar Minuten ein Unternehmen nach- haltig in ein Forschungsteam verliebt. a p d / t r e n h a K n a i t s a b e S : o t o F — Mehr Infos zu Fraunhofer Match zurück zu Seite 1 79

4 | 23 den winzigen Organismen produzierten Natur- stoffe strukturieren das Miteinander im Mikro- biom, dienen als Kommunikationsmittel, als Warnung vor Eindringlingen oder auch zur Ver- teidigung gegen andere Mikroorganismen. Die Medizin macht sich diese Substanzen zunutze und setzt eine Vielzahl bereits in der Therapie ein: Gut 35 Prozent aller zugelassenen Medikamente und 80 Prozent der Antibiotika-Klassen lassen sich auf Naturstoffe zurückführen. Das Verhältnis zwischen Krankheitserregern und pharmazeutischer Forschung gleicht aller- dings einem langfristigen Wettrüsten verfeinde- ter Staaten: Die Wehrhaftigkeit muss kontinuier- lich nachgebessert werden. Konfrontiert mit immer neuen Antibiotika und Antimykotika, entwickeln Pilze und Bakterien zuverlässig Re- sistenzen gegen bestehende Wirkstoffe. Im Ge- genzug muss die Forschung immer andere Wege finden, um zumindest die häufigsten Infektions- krankheiten weiterhin effektiv therapieren zu können. Durch Viren, Bakterien, Parasiten oder Pilze ausgelöste Krankheiten zählen weltweit zu den häufigs- ten Todesursachen; die zuneh- mende Ausbreitung multiresis- tenter Keime gilt als eine der größten globalen Gesundheits- bedrohungen. Mikroben können krank machen und sogar töten – doch zugleich liefern sie auch neue Optionen zur Bekämpfung von ihresglei- chen. Die Chancen, diese immer weiter auszuloten, stehen aktu- ell wieder besser: Dank neuer Techniken wie der Genomsequenzierung gibt es frische Ansätze, um Lieferanten von wertvollen Naturstoffen zu identifizieren oder neue Wirk- stoffe zu entwickeln. Fraunhofer-Experte Schä- berle spricht bereits von einer »Renaissance der Naturstoffe«. 2014 startete das Pharmaunternehmen Sano- fi, damals Besitzer der Stammsammlung, eine Partnerschaft mit dem Fraunhofer IME: Im neu entstandenen Exzellenzzentrum für Naturstoff- forschung des IME forschte man zunächst gemein- sam damit. 2020 wurde dann die Sanofi-Samm- lung – eine der weltweit größten industriellen Bakterien- und Pilzsammlungen – endgültig an das Fraunhofer-Institut übergeben. Till 80 % der Antibiotika- Klassen lassen sich auf Naturstoffe zurückführen N icht alle Schätze dieser Welt liegen in Museumsvitrinen, in Banksafes oder in Schiffswracks auf dem Mee- resgrund. Ein Schatz lagert im Keller des Fraunhofer-Instituts für Molekularbiologie und Angewandte Oekologie IME in Gießen. Ge- kühlt in flüssigem Stickstoff, warten dort 120 000 Mikroorganismen in Tanks auf ihre Erweckung – und auf die Hebung ihres Potenzials. Und das kann gerade im Klimawandel ganz besondere Be- deutung bekommen. 120 000 Mikroorganismen – und doch passt die Stammsammlung des Zentrums für Naturstoff- forschung am Fraunhofer IME in einen gut 100 Quadratmeter großen Kellerraum. »Die Stämme sind in mehr als 650 000 sogenannten Cryo Vi- als gesichert – Röhrchen, die gerade mal so groß sind wie ein kleiner Finger und deren durchgän- gige Kühlung bei minus 196 Grad Celsius zwar aufwendig, aber dafür sehr sicher ist«, berichtet der Biologe Prof. Till Schäberle. Als Leiter der Ab- teilung Naturstoffforschung am Fraunhofer IME ist er so etwas wie der Hüter der Stammsamm- lung, die er tatsächlich als einen Schatz begreift. Angehäuft wurde dieser be- reits vor vielen Jahrzehnten und an anderer Stelle: Der Grundstock wurde in den 1940er-Jahren ge- legt, als Forschende Kulturen von Mikroorganismen zusammen- trugen und wissenschaftlich ka- talogisierten – nur zwölf Jahre, nachdem der britische Mediziner und Bakteriologe Alexander Fle- ming in einem über die Sommerferien verschim- melten Präparat die antibakterielle Wirkung des Pilzes Penicillium notatum erkannte. Mit der Ent- deckung des bis heute wichtigen Antibiotikums Penizillin kam Goldgräberstimmung im Bereich der Naturstoffforschung auf: Wer findet das nächs- te Antibiotikum, wer besiegt die nächste große Infektionskrankheit? Im Kampf der Medizin gegen verschiedenste Krankheiten sind Mikroorganismen und deren natürlich entwickelten Überlebensstrategien un- verzichtbare Leistungsträger. Denn egal, ob in der Erde, auf dem Meeresboden, in Pflanzen, Tieren oder Menschen: Überall leben Mikroorganismen in sogenannten Mikrobiomen zusammen. Die von zurück zu Seite 1 81 Warten auf den Einsatz: Gekühlt in flüssigem Stickstoff lassen sich Mikroorganismen jahrzehntelang aufbe- wahren. k c o t S e b o d A / F n e h c s h c u l : o t o F

