Fraunhofer-Magazin 1.2026

Gedenkjahr 200. Todestag Joseph von Fraunhofer 6 2 | 1 Energie? Aber sicher! Alltag unter Strom: So macht Forschung das Netz resilient Weltgefahr Drohne Wie akustikbasierte Abwehrsysteme mehr Sicherheit schaffen Mission Zukunft New Space: Jetzt wird Raumfahrt zur Chance für die Wirtschaft Prof. Marco Jung, Fraunhofer IEE

Jubiläumsjahr 2026 Joseph von Fraunhofer gilt als Begründer der deutschen Präzisionsoptik und verband wissenschaftliche Methodik mit einem sehr erfolgreichen Unternehmertum. Den 200. Todestag ihres Namensgebers wird die Fraunhofer-Gesellschaft 2026 feierlich würdigen. Fraunhofers Grab trug die Inschrift: »Approximavit sidera« (Er brachte die Gestirne näher).

Uns prägt, wo wir herkommen Von Prof. Dr.-Ing. Holger Hanselka Johann Wolfgang von Goethe, anno 1749 geboren, war – wie man heute sagen würde – not amused: »Abscheulich« fand er die Fraunhofer-Linien, die sein Zeitgenosse Joseph von Fraunhofer entdeckt hatte, »wider die Natur des Lichts, letztlich unwichtig«. In einem Brief an seinen Freund Cas- par Graf von Sternberg legte der Dichter und Naturforscher nach: »Fraunhofers Bemühungen kenn ich; sie sind von der Art, die ich ablehne.« Es mag sein, dass Joseph von Fraunhofer, der niederbayeri- sche Selfmademan aus dem kleinen Straubing, mit seinen praktischen Erkenntnissen den Großdenker in seiner Eitel- keit gekratzt hatte. Schließlich hatte Goethe fast zwei Jahr- zehnte an seiner Farbenlehre gefeilt. Und dann kam da dieser Waisenjunge, baute die besten Optiken seiner Zeit und sah die Welt in neuen Farben. Fraunhofers experimen- telle Befunde widersprachen Goethes optischer Theorie. Später wurden sie gefeiert als »der Barcode der chemischen Elemente in der Sonnenatmosphäre«. Theoretiker gegen Praktiker: Wenn wir 2026 Joseph von Fraunhofers 200. Todestag in einem Gedenkjahr unter Schirmherrschaft der UNESCO würdigen, dann arbeiten wir daran, diesen Gegensatz aufzulösen. Forschung ist für uns in der Fraunhofer-Gesellschaft kein Selbstzweck. Forschung und Erkenntnis sind die Rohstoffe – und leider durchaus: die einzigen Rohstoffe in relevanter Größenordnung –, die unser Land auszeichnen und die unserer Wirtschaft zur Verfügung stehen. Wir bringen sie, und das ist unser Anspruch Tag für Tag, Monat um Monat, in die Praxis. Bei Joseph von Fraunhofer ging es nicht um große Worte, sondern um das, was am Ende funktioniert hat. So machte der Arbeiter, Schritt für Schritt, seinen Weg zum Wissen- schaftler von Weltrang – und letztlich hinein in ein Unter- nehmen, dessen Instrumente in ganz Europa begeistert nachgefragt waren. Diese Haltung, dass Forschung und prak- tische Anwendung zusammengehören, dass Wissenschaft nicht Selbstzweck ist, sondern dem Wohl von Wirtschaft und Gesellschaft dient, bestimmt unsere Arbeit noch heute, 200 Jahre nach Fraunhofers frühem Tod am 7. Juni 1826. 1 | 26 Editorial Prof. Dr.