4 2 | 1 Fraunhofer: die Geschichte eines Erfolges Mauerwerk neu gedacht: Dr. Michael Prokein So wird der Schadstoff zum Rohstoff »Spitzenforschung ist der Treiber für Innovationen« Im Interview: Hendrik Wüst, Minister- präsident und CDU-Hoffnungsträger »Wir brauchen eine Kultur der Offenheit« Siemens-Chef Dr. Roland Busch CO2

75 Jahre Innovation Von Prof. Holger Hanselka Die Fraunhofer-Gesellschaft blickt mit Stolz zurück auf 75 Jahre Unternehmensgeschichte voller bahnbrechender Erfindungen und Lösungen für komplexe technologische Herausforderungen. Seit ihrer Gründung hat sie sich konti- nuierlich weiterentwickelt und dabei zahlreiche Meilen- steine erreicht, die ihre Innovationskraft und den Einsatz für Exzellenz in den verschiedensten Bereichen der Spit- zenforschung widerspiegeln. Von bescheidenen Anfängen bis hin zu einer international anerkannten Forschungs- organisation hat sich Fraunhofer stets – ganz im Sinne un- seres Namensgebers Joseph von Fraunhofer – durch Erfin- dergeist und unternehmerisches Handeln ausgezeichnet. Zahllose Beispiele aus der Fraunhofer-Historie haben mit Innovationen das Leben vieler Menschen verbessert, zu den bekanntesten zählt sicherlich die Entwicklung des mp3- Audioformats. Ebenso beeindrucken Beispiele wie der In- dustrial Data Space für den sicheren Austausch von Daten in digitalisierten Industrieumgebungen oder innovative Tech- nologien für leistungsfähige bionische Leichtbauteile. Von der Entwicklung neuer Materialien und Technologien bis hin zur Optimierung industrieller Prozesse revolutionieren Fraunhofer-Anwendungen diverse Branchen. Diese Erfolgs- geschichte gilt es fortzuschreiben und auch zukünftig Ant- worten zu liefern auf die zen tralen Fragen unserer Zeit. Seit 1973 ermöglicht das Fraunhofer-Modell, ein optimales Geschäftsmodell, anwendungsorientierte Forschung zu ent- wickeln, welche eng mit den Bedürfnissen der Industrie ver- knüpft ist. Das Fraunhofer-Modell mit der Ausrichtung auf die Wirtschaft umfasst dabei drei Säulen zu gleichen Teilen: (1) die Wirtschaftserträge als Alleinstellungsmerkmal in r e i der deutschen Forschungslandschaft, (2) öffentlich im Wettbewerb eingeworbene Forschungs- fördermittel, 1 | 24 Editorial Prof. Holger Hanselka Gesellschaft zu dienen. Dabei fokussiert Fraunhofer auf Schlüsseltechnologien und stärkt eine werteorientierte Wertschöpfung für eine lebenswerte, nachhaltige und er- folgreiche Zukunft. Fraunhofer unterstützt die Entwicklung neuer Technologien von der Idee bis zur Markteinführung und bietet seinen Partnern somit passgenaue, tragfähige Lösungen für deren entscheidenden Wettbewerbsvorteil. Die Ausrichtung des Fraunhofer-Modells – zentriert auf die Bedürfnisse der Industrie – ist einzigartig im deutschen Innovationssystem und macht unsere Fraunhofer-Gesell- schaft systemrelevant. Daher haben wir stets die Bedarfe der Wirtschaft im Fokus und liefern wichtige Impulse für die Weiterentwicklung von Schlüsseltechnologien, welche zur Lösung gesellschaftlicher Herausforderungen beitra- gen. Dieser Dreiklang aus Forschung, Industrie und Gesell- schaft spielt eine entscheidende Rolle bei der Gestaltung der Zukunft und ist somit von großer Bedeutung für das gesamte Innovationssystem. Unsere Fraunhofer-Gesell- schaft wird auch in den kommenden Jahren eine zentrale Rolle in der angewandten Forschung einnehmen, indem sie die Entwicklung innovativer und zielgerichteter An- wendungen vorantreibt, Partnerschaften stärkt und nach- haltige Lösungen für globale Herausforderungen entwi- ckelt. Dafür stehe ich als Präsident. Dafür stehen 32 000 Mitarbeitende. Dafür steht die Fraunhofer-Gesellschaft. 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 (3) die institutionelle Grundfinanzierung, bereitgestellt Ihr von der Bundesregierung und den Ländern, für strate- gische Vorlaufforschung. Der Auftrag von Fraunhofer besteht darin, die deutsche und europäische Industrie mit neuen Technologien zu unter- stützen und so als Innovationslieferant für Wirtschaft und Prof. Holger Hanselka Präsident der Fraunhofer-Gesellschaft 3

30 Fraunhofer international 32 Der Traum vom guten Fliegen Fernreisen ohne schlechtes Gewis- sen? Hybridelektrische Flugzeug- antriebe sollen den Kerosinver- brauch senken und Lärm mindern 35 Staffellauf des Wissens, Folge 11 Wie erreichen wir gemeinsam eine neutrale Haltung für die besten Lösungen mit Blick auf aktuelle und mögliche Krisen, Herr Prof. Lauster? 50 Stimme aus der Wirtschaft Dr. Roland Busch, Vorstands- vorsitzender der Siemens AG 52 Hammer gegen Krebs Individualisierte Therapien zu verträglichen Preisen: Fraunhofer- Institute entwickeln effizientere Behandlungsoptionen 56 Besser unterwegs mit Bus und Bahn Kann Künstliche Intelligenz die Zuverlässigkeit im Nahverkehr erhöhen? 22 Aufschwung für den Bau Das Fraunhofer WKI will aus Abbruch- material neue Baustoffe herstellen – und so auch der Ukraine helfen. 60 Vom Klima bedroht Historische Bauten leiden unter Extremwetter. Am Fraunhofer IBP arbeitet man an Schutzmaßnahmen 58 Bissig gegen Bakterien 63 Ein Grund zum Feiern – Gute Toxine: Fahndung nach dem Heilungspotenzial von Schlangengift 32 Nachhaltig abheben Otto Lilienthal bahnte der Luftfahrt den Weg. Fraunhofer will das Fliegen nun klimafreundlicher machen. 75 Jahre Fraunhofer Seit 1949 erfolgreich im Dienste der Zukunft: Gratulationen aus Politik und Wirtschaft zum Fraunhofer-Jubiläum 64 Fraunhofer-Forschungshighlights Wissen schaffen für die Wirtschaft – eine Zeitreise durch die Geschichte der Fraunhofer-Gesellschaft 71 Jeder Tropfen zählt Lackieren ohne Verluste? Jetzt ist Schluss mit »Overspray« 72 (Umwelt-)Bewusster bummeln Fraunhofer-Forschende haben untersucht, was die CO2-Emissionen beim Online-Shopping senkt 74 Speichern unter: DNA Das Genom zum Vorbild – nach- haltige Massendatenspeicherung mittels biologisierter Technik 1 | 24 72 Smart shoppen per Mausklick Eine Studie zeigt, dass sich der Online-Einkauf umweltverträglicher gestalten lässt. 76 Hugo-Geiger-Preise Ausgezeichnete Forschung junger Wissenschaftlerinnen und Wissen- schaftler 82 Foto & Fraunhofer Projekt WowWow: Künstliche Hundehaut ermöglicht Tests ohne Tierleid 84 Weniger Stress für Pflanzen Neue Sensortechnologien sollen bessere Ernten unter schwierigen Bedingungen gewährleisten 87 Fraunhofer vor Ort ; r e u e r B s i r o B , f i a l / r e f o H l i e n a D Grüner Wasserstoff entsteht durch Elektrolyse von Wasser mithilfe erneuerbarer Energien. Bis 2030 will Deutschland hier zehn Gigawatt Elektrolyse-Kapazität aufbauen. Damit lassen sich aber maximal 50 Prozent des nationalen Wasser- stoff-Bedarfs decken. Der Rest müsste dann importiert werden. 50 , ) 2 ( n e s s u a C a y a M l : e t i e s k c ü R d n u r e v o C s o t o F k c o t S e b o d A / v o h c a g o D v e L l , i a p d e d e b / d e f t e N y a K i l , s e g a m i - g k a , g n i r ö D n e v S , f i a l / r e f o H l i e n a D , l n e s s u a C a y a M : t l a h n I s o t o F 5

1 | 24 Sicher fliegen Wie sicher sind Lithium-Ionen-Akkus in Laptops, Smart- phones oder Powerbanks auf Reisen im Flugzeug? Dieser Frage gehen die Forschenden der Fraunhofer-Institute für Kurzzeitdynamik, Ernst-Mach-Institut, EMI, und für Bau- physik IBP gemeinsam mit Airbus nach. Durch Einklemmen in den Sitz oder durch eine Überhit- zung beim Laden können sich die Lithium-Ionen-Batterien in den tragbaren elektronischen Geräten (Portable Electronic Device, PED) erwärmen und aufblähen. Im Extremfall treten dabei heiße, toxische und brennbare Gase aus. Nach Angaben der Federal Aviation Administration FAA ist es in den letzten Jahren vermehrt zu solchen Zwischenfällen in Passagier- flugzeugen gekommen. Das Forschungsteam charakterisiert im Projekt LOKI-PED die größten Gefahren, die von PED ausgehen. Die Konsequen- zen von Rauch und Feuer im Cockpit und in der Kabine wer- den an leistungsstarken Prüfständen wie der Flight Test Fa- cility des Fraunhofer IBP sowie dem Batterietestzentrum TEVLIB des Fraunhofer EMI untersucht. Letztere bietet ein- zigartige Voraussetzungen für die Durchführung von zer- störenden Tests auch an großen Batteriesystemen. Die Expe- rimente dienen als Basis für numerische Simulationen und die anschließende Risikobeurteilung. Ziel ist es, wissenschaft- lich basierte Vorschläge – etwa zu Belüftungskonzepten und zur Zertifizierung geeigneter Sicherheitsausrüstung – für eine höhere Sicherheit auf Flugreisen zu erstellen. Die US-Luftfahrtbehörde schätzt die Anzahl der Zwischenfälle mit überhitzten Batterien auf 35 bis 50 pro Jahr – Tendenz steigend. 7 Mehr als 60 Prozent aller Textilien sind aus Kunstfasern hergestellt. Waschmaschinen-Filter schützt die Umwelt Umweltgefahr Mikroplastik: Dass mikroskopisch kleine Kunstfasern von der Waschmaschine mit dem Wasser freigesetzt werden, verhindert der neuarti- ge Zentrifugalfilter fibrEX. Entwickelt wurde er von Forschenden des Fraunhofer-Instituts für Umwelt-, Sicherheits- und Energietechnik UMSICHT. Der fle- xibel integrierbare und wartungsfreie Filter trennt aus Waschwasser die Fasern ab, die während der Rei- nigung vom Textil abgerieben werden. Anders als ein Siebsystem nutzt fibrEX die Dichteunterschiede von Kunstfasern und Wasser und separiert beim Schleu- dern die beiden Komponenten voneinander. Auf diese Weise hält er mindestens 80 Prozent der synthetischen Mikrofasern aus dem Waschwasser zurück. Der neu- artige Zentrifugalfilter kann sowohl in die Wasch- maschine eingebaut als auch als externes Gerät be- trieben werden. Ein weiterer Vorteil: Für den Betrieb wird kaum zusätzliche Energie benötigt. Zwischen 20 und 35 Prozent des weltweit verbrei- teten Mikroplastiks sind synthetische Mikrofasern aus Textilien. Damit sind sie eine der größten Mikro- plastik-Quellen. Nach intensiven Tests geht das Projekt fibrEX nun in die finale Phase. Aktuell werden poten- zielle Partner für die letzten Schritte bis zur Markt- einführung gesucht. L A N A K T H C I L U A L B / H b m G n e d e M i s a t i r e V , o t o h p k c o t s i e l l l a / h s a p S h s e r F , o k n e n a m a t a y n e g v e , a v o k h c j i a Z a n e L : s o t o F

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, Mandy Bartel, Sirka Henning, Andrea Kaufmann, Manuel Montefalcone, Dr. Monika Offenberger, Franziska Sell, Stefanie Smuda, Mehmet Toprak, Yvonne Weiß Layout + Litho: Vierthaler & Braun Titelbild und Fotografie der Titelstrecke: Maya Claussen Fotografie Referenzfabrik H2: Sven Döring Druck: Kolibri Druck, Nürnberg © Fraunhofer-Gesellschaft e.V. München 2024 Fraunhofer in Social Media: @Fraunhofer www.facebook.com/ fraunhoferde www.instagram.com/ fraunhofergesellschaft www.linkedin.com/company/ fraunhofer-gesellschaft www.youtube.com/ fraunhofer o t o h p k c o t s i e l l a / e y E d p a R i , v e d e v d e m e i t r a , k z o t e r k i f : s o t o F 1 | 24 Ein Protein sorgt dafür, dass die Miesmuschel kaum mehr abzulösen ist, wenn sie sich einmal niedergelassen hat. Haften wie die Muschel Ein innovativer biomimetischer Klebstoff hält Hüftimplantate aus Titan in Zukunft länger am Knochen. Abgeschaut haben sich die Forschenden die neuartige Formulierung von einem wahren Klebekünstler: der Miesmuschel. H üftimplantate aus Titan verlieren im Körper nach einiger Zeit den Halt, weil sich der Knochen zu- rückbildet. Forschende am Fraunhofer-In- stitut für Angewandte Polymerforschung IAP haben gemeinsam mit dem Fraunho- fer-Institut für Grenzflächen- und Biover- fahrenstechnik IGB und dem Fraunhofer USA Center for Manufacturing Innovation CMI einen Gewebekleber entwickelt, mit dem sich der frühzeitige Austausch von Prothesen künftig vermeiden lässt. Das antimikrobielle Material lässt sich per 3D- Druck auf die Implantate bringen, stellt eine Verbindung zum Knochen her und haftet selbstständig an. Vorbild für die innovative Formulie- rung war die Substanz, mit der sich Mies- muscheln an Felsen oder Schiffsrümpfe kleben. Der Bewuchs lässt sich nur mit großem Aufwand entfernen. Verantwort- lich für diese starke Bindung ist ein Pro- tein, das die Aminosäure Dihydroxyphe- nylalanin enthält, kurz DOPA. »Diese ef- fektive Haftung haben wir auf unseren Klebstoff übertragen, indem wir Polyme- re synthetisiert haben, die den Baustein Dopamin enthalten, ein chemisches Ana- logon von DOPA«, erklärt Dr. Wolfdietrich Meyer, Wissenschaftler am Fraunhofer IAP. »Der dopaminbasierte Klebstoff lässt sich mit verschiedenen Additiven, wie Apatit- Partikeln – eine Substanz, aus der Zähne bestehen –, Proteinen und Signalmolekü- len versetzen. Diese fördern das Wachstum von Knochenzellen und können als Be- schichtungsmaterial etwa für Titanim- plantate verwendet werden.« Die speziel- le Beschichtung lässt das Implantat für den Körper natürlicher erscheinen und kann die Heilung und Integration des Implan- tats im Körper fördern. Die dopaminbasierten Polymere eig- nen sich nicht nur für Gewebeklebstoffe, sondern auch für die Entwicklung funk- tionalisierter Oberflächen, antibakteriel- ler Materialien und intelligenter Beschich- tungen mit speziellen Funktionen. 9

1 | 24 Kohlendioxid: Vom Problem- zum Rohstoff Resozialisierungsprogramm für den Klimakiller Nummer 1: Immer mehr technologische Innovationen wollen CO2 als nachhaltige Kohlenstoffquelle nutzbar machen. Von Beate Strobel, Fotografie: Maya Claussen E in Teil Kohlenstoff, zwei Teile Sauerstoff: Kohlendioxid ist eine ziemlich simple chemische Verbindung. Mit aktuell 0,04 Prozent macht sie auch nur einen winzi- gen Teil unserer Luft aus. Doch das reicht aus, um der Welt große Probleme zu bereiten. Denn Kohlendioxid in der Atmosphäre kann die von der Erde abgegebene Wärme aufnehmen und zurückwerfen auf den Pla- neten. Das Gas gilt innerhalb der Treibhausgas-Mafia als Klimakiller Nummer 1. Und das nicht, weil es ein besonders hohes Treibhauspotenzial hat – hier liegen Lachgas, die Fluorkohlenwasserstoffe und Methan im Ranking deutlich vor CO2 –, sondern weil es mengen- mäßig den größten Anteil aufweist und verhältnis- mäßig lange in der Atmosphäre verbleibt. Die Reduktion des Kohlendioxid-Ausstoßes gilt aktuell als Königsweg im Kampf gegen den Klima- wandel. Doch das allein reicht nicht aus: Auf 60 Mil- lionen Tonnen pro Jahr wird die Menge der unver- meidbaren CO2-Emissionen in Deutschland geschätzt. Dennoch will die Bundesregierung bis 2050 ein Ne- gativ-Emissionsland sein. Wie soll das gehen? Der Zaubertrick dabei ist die Idee, mehr Kohlen- dioxid zu binden als freizusetzen. Und das soll über drei Mechanismen funktionieren: »Carbon Capture and Storage« (CCS), also das Auffangen und Speichern von Kohlendioxid, und »Carbon Capture and Usage« (CCU), was der Nutzung des Gases nach dem Abschei- den entspricht. Eine dritte Version ist CDR – »Carbon Dioxide Removal« – mit dem Ziel, CO2 aus der Atmos- phäre zu entfernen und dauerhaft in geologischen Formationen oder ozeanischen Speichern, in Biomas- se oder in langlebigen Produkten zu speichern, um so echte Negativemissionen zu erreichen. Bei der Ent- wicklung der entsprechenden Technologien drängt die Zeit: Allein um die Klimaziele Deutschlands bis 2030 zu erreichen, sind CO2-Abscheidungen im Mega- tonnenbereich nötig. Kohlendioxid direkt aus der Luft holen Das Prinzip »Direct Air Carbon Capture and Storage« (DACCS) soll Kohlendioxid aus der Atmosphäre fil- tern. Dafür wird die Luft über einen Ventilator an einem Sorptionsmittel vorbeigeleitet, in dem sich CO2 anlagert. »Aufgrund der geringen natürlichen CO2- Konzentration in der Luft ist die Entnahme des Treib- hausgases mit einem sehr hohen Energieverbrauch verbunden«, konstatiert Dr. Barbara Breitschopf, Pro- jektleiterin am Fraunhofer-Institut für System- und Innovationsforschung ISI, die mit ihrem Team die Potenziale von DACCS in einem Policy Brief ausgelotet hat. Sinn ergibt DACCS also nur dort, wo erneuerbare Energien ausreichend vorhanden sind. »Aus Gründen der Energieeffizienz sollte aber prioritär die Entnah- me von CO2 aus verfügbaren Punktquellen erfolgen«, urteilt die Fraunhofer-Expertin: Lieber das Gas direkt am Ort des Entstehens auffangen, als es erst in die Atmosphäre zu entlassen, um es anschließend ener- getisch aufwendig und teuer wieder herauszufiltern. Eine dieser Punktquellen für CO2 kann die Her- stellung von Wasserstoff aus oder durch Biomasse sein. Denn H2 wird nicht nur über Elektrolyse gebil- det, sondern auch durch Umwandlung von biogenen 11