Von der Socke zur Sicherheit Immer mehr Menschen in Deutschland nähern sich dem Rentenalter. Forschung kann helfen, den 12,9 Millionen Rentnern im Jahr 2036 das Leben lebenswert zu erhalten. 4 | 23 Von Manuel Montefalcone M anchmal entwickeln sich sehr persönliche Schwächen zu einer echten Stärke. »Die Idee zu OMNICONNECT«, ver- rät Projektleiter Dr.-Ing. Christian Tscho- ban, »kam dem Projektkoordinator, weil er ständig seine Socken verlegt hat.« Künf- tig sollen die verlorenen Socken Senioren helfen, sich möglichst lange und gefahrlos selbstständig bewegen zu können. Bis 2036 werden 12,9 Millionen Men- schen das Renteneintrittsalter überschrit- ten haben und zunehmend hilfsbedürftig werden. Gleichzeitig müssten bis dahin nach Berechnungen der »Initiative für eine nach- haltige und generationengerechte Pflege« 132 000 Pflegekräfte zusätzlich gewonnen werden. Die Lücke zwischen Pflegebedürf- tigen und Pflegenden wird noch größer, weil sich auch in der Pflege die Baby- boomer in die Rente verabschieden. Bun- desweit müssten bis zum Jahr 2035 mehr als 250 000 Stellen aus Altersgründen nach- besetzt werden. Technik kann helfen, die Lücken zu schließen – etwa mit dem Pro- jekt OMNICONNECT. Forschende des Die Fraunhofer-Erfindung OMNICONNECT hilft Senioren bei verlorenen Socken – und informiert die Rettungskräfte bei Stürzen. Fraunhofer-Instituts für Zuverlässigkeit und Mikrointegration IZM in Berlin haben das smarte Assistenzsystem entwickelt. Vier Module, unauffällig in einer LED-De- ckenlampe untergebracht, erreichen die lückenlose 360°-Detektion eines Raumes. Künstliche Intelligenz und Algorithmen erlernen die Bewegungsprofile der Bewoh- nerinnen und Bewohner und erkennen bis zu 30 Personen sowie Objekte auf bis zu 150 Quadratmetern Fläche. Einmalig müs- sen passive Empfänger in die Kleidung der »Die soziale Teilhabe sinkt im Alter. Wir steigern sie wieder und senken die Einsamkeit.« Simon Scherr, Fraunhofer IESE Personen integriert werden, zum Beispiel durch Einnähen oder Aufbügeln. Ihr Vor- teil: »Sie funktionieren ganz ohne Batterien. Lästiges Auswechseln bleibt einem erspart.« An allen möglichen Gegenständen können k c o t S e b o d A / t n o p f l i a H : o t o F die nur fünf mal ein Zentimeter kleinen und flexiblen Tags befestigt werden. Das Radarsystem kann so Gefahrensituationen erkennen, aber auch dabei helfen, vermeint- lich verloren gegangene Gegenstände – wie eben Socken – wiederzufinden. Die Betreu- ung sturzgefährdeter, demenzkranker oder auf andere Weise pflegebedürftiger Men- schen wird dadurch erleichtert. Der voll- ständig am Fraunhofer IZM gefertigte De- monstrator erreichte in den abschließenden Tests eine zuverlässige Detektion von Posi- tionsdaten auf fünf Zentimeter genau. Das Wohl der Ältesten liegt auch den For- schenden am Fraunhofer-Institut für Ex- perimentelles Software Engineering IESE in Kaiserslautern am Herzen. Bei dem Pro- jekt »Digitale Nachbarn« leistet das Team von Projektleiter Simon Scherr einen wich- tigen Beitrag gegen die Vereinsamung. In Seniorenwohnungen werden digitale Sprachassistenten installiert, die über Bildschirm, Mikrofon und Lautsprecher verfügen. Die Geräte können einfach ange- sprochen werden und liefern dann Nach- richten, Erinnerungen, Wettervorhersa- gen und Busverbindungen. Während der zweijährigen Projektlaufzeit stimmten die Forschenden die Inhalte laufend auf die Älteren ab. »Die soziale Teilhabe sinkt im Alter«, erklärt Simon Scherr, »wir steigern sie wieder und senken die Einsamkeit.« Die Idee funktioniert dank der einfachen Interaktion über das gesprochene Wort. »Anfangs hatten viele der Projekteilneh- merinnen und -teilnehmer nicht einmal einen Internetanschluss. Am Ende wollten auch die Technik-Skeptiker das Gerät gar nicht mehr abgeben«, schmunzelt Scherr. Letztlich wurden digitale Nachbarn, mit denen tagtäglich videotelefoniert wurde, zu realen Nachbarn – und beinahe echten Freunden. zurück zu Seite 1 83