-Ing. Holger Hanselka Uns prägt, wo wir herkommen. Entscheidend aber ist, was unsere Arbeit heute konkret bewirkt. Jahr für Jahr unter- stützt Fraunhofer mit rund 8000 Projekten unsere Industrie, und da vor allem den deutschen Mittelstand. Zahlreiche Weltmarktführer sind selbstverständlich Fraunhofer-Kun- den – ein klares Zeichen für das Vertrauen führender Unter- nehmen in unsere Kompetenz. Fraunhofer-Forschung wirkt wirklich. Und sie wirkt dort, wo sie gerade heute in außer- ordentlichem Maß gebraucht wird: in und für die Wirtschaft. Nur 39 Jahre alt wurde unser Namensgeber Joseph von Fraunhofer, vor 200 Jahren ist er gestorben. Sein Grab trug die Aufschrift »Approximavit sidera«. Tatsächlich brachte er uns die Gestirne näher. Wie nahe uns das Weltall inzwischen gerückt ist, belegt eines der Titelthemen dieses Fraunhofer- Magazins. In der Vergangenheit diente die Weltraumfor- schung vor allem dem Wissensgewinn. Inzwischen ist eine neue, sehr praktische Perspektive dazugekommen: Wie lässt sich der erdnahe Weltraum kommerziell nutzen? Wirt- schaftsprognosen sehen ein jährliches Wachstum von bis zu sechs Prozent für die New-Space-Ökonomie. Viel praktische Erkenntnis beim Blick in die Sterne Ihr Prof. Dr.-Ing. Holger Hanselka Präsident der Fraunhofer-Gesellschaft 3 r e i e m r e b O n a f e t S / r e f o h n u a r F : o t o F

1 | 26 Inhalt 10 Raumfahrt Mission Zukunftsmarkt Die New Space Economy hebt ab – und bietet immense Chancen für die deutsche Wirtschaft. 03 Editorial 06 Kurz gemeldet 09 Impressum 32 Gäbe es Fraunhofer nicht, man müsste es erfinden Prof. Dr.-Ing. Holger Hanselka zum 200. Todestag des Joseph von Fraunhofer 10 Mission Zukunft im All Warum Space-Technologien jetzt in Serie gehen müssen 16 Nach den Sternen greifen Fraunhofer-Technologie im Weltraum – ein Überblick 22 Landwirtschaftliche Helfer im All Wie die Welternährung von Entwicklungen aus der New Space Economy profitieren kann 4 Energiewende Power on! Wie lassen sich unsere Stromnetze dauerhaft stabil halten? Fraunhofer- Forschende entwickeln innovative Lösungen. 38 Auf zu sicherer Energie Künstliche Intelligenz, netzbildende Wechsel- richter, bidirektionales Laden und Co für mehr Resilienz im Stromnetz – damit Deutschland nicht im Dunkeln bleibt 49 Vorrat für den Energie-Hunger Energie-Engpässe überbrücken mit neuen Speichertechnologien: Fraunhofer-Forschen- de haben unter anderem den bisher größten Vanadium-Redox-Flow-Batteriespeicher Europas in Betrieb genommen 52 Strom aus Holz Lignin hält Holzfasern zusammen, eignet sich aber auch für die Herstellung nachhaltiger Batterien. Weltweit fallen von dem Stoff jedes Jahr etwa 50 bis 70 Millionen Tonnen als Nebenprodukt der Zellstoff- und Papier- industrie an 38Joseph vonFraunhofer6.3.1787 – 7.6.1826

1 | 26 24 Stimme aus der Wirtschaft Wissenschaft und Wirtschaft: Neugier ist für DIHK-Hauptge- schäftsführerin Dr. Helena Melinkov »das Beste aus beiden Welten« 26 Tue Gutes – und spare dabei! Navigationshilfe für Unternehmen auf dem Weg zum ganzheitlichen Klimaschutzmanagement 28 Im Wettlauf mit der Korrosion Altmunition verrostet auf dem Meeresgrund. Smarte Sensorik hilft bei der Suche 32 Gäbe es Fraunhofer nicht, man müsste es erfinden Die Fraunhofer-Gesellschaft würdigt ihren Namensgeber zum 200. Todestag 36 Unter die Haut Eine automatische Dokumentation von Ultraschallaufnahmen soll im Klinikalltag entlasten 60 Im Loop statt im Müll Fast-Fashion-Mode kann größten- teils nicht zu neuen Textilien recycelt werden – bis jetzt. 