1 | 24 Die Luft anhalten? Bioabfall riecht vielleicht nicht so gut, ist für Umweltwissenschaftlerin Sonja Ziehn vom Fraunhofer IPA aber ein wertvoller Ausgangsstoff für die Wasser- stoff- und CO2-Produktion. 13

»Auf lange Sicht wird die Industrie nicht herumkom- men um den Ein- satz nichtfossiler Kohlenstoffquellen« Dr. Ulrike Junghans, Fraunhofer CBP Grün hergestelltes Methanol ist preislich noch nicht konkurrenzfähig, doch Junghans baut darauf, dass sich das bald ändert – etwa durch effizientere Prozes- se oder auch neuartige Katalysatoren, die besser mit CO2 aus industriellen Punkt- quellen zurechtkommen. »Auf lange Sicht wird die Industrie nicht herumkommen um den Einsatz nichtfossiler Kohlen- stoffquellen«, zeigt sie sich überzeugt. »Carbon Capture, also das Auffangen von Koh- lendioxid aus der Luft oder an Punktquellen, wird deshalb künftig eine immer größere Rolle spielen.« Momentan ist CO2 reichlich vorhanden, doch das könnte sich mit wachsender Dekarbonisierung der Indust- rien ändern. Wird CO2 also ei- nes Tages eine heiß begehrte Ware sein? Junghans: »Das kann ich mir durchaus vorstel- len.« Umso wichtiger sei es, diese Rohstoffquelle in eine zir- kuläre Wirtschaft zu imple- mentieren. laut Kolb groß: »Wird das gesamte Biogas aus den deutschlandweit rund 9000 Anlagen komplett ins Erd- gasnetz eingespeist, könnte man damit rund 13 Pro- zent des deutschen Erdgasbedarfs abdecken – und das aus rein biogenen Quellen und in besserer Qualität als Erdgas aus fossilen Quellen.« Das Fraunhofer-Institut für Umwelt-, Sicherheits- und Energietechnik UMSICHT nimmt bei der Spei- cherung von Kohlendioxid den Umweg über die Pflan- zen. Denn die holen CO2 aus der Luft und spalten es mittels Pho- tosynthese auf. Während sie den entstehenden Sauerstoff an die Umgebung abgeben, ver- bleibt der Kohlenstoff in der Pflanze selbst sowie in ihren Wurzeln. Verbrennt man aller- dings Biomasse, wird das CO2 wieder freigesetzt. Im Projekt KARBO-SELF am Fraunhofer UMSICHT sollen mithilfe einer am Institut entwickelten Kar- bonisierungstechnologie bio- gene Reststoffe unter Sauer- stoffausschluss verbrannt werden, sodass der in den Pflanzen steckende Kohlenstoff in Form von Pflanzenkohle sta- bil gebunden bleibt und so als Kohlenstoffsenke fungiert. Fraunhofer selbst plant, diese Technologie an eigenen Standorten vorzubereiten und parallel eine Methodik zur Zer- tifizierung der Pflanzenkohle- produkte als Kohlenstoffsenke zu entwickeln. Außerdem soll untersucht werden, welche Rolle die Pflanzenkohle als Zusatz in Baumaterialien oder in der Landwirt- schaft spielen könnte. Plattform-Chemikalien als CO2-Speicher Kohlendioxid lässt sich aber auch chemisch spei- chern, schließlich ist Kohlenstoff ein unverzicht- barer Bestandteil vieler Alltagsprodukte. Im Projekt e-CO2Met, koordiniert vom Energieunternehmen TotalEnergies, arbeiten Forscherinnen und Forscher des Fraunhofer-Zentrums für Chemisch-Biotechno- logische Prozesse CBP daran, grünen Wasserstoff und Kohlendioxid zu Methanol umzuwandeln. Geplant ist hierfür die Nutzung einer eigens an diesen Pro- zess angepassten Pilotanlage am Fraunhofer CBP. Das bedeutet zwar keine langfristige Lagerung von CO2, aber: »Methanol ist eine sehr gute Plattform-Chemi- 1 | 24 kalie und dient als Ausgangsstoff für eine Vielzahl von Produkten der chemischen Industrie sowie für den Transportsektor«, betont Dr. Ulrike Junghans. Die Chemikerin leitet am Fraunhofer CBP die Abteilung Regenerative Ressourcen. Kohlendioxid auf die Sprünge helfen Die Herausforderung bei Koh- lendioxid ist, dass das Gas »ein ausgesprochen träges Molekül ist«, wie Dr. Thomas Schiestel, Abteilungs- leiter Membranen am Fraunhofer IGB in Stuttgart, es ausdrückt: Die zwei Sauerstoffatome und das eine Kohlenstoffatom wollen sich nur ungern aus ihren Doppelbindungen lösen, um andere Verbindungen einzugehen. »Es bedarf viel Energie, um CO2 sinn- voll verwenden zu können«, erklärt Schiestel. Und ebendas macht die Nutzung von Kohlendioxid teuer und – sofern nicht erneuerbare Energien eingesetzt werden – wenig nachhaltig. Schiestel fahndet deshalb nach Wegen, wie sich die CO2-Weiterverwendung öko- nomisch sinnvoll gestalten lässt: zum einen durch Überführung in Chemikalien oder Produkte, zum anderen aber auch als Energiesenke für die volatilen erneuerbaren Energien. Im Projekt PiCK (»Plasmainduzierte CO2-Konver- sion zur Speicherung regenerativer Energien«) Die Wälder weltweit speichern jährlich 7,6 Milliarden Tonnen CO2 in ihrer Biomasse. 15

1 | 24 Mikroalgen mit CO2 füttern: Dr. Grzegorz Kubik will so auf biotechnologischem Weg am Fraunhofer IGB Textilien für Turnschuhe herstellen. 17

1 | 24 Nachhaltige Kraftstoffe auf der Basis von CO2 entwickeln: Dr. Arne Roth vom Fraunhofer IGB tüftelt hierfür an innovativen Prozessketten. 19

1 | 24 lung – zu Kalziumoxid verbrannt wird, entsteht un- weigerlich Kohlendioxid. »Das ist eine riesige Punkt- quelle, die wir nutzen können«, findet Apfel. Ähnlich wie in dem Projekt Carbon2Chem® geht es auch hier um die Verwendung von CO2 aus Abgasströmen – dies- mal zur Herstellung von Synthesegasen (eine Mischung aus Kohlenmonoxid und Wasserstoff), die dann als Basischemikalien für Olefine und höhere Alkohole dienen. »Für die Natur ist CO2 keine Problem- Chemikalie, sondern als C1-Quelle ein immens wichtiger Ausgangsstoff. Hin- sichtlich CO2-Nutzung können wir nur lernen Das bei der Zementproduktion entstehende CO2 ist allerdings verunreinigt mit Staub und anderen potenziellen Störfaktoren. Wie lässt sich das wirtschaftlich verträglich reinigen? Oder gibt es vielleicht sogar Wege, auf eine Aufreinigung zu verzich- ten? »Dafür benötigen wir Katalysatoren, die besonders resistent gegenüber Verunrei- nigungen sind«, erklärt Apfel. Im Moment stehen bei ihm sulfidbasierte Katalysatoren im Mittelpunkt, »die sind be- sonders robust, die kann man gar nicht so einfach vergiften«. Erste Tests möglicher Prozess- routen sind bereits abgeschlos- sen; nun steht die Inbetrieb- nahme einer Pilotanlage an: »Mit der kann man pro Tag 100 Kilogramm CO2 umwandeln«, berichtet Apfel. »Das ist die weltweit erste Anlage in die- sem Maßstab.« »Wenn wir geeignete Prozesstechnologien ent- wickeln und diese klug miteinander kombinieren, können wir aus Kohlendioxid eine große Bandbreite an chemischen Produkten herstellen«, ist Fraunho- fer-Experte Roth überzeugt. Am Herzen liegt ihm be- sonders die Kombination aus CO2-Konversion und Biotechnologie: Aus Kohlendioxid elektrokatalytisch generierte C1-Chemikalien wie Ameisensäure oder Methanol können als Futter für Mikroorganismen dienen, die daraus hochwertigere Chemikalien pro- duzieren. Solche vielversprechenden hybriden An- sätze wurden bereits im Team von Jonathan Fabarius de- monstriert: Im Projekt CEL- BICON gelang es den For- schenden am Fraunhofer IGB, mithilfe der Synthesekompe- tenz von Bakterien CO2 aus der Atmosphäre in einen ter- penoiden Farbstoff umzuwan- deln – natürliche Pigmente, die auch in Pflanzen oder Al- gen vorkommen. »Mikroorga- nismen sind sensationelle Chemiker«, betont Roth: »Auch ohne hohe Tempera- turen oder Drücke verstoff- wechseln sie Kohlendioxid zu Produkten, die dann mitun- ter das Treibhausgas sogar langfristig speichern. Von der Natur sollten wir uns viel häu- figer etwas abschauen.« Ein Gedanke, der auch den Chemiker Ulf-Peter Apfel fasziniert: »Für die Natur ist CO2 keine Problem-Chemika- lie, sondern als C1-Quelle ein immens wichtiger Ausgangs- stoff. Hinsichtlich CO2-Nut- zung können wir nur lernen von der Natur«, konstatiert der Leiter der Abteilung Elektro- synthese am Fraunhofer UM- SICHT und Professor an der Ruhr-Universität Bochum. Deshalb redet er weniger von der »Dekarbonisierung« der Industrie und viel- mehr von einer »Defossilierung«, also einer Verrin- gerung von CO2 aus fossilen Rohstoffen. Daran arbei- tet er etwa in dem 2022 gestarteten Verbundprojekt CO2-Syn. Im Zentrum steht hier die Zementindustrie, die bis zu acht Prozent der globalen Kohlendioxid- Emissionen beisteuert. Und das wird sich so schnell nicht verhindern lassen, denn wenn Kalziumcarbonat – einer der Hauptausgangsstoffe der Zementherstel- von der Natur.« Ulf-Peter Apfel, Fraunhofer UMSICHT Weltweit erhöhte sich 2023 der Ausstoß von CO2 um 1,1 % auf 36,8 Milliarden Tonnen. Dass deutsche Unterneh- men der Idee der CO2-Nutzung oft noch skeptisch gegenüber- stehen, verwundert Ulf-Peter Apfel. »Schon bald wird in in- dustriellen Prozessen immer weniger Kohlendioxid entste- hen. Mit nachhaltigen C1- Punktquellen wird man dann viel Geld verdienen«, prognos- tiziert er. »Dafür muss man aber schon jetzt in passende Prozesse und Systeme in- vestieren.« Wenn er auf das blickt, was sich in den letz- ten fünf Jahren technologisch gerade im Bereich CCU getan hat, »denke ich, dass wir spätestens in zehn Jah- ren richtig große Anlagen überall stehen haben«. Ein CO2-neutrales Deutschland bis 2050 könne allein durch Vermeidung des Treibhausgases nicht erreicht werden, es sei eine deutlich vielfältigere Denk- und Herange- hensweise gefordert: »Wir dürfen nicht nachlassen in der Suche nach immer neuen Königswegen.« 21

1 | 24 Aus Schutt und Asche Beton ist das meistgenutzte Baumaterial – und die Produktion stößt so viel Kohlendioxid aus wie der gesamte Flugverkehr. Reis ist das meistverwendete Nahrungsmittel – und seine Schalen werden bisher kaum verwendet. Fraunhofer-Fachleuten ist es gelungen, eine Verknüpfung zu schaffen. Die Zukunft des Bauens gibt auch Hoffnung für den Aufbau der Ukraine. Von Franziska Sell l a p d / d e f t e N y a K i : o t o F 23

sie sich leicht verarbeiten und erfüllen Brandschutz- vorgaben. Auf diese Weise erweitern die Projekt- partner mit ihren Lösungen die Möglichkeiten, unter zunehmend strengen Nachhaltigkeitsanfor- derungen kosteneffizient zu bauen – Einfamilien- häuser ebenso wie große Gebäudekomplexe. Meilen- statt Stolpersteine Der Erfolg des Forschungsvorhabens war anfangs nicht absehbar. Zehn Tage nach dem offiziellen Projektstart am 1. März 2020 erklärte die WHO Corona offiziell zur weltweiten Pandemie – eine gewaltige Herausforderung für das international agierende Team um Libo Yan. Damit nicht genug: Nach einem Extremregen traten die Flüsse der Stadt Braunschweig im Frühsommer desselben Jahres über die Ufer. Das Versuchslabor war un- mittelbar vom Hochwasser betroffen. Die Wasser- massen beschädigten die Gebäude schwer, die dort durchgeführten Forschungsarbeiten der ReMat- Built-Projektgruppe wurden stark in Mitleiden- schaft gezogen. Projektleiter Yan: »Wir arbeiten mit Materialien, die hochsensibel auf Feuchtigkeit reagieren – von natürlichen Pflanzenfasern bis Ze- ment und Holz. Das Wasser zerstörte einen Großteil unserer Prüfmuster, unsere Versuchsanordnung – schlicht die gesamte materielle Arbeit vor Ort.« Das Team ließ sich nicht entmutigen und geht dank der bereits erzielten Ergebnisse nun in die Verlängerung – immer das große Ganze im Blick: »Mit unserer Arbeit schaffen wir wirtschaftlich interessante Perspektiven – für die Dämmstoff- und Bauindustrie ebenso wie die Agrar- und Forst- wirtschaft. Darüber hinaus entwickeln unsere Partner im Bereich Recycling und Maschinenbau neue Methoden, mit denen Pflanzenabfälle best- möglich gewonnen und weiterverarbeitet werden können«, freut sich der Fraunhofer-Experte. Hoffnung für die Ukraine Ein Gedanke ist Libo Yan besonders wichtig: »Wir können mit unserer Arbeit einen signifikanten Beitrag zum Wiederaufbau der Ukraine leisten«, ist der Projektleiter überzeugt. »Es ist schrecklich, aber Tag für Tag fallen hier riesige Mengen Schutt an. Zudem ist das Land reich an natürlichen Roh- stoffen und einer der weltgrößten Exporteure von Agrarrohstoffen wie Getreide – Weizen, Mais oder Reis.« Vor diesem Hintergrund arbeitet das Team unter Hochdruck daran, seine Ergebnisse in die Anwendung zu bringen. Um die Menschen in der Ukraine maßgeblich dabei zu unterstützen, den Wiederaufbau schnell, kostengünstig und nach- haltig zu bewerkstelligen. 1 | 24 Schutt als Rohstoff Ein schneller, kostengünstiger und nachhaltiger Wiederaufbau ist das Ziel – Fraun- hofer-Forschende helfen dabei. a p d e d e b / P A i , a d r i h G m d a V i , s s e r P A M U Z / o k n e y i r d n A y i r d n A : s o t o F 25