4 | 23 Foto & Fraunhofer Innere Werte für den Außeneinsatz Hightech als Berufskleidung: Was sich im Inne- ren eines Astronauten-Overalls verbirgt, haben Forschende vom Entwicklungszentrum Röntgen- technik EZRT am Fraunhofer-Institut für Inte- grierte Schaltungen IIS in Fürth sichtbar gemacht. In Kooperation mit dem britischen Künstler Nick Veasey und dem Hermann-Oberth-Raumfahrt- Museum in Feucht scannten sie einen US-ame- rikanischen Mark-IV-Druckanzug aus den 1950er- Jahren sowie zwei sowjetische Raumanzüge vom Typ Berkut und Sokol-K. Mit dem Berkut wagte Kosmonaut Alexei Leonov 1965 als erster Mensch den Weltraumspaziergang; der Mark IV inspirier- te die Raumanzüge, die bei den Flügen des Mercu- ry-Programms (1958 – 1963) verwendet wurden. Die Aufnahmen aus dem RoboCT – von Fraun- hofer entwickelt für computertomografische Un- tersuchungen von Auto- und Flugzeugteilen – offenbaren das komplexe Innenleben der Anzüge mit diversen Kabel- und Schlauchverbindungen, Sensoren und Drähten: Technologie, die den Menschen beim Außeneinsatz im All gegen UV- Strahlung, Mikrometeoriteneinschlag und die extremen Temperaturen schützt sowie mit Sauer- stoff versorgt. Nick Veasey hat die beim Fraunhofer EZRT entstandenen Scans nachbearbeitet und zu Kunst- werken veredelt, die künftig den Besuchern des Museums den Durchblick in Sachen Astronauten- Mode verschaffen sollen. Für den gelernten Foto- grafen ist dies nicht die erste Zusammenarbeit mit dem Fraunhofer EZRT: Die Wissenschaftler haben für ihn bereits einen Ferrari in dem welt- weit größten Computertomographen durchleuch- tet. Und auch da bewiesen: Das Wesentliche ist nicht die Fassade, sondern das, was darunter liegt. — Hier geht‘s zum Podcast: Prof. Tomas Sauer vom Fraunhofer EZRT über geröntgte Kulturgüter in der aktuellen Ausstellung »Der Blick ins Innere« am Fraunhofer IIS in Erlangen. y e s a e V k c i N : o t o F zurück zu Seite 1 85

zurück zu Seite 1 Fraunhofer vor OrtFraunhofer-MagazinDas Magazin für Menschen, die Zukunft gestaltenWollen Sie das Fraunhofer-Magazin sofort bei Erscheinen in Ihrem Briefkasten – kostenlos? Bestellen Sie direkt online unter http://s.fhg.de/bestellenBerlinDr.-Ing. Georg Umlauf, Fraunhofer IGB, weist den Weg in Richtung sauberes Wasser.Auswege für Wasser, Wirtschaft, Welt Jahrhundert- Gifte PFAS4 | 23»Ich fühle mich wie Knecht Ruprecht«Bundesfinanzminister Christian Lindner im Interview2024 – alles wird leichter Trends im Leichtbau»Pragmatismus stattBrechstange«Ein Plädoyer von Dr. MartinBrudermüller,BASFSE3 | 23»Wir brauchen noch mehrForschung!«Bundesumweltministerin Steffi Lemke im InterviewVon der Umwelt sünde zum ZukunftsmaterialDr. Benedikt Hauer, Fraunhofer IPMKunst kommt vonKönnen stoffRisiko 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 wirsicheressenBerlin05. – 06. März 2024TRANSFORM(ehemalige HUB Berlin)Plattform für die digitale Transformation von UnternehmenNürnberg09. – 11. April 2024Embedded WorldInternationale Messe für eingebettete Systeme – von Hardware über Soft-ware bis hin zu Dienst-leistungen und ToolsBerlin09. – 11. April 2024DMEAFachmesse und Kongress für die digitale Gesund-heitsversorgungHannover22. – 26. April 2024Hannover MesseWeltleitmesse der Industrie. Hochtechnologie und innovative Lösungen zur Bewältigung der globalen industriellen Heraus-forderungenStuttgart23. – 26. April 2024ControlInternationale Fachmessefür QualitätssicherungNürnbergStuttgartHannover4 | 2387