64 Drohnen im Anflug Akustikbasierte Abwehr- systeme hören Flugobjekte, noch bevor sie zu sehen sind. 74 Mobile Früherkennung von Agrarschädlingen Ein Labor auf vier Rädern hilft beim Kampf gegen Amerikanische Rebzikade und Co 58 Forschung für den Ernstfall Krisen besser beherrschbar machen 76 Chips für Europa 54 Wo bin ich – und wenn ja: 60 Im Loop statt im Müll wie weit? Die Arbeit im OP erleichtert jetzt eine innovative Fasersonde Synthetisches Misch gewebe wieder zu T-Shirts, Hosen und Co verarbeiten 56 Palmöl-Alternative aus 62 Ein Start-up revolutioniert Treibhausgasen Doppelt nachhaltig: Industrie- abgase abfangen und ökologisch sinnvoll verwerten 74 Mobile Früherkennung Überträgt gefährliche Erreger: die Amerikanische Rebzikade den Zahnersatz Kosten günstige Prothesen mit Gold-Anteil aus dem 3D-Drucker 64 Drohnen im Anflug Erkennen, identifizieren, abwehren – Forschende wissen, wie 66 Schaumiger Schutz Eine extraleichte Batteriehülle, die thermisch robust ist 68 Foto & Fraunhofer Die Toxine der giftigsten Spinne Deutschlands könnten helfen, Krebs zu heilen 70 Fraunhofer international 72 Trübe Brühe, saubere Lösung In Abwasser stecken viele wertvolle Stoffe Das Mega-Projekt APECS soll die Resilienz im Halbleiter bereich erhöhen 78 Hugo-Geiger-Preise Herausragendes von jungen Nachwuchswissenschaflern und -wissenschaftlerinnen 84 Smarte Wearables statt Kabelsalat Ein bequem tragbares Sensor system warnt vor Herzerkrankungen 87 Fraunhofer vor Ort Die globale Raumfahrtwirtschaft verzeichnete 2024 einen Rekordwert von 613 Milliarden US-Dollar. Dabei trug der kommerzielle Sektor 78 % zum Gesamtwachstum bei. Quelle: The Space Report 2025/ Space Foundation 78 ; a d o b b o S x a M l , s s i e H z n e H i : e t i e s k c ü R d n u r e v o C s o t o F a p d / r e n t t ü B s n e J , o t o h p k c o t s i / k i t s n o r , s e g a m i s u i t i r u a m / y m a A / l e k n w k c i l i l b , r e y e m r e l l E n a i v i V / t f a h c s l l e s e G - r e f o h n u a r F , s s i e H z n e H i , a d o b b o S x a M l : t l a h n I s o t o F 5

1 | 26 Kurz gemeldet Papierverpackungen leichter recyceln Papierverpackungen lassen sich bislang nicht ohne zusätz- liche Klebstoffe oder Kunststoffschichten verschließen, die das Recycling erschweren. Im Projekt PAPURE entwickeln vier Fraunhofer-Institute ein laserbasiertes Verfahren, das es ermöglicht, auf Klebstoffe zu verzichten. Das Forschungsteam arbeitet an einem Fügeprozess, in dem das Papier durch eine Laservorbehandlung so modifiziert wird, dass es sich anschlie- ßend mittels eines Heißsiegelverfahrens direkt verbinden lässt. Dafür analysieren die Wissenschaftler und Wissenschaft- lerinnen unter anderem verschiedene Papiere. Die Modifi- kation der Papieroberfläche erfolgt mithilfe eines Kohlen- stoffmonoxid-Lasers. Nach der Bestrahlung verbleiben auf dem Papier aufschmelzbare Spaltprodukte, die sich mittels Druck und Wärme stoffrein fügen lassen. Die Vorarbeiten des Teams sollen in einen industrienahen Demonstrator über- führt werden: eine rund sechs Meter lange Fertigungsanlage, die den Herstellungsprozess eines typischen Verpackungs- mittels abbildet und am Fraunhofer-Institut für Werkzeug- maschinen und Umformtechnik IWU in Dresden entsteht. An dem Projekt wirken außerdem mit: die Fraunhofer-In- stitute für Angewandte Polymerforschung IAP, für Werk- stoff- und Strahltechnik IWS sowie für Verfahrenstechnik und Verpackung IVV. Damit Papierverpackungen in Zukunft besser im Kreislauf geführt werden können, dürfen sie keine Zusatzstoffe enthalten. Lebensmittelfälschungen schnell entlarven ziumchip-basierten Gaschromatographie-Säule (GC- Säule), einem Detektor bzw. Sensor, einer