Lassen Sie uns über die Zukunft reden, Herr Wüst: Welche Qualitäten braucht der nächste Bundes- kanzler, um Deutschland aus den Krisen zu führen? Vernunft, Entschlossenheit und Führungsstärke. Zu- dem muss er auch das umsetzen, was er verspricht. Es gibt zu viele Beispiele, in denen der amtierende Kanzler durch mangelndes Tempo oder geringen politischen Willen aufgefallen ist – nehmen wir den Pakt für Planungs- und Genehmigungsbeschleu- nigung oder die Kraftwerkstrategie. Auch wird die größte politische Herausforderung dieser Tage, das Thema Migration, viel zu zögerlich angegangen. Aktuelle Studien zeigen allen politischen Verant- wortlichen, dass viele Menschen in Deutschland kein Vertrauen mehr in den Staat und seine Handlungs- fähigkeit haben. Ich bin mir sicher, dass auch die Streitereien innerhalb der Bundesregierung dazu bei- getragen haben. Sprechen wir über die Gegenwart. Lohnt sich die Frage, ob ein Hendrik Wüst als Kanz- lerkandidat der Union für 2025 zur Verfügung steht? Fragen darf man alles. Ich sehe schon, es ist schwierig. Werden wir konkret. Frage an den Rechtsanwalt Wüst: Schaffen Sie ein Plädoyer für den Wirtschaftsstand- ort Deutschland in drei Sätzen? Deutschland zeichnet sich durch eine hochinnovati- ve Wirtschaft, erstklassige Forschungslandschaften und eine starke industrielle Basis aus. Mit seiner zen- tralen Lage in Europa bietet es Unternehmen einen unvergleichlichen Zugang zu den Märkten der EU, verstärkt durch ein robustes Rechtssystem, das Inves- titionen und Innovationen schützt und fördert, und eine gut ausgebildete Bevölkerung. Um diese Stärken auch künftig ausspielen zu können, brauchen wir ein schnell wirksames Wachstumsprogramm, das steuerliche Verbesserungen, Entbürokratisierung, Be- kämpfung des Fachkräftemangels und Senkung der Energiekosten umfasst. Sind Wachstum und Klimaschutz Gegensätze? Wir müssen zeigen, dass beides geht: unser Klima schützen und Wirtschaftswachstum ermöglichen. Das bildet die Grundlage für gut bezahlte Arbeits- plätze, Wohlstand und eine stabile Gesellschaft. Nur so werden wir nachhaltig und wirksam unser Klima schützen. Ansonsten fehlt uns die Akzeptanz für den Klimaschutz – bei uns und weltweit. Wir wer- den andere Länder nicht vom Klimaschutz überzeu- gen können, wenn wir nicht gleichzeitig zeigen, dass wir wirtschaftlich und industriell stark bleiben. Was wir hierfür brauchen, sind politische Rahmenbedin- 1 | 24 »Es ist entscheidend, Forschung und Entwicklung gezielt zu fördern.« Hendrik Wüst gungen, die Innovationen im Klimaschutz voran- treiben und Investitionen in saubere Technologien anziehen. In Ihrem Bundesland prallt beides auf- einander: Sie haben viel Chemie, viel Stahl, viel Kohle. Und Sie haben einen grünen Koalitions- partner. Was ist Ihr Weg? Wir haben uns in Nordrhein-Westfalen vorgenom- men, das erste klimaneutrale Industrieland Euro- pas zu werden – und wir sind bereits auf einem guten Weg. Ein Beispiel: In Duisburg soll zukünftig grüner Stahl mit Wasserstoff statt Koks erzeugt werden. Als Landesregierung haben wir diese In- vestition mit der größten Einzelförderung in der Geschichte des Landes unterstützt, um zu zeigen, wie Wachstum und Klimaschutz zukunftsorientiert versöhnt und lange Wertschöpfungsketten im Land gehalten werden können. Wie kann die Forschung helfen? Sie spielt dabei eine ganz wichtige Rolle. Spitzen- forschung ist der Treiber für Innovationen, die wir brauchen, um wichtige Herausforderungen zu bewältigen – sei es bei der Energiewende, der Digi- talisierung oder dem medizinischen Kampf gegen Volkskrankheiten wie Krebs und Demenz. Wie kann der Forschung geholfen werden? Wir sorgen für verlässliche Rahmenbedingungen und investieren in unsere Hochschulen und For- schungseinrichtungen, damit sich Forschung frei entfalten kann und wir als Standort für Spitzen- forschung attraktiv bleiben. Und wir fördern Ver- netzung, zum Beispiel mit EIN Quantum NRW oder mit KI.NRW (Red.: zentrale Anlaufstellen für Quan- tentechnologien und Künstliche Intelligenz). 27 ) 3 ( f i a l / r e f o H l i e n a D : s o t o F

»Sind echte Lösungsangebote das beste Mittel, um Populismus den Boden zu entziehen?« – »Ja.« Hendrik Wüst Aber klar ist: Auch in Nordrhein-Westfalen bleibt noch viel zu tun – und wir machen weiter Tempo. Für welche Forschungsschwerpunkte würden Sie in einer CDU-geführten Bundes- regierung kämpfen? Ob in Nordrhein-Westfalen oder im Bund: Innovation ist ein zentraler Pfeiler für eine zukunftsfähige Wirtschaft und Gesellschaft. Hieran sollte sich Forschungspolitik ausrichten, unabhängig von der politischen Ebene. Sie haben die AfD als politischen Hauptgegner verortet. Sind echte Lösungs- angebote für Zukunftsängste nicht vielleicht das beste Mittel, um Populismus den Boden zu entziehen? Ja. Nur in der demokratischen Mitte können wirklich tragfähige Lösungen für Probleme gefunden werden. Sie müssen aber auch an- gegangen werden. Wir haben in den letzten Wochen zudem enormes zivilgesellschaftliches Engagement gegen die AfD, gegen Rechtsex- tremismus und für den Zusammenhalt unserer Gesellschaft und die Demokratie erlebt. Das beweist: Die AfD spricht nicht für die schwei- gende Mehrheit, so wie sie das immer behauptet hat. Wir müssen die AfD inhaltlich stellen und dabei eine klare Haltung zeigen. Das heißt vor allem, dass wir den Menschen zeigen, welche Folgen und Auswirkungen AfD-Politik auf ihr alltägliches Leben hätte – zum Beispiel für Arbeitnehmer oder den Sozialstaat. Wenn man das alles näher beleuchtet, sieht man, dass die AfD eine Gefahr für unseren Wohlstand und für unsere Demokratie bedeutet. Das sehen wir allein bei der Forderung nach einem Austritt Deutschlands aus der Europäischen Union. Sie wurden, entschuldigen Sie die Wertung, mit 45 Jahren ein später Vater. Ver- ändert Ihre Tochter Ihren Blick auf die Zukunft? Natürlich verändert das Vatersein den persön- lichen Blick auf die Welt. Es hat ja auch neue Aufgaben mit sich gebracht, schöne Aufgaben. Meine Tochter führt mir jeden Tag vor Augen, was Entscheidungen für die Zukunft bedeuten. Dazu gehört auch die Frage, wie wir heute dazu beitragen können, noch bessere Lebenschancen für die Welt von morgen möglich zu machen. Die Lebenserwartung heutiger Kleinkinder ist höher, als die Bundesrepublik alt ist. Das macht einerseits demütig. Aber es spornt auch an, alle Möglichkeiten zu nutzen, für alle Kinder heute die Fundamente zu legen, in jeder Hinsicht ein gutes Leben führen zu können. Sind Sie zuversichtlich für das Land, in dem Philippa aufwachsen wird? Was Nordrhein-Westfalen betrifft: Wir haben alle Chancen, die großen Herausforderungen unserer Zeit zu lösen. Was meine Person angeht: Ich gebe jeden Tag mein Bestes. 1 | 24 Die Haare immer schön Dieter Schlebes aus Rhede ist der Friseur, der sich seit mehr als 30 Jahren um das Landesoberhaupt verdient macht – optisch: »Er legt viel Wert auf sein Äußeres.« Mehr als nur Landesvater Am 14. Mai 2022 auf dem Weg zum Wahllokal mit Ehefrau Katharina hat Wüst nicht nur Augen für den Stimmzettel – auch für Tochter Philippa. Fit als Fanzler? 2023 tut sich Wüst (mit Schauspielerin Annette Frier) schwer beim Vorlesen. Das Buch »Der Fönig« fordert ihn mit ausgetauschten »K«. Doch lieber Kanzler? Ein Lob, punktgenau platziert Im März 2024 lobt Wüst seinen CDU-Vorsitzen- den Friedrich Merz. Der sei »großartig als Oppositionsführer«. Das Rennen um die Kanzlerschaft ist eröffnet. 29 s e g a m i o g a m i / s e c i v r e S o t o F e k n u F / h c i r d e H s r a L i , s e g a m i - o g a m i / t d r a H h p o t s i r h C , a p d / t d r a H h p o t s i r h C , ) 2 ( a p d / d n r e b n e n n e V f l o R , n a l i B s n e m e C l , k o o b e c a F @ t s ü W k i r d n e H , ) 2 ( m a r g a t s n @ I t s ü W k i r d n e H : s o t o F

Für den Anbau von Macauba-Palmen muss kein Regenwald abgeholzt werden. BRASILIEN Nachhaltiges Palmöl Um die nachhaltige Gewinnung von Pflanzenöl, Proteinen und Ballaststof- fen voranzubringen, arbeitet das Fraunhofer-Institut für Verfahrens- technik und Verpackung IVV mit sei- ner brasilianischen Außenstelle in Campinas an der ganzheitlichen Nut- zung von Früchten der Macauba-Pal- me. Eine Besonderheit der tropischen Pflanze: Sie benötigt wenig Wasser und liefert daher auch in trockenen Regionen hohe Ölerträge. Mit einer neuartigen Fraktionierungstechnolo- gie, die das Fraunhofer IVV gemein- sam mit brasilianischen Partnern ent- wickelt hat, ist es nun gelungen, die Rohstoffe der Macauba-Frucht in hochwertige Öle, Fasern und Proteine B G I r e f o h n u a r F zu trennen und damit das bisher ungenutzte Potenzial der Press- und Extraktionsrückstände zu erschließen. Das Verwertungskonzept ermöglicht eine Vielzahl von Anwendungen, bei- spielsweise in der Lebensmittel- und Kosmetikindustrie sowie bei der Her- stellung biologisch abbaubarer Ver- packungen. Darüber hinaus erhöht die Palme die Bodenfruchtbarkeit erheb- lich, sodass zwischen den Palmen auch Weidegras für die Viehzucht oder Nutzpflanzen wie Soja oder Kaffee besser gedeihen. Für den Aufbau einer brasilianischen Produktions- anlage suchen die Gesellschafter der Fraunhofer-Ausgründung »Macauba Ingredients GmbH« derzeit Partner. , l l y m a A / n o c r a A s n e b u R / s e g a m i s u i t i r u a m , ) 3 ( o t o h p k c o t s i e l l i a / o n N E o c i N l , z s y b y z r p t r e b o r , l a m t e P : s o t o F ESTLAND Mit Biomasse Kohle und Erdgas ersetzen stoffe wie Holz und Heu stofflich und energetisch verwerten lassen: Die Bio- masse wird in einer Atmosphäre aus überhitztem Wasserdampf ohne Sauer- stoff erst getrocknet und dann torrefi- ziert, also thermo-chemisch zersetzt. Bei dem Prozess werden die flüchtigen organischen Verbindungen als Konden- sat zurückgewonnen, so bleiben die wertvollen »grünen Chemikalien« aus der Biomasse für die weitere Verarbei- tung erhalten. Die torrefizierte Biomas- se, eine Art Biokohle, kann in Form von Pellets oder zu Staub vermahlen als Er- satz für Kohle oder Erdgas zum klima- neutralen Betrieb von Kraftwerken ein- gesetzt werden. Die Anlage verarbeitet pro Stunde bis zu 150 Kilogramm Bio- reststoffe. In Estland wird die Methode nun erstmals in einer großtechnischen Pilotanlage kommerziell umgesetzt. Torrefiziertes Buchenholz (rechts) hat im Vergleich zu unbehandeltem (links) einen erhöhten Brennwert. Pflanzliche Biomasse als klimafreundli- che Alternative zu fossilen Brennstoffen nutzbar machen will das Fraunhofer-In- stitut für Grenzflächen- und Bioverfah- renstechnik IGB gemeinsam mit dem estnischen Start-up New Standard Oil. Dafür haben die Fraunhofer-Forschen- den ein energieeffizientes Verfahren entwickelt, mit dem sich biogene Rest- 1 | 24 FRANKREICH Klimaforschung mit Diamanten Ein wichtiges Puzzleteil bei der Erfor- schung der globalen Erwärmung ist die Wärmeabstrahlung der Erde ins All. Forschende des Fraunhofer-Instituts für Angewandte Optik und Feinme- chanik IOF und des Instituts für Ange- wandte Physik der Universität Jena ha- ben nun für ein Satellitenspektrometer der Europäischen Weltraumorganisa- tion (ESA) mit Sitz in Paris eine neu- artige Diamantstruktur entwickelt, die erstmals präzise Messungen dieser Wärmeabstrahlung im extrem fernen Infrarotbereich ermöglicht. Die etwa kreditkartengroße Diamantoberfläche dient als Strahlteiler des Spektrome- ters, mit dem ab 2027 der Strahlungs- haushalt der Erde exakt analysiert wer- den soll. Die Herausforderung bestand darin, eine Oberfläche des Diamanten breitbandig zu entspiegeln, ohne das Infrarotspektrum zu beeinträchtigen. Inspiriert von der kegelförmigen Ober- flächenstruktur von Mottenaugen ent- wickelten die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler ein spezielles Ver- fahren mittels reaktiver Ionen, bei dem mikroskopisch kleine Pyramiden in den Diamanten geätzt werden. Diamanten sind chemisch resistent und als eines der härtesten Materialien der Welt schwer zu strukturieren. Der Ferninfra- rotbereich erfordert zudem Pyramiden mit extrem präzisen Formen. Wie viel Wärme strahlt die Erde ins All ab? Ein neues Satellitenspektrometer gibt Auskunft. 31

U mweltverträglich fliegen? Für Passagiermaschinen setzt Air- bus auf Wasserstoff-Antriebe – für 2035 plant der Konzern, das weltweit erste wasserstoffbetriebene Ver- kehrsflugzeug auf den Markt zu bringen. Rein batterieelektrisch lassen sich bisher nur klei- nere Flugzeuge für kurze Strecken in der Luft halten. Hoffnung machen hybridelektrische Antriebe. Bei der Kombination von Elektro- antrieb und Gasturbine sieht das so aus: Im Rumpf sitzt ein klassisches Triebwerk, wie es sonst unter den Flügeln hängt. Angetrieben mit dessen Kraft erzeugt ein Generator Strom, der in einer Batterie gespeichert wird – und dann genutzt wird, um via Elektromotoren die Rotoren unter den Flügeln anzutreiben. Vom Rücken durch die Brust ins Auge? Kei- neswegs. Der Ansatz klingt kompliziert, doch hat er durchaus seine Berechtigung. Haupt- vorteil ist der Verbrauch: Üblicherweise treibt der Pilot das Triebwerk beim Start deutlich über den Designpunkt, für den das Triebwerk aus- gelegt ist und bei dem es optimal laufen wür- de. Bis die Räder eines A380 abheben, sind sechs Tonnen Kerosin verbraucht, also 6000 Liter Treibstoff. Erst in der Luft hat der Flieger den idealen Verbrauch. »Durch die zwischenge- schaltete Batterie als Leistungspuffer ist man beim Start nicht darauf angewiesen, die Ener- gie des Triebwerks komplett auszureizen. Statt- dessen kann man das Triebwerk stets am De- signpunkt laufen lassen«, erklärt Dr.-Ing. Christoph Hubig, der sich am Fraunhofer-In- stitut für Werkzeugmaschinen und Umform- technik IWU um die Geschäftsfeldentwicklung Sustainable Aviation kümmert. »Das ist ver- gleichbar mit konstanten 130 Kilometern pro Stunde auf der Autobahn, was ebenfalls deut- lich weniger Sprit zieht als das Stop-and-Go in der Stadt.« Premiere für Rolls-Royce Zunächst muss der entsprechende Antrieb jedoch entwickelt, zertifiziert und auf den Markt gebracht werden. Daran arbeiten, unter der Federführung von Rolls-Royce Deutschland, neben dem Fraunhofer IWU die Fraunhofer-Institute für Werkstoff- und Strahltechnik IWS, für Fertigungstechnik und Angewandte Materialforschung IFAM und für Angewandte Polymerforschung IAP sowie Umweltfreundlich abheben: Modell eines hybridelektrischen Flugzeugs. »Eines haben all diese Antriebe gemein: Sie sind leise, haben niedrige Temperaturen und pusten keinerlei Emissionen in die Luft.« Dr.-Ing. Christoph Hubig, Fraunhofer IWU 1 | 24 die Brandenburgische Technische Universi- tät Cottbus-Senftenberg BTU und das Center for Hybrid Electric Systems Cottbus (chesco) mit weiteren Partnern. Für Rolls-Royce, im Bereich der Luftfahrt bisher vor allem für Gas- turbinen bekannt, sind es die ersten Versuche, den Antrieb von Flugzeugen zu elektrifizieren. Zeitgleich soll – quasi in einem Streich – auch der Strukturwandel in der Lausitz gefördert werden, schließlich stammen die Landesmit- tel aus dem Topf »Strukturmittel Kohleaus- stieg«. Der Grundgedanke: Wissenstransfer in die Lausitz, um dort hochqualifizierte Ar- beitsplätze aufzubauen. Die Fraunhofer-In- stitute IWS, IFAM und IWU haben in diesem Zuge eine neue Betriebsstätte in Cottbus ge- gründet: Keimzelle sind gemeinsame Büros auf dem Campus der BTU, in unmittelbarer Nähe zu chesco. Elektroantrieb trifft Turbine Hybridelektrisches Fliegen ist flexibel. »Wie die Antriebe genau beschaffen sind, hängt von den jeweiligen Anforderungen ab«, sagt Hubig. »Die Forschenden entwickeln einen modularen Baukasten aus elektrifizierten Antrieben, die sich auf verschiedene Weisen miteinander kombinieren lassen. Eines haben all diese Antriebe gemein: Sie sind leise, haben niedrige Temperaturen und pusten keinerlei Emissionen in die Luft.« Während beim in- nerstädtischen Flugverkehr eine Batterie als Energieversorgung genügt, ist bei Reichweiten jenseits von 80 bis 100 Kilometern die Kom- bination mit herkömmlichen Antrieben wie einer Radialverdichter-Gasturbine nötig, die mit Kerosin oder anderen Antriebsstoffen betrieben wird. Hubig: »Je nach Anforderung können wir Antrieb und Energiequelle frei konfigurieren.« Punkten kann der Antrieb mit geringem Lärm. »Ein Elektromotor erzeugt ein sehr ho- hes Drehmoment: Damit kann man die Rotor- blätter größer gestalten und somit langsamer rotieren lassen – was weniger Lärm erzeugt«, erläutert Dr. Uwe Frieß, Abteilungsleiter Ka- rosseriebau, Montage und Demontage am Fraunhofer IWU in Chemnitz. »Da der Motor im Rumpf gekapselt ist, erzeugt er ebenfalls einen kleineren Lärmteppich.« Nicht zu unterschätzen: Konventionelle Flugzeuge haben immer zwei Triebwerke. 33 l d n a h c s t u e D e c y o R - s l l o R , a p d / s e g a m i - g k a : s o t o F

1 | 24 Staffellauf des Wissens Herr Prof. Lauster, wie erreichen wir gemeinsam eine neutrale Haltung für die besten Lösungen mit Blick auf aktuelle und mögliche Krisen? 35

1 | 24 Staffellauf des Wissens Herr Prof. Lauster, wie erreichen wir gemeinsam eine neutrale Haltung für die besten Lösungen mit Blick auf aktuelle und mögliche Krisen? 35

1 | 24 2. Weniger realitätsnah ist die Konzep- tion der Wahrheit durch Konsistenz: Eine Aussage ist wahr, wenn sie sich widerspruchsfrei in ein bereits exis- tierendes System von Aussagen ein- fügen lässt. Wir kennen das aus den Geisteswissenschaften und besonders aus der Mathematik. Wir rechtfertigen diese Aussagen durch adäquate Argu- mentations- und Beweisverfahren und sind überzeugt, solange Gegenbeweise scheitern. Korrelate in der physischen Realität sind in dieser Konzeption kei- ne Notwendigkeit, können jedoch häu- fig unschädlich durch Analogiebildung gefunden werden. 3. Die problematischste, wissenschafts- fernste und in meinen Augen stets zu bekämpfende Wahrheitskonzeption ist jene durch Konsens: Ist eine hin- reichend große Zahl von Menschen von einer bestimmten Aussage über- zeugt, so wird sie zur Wahrheit. Ge- rechtfertigt werden diese Aussagen dann häufig durch Ignorieren oder Leugnen von Fakten, Verschwörungs- theorien und pseudowissenschaftliche Argumentationen. Ein Bezug zur phy- sischen Realität ist eher schädlich für diese Form der Wahrheit und wird häufig auch gewaltsam unterbunden. Alle Religionen, Sekten, Ideologien und Dogmensysteme beruhen auf die- ser Konzeption der Wahrheit. Optimale Lösungen zu finden und sie objektiv und interpersonell unabhängig zu beurteilen ist deshalb eine Aufgabe, die der wissenschaftlichen Methode bedarf. Karl Poppers kritischer Rationalismus ist das bislang beste Mittel, das wir haben, um wahre Aussagen von Glaubenssätzen und Dogmen zu unterscheiden. Gemein- sam müssen wir unsere wissenschaftlichen Standards hochhalten und unseren Nach- wuchs in diesem Geist erziehen. Wissenschaft dient aber nicht nur da- zu, Wissen zu schaffen, sondern sie zeigt uns auch, dass unser vermeintliches Wis- sen nur eine winzige Insel in einem Ozean von Nichtwissen ist. Sie lehrt uns Demut, weil sie uns zeigt, dass jede Antwort auf eine Frage ein Universum neuer Fragen erschließt. Und sie lehrt uns, dass unser Wissen nur vorläufig ist und jederzeit durch neue Erkenntnisse modifiziert oder sogar ad absurdum geführt werden kann. In der nächsten Ausgabe: Aufbruch und Umbruch: Wie wird KI unsere Welt verändern? 37 Prof. Michael Lauster leitet seit September 2012 das Fraunhofer-Insti- tut für Naturwissenschaftlich-Techni- sche Trendanalysen INT in Euskirchen bei Bonn. Wissenschaft dient aber nicht nur dazu, Wissen zu schaffen, sondern sie zeigt uns auch, dass unser ver- meintliches Wissen nur eine winzige Insel in einem Ozean von Nicht- wissen ist. T N I r e f o h n u a r F : s : o o t t o o F F

1 | 24 Turbo für den Wasserstoff Der Klimawandel ist schneller als erwartet, die Energiewende langsamer als gewünscht. Die Referenzfabrik.H2 will Tempo in die Produktion von Wasserstoffsystemen bringen und etwa der Automobilindustrie neue Geschäftsfelder öffnen: Fraunhofer macht »Fit4H2«. Von Beate Strobel, Fotografie: Sven Döring Wie heben wir die Wasserstoff-Wirtschaft auf ein neues Level? Für Dr.-Ing. Ulrike Beyer, Lei- terin Referenzfabrik.H2 am Fraunhofer IWU, ist das ein Herzensthema. 39

1 | 24 Damit es aufwärts geht: Stefan Lohberger, technischer Mitarbeiter am Fraunhofer IWU in Chemnitz, ist beteiligt an der Entwicklung eines Wasserstoff-Motorrads. 41

1 | 24 Wie lässt sich die Herstel- lung von Brennstoffzellen- Stacks beschleunigen? Daran arbeitet Dr. Andreas Willert im Technikum des Fraunhofer ENAS. 43

Vorhersagen wie diese seien ein klares »Aufbruchssignal, in diesen Markt einzu- steigen«, erklärt Beyer den Schulungsteil- nehmenden, die sich fleißig Notizen ma- chen. Denn es gebe schon bald »einen riesigen Mangel an Produktionstechno- logien«, also an Elektrolyseuren und Brenn- stoffzellen für den künftigen Bedarf. Auch die hohe Gründungsfrequenz von Start- ups im Bereich H2-Technologien ist laut Beyer ein Indikator für die Zukunftsfähig- keit des Marktes: »Wir stehen erst am An- fang der Produktionsentwicklung.« Das Fraun- hofer-Wasserstoff-Netzwerk hält eine jähr- liche Wertschöpfung von 10 Milliarden Euro im Jahr 2030 und 32 Milliarden Eu- ro im Jahr 2050 für deutsche Hersteller von Elektrolyseuren und Brennstoffzellen für möglich. »Anschub für Ihre Wertschöpfung« steht entsprechend auf den Traubenzu- ckerpäckchen, die jeder Schulungsteilneh- mer von Fit4H2 als Nervennahrung auf seinem Platz gefunden hat. »Auf 20 in 27« lautet das Leistungsversprechen der Refe- renzfabrik.H2: Bis 2027 sollen die Produk- tionskosten für Hydrogen-Systeme auf 20 Prozent der heutigen Ausgaben gesenkt und Wasserstofftechnologie aus Deutsch- land dadurch konkurrenzfähig werden. »Hier könnten wir eine Möglichkeit der Wertschöpfung zurückholen, die uns durch Batterieelektrik verloren gegangen ist«, urteilt Beyer. »Auf 20 in 27« lautet das Leistungs- versprechen der Referenzfabrik.H2 »Auf 20 in 27« ist ein ambitioniertes Vor- haben, doch angesichts der globalen Kon- kurrenz ist eine ehrgeizige Vision auch an- gesagt. Das US Department of Energy etwa hat für die Vereinigten Staaten den soge- nannten »Hydrogen Shot« gestartet: Binnen einer Dekade sollen die Kosten für sauberen Wasserstoff um 80 Prozent auf einen US- Dollar pro Kilogramm reduziert werden. 1 | 24 Wie lassen sich Bipolar- platten (BPP) maschinell anfertigen? Diese Frage beschäftigt Sebastian Melzer im Technikum des Fraunhofer IWU. 45

Hochlauf der Wasserstofftechnologien in Deutschland und Europa gemeinsam stemmt. In einer Art Technologie-Bau- kasten will man dafür Bausteine für die Produktion von Elektrolyseur und Brennstoffzelle vereinen und zum Wis- senstransfer anbieten. Eine sogenannte Technologie-Mall stellt die wesentlichen Stack-Komponenten modular zur Verfü- gung. Und Technologie-Services seitens der Fraunhofer-Forschung helfen den Partnerunternehmen bei der Integration vorhandener Kompetenzen und Infra- strukturen in eine Wasserstoffsystem- Produktion. Selbst an die H2-Fachkräfte von mor- gen ist bereits gedacht: Die Referenzfabrik. H2 ist deutscher Schirmherr des H2 Grand Prix, ins Leben gerufen von dem tschechi- schen Unternehmen Horizon Educational. In Teams entwickeln hier Schülerinnen und Schüler kleine Wasserstoff-Flitzer und treten zunächst in einem nationalen und später auch internationalen Rennen gegen- einander an. Im vergangenen Jahr konnten nur Jugendliche aus Sachsen berücksich- tigt werden, doch »unser erklärtes Ziel ist, den Grand Prix deutschlandweit auszu- rollen«, betont Katrin Zieger, zuständig für die strategische Kommunikation der Re- ferenzfabrik.H2. Schließlich kann man gar nicht früh genug anfangen, die Fachkräf- te von morgen »fit4H2« zu machen. Wirtschaft und Wissenschaft ergänzen sich, um den Hochlauf der Wasserstofftech- nologien gemein- sam zu stemmen. — Fraunhofer-Wasserstoff-Netzwerk Mehr Informationen zu Wasserstoff-Technologien unter www.wasserstoff.fraunhofer.de 1 | 24 Was braucht die Wirtschaft für den Sprung in die Wasserstoff-Ära? Die Referenzfabrik.H2 bietet dafür ein Baukasten-System. 47

1 | 24 55 Millionen Tonnen CO2 pro Jahr verursacht die Stahlindustrie allein in Deutschland, das sind in etwa 28 % der CO2-Emissionen unserer Industrie. Klimafreundliches Stahlkochen: Wasserstoff macht‘s möglich. 49

A uf der Hauptversammlung von Siemens habe ich dieses Jahr Danny vorgestellt. Obwohl Dan- ny künstlich ist, verhält sie sich außergewöhnlich intelligent. Ich kann mit der KI wie mit einem Menschen sprechen, und sie kann genauso antworten. Danny ist noch im Training, aber bald wird die KI tiefgreifende Kenntnisse industrieller Technologien haben. Und wenn es um die Programmierung von Ro- botern geht, verfügt Danny über Fähigkeiten, die denen unserer Top-Experten ebenbürtig sind. Sie ist der lebende Beweis – oder besser gesagt: der von Menschen geschaffene Beweis –, wie generative KI die Welt verändern wird. KI ermöglicht es uns, produktiver zu arbei- ten, Innovationen zu beschleunigen und uns auch bei der Nachhaltigkeit zu unterstützen. Sie hilft dabei, den Fachkräftemangel anzu- gehen. Und sie ist ein enormer Hebel für nach- haltiges wirtschaftliches Wachstum und Wett- bewerbsfähigkeit, indem sie Branchen revo- lutioniert und Volkswirtschaften wiederbelebt. KI ist die große Chance unserer Zeit. Und Deutschland kann der Nukleus für generative KI in der Industrie sein – der sogenannten in- dustriellen KI. Wie wir das machen? Drei Ant- worten. Erstens: Wir haben starke Ökosysteme in Deutschland, Automobilindustrie, Chemie, Pharma, Produktion und, für alle relevant, den Maschinenbau, alle vernetzt mit der Wis- senschaft. Erfolgreiche Ökosysteme brauchen vor allem kreative und engagierte Menschen. Weil dazu auch Menschen gehören, die nach Deutschland kommen und sich und ihre Fä- higkeiten einbringen wollen, brauchen wir eine kluge Einwanderungspolitik sowie eine Kultur der Inklusion und Offenheit. Mit der Friedrich-Alexander-Universität Erlangen- Nürnberg und dem Fraunhofer-Institut für Kognitive Systeme IKS haben wir ein starkes Ökosystem, um die Digitalisierung von Zug- systemen zu beschleunigen. Gemeinsam nut- zen wir KI, um fahrerlose Züge zu entwickeln (siehe S. 56/57). Für Unternehmen wie Heine- ken oder Northvolt setzen wir KI ein, um Ener- gie beim Bierbrauen zu sparen und die Ferti- gung in Batterie-Gigafabriken zu optimieren. Und wo manche Wettbewerber sehen, se- hen wir Partner. Wir arbeiten mit NVIDIA zu- sammen, um fotorealistische Visualisierungen für das industrielle Metaverse zu schaffen. Gemeinsam mit Amazon Web Services erleich- tern wir die Integration von KI in Apps. Und »KI wird es uns ermöglichen, produktiver zu arbeiten und Innovationen zu beschleunigen.« Dr. Roland Busch leitet seit 2021 als Vor- standsvorsitzender die Siemens AG mit rund 320 000 Mitarbeitenden in 190 Staaten und 77,8 Milli- arden Euro Umsatz 2023. arbeitete während sei- ner drei Jahrzehnte bei Siemens in vielen Berei- chen von Automobiltech- nik bis zum Internet der Dinge. 2011 rückte er in den Vorstand auf, wurde 2019 Stellvertretender Vorstandsvorsitzender und Arbeitsdirektor der Siemens AG. kam 1994 als Projektleiter in der Zentralabteilung für Forschung und Entwick- lung zu Siemens. Nach eigener Aussage aus der Überzeugung heraus, »dass Technologie die größten Herausforderun- gen der Welt lösen kann«. wurde 1964 in Erlangen geboren. Er studierte Physik an der Friedrich- Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg und der Universität Grenoble. 1993 promovierte er an der Friedrich-Alexander- Universität. 1 | 24 wir haben mit Microsoft zusammengearbeitet, um den Siemens Industrial Copilot zu entwi- ckeln, der mensch-maschinelle Interaktionen schneller und intuitiver macht als je zuvor. Diesen Industrial Copilot haben wir Danny genannt. Schaeffler ist der erste Kunde, der ihn in der realen Welt einsetzt. Zweitens: Bei Siemens verfügen wir über langjährige Expertise bei der Anwendung von KI für unsere Kunden. Und seit der Veröffent- lichung von ChatGPT haben wir eine Welle von Ideen und Projekten in unserer For- schungs- und Entwicklungsabteilung gestar- tet – wie Danny. Unsere gesamte Erfahrung zeigt: Menschen werden nicht durch KI ersetzt. Menschen werden durch jemanden ersetzt, der KI verwendet. Deshalb ist Weiterbildung so wichtig. Heute schon haben wir bei Siemens rund 1500 ausgewiesene KI-Experten. Und 2023 haben 40 000 Kolleginnen und Kollegen an KI-Trainings teilgenommen. Drittens: Die geplante KI-Verordnung der Europäischen Union verfolgt zweifellos gute Absichten, aber sie kann KI-basierte Geschäfts- modelle behindern. Ähnliche Risiken bestehen bei der EU-Datenverordnung und der Taxo- nomie-Verordnung. Keine dieser Verordnun- gen ist grundsätzlich falsch, aber in Summe und im Kleingedruckten könnten sie Innova- tion gefährden, zu einer Zeit, in der Innova- tion wichtiger ist denn je. Sie nehmen Ge- schwindigkeit raus, obwohl diese eine Voraus- setzung für unsere Wettbewerbsfähigkeit ist. Aber ich glaube fest an die Innovations- kraft unseres Landes. Das ist einer der Grün- de, warum Siemens trotz langsamen Wachs- tums und zunehmenden Investitionsentschei- dungen für das Ausland eine Milliarde Euro in die Zukunft Deutschlands investiert. Damit schaffen wir einen Hightech-Cam- pus in Erlangen, eine Blaupause für das in- dustrielle Metaverse. Wir kombinieren die reale und digitale Welt, um einen immersiven Raum entstehen zu lassen – eine virtuelle Welt, die fast nicht von der realen zu unterscheiden ist. Dort können KI-Ingenieure und ihre menschlichen Kollegen in Echtzeit zusammen- arbeiten, um die größten Herausforderungen unserer Zeit zu lösen. KI ist für mich ein Hebel für Wachstum. Und bietet die Chance, Gutes zu schaffen. Wenn wir offene Ökosysteme und eine positive Grundhaltung fördern sowie einen vernünf- tigen Ansatz für Regulierung finden, können wir mit diesem Hebel Großes bewegen. 51 a z t i p a K o n n E : o t o F