integrierten Probenvorbereitung, einer Ansteuerungs- und Aus- wertelektronik sowie einer Energieversorgung. Olivenöl gehört zu den Top 10 der am häufigsten gefälschten Lebensmittel. Olivenöl aus gefärbtem Rapsöl, Oregano gestreckt mit billigen Pflanzenresten – Lebensmittelbetrug ist ein lukratives Geschäft. Ein mobiles Sensorsystem soll künftig helfen, Fälschungen rasch zu erkennen. Im Projekt PUMMEL vereinen Forschungsteams der Fraunhofer-Institute für Photonische Mikrosysteme IPMS, für Molekularbiologie und Angewandte Oe- kologie IME sowie für Verfahrenstechnik und Ver- packung IVV ihre Kompetenzen aus den Bereichen Gaschromatographie-Messmethoden, Sensorent- wicklung und chemische Sensorik. So wollen sie ein Gaschromatographie-Sensorsystem für den schnellen Vor-Ort-Nachweis von flüchtigen organischen Ver- bindungen (VOCs) entwickeln. VOCs sind chemische Verbindungen, die charakteristisch für eine bestimm- te Zusammensetzung sind und mit Veränderungen von Produkteigenschaften in Verbindung gebracht werden. Das mobile System, das in etwa so groß sein soll wie eine Umhängetasche, besteht aus einer Sili- 6

1 | 26 Spielend lernen und Spaß haben: ict-factory.de. Nachhaltig zocken Wie lässt sich Elektroschrott verringern und die Elektronikproduktion nachhaltiger ge- stalten? Das können Jugendliche im neuen Serious Game »ICT.factory« lernen. Entwi- ckelt wurde das browserbasierte Compu- terspiel von Expertinnen und Experten des Fraunhofer-Instituts für Zuverlässigkeit und Mikrointegration IZM und der Forschungsfa- brik Mikroelektronik Deutschland (FMD) ge- meinsam mit Game-Designern, Lehrkräften, Schülerinnen und Schülern. In Playtests mit Schulklassen wurde besonders auf Motiva- tion, Verständlichkeit und Spielspaß geachtet. Die Teenager übernehmen in »ICT.factory« eine in die Jahre gekommene Elektronikfa- brik und haben die Aufgabe, das veraltete Unternehmen nachhaltig zu modernisieren und fit für die Zukunft zu machen. Entlang der gesamten Wertschöpfungskette – vom nachhaltigen Einkauf der Rohstoffe über die effiziente und ressourcenschonende Fertigung, die Modernisierung der Produktionsanlagen bis hin zur Implementierung unterschied- licher Nachhaltigkeitskonzepte und dem Recycling – gilt es, strategisch kluge Entschei- dungen zu treffen. Das Spiel greift dabei rea- le Herausforderungen auf, etwa den Umgang mit Ressourcenknappheit. Das Online-Spiel läuft ohne Installation auf allen gängigen Geräten und richtet sich an Jugendliche ab 13 Jahren. Fingerprothese aus dem 3D-Drucker F B L r e f o h n u a r F , s e g a m i s u i t i r u a m / 1 6 d n e t s e W / a v o p o o S y l i L l , o t o h p k c o t s i i e d e b / 4 6 y h p a r g o t o h p K T , o r z i v a D : s o t o F Die Gelenkstruktur kann problemlos um 90 Grad gebogen werden. Forschende aus vier Fraunhofer-In sti- tuten haben im Projekt ProFi Finger für eine Handprothese entwickelt, die aus einem einzigen, mittels 3D- Druck gefertigten Bauteil bestehen. Ein multistabiles, programmierbares Metamaterial ersetzt die herkömm- liche verschraubte Konstruktion aus mehreren Teilen und lässt sich in drei Positionen fixieren. Die neue passive, also funktionslose, ästhetische Pro- these soll günstiger und einfacher zu handhaben sein. Umgesetzt wurde die Fraunhofer- Lösung mittels einer Gelenkstruktur, die nur einen rotatorischen Freiheits- grad besitzt und mit