F rüher musste Krebs wie mit der Gieß- kanne behandelt werden. Inzwischen haben individualisierte Arzneimittel das Zeug dazu, die Krankheit einzu- dämmen. Doch sind die über 250 000 Euro teuren Behandlungen bisher nur für Patienten zugelas- sen, bei denen Chemotherapie und Bestrahlung nichts bewirken konnten – aktuell bei bestimm- ten Formen von Blut- und Lymphdrüsenkrebs. Das Prinzip: Per Blutabnahme werden dem Krebs- patienten Immunzellen entnommen, genetisch verändert und wieder zurück in den Körper ge- geben, wo sie fortan dazu in der Lage sind, die Krebszellen anzugreifen. Die Erfolgsquote ist hoch: Bei jedem zweiten Betroffenen – bei dem die herkömmlichen Behandlungen wohlgemerkt ohne Erfolg blieben – spricht die Therapie an. »Ein drastisch niedrigerer Preis würde dazu beitragen, dass auch Patientinnen und Patienten in frühen Krebsstadien damit behandelt werden«, ist sich Dr. Ulrich Blache sicher. Der Gruppenleiter am Fraunhofer-Institut für Zelltherapie und Im- munologie IZI: »Wichtig ist auch, die Verfügbarkeit zu erhöhen – es müssen schlichtweg genügend Arzneimittel produziert werden können, um einer großen Anzahl von Patientinnen und Patienten helfen zu können.« Hoher Preis und geringe Verfügbarkeit: Das sind bislang die beiden Proble- me. Für jeden Patienten und jede Patientin müssen die in- dividuellen Zellen wochenlang unter Reinraumbedingungen in kleinsten Mengen gepäppelt werden – für andere Betroffene ist das Medikament nutzlos, da das Immunsystem die fremden Zellen nicht akzeptieren würde. Im Fraunhofer-Leitprojekt RNAuto gehen Fraunhofer-For- schende beide Herausforderun- gen an. Daran beteiligen sich – koordiniert vom Fraunhofer IZI – die Fraun- hofer-Institute für Toxikologie und Experimen- telle Medizin ITEM, für Experimentelles Software Engineering IESE, für Produktionstechnologie IPT, für Produktionstechnik und Automatisierung IPA, für Mikrotechnik und Mikrosysteme IMM und für Mikroelektronische Schaltungen und Sys- teme IMS. »Die Vision ist, die Kosten auf einen fünfstelligen Betrag zu drücken – eventuell gar auf ein Zehntel«, sagt Blache. Zum Vergleich: Auch I Z I r e f o h n u a r F : o t o F ; y r a r b i L o t o h P e c n e i c S / n o n r e V m T : i n o i t a r t s u l l I ein konventionelles Krebstherapeutikum verur- sacht im Laufe der Monate und Jahre Kosten im fünf- bis sechsstelligen Bereich. Auf lange Sicht könnte die neue Behandlung also nicht nur er- folgreicher sein, sondern zugleich kostengünstiger. »Ein wesentlicher Aspekt hierbei wird die Au- tomatisierung des Herstellungsprozesses und die vollständige Digitalisierung der Qualitätskont- rolle sein«, ergänzt Rolf Hendrik van Lengen, Lei- ter des Forschungsprogramms »Digital Health care« am Fraunhofer IESE. Krebstherapie: mRNA statt viraler Vektoren Diese Vision im Blick, krempeln die Forschenden die Herstellung auf links. Das bisherige Verfahren: Dem Patienten werden T-Zellen – also bestimm- te Immunzellen – entnommen, diese werden in der Zellkultur vermehrt und genetisch modi- fiziert. Diese Modifikation führt dazu, dass die Immunzellen mit einem Rezeptor ausgestattet werden. »Diesen Rezeptor kann man sich wie einen Schlüssel vorstellen, der spezifisch zu Mo- lekülen auf der Oberfläche der Krebszellen – dem Schloss – passt. Sobald Schlüssel und Schloss zusammenfinden, wird dabei die Zerstörung der Krebszelle ausgelöst«, erklärt Blache. Um die molekulare Waffe über die schützende Zellmembran hinweg in die entnommenen Körperzellen einzuschleusen, nutzen pharmazeutische Her- steller virale Vektoren. Das Fraunhofer-Team geht einen anderen Weg: Es verwen- det stattdessen mRNA, kurz für Messenger-RNA – einzel- strängige, kurze Botenmole- küle. »Die mRNA trägt den Bauplan, um die Rezeptoren für die jeweilige Krebsart in den T-Zellen zu pro- duzieren. Für Brustkrebs muss sie daher anders aussehen als für Blut- und Lymphdrüsenkrebs«, sagt Blache. Die Zellen über mRNA statt über vi- rale Vektoren zu »bewaffnen«, hat verschiedene Vorteile. Zum einen ist die mRNA als Ausgang- stoff günstiger als virale Vektoren – der erhoffte große Preissprung ist auf diesem Weg jedoch nicht zu erwarten. Weitaus wichtiger ist die größere Sicherheit für die Patientinnen und Patienten. Für jeden Patienten und jede Patientin müssen die individuellen Zellen wochenlang unter Reinraum- bedingungen in kleinsten Mengen gepäppelt werden. 1 | 24 »Die Vision ist, die Kosten auf einen fünf- stelligen Betrag zu drücken – eventuell gar auf ein Zehntel.« Dr. Ulrich Blache, Fraunhofer IZI 53

so aufbauen, dass sie möglichst glatt sind und die Lipidkügelchen nicht wieder aufreißen? Wie können sie gereinigt werden? Qualitätskontrolle ohne Verlust Eine Besonderheit der Anlage liegt in der Qua- litätskontrolle. Musste bei der Produktion des COVID-19-Impfstoffes stets eine Probe gezogen und diese im Labor ausgewertet werden – was bei kleinen Produktionsmengen problematisch ist –, wird das Produkt nun etwa über die Lichtstreuung während der Produktion vermessen, ohne es zu dezimieren. Perspektivisch sollen zu kleine oder zu große Kügelchen über verschiedene Filtrations- verfahren direkt aussortiert werden können, eben- so solche, die zu wenig mRNA enthalten. Automa- tisiert geht auch die Dokumentation vonstatten, dank einer digitalen Prozesssteuerung. »Basierend auf den Messwerten, die wir über Sensoren etwa aus dem Fraunhofer IMM in Echtzeit erheben, ver- sorgen wir mithilfe der am Fraunhofer IESE ent- wickelten Open-Source-Softwarelösung Eclipse BaSyx einen Digitalen Zwilling mit Daten«, sagt van Lengen. »Wir wissen also stets, welche Her- stellungsparameter zu welcher Zeit vorlagen, und können den Prozess über den Vergleich von Quali- tät und Parametern optimieren. Damit übertragen wir das Thema Industrie 4.0 in die pharmazeuti- sche Fertigung – im Sinne von Pharma 4.0 –, was komplettes Neuland ist.« Sobald die Anlage fertig- gestellt ist, wird die mRNA gegen die Viruserkran- kung West-Nil-Fieber automatisiert verpackt und am Fraunhofer IZI auf ihre Wirksamkeit getestet. Ende 2025 wird die Anlage, so der Plan, dann auch Industriepartnern zur Verfügung stehen. Die Produktion entsprechender Mengen an mRNA-Wirkstoffen gelingt über eine Pilotanlage am Fraunhofer ITEM. Hier tüfteln die Forschen- den gemeinsam mit ihren Kolleginnen und Kol- legen vom Fraunhofer IZI an der guten Herstel- lungspraxis, der Good Manufacturing Practice GMP. »Insbesondere geht es darum, die Produk- tion der mRNA auf Mengen zu skalieren, wie sie für einen sicheren pharmazeutischen Prozess nö- tig sind«, sagt Blache. Dazu gehört auch die Verpackung der mRNA. Gäbe man den mRNA-Impfstoff direkt in den Kör- per, würde er dort umgehend zersetzt. »Die Ver- packung der mRNA ist ein zentrales Moment«, bestätigt van Lengen. Diese Aufgabe wird von einer Screening-Anlage der Fraunhofer-Institute IESE, IPT und IMM übernommen. Als Verpackungs- material dienen winzige Kügelchen aus Fettsäu- ren, sogenannte Lipide. Sie transportieren die ge- netische Fracht in ihrem Inneren an den Zielort. Allerdings braucht es für eine COVID-Impfung eine andere Lipidzusammensetzung als bei einer Impfung gegen das West-Nil-Virus; bei einem Krebstherapeutikum ändert sich die Zusammen- setzung abermals. Wie gut die Verpackung gelingt, hängt nicht nur von Länge und Struktur der mRNA ab, sondern auch von der Größe, Viskosität und Ladung der Lipide, dazu von Maschineneinstel- lungen wie Druck, Fließgeschwindigkeiten und Temperatur. Mengen bis zum Industriemaßstab Wie die optimale Verpackung für eine bestimmte mRNA aussieht und welche Verpackungsparame- ter nötig sind, wird eine Screening-Anlage künf- tig beantworten – und zwar für Mengen bis zum Industriemaßstab. »Sie verpackt die mRNA nicht nur automatisiert in die Lipidkügelchen, sondern übernimmt auch gleich die Qualitätskontrolle und speichert alle Informationen im Digitalen Zwilling ab«, sagt van Lengen. Das »Verpacken« an sich ist ein selbstorganisierter Prozess: Die mRNA verkapselt sich aufgrund biochemischer Reaktionen quasi automatisch im Inneren der Kü- gelchen. Dazu werden zwei Flüssigkeiten – eine mit mRNA, die andere mit Lipiden – über zwei Pumpen und einen Mikro-Mischer miteinander gemixt. Einfach ist der Prozess trotz der Selbst- organisation nicht. Schon Design und Bau des Mikro-Mischers werfen zahlreiche Fragen auf: Wie lassen sich die winzigen Lipid-Strukturen E S E I r e f o h n u a r F h c r u d t e t i e b r a e b ; a n i l o m m s i u l ; z e e r g a e D ; i a d e m i . r e b e r h c s r e t e p ; f f o k n e d o r o g / m o c . k c o t S i , E S E I r e f o h n u a r F : s o t o F 1 | 24 Automatisierung im Herstellungsprozess und Digitalisierung in der Qualitätskontrolle können die neuen Therapien massenfähig machen. 55

Kommen ganz ohne Fahrer aus: die U2 und U3 in Nürnberg. Sie verkehren im 100-Sekunden-Takt – und damit doppelt so häufig wie bei manueller Steuerung. sein Team an weiteren Testverfahren und -methoden. Projektziel ist es, ein virtuel- les Testfeld zu schaffen. Weiß: »Hier kann dann beispielsweise eine Bahnstrecke mit verschiedenen Herausforderungen abge- fahren werden. Und wir überprüfen, ob das System alles korrekt erkennt.« Das Potenzial bei Zügen ist hoch Resilienz gegen Streiks? Trotz aller Ent- wicklungsfortschritte wird sich der Lok- führer so schnell nicht ersetzen lassen. Er ist nicht nur für das Fahren des Zugs ver- antwortlich, sondern überprüft beispiels- weise auch die Oberleitungen auf Defek- te oder erkennt und beseitigt Störungen am Fahrzeug. Außerdem fehlt bisher die nötige Infrastruktur. Grundlegende Vor- aussetzung für vollautomatisches Fahren ist die Ausrüstung der Strecken mit dem »European Train Control System« (ETCS). Das Zugsicherungssystem überwacht mit- hilfe von Sensoren beispielsweise die Ge- schwindigkeit und die Position des Zuges, überprüft, ob das Gleis frei ist, und erteilt automatisch Fahrtfreigaben. Stand 2023 waren laut Deutscher Bahn AG rund 500 Streckenkilometer mit ETCS ausgestattet, darunter die Sprinterstrecke München – Berlin. Das entspricht 1,6 Prozent des Ge- samtnetzes. Weiß ist jedoch zuversicht- lich, dass der Ausbau jetzt schnell Fahrt aufnehmen wird: »Wenn man CO2 sparen will, muss man zwingend mehr auf die Schiene gehen.« Es sei zudem problemlos möglich, zunächst nur einzelne Strecken- abschnitte umzustellen, die bereits mit ETCS ausgerüstet sind und über günstige Voraussetzungen verfügen. »Das Potenzial ist bei Zügen, die sich auf vorgegebenen Strecken bewegen müssen, wesentlich höher als bei autonom fahrenden Fahr- zeugen in der Stadt. Der Zug hat nur leider bisher nicht so viel Aufmerksamkeit be- kommen.« 1 | 24 Auch Nicole Wagner-Hanl will den ÖPNV mithilfe von KI attraktiver machen. Die Betriebswirtin mit dem Schwerpunkt Wirtschaftsinformatik ist Projektleiterin für Personenmobilität und Digitalisierung am Fraunhofer-Institut für Materialfluss und Logistik IML am Standort Prien/ Chiemsee. Im Pilotprojekt KI4autoBUS, das im Dezember 2023 endete, gelang es ihr und ihrem Team, den autonomen Shuttle- verkehr der DB Regio Bus im niederbaye- rischen Bad Birnbach wesentlich effizien- ter zu steuern. Seit acht Jahren sind die Fahrzeuge in dem kleinen Kurort im Test- betrieb unterwegs. Sie verkehren sowohl als Linienfahrzeug im ÖPNV als auch auf telefonische Anfrage und per App im so- genannten »On-Demand-Verkehr«. Mit den Buchungsdaten fütterten Wagner-Hanl und ihr Team eine selbstlernende KI: »So haben wir es geschafft, die Bedarfe der Reisenden vorauszusehen, die Routen zu optimieren, Wartezeiten zu reduzieren und die Fahr- zeugauslastung zu verbessern.« Die KI wusste nach einiger Zeit sogar, wo Bedarf entsteht – noch bevor die Anfrage einging, stand das Shuttle an der Haltestelle. Wagner-Hanl ist überzeugt: Der On- Demand-Verkehr ist eine große Chance, auch ländliche Regionen mit abgelegenen Orten wieder besser an den ÖPNV anzubinden. Statt große Linienbusse zweimal am Tag nahezu leer durch die Gegend zu schicken, könnten bedarfsorientiert Kleinbusse oder Sammeltaxis fahren. »Rottal-Inn ist einer der streusiedlungsreichsten Landkreise in Deutschland. Ein klassisches Linienangebot ist hier sehr teuer. On-Demand-Verkehrs- systeme bieten eine kostengünstige, effizi- ente Alternative«, erklärt sie. Nicht nur die Fahrzeuggrößen wären flexibel anpassbar, sondern auch die Fahrzeugausstattung. Wird eine intelligente Rollstuhlrampe benötigt, die sich selbstständig ausfahren kann, oder eine sehbehindertengerechte Ausstattung mit Audio-Informationen? All das könnte im Vorfeld abgefragt und berücksichtigt werden. »Und wenn man zukünftig auto- nome Shuttles hätte, die im Unterschied zu heute ohne Begleitpersonal fahren, fallen auch weniger Personalkosten an.« Bei den Bad Birnbachern und Touristen ist das Fah- ren mit KI beliebt. »Manche kommen«, freut sich Wagner-Hanl, »sogar extra wegen der autonomen Shuttles dorthin.« 57 g r e b n r ü N t d a t S / r e u a b d e h c S f l l a R : o t o F

W as anderen einen Schauer über den Rücken jagt, ist für Dr. Tim Lüdde- cke ein Grund, genauer nachzufor- schen – vor allem, wenn es krabbelt oder sich schlängelt. Am Fraunhofer-Institut für Molekularbiologie und Angewandte Oekologie IME am Standort Gießen befasst sich der Wissen- schaftler mit der Biochemie von Tiergiften und deren möglichen Verwendung. Aus den Giften von Spinnen, Ameisen oder Bienen konnte er bereits neue Biomoleküle isolieren, die gegen multire- sistente Krankheitserreger helfen oder auch als Pflanzenschutzmittel dienen könnten. Sein neuestes Forschungsobjekt ist noch weit- gehend unbekannt. Es lebt nur auf einigen Inseln der griechischen Kykladen, vor allem auf Milos: Die Milosviper ist eine der wenigen europäischen Giftschlangen. Weil deren Gifte wesentlich unge- fährlicher sind als die ihrer tropischen Artgenos- sinnen, sind sie auch viel weniger erforscht. Wäh- rend Schätzungen zufolge weltweit über 100 000 Schlangenbisse pro Jahr tödlich enden, gibt es in Europa nur sehr vereinzelte Todesfälle, durchaus nicht selten aber Komplikationen. Das Gift der Milosviper beka- men Tim Lüddecke und sein Team von einer Schlangenfarm. »Das Be- sondere an diesen Tieren ist, dass sie sich an ein recht enges Ökosys- tem angepasst haben und im Zuge dessen ihr Beutespektrum sehr auf Vögel eingeengt ist«, erklärt der Leiter der Nachwuchsgruppe »Ani- mal Venomics« am Fraunhofer IME. »Man weiß mittlerweile, dass Änderungen im Beutespektrum häufig mit Änderungen der Gift- zusammensetzung einhergehen. Deswegen hat uns interessiert, ob ein solcher Effekt bei der Milos- viper zu beobachten ist.« Da die Schlange eine nahe Verwandte der Levanteviper ist, der vermut- lich gefährlichsten Giftschlange Europas, unter- suchte das Team auch, ob ihr Gift einen ähnlichen Schaden anrichten kann. Giftküche der Natur Schlangengift besteht aus um die hundert Kom- ponenten – eine hochkomplexe Mischung aus Enzymen, Proteinen und Toxinen, die auf ver- schiedene Weisen wirken, um Beute zu lähmen oder zu töten und die Verdauung zu erleichtern. Die meisten Bestandteile kommen nur in geringen Mengen vor, die wesentlichen lassen sich vier bis fünf Toxin-Familien zuordnen. Jede Schlangenart hat eine einzigartige Giftwirkung. Mit modernster Massenspektrometrie konnten die Forschenden am Fraunhofer IME erstmals die Zusammen- setzung des Gifts der Milosviper identifizieren. »Die Herausforderung dabei ist zum einen, dass aufgrund der Giftigkeit große Vorsicht geboten ist, und zum anderen, dass sich Schlangengifte in gelöstem Zustand schnell abbauen«, gibt Lüd- decke einen Einblick in seine Arbeit. »Sie werden daher als Feststoff gelagert und für Analysen in gewünschter Konzentration in Wasser gelöst. Die Experimente muss man jedoch zeitlich eng takten, da sonst die Ergebnisse verfälscht werden könnten.« Wirkstoffe gegen Infektionen In Untersuchungen im Rahmen eines Forschungsprojekts im LOE- WE-Zentrum für Translationale Biodiversitätsgenomik konnte das Fraunhofer-Team zeigen, dass der Giftcocktail der Milosviper fast identisch mit denen verschiede- ner Unterarten der Levanteviper ist. Daher besitzt er auch eine ver- gleichbare Potenz. Neben der Iden- tifikation der Bestandteile konzen- trierte sich die Forschungsgruppe darauf, sie funktionell zu charak- terisieren: »Wir haben mehrere Toxine identifiziert, die zu Pro- teinklassen mit bekannter Wirk- samkeit gegen bakterielle Krank- heitserreger gehören. Sie lassen sich also eventuell einsetzen, um neue Leitmoleküle für Wirkstoffe gegen Infektionskrankheiten zu entwickeln«, er- klärt Lüddecke. Erste Aktivitätsstudien mit dem Gift belegten tatsächlich eine starke Wirksamkeit gegen einige medizinisch relevante Bakterien. Die Forschenden wollen diese Komponenten nun iso- lieren und weiterentwickeln. Doch auch darüber hinaus gibt es noch ungeahntes Potenzial in der Giftküche der Natur – und das direkt vor unserer Haustür: Im nächsten Schritt will Tim Lüddecke mit seinem Team auch in Deutschland lebende, weitgehend unerforschte Arten wie die Kreuzotter oder die Aspisviper ins Visier nehmen. Jede Schlangenart hat eine einzigartige Giftwirkung. R B - E M I r e f o h n u a r F , i d m h c S t r a n n e L : s o t o F 1 | 24 »Wir haben mehrere Toxine identifiziert, die zu Proteinklassen mit bekannter Wirksamkeit gegen bakterielle Krankheitserreger gehören.« Dr. Tim Lüddecke, Fraunhofer IME 59

1 | 24 »Wir müssen unser kulturelles Erbe für Extremwetter- ereignisse in Zukunft besser wappnen.« Prof. Ralf Kilian, Fraunhofer IBP Vermutlich hätte eine Unterdachkon- struktion geholfen, die schlimmsten Hagel- schäden in der »Alten Schäfflerei« abzu- wenden, glaubt Kilian. Bei der Sanierung des Baudenkmals von 2010 bis 2016 war die ursprüngliche Konstruktion des Da- ches beibehalten worden. »Wir werden das jetzt bei der Reparatur korrigieren«, ver- sichert er. »Wenn die Dachziegel noch mal brechen sollten, haben wir darunter eine zweite Dachhaut, sodass das Wasser ein- fach ablaufen kann, statt in die oberste Geschossdecke zu fließen.« Das Risiko für Fachwerkhäuser ist besonders hoch Die verstärkten Niederschläge im Winter sind eine der größten Be drohungen für historische Bauten in Deutschland. Allein für Bayern zeigen die Simulationen der Eu- ro-Cordex-Initiative, die vom World Cli- mate Research Programme gefördert wird, eine mittlere Zunahme von etwa 15 Pro- zent im Winterhalbjahr bis 2098. Vor allem für Fachwerkhäuser ist das Risiko einer Beschädigung hoch, ihre Baukonstruktion besonders anfällig. Eine der besterhalte- nen Fachwerkstädte ist das mittelalterliche KI-generiert, aber trotzdem realistisch: Riesige Hagel- körner prasseln immer häufiger vom Himmel. Quedlinburg am Rande des Harzes. 1994 wurde es zum UNESCO-Weltkulturerbe ernannt. Allein 1300 Fachwerkhäuser gibt es hier, rund zwei Millionen sind es in Deutschland insgesamt. Kilian hat in dem vom Bundesfor- schungsministerium geförderten Projekt KERES die Häuser mit dem typischen Ske- lettbau aus Holz detailliert untersucht und Maßnahmen zur präventiven Konservie- rung entwickelt, die auch vor Extremwet- ter besser schützen sollen. »Das Holz ist ständig in Bewegung, dehnt sich aus oder zieht sich zusammen. Besonders an den Fugen zwischen Holz und Ausfachung, al- so der Füllung zwischen den Balken, ent- stehen daher leicht Risse und es tritt ge- rade bei Starkregen Wasser ein«, erklärt er. Zusammen mit seinem Team arbeitet Kilian an einem innovativen Fassaden- Schutzsystem mit einem Putzträger aus Typha, einem Rohrkolbengewächs, das sich vor allem in Feuchtgebieten wohlfühlt. Kilian: »Wir wollen Platten aus Typha her- stellen und damit die Fugen überdecken. So können wir die Wand vom Putz ent- koppeln und schaffen ein flexibles System, das Feuchtigkeit aufnehmen kann.« Der innovative, nachwachsende Baustoff 61 P B I r e f o h n u a r F l , f r 3 2 1 / i c c u o g r e s : s o t o F i

1 | 24 75 Jahre Fraunhofer – ein Grund zum Feiern, … … weil Technik Zukunft bedeutet! Fraunhofer verbindet seit 75 Jahren Spitzenforschung mit der Praxis und ist dabei internationale Spitze. Happy Birthday und Gratulation zu diesem Erfolg! Der Freistaat ist von Beginn an als Impulsgeber und enger Partner dabei. Fraunhofer und Bayern bilden eine tolle Allianz, die wir auch in Zukunft intensiv fortsetzen. Mit der Hightech Agenda investiert Bayern aktuell über 5,5 Milliarden Euro in Wissenschaft und Forschung im ganzen Land. Neben 13 000 neuen Studienplätzen und 1000 Professuren für die klügsten Köpfe fördern wir dabei bewusst den Wissenstransfer von der Forschung in die Praxis. »Live long and prosper!« Dr. Markus Söder, Ministerpräsident des Freistaates Bayern … weil die Fraunhofer Gesell- schaft seit 75 Jahren mit enor- mer Innovationskraft und krea- tiven Ideen in der Wissenschaft und Forschung neue Impulse setzt. Gerade das Saarland braucht diesen Erfindungsreich- tum, herausragende Forschungsergebnisse und den Mut, neue Wege zu gehen, um den Trans- formationsprozess erfolgreich voranzubringen. Ich gratuliere der Fraunhofer-Gesellschaft zu ihrem langjährigen erfolgreichen Arbeiten in der anwen- dungsorientierten Forschung, die wichtige Fort- schritte für die Menschen und die Unternehmen vor Ort mit sich bringt. Anke Rehlinger, Ministerpräsidentin des Saarlandes … weil die Fraunhofer-Gesellschaft wie kaum eine andere Institution für Europas Spitzenposition in der angewandten Forschung steht. Unsere einzigartige europäische Forschungslandschaft, in Kombi- nation mit dem Binnenmarkt und der Fülle an innovationsfreudigen Mittelständlern ist der Treiber schlechthin für Wachstum und zukunfts- fähige Arbeitsplätze in Europa. Vielen Dank und weiter so! Ursula von der Leyen, Präsidentin der Europäischen Kommission … weil die angewandte Spitzen- forschung der Fraunhofer-Gesell- schaft seit 75 Jahren ein Wachstums- treiber der deutschen Wirtschaft ist. Auch die aktuellen Herausforderun- gen unserer Zeit können wir nur mit Innovationskraft und Technologie- offenheit meistern. Die Fraunhofer-Gesellschaft geht dabei mit leuchtendem Beispiel voran. Sie ist ein wichtiger Standortfaktor für unser Land. Christian Lindner, Bundesminister der Finanzen … weil Fraunhofer für Aufbruch, Innovationskraft und exzellente Forschung steht. Und weil die Fraunhofer-Institute mit ihren engagierten Mitarbeiterinnen und Mitarbeitern immer wieder aufs Neue auch in Sachsen wich- tige Impulsgeber sind. Zudem hat die Forschungs- gesellschaft ganz entscheidend mit dazu beige- tragen, dass der Freistaat Sachsen sich nach der deutschen Wiedervereinigung so erfolgreich entwickeln konnte. Michael Kretschmer, Ministerpräsident des Freistaates Sachsen 63 d n a b r e v s e d n a L U D C , n e z n a n i F r e d m u i r e t s i n m s e d n u B / k e h t o t o h P i , a p d / r e s u e M - n n o B a i r o t c i V , i e l z n a k s t a a t S / e z t e D r e v i l i O , i e l z n a k s t a a t S e h c s i r e y a B : s o t o F

2023 Am 25. Mai 2023 wird Prof. Dr.-Ing. Holger Hanselka zum 11. Präsidenten der Fraunhofer-Gesellschaft gewählt. Der Maschinenbauingenieur ist vertraut mit Fraunhofer: Von 2001 bis 2013 leitete er das Institut für Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit LBF in Darmstadt. Er tritt mit dem erklärten Willen an, Strukturen und Prozesse innerhalb der Gesellschaft zu modernisieren, zu konsolidieren und sich wieder verstärkt auf die marktorientierte Vertrags- forschung zu konzentrieren. 2019 Das »Nationale Forschungszentrum für angewandte Cybersicherheit ATHENE« nimmt als Einrichtung der Fraunhofer- Gesellschaft die Arbeit auf. Beteiligt sind auch die Technische Universität und die Hochschule Darmstadt. ATHENE ist das europaweit größte Forschungszentrum für angewandte Cybersicherheitsforschung und ein wesentlicher Bestandteil der Cybersicherheitsstrategie des Bundes. 2015 Die Fraunhofer-Gesellschaft gründet erstmals sogenannte regionale Leistungs- zentren. Hier arbeiten Fraunhofer-Institute eng mit der Wirtschaft und anderen Partnern vor Ort in thematisch verwandten Projekten zusammen, um Stärken zu bündeln und die Potenziale der Region zu nutzen. Den Anfang macht Freiburg, das als Standort für Spitzenforschung im Bereich Nachhaltigkeit ausgebaut werden soll. Die Pilotprojekte werden vom Land Baden-Württemberg, Unternehmen und der Fraunhofer-Gesellschaft finanziert. Kurze Zeit danach entstehen Leistungszen- tren in Erlangen und Dresden. Heute führen mehr als 20 Zentren passende Partner zusammen. Tests im S3-Sicher- heitslabor zeigen: Die mithilfe von Elektronenstrah- len hergestellten Impfstoffe haben eine vergleichbare Schutzwirkung wie herkömmliche. 2021 Schutz vor Krankheiten Impfstoffe schneller, umweltfreundlicher, effizienter und kostengünstiger herstellen – das ist mit einer neuen Technologie möglich, die an den Fraunhofer-Instituten für Zellthe- rapie und Immunologie IZI, für Organische Elektronik, Elektronenstrahl- und Plasma- technik FEP und für Produktionstechnik und Automatisierung IPA entwickelt wurde. Sie ermöglicht, Krankheitserreger mithilfe von Elektronenstrahlen innerhalb weniger Milli- sekunden zu inaktivieren. Bei der Herstellung von Totimpfstoffen kommen bisher toxische Chemikalien wie Formaldehyd zum Einsatz, um Viren unwirk- sam zu machen. Das hat jedoch erhebliche Nachteile: So zerstören die giftigen Substanzen einen Teil der Virus-Außenstrukturen, belas- ten die Umwelt selbst bei fachgerechter Ent- sorgung und machen eine aufwendige Reini- gung des Impfstoffs notwendig. Hinzu kommt: Je nach Virus kann die Inaktivierung Wochen oder gar Monate in Anspruch nehmen. Für das innovative Verfahren wurde das Forschungsteam 2021 mit dem Fraunhofer- Preis »Technik für den Menschen und seine Umwelt« ausgezeichnet. Er wird alle zwei Jah- re von der Fraunhofer-Gesellschaft, der Fraun- hofer-Zukunftsstiftung, ehemaligen Vorstän- den, Institutsleitungen und anderen Förderern vergeben und ist mit 50 000 Euro dotiert. Ver- liehen wird er für Forschungs- und Entwick- lungsleistungen, die die Lebensqualität von Menschen verbessern oder für eine nachhal- tigere Umwelt sorgen. I Z I r e f o h n u a r F , n u a r B d n u r e l a h t r e V i , t a v i r p , o t o h p k c o t s i / g n o h p i t t i S : s o t o F 1 | 24 2024 Heute ist die Fraunhofer-Gesellschaft die weltweit führende Organisation für anwendungsorientierte Forschung. Sie betreibt 76 Institute und Forschungseinrich- tungen und hat 32 000 Mitarbeitende, überwiegend mit natur- oder ingenieurwis- senschaftlicher Ausbildung, die an Lösungen für aktuelle gesellschaftliche Herausforderungen arbeiten – sei es im Bereich Klimawandel, Gesundheit oder Künstliche Intelligenz. 2020 Mit dem Aktionsprogramm »Fraunhofer vs. Corona« unterstützt Fraunhofer Wirtschaft und Gesellschaft im Kampf gegen die Pandemie. Sie forciert unter anderem die Forschung in der innovativen Diagnostik, der Impfstoff- und Medikamentenentwick- lung, stellt IT-Kapazitäten bereit oder hilft schnell und unbürokratisch bei der Produktion von Komponenten für Schutz- ausrüstungen. 2017 Der Fraunhofer-Verbund Innovationsfor- schung ergänzt seit 2017 die bereits sieben bestehenden Institutszusammenschlüsse. Damit entsteht erstmals ein Verbund mit sozioökonomischer Ausrichtung, dem fünf Institute angehören. Sie sollen die Ver änderung von Branchen, Märkten und Technologien frühzeitig erkennen und sich verstärkt in der Politikberatung engagieren. 2007 Um auf den Weltmärkten konkurrenzfähig zu bleiben, braucht es dringend technologi- sche Innovationen. Die Bundesregierung beruft die »Forschungsunion Wirtschaft – Wissenschaft« ein, ein Gremium aus führenden Wissenschaftlern und Unterneh- mern, das der Fraunhofer-Präsident Prof. Hans-Jörg Bullinger gemeinsam mit dem Präsidenten des Stifterverbandes für die deutsche Wissenschaft leitet. Die Mitglieder formulieren Forschungsaufgaben und geben der Politik konkrete Handlungsempfehlun- gen. Auf Initiative der Forschungsunion bilden sich insgesamt neun Innovationsalli- anzen mit einem Finanzvolumen von 3,8 Milliarden Euro. Die Fraunhofer-Gesellschaft verstärkt ihre Präsenz in Berlin durch das Fraunhofer-Forum, ein Kongress- und Tagungszentrum im SpreePalais, in das auch ein eigenes Hauptstadtbüro einzieht. 65

2002 Die Verbundstruktur der Fraunhofer-Ge- sellschaft wird ausgebaut. Mehr als 50 Institute arbeiten jetzt in sieben Verbün- den: Produktion, Life Sciences, Light & Surfaces, Werkstoffe, Bauteile – MATE- RIALS, IUK-Technologie, Mikroelektronik, Verteidigungs- und Sicherheitsforschung (VVS). Eine Satzungsänderung gewährt den Verbundvorsitzenden mehr Mitspra- che. Von nun an müssen sie in die Entscheidungsfindung des Vorstands miteinbezogen werden. 1994 Die Fraunhofer-Gesellschaft gründet 1994 mit Fraunhofer USA ihre erste selbstständi- ge Auslandsgesellschaft. Sie fungiert als Dachgesellschaft für Außenstellen, sogenannte Resource Center, die eng mit einzelnen Fraunhofer-Instituten in Deutschland kooperieren. Zwei Jahre später entstehen Vertretungen in Malaysia, Singapur und Peking. Sie sollen helfen, Kontakte in den wichtigen Wirtschaftsräumen der Welt zu knüpfen. In den folgenden Jahren wird die Internationalisierung mit weiteren Auslandsgesellschaften und Repräsentan- zen kontinuierlich vorangetrieben. 1990 Mit der deutschen Wiedervereinigung eröffnet sich die Chance auf neue Expan- sion. Die Fraunhofer-Gesellschaft ergreift schneller und konsequenter als andere Forschungsorganisationen die Gelegenheit und gründet in den neuen Bundesländern 21 Institute und Einrichtungen. Sie starten 1991 mit ersten Arbeiten – zunächst oft in provisorischen Notquartieren. 1978 Die Fraunhofer-Gesellschaft feilt an einem einheitlichen Erscheinungsbild und baut eine professionelle Pressearbeit auf, um sich einer breiten Öffentlichkeit bekannt zu machen. Alle Institute werden in »Fraunhofer-Institut für …« umbenannt. Häufig wechseln Fraunhofer- Wissenschaftler und -Wissen- schaftlerinnen in die Wirtschaft, Industrie oder zu anderen Innovations- organisationen. So stehe auch ich nach meinem Wechsel von Fraunhofer FOKUS zur Initiative D21 mit »meinem« Institut nach wie vor in engem Austausch, u. a. als strategische Beraterin im Kuratorium. Auch über den Fraunhofer-Alumni e.V. kann man in Kontakt mit den Instituten bleiben, über den Tellerrand blicken, von- einander lernen und gemeinsam wachsen. Es ist eine Brücke zwischen Vergangenheit und Zukunft, die den Austausch von Erfah- rungen und Ideen fördert.« Lena-Sophie Müller, Geschäftsführerin der Initiative D21 und Mitglied im Digitalrat des Bundesministeriums für Verteidigung; früher: Fraunhofer FOKUS Mein gesamtes bisheriges Berufs- leben hat mich die Fraunhofer- Gesellschaft begleitet. Hier habe ich erste Führungserfahrung gesammelt und auch später habe ich noch engen Kon- takt gehabt durch verschiedene Koopera- tionen und Gremientätigkeiten. Hierfür bin ich mei nen alten und neuen Wegge- fährten aus der »Fraunhofer-Welt« sehr dankbar. Ich wünsche der Fraunhofer- Gesellschaft für die Zukunft, dass sie – wissenschaftlich unabhängig und eng verbunden mit ihren Industriepartnern – weiterhin ein erfolgreicher Wegbereiter für unsere gesamte Volkswirtschaft ist.« Dr.-Ing. Michael Mertin, ehemaliger Vorstandsvor- sitzender Jenoptik AG; früher: Fraunhofer ILT 1 | 24 2005 Die verstärkte interne Vernetzung und die Bündelung von Kompetenzen zeigt Erfolg: Die Fraunhofer-Gesellschaft kann ihre Wirtschaftserträge 2005 im Vergleich zum Vorjahr um 36 Prozent steigern. Der »Pakt für Forschung und Innovation«, eine Forschungsförderinitiative des Bundes und der Länder, garantiert Fraunhofer eine Steigerung der Grundfinanzierung um jährlich drei Prozent und verschafft ihr so Planungssicherheit. 1997 Nachdem bereits 1984 der Verbund Mikroelektronik entstanden war, schließen sich seit 1997 verstärkt weitere Fraunhofer- Institute zu thematisch orientieren Verbün- den zusammen, entwickeln gemeinsame Marketingkonzepte und Forschungsstrate- gien. Die Zentrale unterstützt die instituts- übergreifende Zusammenarbeit mit internen Förderprogrammen. 1993 Während die Wirtschaftserträge der Institute deutlich wachsen, werden die staatlichen Zuschüsse bedingt durch die Kos- ten für die Wiedervereinigung und einen rigorosen Sparkurs nur zögerlich aufge- stockt. Die Institute rücken näher zusammen und einigen sich mit dem »Leitbild 2000« auf eine gemeinsame Strategie, die unter anderem auf eine engere Vernetzung und klarere Schwerpunkte abzielt. 1983 Als Informationstechniker erkennt der neue Fraunhofer-Präsident Prof. Max Syrbe schnell das Potenzial der Computerisierung. Er lässt alle Arbeitsplätze auf den neuesten informationstechnischen Stand bringen. Um die Effizienz zu steigern, ruft er eine Fortbildungsinitiative für Führungskräfte ins Leben. Professionelles Projektmanage- ment soll zukünftig helfen, Kosten zu sparen. Die Maßnahmen sind erfolgreich: Von 1984 bis 1989 wächst die Vertragsfor- schung um 107 Prozent, die Wirtschaftser- träge steigen sogar um 136 Prozent. 67 h c o K s a b o T i , i k h p a r g o t o h P n n a m b e J , i E S I r e f o h n u a r F , o t o h p k c o t s i / s v e j r o g i r G s m i s k a M : s o t o F