bistabilen Ein- heitszellen verschaltet ist. Das Meta- material wurde bereits als Gelenkersatz für einen Ellenbogen verwendet. Um es in den wesentlich kleineren Bau- raum eines Fingers zu überführen und einen geringen Biegeradius zu reali- sieren, haben die Forschenden Anpas- sungen an der Gelenkstruktur vorge- nommen. Diese besitzt eine geringe Steifigkeit in der Beugungsrichtung und kann eine annähernd beliebige Außenkontur annehmen. So können Finger individuell und detailgetreu nachgebildet werden. Am Projekt beteiligten sich For- schende aus den Fraunhofer-Instituten für Betriebsfestigkeit und Systemzu- verlässigkeit LBF, Werkstoffmechanik IWM, Techno- und Wirtschaftsmathe- matik ITWM und Angewandte Poly- merforschung IAP. 7

1 | 26 Zuverlässig kommunizieren Im Katastrophenfall ist der Mobilfunk schnell überlas- tet. Ein softwarebasiertes, drahtloses und ad-hoc-fähi- ges Kommunikationssystem für Behörden und Orga- nisationen mit Sicherheitsaufgaben (BOS) hat jetzt ein Forschungsteam im Projekt »5G Opportunity« entwickelt. Gemeinsam mit ihren Partnern erprobten die Wissen- schaftler und Wissenschaftlerinnen des Fraunhofer-Insti- tuts für Angewandte Informationstechnik FIT das mobile, selbstorganisierende Kommunikationsnetz, das auf der Fraunhofer-WiBACK-Technologie (Wireless Backhaul) basiert. Es ermöglicht den Einsatzkräften, sich unterei- nander, mit der Einsatzleitung und dem Internet zu ver- binden. Als Basis für das WiBACK-Kommunikationsnetz dienen 5G/Open RAN (Radio Access Network) und WiFi als Zugang für Smartphones sowie Multihop-Richtfunk als Zuführung (engl. Backhaul). »Ein WiBACK-Netz kann in kürzester Zeit errichtet und sofort konform der Regu- latorien betrieben werden«, sagt Projektleiter Dr. Mathias Kretschmer, Wissenschaftler am Fraunhofer FIT in Sankt Augustin bei Bonn. »Die Hardware besteht aus autarken, portablen Komponenten. Es genügt, die Batterien anzu- schließen, die Antennen auszurichten, und schon ist das Netz startklar.« Ein abgestimmtes Vorgehen ist im Krisenfall entscheidend, doch häufig ist die Kommunikation schwierig. 8 Unterwasserroboter sollen helfen, Windkraftanlagen vor Schäden zu bewahren. Offshore-Anlagen autonom inspizieren Die Inspektion, Wartung und Reinigung schwimmender Offshore-Energieplattformen grundlegend verbessern wollen Forschende des Fraunhofer-Instituts für Fer- tigungstechnik und Angewandte Materialforschung IFAM. Im Projekt FORE-PAIR arbeiten sie gemeinsam mit Partnern an autonomen Unterwasserfahrzeugen (Autonomous Underwater Vehicle, AUV), die die Trag- strukturen von Offshore-Anlagen auch in größeren Tie- fen zuverlässig erfassen und selbst unter starken Strö- mungen oder eingeschränkter Sicht frühzeitig Schäden erkennen können. Außerdem entwickelt das Team hoch- auflösende 3D-Sensoriksysteme und Digitale Zwillinge, die den Zustand der Plattformen in Echtzeit abbilden, Veränderungen automatisch detektieren und datenba- sierte Wartungsentscheidungen ermöglichen. Die Wis- senschaftler und Wissenschaftlerinnen untersuchen nachhaltige Schutzlösungen, die Biofouling reduzieren und damit die Lebensdauer von Anlagen verlängern. Ergänzt wird dies durch AR/VR-gestützte Werkzeuge, die es dem Wartungspersonal erlauben, Einsätze im Digitalen Zwilling realitätsnah zu planen, Abläufe zu optimieren und Reparatur- oder Inspektionsszenarien effizient vorzubereiten.

Impressum Fraunhofer. Das Magazin, Zeitschrift für Forschung, Technik und Innovation. ISSN 1868-3428 (Printausgabe) ISSN 1868-3436 (Onlineausgabe) 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: Monika Landgraf (V.i.S.d.P.), Josef Oskar Seitz (Chef redak tion), Dr. Sonja Endres, Beate Strobel Redaktionelle Mitarbeit: Dr. Janine van Ackeren, Mandy Bartel, Meike Grewe, Sirka Henning, Andrea Kaufmann, Dr. Monika Offenberger, Iris Röll, Kathrin Schwarze-Reiter, Mehmet Toprak, Yvonne Weiß Layout + Litho: Vierthaler & Braun Titelbild und Fotografie der Titelstrecke: Heinz Heiss Fotografie Raumfahrt: Max Slobodda Druck: be1druckt GmbH, Nürnberg © Fraunhofer-Gesellschaft e.V. München 2026 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 i e d e b / a k n d o r m o r , i n a e g a m i , a p d / u a e t a G e h p o t s i r h C : s o t o F 1 | 26 Mulchfolien fördern eine üppige Ernte. Da gibt man gerne auch mal was ab. Bedenkenlos schlemmen Deutsche Erdbeeren bereits Anfang Mai genießen? Mulchfolien machen es möglich, belasten jedoch die Umwelt. An ökologisch verträglichen Alternativen arbeiten Forschende im EU-Projekt CELLAGRI. M ulchfolien unterdrücken das Un- krautwachstum, reduzieren die Verdunstung und erwärmen den Boden – entsprechend häufig werden sie im Obst- und Gemüseanbau genutzt. Die euro- päische Landwirtschaft verbraucht jährlich mehr als 80 000 Tonnen der dünnen Kunst- stoffbahnen. Davon landen bis zu 30 Pro- zent als Mikroplastik im Boden. Der Rest wird meist auf Deponien entsorgt oder ver- brannt. An biologisch abbaubaren Alter- nativen, die über eine hohe Funktionalität verfügen und trotzdem bezahlbar bleiben, arbeiten Forschende aus sieben europäi- schen Ländern im EU-Projekt CELLAGRI unter Leitung des Fraunhofer-Instituts für Elektronenstrahl- und Plasmatechnik FEP. In dem interdisziplinären Projekt ent- wickeln die Wissenschaftler und Wissen- schaftlerinnen zunächst hochleistungs- fähige Substrate aus verschiedenen Zellu- losemischungen als Basismaterial. Eine vollständig biologisch abbaubare Ober- flächenbeschichtung aus biobasierten Mo- nomeren garantiert eine schnelle und kon- trollierbare Zersetzung im Boden. Inno- vative mikrofluidische Strukturen, die in die Beschichtung eingeprägt werden, er- möglichen ein passives Wassermanage- ment. Das System leitet Wasser gezielt zu den Pflanzlöchern und soll so die Wasser- zufuhr steigern. Durch eine atmosphäri- sche Plasmabehandlung werden hydro- phile und hydrophobe Bereiche erzeugt, die das Wassermanagement weiter verbes- sern und zudem Schimmelbildung verhin- dern. Ein ausgeklügelter Herstellungspro- zess kombiniert Beschichtung, Mikrostruk- turierung und Plasmafunktionalisierung in einem einzigen Schritt und wird im Rolle-zu-Rolle-Verfahren am Fraunhofer FEP realisiert. 9