Meine Promotion mit Fraunhofer war der erhoffte Ausbildungsplatz, um Uni-Theorie mit Inhalt zu füllen, mit dem ›Industrie-Filter‹ auf Relevanz und dem Anspruch, Neues zu erschaffen. In meinem Start-up habe ich nun die Seiten gewechselt und bin jetzt König (alias Kunde). Fraunhofer ist für mich eine State-of-the-Art-Forschungs- abteilung und maßgeblich am Gelingen mei- ner Ziele beteiligt. 75 Jahre Fraunhofer – Glück- wunsch, auf gute Zusammenarbeit und vielen Dank für alles!« Dr. Miro Taphanel, Gründer und Geschäftsführer Gixel; früher: Fraunhofer IOSB Meine Zeit am Fraunhofer ISE hat mir ein äußerst solides Handwerkszeug für meinen Berufsweg mitgegeben. Mit- hilfe der hervorragenden technischen Ausstat- tung, unglaublich kompetenter Kolleginnen und Kollegen und vor allem der äußerst hohen Motivation am Institut konnte ich einen reichen Erfahrungsschatz aufbauen, den ich auch nach vielen Jahren immer wieder nutzbringend ein- setzen kann.« Dr. Stefan Reber, Geschäfts- führer/Managing Director TPRC GmbH, Gründer sowie ehemaliger Managing Director NexWafe GmbH; früher: Fraunhofer ISE An meinem Institut habe ich einzigarti- ge Gedankenfreiheit erlebt und bekam Unterstützung für meine Idee. Damit sind wir nicht nur bei Kunden erfolgreich, son- dern gewannen zudem einen Transferpreis. Auch heute noch stehe ich für die Weiterent- wicklung des selbstlernenden Assistenzsystems von Peerox im engen Austausch mit Fraunhofer. Für interessierte Gründerinnen und Gründer ist Fraunhofer ein ideales Ökosystem, um mit gro- ßer Nähe zur Industrie neue Technologien zu entwickeln und Märkte zu verstehen.« Andre Schult, Gründer und CEO Peerox GmbH; früher: Fraunhofer IVV Dresden 1972 Das sogenannte »Fraunhofer-Modell« entsteht, das zukünftig die Finanzierung der Institute regelt: Wachsen die durch Vertragsforschung erwirtschafteten Mittel, so erhöhen sich auch die staatlichen Zuschüsse. Diese völlig neue erfolgsabhän- gige Grundfinanzierung löst eine immense Dynamik aus und führt zu einem für nicht möglich gehaltenen Wachstum. Zeitgleich erhält die Fraunhofer-Gesellschaft eine neue Satzung und erstmalig einen haupt- amtlichen, dreiköpfigen Vorstand mit klar definierten Geschäftsbereichen, mehr Kom- petenzen und deutlich hervorgehobener Führungsrolle des Präsidenten. 1959 Zehn Jahre nach ihrer Gründung umfasst die Fraunhofer-Gesellschaft neun Institute, beschäftigt 135 Mitarbeitende und hat ein Finanzvolumen von 3,6 Millionen D-Mark erreicht. Sie hält an ihrem Expansionskurs fest. Zahlreiche Forschergruppen finden bei ihr eine sichere Existenz und eine wissenschaftliche Heimat. Der politisch einflussreiche Wissenschaftsrat empfiehlt 1964, Fraunhofer institutionell zu fördern. 1951 In den ersten Jahren sieht die Fraunhofer- Gesellschaft ihren Auftrag vor allem darin, Fördergelder einzutreiben und an einzelne Forscherinnen und Forscher weiterzureichen. 1951 wird der nordrhein- westfälische Industrielle Wilhelm Roelen zum neuen Präsidenten gewählt, der ehemalige Weimarer Reichskanzler Hans Luther übernimmt den Senatsvorsitz. Im selben Jahr erhält die Gesellschaft finanzielle Mittel aus dem European-Reco- very-Programm der USA, dem sogenann- ten »Marshallplan« – ein Erfolg der ehrenamtlich tätigen Geschäftsführung, der die zunehmende Anerkennung in der Politik zeigt. 1 | 24 1976 Mit dem »Fraunhofer-Programm zur Förderung der Vertragsforschung mit kleinen und mittleren Unternehmen« erschließt die Gesellschaft einen wichtigen neuen Kunden- kreis. Die Institute können mittelständischen Unternehmen attraktive Angebote machen, denn der Staat fördert 40 bis 60 Prozent der Projektkosten. Die Aufträge bringen innerhalb eines halben Jahres eine Vielzahl von Prozess- und Produktinnovationen. 1968 Die Wirtschaftswunderjahre sind vorbei. Um die Konjunktur wieder anzukurbeln, setzt die Politik verstärkt auf die Entwicklung innovativer Technologien: Die Ära der angewandten Forschung hat begonnen. Das Bundesforschungsministerium bezuschusst die Fraunhofer-Gesellschaft erstmals mit zwei Millionen D-Mark und installiert 1968 eine »Kommission zur Förderung des Ausbaus der Fraunhofer-Gesellschaft«, die eine neue Struktur und Satzung ausarbeitet. 1954 Der neu gewählte Präsident Hermann von Siemens, ein Enkel des Erfinders und Konzerngründers Werner von Siemens, erkennt die Notwendigkeit, eigene For- schungskapazitäten aufzubauen, um sich gegen die Konkurrenz behaupten zu können. Gleichzeitig wird der Tätigkeitsbereich von Bayern auf das gesamte Bundesgebiet ausgeweitet. Am 1. Juni 1954 gründet die Fraunhofer-Gesellschaft ihr erstes Institut mit sieben Mitarbeitern, das Institut für Angewandte Mikroskopie, Photographie und Kinematographie IMPK in Mannheim. Wenige Monate später übernimmt sie die Betreuung von vier Instituten des Bundesverteidigungs- ministeriums. Als Gegenleistung erhält sie regelmäßige Zahlungen, die es ihr erlauben, weitere zivile Institute ins Leben zu rufen. 1949 Am 26. März 1949 wird die Fraunhofer-Ge- sellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. in München gegründet. Die Initiatoren hoffen, auf diese Weise die wirtschaftliche Entwicklung zu beleben und die Industrialisierung im landwirtschaftlich geprägten Bayern voranzubringen. Schirmherr und erster Senatsvorsitzender ist Hugo Geiger, Staatssekretär im Bayerischen Wirtschaftsministerium, erster Präsident der Kernphysiker und Münchner Universitätsrek- tor Prof. Walther Gerlach. 69 r e l a h t n e g e i Z m m T i , t a v i r p , l e x i G , o t o h p k c o t s i / b t i o n e b , u s t i j u F , F O I r e f o h n u a r F : s o t o F

1 | 24 Jeder Tropfen zählt Lack bringt Glanz in den Alltag. Doch beim Lackieren geht viel vom Sprühnebel verloren. Das kostet Geld, verschwendet Ressourcen und ist nicht nachhaltig. Das Fraunhofer IPA tritt an, Schluss zu machen mit dem »Overspray«. Von Manuel Montefalcone J eder Tropfen Lack ist für sich einzigartig, kei- ner gleicht dem anderen. Forscher des Fraun- hofer-Instituts für Produktionstechnik und Automatisierung IPA haben es dennoch ge- schafft, die Lackeigenschaften zur Tropfenbildung zu untersuchen und Vorgaben für Lacke und Düsen zu erarbeiten. Hintergrund ist das sogenannte »Over- spray«, ein Umstand, »der die gesamte Branche bereits seit Jahren bewegt«, erklärt Projektleiter Thomas Hess. Overspray bezeichnet den Teil des Sprühnebels, der beim Lackieren überschüssig anfällt und nicht auf dem Werkstück lan- det. Die Folge sind ein unnötiger Lackver- brauch, aufwendige Reinigungsarbeiten in der Lackier-Kabine und eine kom- plexe Anlagentechnik. »Das ist weder nachhaltig noch ressourcenscho- nend«, sagt Hess, »und schon gar nicht kosteneffizient.« Um Overspray zu vermeiden und so die Effizienz beim La- ckieren zu erhöhen, könnte der Lack mit Einzeltropfen aus den Düsen punktu- ell aufgetragen werden. Hierfür haben Thomas Hess und Franz Balluff vom Fraunhofer IPA die Physik und Chemie hinter den Beschichtungsstoffen untersucht. Im Rahmen des Projekts DigitalPainting forschten die Wissenschaftler an der Applikation, Schichtbil- dung und der Zusammensetzung der Lacke. Nach zahlreichen Versu- chen und Simulationen entwickelten o t o h p k c o t s i : o t o F sie Modell-Lacke und untersuchten deren Einflüsse auf die Tropfenbildung. So erarbeiteten sie ein wissenschaftliches Fundament, bestehend aus Kennlinien, Lackeigenschafts- profilen, Düsengeometrien und Prozessparametern. Die Überführung der wissenschaftlichen Erkennt- nisse in ein Simulationsmodell resultierte schließ- lich in der Entwicklung einer umfassenden Toolbox. Diese bietet Herstellern von Lacken und Applika- tionstechnik sowie Lackierbetrieben eine neue Lösung zur oversprayfreien, hoch individuali- sierten und kostensparenden Lackierung. »Die unterschiedlichsten Branchen, in denen ›oversprayfrei‹ beschichtet werden soll, können von unserer Toolbox profitie- ren: vom Holzbeschichter bis hin zum Fahrzeughersteller«, so Hess, »denn eine selektive Beschichtung und Zweifarbigkeit wird ohne auf- wendiges Masking ermöglicht«. Nun besteht ein branchenwei- tes Interesse – insbesondere kleine und mittelständische Unternehmen wollen over- sprayfrei, effizient und kos- tensparend lackieren. Auch die Jury des Otto- von-Guericke Preises, ver- liehen von der Arbeits- gemeinschaft industrieller Forschungsvereinigungen (AiF), konnten Thomas Hess und Franz Balluff überzeugen: Das Forscherteam erhielt die Auszeichnung im Jahr 2023, als Würdigung seiner herausragenden Leistung auf dem Gebiet der indust- riellen Gemeinschaftsforschung. 71

1 | 24 Emissionen, die pro Bestellung anfallen«, erklärt Clemens Brauer, wissenschaftlicher Mitarbeiter am Fraunhofer ISI. »Das ist ein enormer Hebel für mehr Umweltschutz beim Onlinekauf.« Auch die Verpackung sei ein Schlüssel für mehr ökologische Nachhaltigkeit, ist sich Matthias Gotsch sicher. Viele Waren könnten etwa direkt im Produktkarton versandt werden; das Verpa- ckungsaufkommen würde so beinahe um ein Viertel schrumpfen. Auch Mehrwegversandta- schen seien denkbar. Laut Berechnungen könn- ten sie bis zu 98 Prozent der Treibhausgas-Emis- sionen im Bereich der Verpackungen einsparen. Voraussetzung dafür seien ausreichend Umläufe der robusten Versandtaschen, ihre spätere Recy- clingfähigkeit sowie die Bereitschaft der Konsu- mentinnen und Konsumenten, das Pfand zurück- zugeben. Die Studie zeigt außerdem: Wird die Ware an eine Packstation in fußläufiger Nähe oder einen Paketshop geliefert statt vor die Haustür, spart das die Hälfte der CO2-Emissionen des Lieferver- kehrs. Der Kauf gebrauchter Ware über sogenann- te Re-Commerce Plattformen schont die Umwelt zusätzlich. Auch Rücksendungen sollten Ver- braucherinnen und Verbraucher wenn möglich vermeiden – sie verantworten 13 Prozent der Treib- hausgasemissionen des Transports im Online- handel. So können Kundinnen und Kunden mit wenigen Klicks selbst steuern, wie ökologisch sie mit ihrer Bestellung handeln. Landet die Ware an einer Packstation anstatt vor der Haustür, spart das die Hälfte der CO2-Emissionen im Bereich Lieferverkehr. Mehr Freude beim Auspacken: Ein paar Klicks machen den Onlinekauf ökologischer. 73 k c o t S e b o d A / s n o i t c u d o r P a d y S : o t o F

1 | 24 Bis 2027 soll das weltweite Datenvolumen auf 284 Zettabyte anwachsen. bessern. Eine Hochdurchsatz-Technologie gibt es bislang dafür noch nicht. Der Trick mit den Basen Wie aber lässt sich DNA als Speicherme- dium nutzen? Unsere DNA setzt sich aus den Basen Adenin (A), Thymin (T), Cytosin (C) und Guanin (G) zusammen, ihre unter- schiedliche Anordnung definiert unseren DNA-Bauplan. Ähnlich funktioniert der Binärcode zur Verarbeitung digitaler In- formationen. Um DNA als Massenspeicher einzusetzen, werden daher zunächst di- gitale Informationen in DNA-Sequenzen umgewandelt: Dafür wird ein binärer Code aus Nullen und Einsen in eine Sequenz der Nukleotide A, C, G und T übersetzt. So ent- steht ein künstlicher DNA-Strang. Ziel von BIOSYNTH ist es, fehlerfreie Sequenzen mit bis zu 250 Nukleotiden zu erzeugen. Dieser Vorgang, die Codierung, findet ebenso wie die Decodierung digital statt. Für die Synthese und die Sequenzierung der DNA sind zusätzlich maschinelle Pro- zesse nötig. Die Mikrochip-Plattform, die das Fraunhofer-Konsortium entwickelt, ermöglicht u. a. eine thermische Synthe- se. Dafür sind auf dem Chip tausende win- zige Heizelemente integriert: Sie unter- stützen die Synthese mikrobiologischer Moleküle, wie zum Beispiel DNA, RNA oder Peptide. Organische Leuchtdioden (OLEDs) und Photodioden überwachen diesen Vor- gang. Künftig sei auch denkbar, dass OLEDs den mikrobiologischen Syntheseprozess aktivieren, erklärt Vogel. Auf diese Weise lassen sich Moleküle nach einem vorgese- henen Bauplan künstlich zusammensetzen und als Datenspeicher nutzen. Erste Tech- nologiedemonstratoren haben die Wissen- schaftlerinnen und Wissenschaftler bereits entwickelt. Viel Platz, keine Fehler Im Projekt verfolgen sie vor allem drei Zie- le: Sie wollen die Speicherdichte drastisch erhöhen ebenso wie die Geschwindigkeit, mit der die Daten geschrieben, also Bits und Bytes in DNA übertragen werden können. Zudem steht die Fehlerfreiheit im Fokus: Da es beim Schreiben und Lesen der Daten zwangsläufig zu einzelnen Feh- lern kommt, müssen diese erkenn- und korrigierbar sein. Zu allen Punkten hat das Konsortium bereits Lösungsansätze gefunden: Die Speicherdichte lässt sich mithilfe der synthetischen Mikrobiolo- gie erhöhen. »Neun Terabyte (TB) codierte . d t L l e x i p w a R / o t o h p k c o t s i : o t o F DNA-Bits können in einem Kubikmilli- meter gespeichert werden. Eine einzelne DNA-Base passt in einen Kubiknanome- ter«, sagt Vogel. Die heute raumfüllenden Synthese-Geräte sollen durch portable, energiearme und kostengünstige Systeme ersetzt werden. Dadurch wird kommerzi- elle, biologisch basierte Datenspeicherung möglich, die zudem nahezu unendliche Haltbarkeit verspricht. Das verdeutlichen etwa Forschungsergebnisse zur DNA in Neandertalerknochen. Mit moderner Mikroelektronik lässt sich die Schreibgeschwindigkeit drastisch erhöhen, indem Schreibvorgänge parallel durchgeführt werden. Zudem arbeiten die Fraunhofer-Experten und -Expertinnen an einem On-Chip-Monitoring. Es erkennt Fehler schon während des Schreibvorgangs und veranlasst, dass die Daten sofort kor- rigiert werden. Von einer solchen Mikrochip-Plattform profitieren nicht nur Anwender, die große Datenmengen archivieren müssen – wie etwa das Bundesarchiv oder Krankenkas- sen. Vogel ist überzeugt: »Die Potenziale dieser Technologie sind enorm, auch in der Chip-Industrie oder beispielsweise in der Molekülsynthese zur Wirkstoffent- wicklung.« 75

Hugo-Geiger-Preis Ehrenpreis für Nachwuchs- wissenschaftler Mit dem Hugo-Geiger-Preis ehrt der Freistaat Bayern gemeinsam mit der Fraunhofer- Gesellschaft jedes Jahr drei junge Wissen- schaftlerinnen oder Wissenschaftler für herausragende Promotionsleistungen im Bereich der angewandten Forschung. den. Gegenüber anderen Ferroelektrika, die bislang dort zur Anwendung kamen, hat Hafniumoxid erheb- liche Vorteile: Es ist bleifrei und damit wesentlich um- weltfreundlicher als seine bleihaltigen Alternativen. Technologisch erlaubt es viel dünnere Schichten von 10 statt 500 nm in den Speicherchips und damit am Ende wesentlich kleinere Bauteile und Endgeräte. Ferroelektrizität besser verstehen Als Dr. Maximilian Lederer einige Jahre nach dieser Neuentdeckung als Student in einer Vorlesung der Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg davon hörte, war auch er elektrisiert. Zwar war der Effekt bekannt, doch noch waren die Struktur und Verhaltensweise von Hafniumoxid nur unzureichend verstanden. Deshalb konnte es noch nicht zuverlässig in neuen Anwendungen eingesetzt werden. Der Erlan- ger wollte das ändern und ging in seiner Dissertation an der Technischen Universität Dresden zusammen mit dem Fraunhofer-Institut für Photonische Mikro- systeme IPMS der nanostrukturellen Beschaffenheit des Materials auf den Grund. Dazu vereinte er Wissen aus Festkörperphysik, Materialwissenschaft, Infor- matik sowie Elektrotechnik. Zu Tage förderte er gleich mehrere bedeutende Erkenntnisse: Durch eine neue S M P I r e f o h n u a r F / k a s s a L n a i t s a b e S : o t o F 1 | 24 Analysemethode konnte er so tief wie niemand zuvor in die Mikrostruktur und -prozesse von HfO2 blicken und sie visualisieren. So konnte er das Kristallisa- tionsverhalten des Materials erstmals genau nach- vollziehen – und damit zum Beispiel hinsichtlich des Kornwachstums weiterentwickeln und optimieren. Neben der Ferroelektrizität belegte Lederer so auch die damit verbundene Ferroelastizität des Materials. »Bisher dachte man, man könne die Polarisation der Atome nur durch Anlegen einer elektrischen Span- nung umschalten«, erklärt der Forscher. »Ich konnte zeigen, dass dies auch durch eine mechanische Span- nung möglich war, also beispielsweise durch Drücken oder Ziehen.« Das ist von enormer Bedeutung für die Verarbeitung von HfO2: Produktionsschritte müssen so angepasst werden, dass mechanische Einwirkun- gen keine Veränderungen in den dünnen Schichten bewirken und damit die Zuverlässigkeit verringern. Schließlich fand er eine Lösung für ein weiteres Problem: Das Material von der amorphen in die kris- talline und damit ferroelektrische Phase zu bringen, war in der Fertigung bisher auf thermische Methoden begrenzt, die hohe Temperaturen erforderten. Lederer entwickelte mit der FINK-Methode – das steht für feld- induzierte Kristallisation – einen besseren Ansatz: »Mit der feldinduzierten Kristallisation reicht es aus, eine elektrische Wechselspannung anzulegen, um die Fer- roelektrizität herbeizuführen. Diese hält auch dann noch an, wenn die Spannung nicht mehr anliegt. Da- mit erhält man sogar bessere und robustere Eigenschaf- ten als über das thermische Verfahren«, so Lederer. Die Methode hat einen weiteren Vorteil: Die Schaltkreise mit HfO2-Speichern sind durch die feldinduzierte Kris- tallisation auch sicherer, denn die Hardware erlaubt eine Datenverschlüsselung in drei Dimensionen und ist gleichzeitig von außen nicht mehr auslesbar. Die Arbeit von Dr. Maximilian Lederer hat nicht nur die Wissenschaftswelt, wo er bislang über 800 Mal zitiert wurde, sondern auch die Industrie auf- horchen lassen. Momentan arbeiten mehrere Herstel- ler wie Sony oder X-FAB daran, Speicherchips mit ferroelektrischem Hafniumoxid in ihre Produkte zu integrieren und sie so schneller, energie- und platz- sparender zu machen. Auch der Dresdner Chipher- steller GlobalFoundries testet derzeit in Zusammen- arbeit mit dem Fraunhofer IPMS ferroelektrische Speicherbauelemente in einer Forschungs- und Ent- wicklungslinie. Die größtmögliche Zuverlässigkeit der Bauteile ist für alle ein wichtiger Erfolgsfaktor. Und daran hat Maximilian Lederer entscheidend mit- gewirkt. Als Lead Scientist arbeitet er bei Fraunhofer weiter daran, die vielfältigen Anwendungsmöglich- keiten von Hafniumoxid weiter zu erforschen. Zum zweiten und dritten Preis 77

»Ein wichtiger Befund war die Richtungs- abhängigkeit unserer Fähigkeit, Klänge zu orten.« Dr. Sascha Dick system dar, das es erlaubt, die Lokalisierungsgenau- igkeit von Schallquellen besser zu berücksichtigen und damit Audioinformationen effizienter zu ver- arbeiten.« Basierend auf diesen psychoakustischen Modellen entwickelte der Forscher Algorithmen, um die 3D- Audio-Szenen wahrnehmungsbasiert zu vereinfachen und zu kodieren. Nach dem Motto »Was man nicht genau unterscheiden kann, muss auch nicht getrennt übertragen werden« können also Klangquellen zu- sammengefasst werden, die das menschliche Gehör nicht auseinanderhalten kann. Auf diese Weise ge- lingt es, die Komplexität von 3D-Audio um den Fak- tor 10 zu verringern. Statt Tonspuren von 60 Schall- quellen zu übertragen, genügen 6 konsolidierte Audioobjekte für ein realistisches Hörvergnügen – ohne qualitative Abstriche. Damit reduziert sich nicht nur der Rechenaufwand bei der Audiocodierung, son- dern auch die benötigten Übertragungsraten beim Streaming drastisch. Die Erkenntnisse und Algorith- men von Sascha Dick fließen parallel in den neuen, von Fraunhofer maßgeblich vorangetriebenen Audio- Standard MPEG-H ein, dem Urenkel von mp3. Bessere Sprachverständlichkeit In der Praxis ist das Verfahren neben dem Heimkino auch interessant für mobile VR-/AR- oder Gaming- Anwendungen, weil damit qualitativ hochwertige 3D- Audioszenen in Echtzeit zur Verfügung stehen. Und es bietet einen weiteren entscheidenden Vorteil: Je voller und vielfältiger die Klangszenen in einem Film sind, umso schwerer wird es mitunter, die Sprecher zu verstehen. Menschen mit eingeschränktem Hör- vermögen erlaubt dieses Verfahren, die Audioszenen personalisiert aufzubereiten. S I I r e f o h n u a r F / t r e k u P l l u a P : s : o o t t o o F F rungseffekte in 3D-Audio-Szenen beschreiben und modellieren. Diese Modelle kalibrierte er auf die Ergebnisse seiner Hörexperimente: »Ein wichtiger Befund war zum Beispiel die Richtungsabhängigkeit unserer Fähigkeit, Klänge zu orten«, so Dick. »Weil wir in der horizontalen Ebene genauer hören als oben und unten, ist der wahrgenommene Abstand zwischen rechts und links größer als zwischen oben und unten. Dies stelle ich in einem perzeptuellen Koordinaten- »Durch die intelligente Zusammenfassung zu räumlichen Audioobjekten kann ich die Dialog-Schall- quellen und die Geräusch-Schallquellen separat hal- ten«, so der Audioexperte. »So lässt sich die Sprach- verständlichkeit bei Hintergrundgeräuschen und Musik verbessern, indem man die Dialoge anhebt oder den Rest dimmt. Dann wäre auch ein Sprecher, der sich im Raum bewegt, in jeder Position gut zu hören.« In Zukunft könnte es also einen Knopf für klare Spra- che auch für 3D-Audioinhalte geben – und dem Ki- noklangerlebnis im eigenen Wohnzimmer stünde wirklich nichts mehr im Wege. Außer vielleicht das Knacken des Popcorns. 1 | 24 In Kino - produktionen kommen bis zu 128 verschiedene Klangquellen zusammen. 79

1 | 24 Wird Krebs früh erkannt, steigen die Therapiechancen. Dr. Susann Allelein legte mit ihrer Forschung wichtige Grundsteine dafür. dieses Oberflächenprotein auf den Vesikeln direkt aus Körperflüssigkeiten zu analysieren, entwickelten wir ein Antikörper-Mikroarray zur klinischen Diag- nostik, mit dem sich erstmals bis zu 33 Oberflächen- proteine aus einer Probe und eine Vielzahl von Pa- tientenproben parallel untersuchen lassen«, so die Forscherin. Zudem erdachte sie eine spezifische An- reicherungsmethode, mit der sich die Vesikel mit PSMA magnetisch mithilfe sogenannter Fängermoleküle von der Masse der unrelevanten Vesikel aus den Urin- oder Blutproben isolieren lassen. Manchmal kommt es anders, als man denkt Dann gab es einen überraschenden Schlüsselmoment während ihrer Doktorarbeit: »Die Ergebnisse waren vielversprechend, aber PSMA stellte sich am Ende leider als nicht geeigneter Marker heraus. Vesikel spiegeln zwar die Zellen wider, aber es gibt Ausnah- men. Und eine solche Ausnahme war PSMA«, erklärt Allelein. Doch davon ließ sich die Wissenschaftlerin nicht entmutigen – denn mit ihrer Arbeit hatte sie wichtige Grundlagen geschaffen für die noch sehr junge, aber vielversprechende Forschung an extra- zellulären Vesikeln. Nun will Allelein weitere Marker untersuchen und ihre Methoden auf andere Erkrankungen anwenden, etwa Alzheimer. »Ein weiterer Vorteil der extrazellu- lären Vesikel ist, dass sie die Blut-Hirn-Schranke pas- sieren können. Deshalb lassen sich damit neuronale Informationen im Blut finden und analysieren«, schaut die Hugo-Geiger-Preisträgerin in die Zukunft. »Auch therapeutisch lassen sie sich nutzen. Dazu beginnen wir gerade zu erforschen, ob die Vesikel der CAR-T- Zellen Potenzial für eine unterstützende Krebsbehand- lung haben.« 81 I Z I r e f o h n u a r F / t r e n u r G a l e a h c i M : o t o F

1 | 24 g n a s l e g o V e k l E : o t o F So wie die Augen als Spiegel der Hundeseele gelten, reflektiert das Fell seine Gesundheit. Umso wichtiger ist es, bei der Haut- und Fellpflege nur auf nachweislich wirksame Substanzen zu setzen. 83

Gerth: »Je nach Fragestellung messen wir auch Nahinfrarot oder multispektrale An- teile, um daraus bestimmte Verhaltens- weisen der Pflanzen abzuleiten.« Vollautomatisierte Phänotypisierungs- anlagen mit integrierter CT-Technik hat das Fraunhofer IIS bereits an große Saat- gutproduzenten und Forschungseinrich- tungen in Europa, Australien, den USA und China geliefert. Eine mietbare Anlage soll bis Ende 2024 im fränkischen Triesdorf in Betrieb gehen, berichtet Stefan Gerth: »Wir wollen diese kostspielige Infrastruktur auch hiesigen Start-ups und KMU zur Ver- fügung stellen und so die biogene Wert- schöpfung in Deutschland vorantreiben. Interessenten können damit die Qualität von Saatgut oder Keimlingen prüfen oder das Wachstum von Weizenwurzeln oder Kartoffelknollen analysieren.« Dabei ist Eile geboten. Denn derzeit vergehen von einer Zuchtidee bis zur fertigen neuen Sor- te 10 bis 15 Jahre. »Da müssen wir deutlich schneller werden«, mahnt der Physiker, »und noch mehr von der Natur lernen. Denn trotz aller Zuchterfahrung verstehen wir noch längst nicht gut genug, wie be- stimmte Pflanzen eigentlich funktionieren, zumal in Stresssituationen.« »Man weiß, dass Pflanzen als Reak- tion auf Stress oder Schädlingsbefall spe- zifische Gase verströmen. Diese Gasmole- küle, die in kleinsten Konzentrationen auftreten, wollen wir über neue Sensor- technologien abbilden«, sagt Christian Wald vom Fraunhofer EMFT in München. Mittels »On-Plant-Sensorik« will sein Team den Pflanzen gleichsam beim Atmen zu- sehen – mithilfe organischer Polymere, die als 2D- oder 3D-Strukturen direkt aufs Blatt gedruckt werden und auf kleinste Veränderungen der Feuchtigkeit reagie- ren. So gelingt es, den Gasaustausch durch die Atemöffnungen im Zeitverlauf zu er- fassen und daraus Rückschlüsse auf die Vitalität der Pflanze zu ziehen. Einen an- deren Ansatz verfolgt Prof. Joachim Wegener an der Fraunhofer EMFT-Außen- stelle in Regensburg: Er nutzt in Nährlö- sungen kultivierte Insektenzellen, um damit Schadstoffe in Umweltproben auf- zuspüren. Denn gesunde Zellen verhalten sich auf Oberflächen anders als solche, die diversen Giftstoffen ausgesetzt sind – und diese Unterschiede lassen sich sensorisch erfassen. Der Boden kommuniziert drahtlos Mit einem weiteren smarten Tool wollen die BWSF-Forschenden physikalische Umweltbedingungen präziser als bisher 1 | 24 messen und analysieren – sowohl in den Phänotypisierungsanlagen des Fraun- hofer IIS als auch draußen auf dem Acker. »Wir arbeiten an einem neuen Gerät zur Extraktion von Bodenwasser, das sensori- sche Elemente mit einer Saugsonde, einer piezoelektrischen Mikromembranpum- pe und einer Antenne für die drahtlose Datenübertragung kombiniert«, erklärt Christian Wald. Das Instrument soll wich- tige Bodendaten wie Feuchtigkeit und pH- Wert sowie den Gehalt an Ammonium, Nitrat und gelöstem Sauerstoff zuver- lässig und in Echtzeit direkt im Boden messen und drahtlos an eine zentrale »Man weiß, dass Pflanzen als Reaktion auf Stress oder Schädlingsbefall spezifische Gase verströmen.« Christian Wald, Fraunhofer EMFT Qualitätskontrolle für Saatgut und Keimling: Das Fraunhofer IIS hat hierfür eine Techno- logie entwickelt. o t o h p k c o t s i / h g e L e t a K i : o t o F 85

Fraunhofer vor Ort Hannover Berlin Frankfurt Stuttgart München 1 | 24 Berlin 05. – 09. Juni 2024 ILA Internationale Luft- und Raumfahrtausstellung Frankfurt am Main 10. – 14. Juni 2024 Achema Weltleitmesse der Prozess- industrie für chemische Technik, Verfahrenstechnik und Biotechnologie München 12. – 13. Juni 2024 Fraunhofer-Jahres- tagung Hannover 22. – 26. April 2024 Hannover Messe Weltleitmesse der Indus- trie. Hochtechnologie und innovative Lösungen zur Bewältigung der globalen industriellen Heraus- forderungen Stuttgart 23. – 26. April 2024 Control Internationale Fachmesse für Qualitätssicherung München 13. – 17. Mai 2024 IFAT Weltleitmesse für Wasser-, Abwasser-, Abfall- und Rohstoffwirtschaft Fraunhofer-Magazin Das Magazin für Menschen, die Zukunft gestalten Wollen Sie das Fraunhofer- Magazin sofort bei Erscheinen in Ihrem Briefkasten – kostenlos? Bestellen Sie direkt online unter http://s.fhg.de/bestellen 87 »Spitzenforschung ist der Treiber für Innovationen«Im Interview: Hendrik Wüst, Minister- präsident und CDU-Hoffnungsträger1 | 24»Wir brauchen eine Kultur der Offenheit«Siemens-Chef Dr. Roland BuschSo wird der Schadstoffzum RohstoffCO2Mauerwerk neu gedacht: Dr. Michael Prokein Fraunhofer: die Geschichte eines ErfolgesDr.-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 statt Brechstange«Ein Plädoyer von Dr. Martin Brudermüller, BASF SE3 | 23»Wir brauchen noch mehr Forschung!«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 Sicherheit