1 | 26 Mission Zukunft im All Die Raumfahrt als ökonomische Chance begreifen und gestalten: Die New Space Economy gewinnt an Schwung. Die Voraussetzung für den Erfolg ist ein technologischer Paradigmenwechsel. Von Beate Strobel; Fotograf: Max Slobodda 10

1 | 26 Raumfahrt Lufthoheit absichern: Mit seinem Team kreierte Dr. Martin Schimmerohn vom Fraunhofer EMI den Forschungssatelliten ERNST, der nun im All Raketenstarts detektiert. 11

1 | 26 W as passierte nach dem Ur- knall? Wie entwickeln sich Galaxien? Und gibt es da draußen im Weltall ande- res Leben? Es sind die großen Fragen der Astronomie, auf die das James-Webb- Space-Teleskop (JWST) Antworten liefern soll. Gestartet am ersten Weihnachtsfei- ertag 2021, liefert es Bilder von galakti- scher Schönheit. Und das – auch – dank Fraunhofer-Technologie: Am Fraunhofer- Institut für Angewandte Optik und Fein- mechanik IOF in Jena wurden die Spiegel hergestellt und beschichtet, mit denen MIRI ins All blickt – als Kamera und Spek - tro graph das einzige Gerät auf dem JWST, das den mittleren Infrarotbereich abde- cken kann. Und so selbst Objekte detek- tiert, die von interstellarem Staub verbor- gen sind. Auch bei der Untersuchung der ersten Galaxien im jungen Universum ist diese Technologie eine immense Hilfe. Die Weltraumforschung diente bislang vor allem dem Wissensgewinn. Jetzt ist eine neue Perspektive hinzugekommen: Wie lässt sich der erdnahe Weltraum kom- merziell nutzen? Welche Märkte und Dienstleistungen entstehen für und durch die Raumfahrt? New Space Economy: Die- ser Begriff steht für den Wandel von der staatlich geprägten Weltraumforschung hin zu einer kommerziell getriebenen. Pri- vate Unternehmen wie das von Tech-Mil- liardär Elon Musk gegründete SpaceX oder das von Amazon-Gründer Jeff Bezos ge- startete Unternehmen Blue Origin sind mit eigenen Raketen, Satelliten und Techno- logien zu Innovationstreibern geworden. In Deutschland wollen Start-ups wie Isar Aerospace bei München oder die Rocket Factory Augsburg Trägerraketen und Raum- fahrzeuge entwickeln. Wirtschaftsprognosen sehen ein jähr- liches Wachstum von bis zu sechs Prozent für die New-Space-Ökonomie. Das inter- essiert auch etablierte Wirtschaftsunter- nehmen wie den Automobilzulieferer Bro- se SE: Das Familienunternehmen schloss Ende 2025 eine strategische Partnerschaft mit den Fraunhofer-Instituten für Kurz- zeitdynamik EMI und für Silicatforschung ISC sowie dem BERLIN SPACE Consortium, um gemeinsam Kleinsatelliten und Schlüs- selkomponenten für die Raumfahrttech- nologie sowie elektrische Antriebssysteme zu entwickeln und in industriellem Maß- stab herzustellen. Forschende des Fraun- hofer IOF und SPACEOPTIX, einer Ausgrün- dung des Fraunhofer IOF, kooperieren mit TESAT, einem der führenden Unternehmen für die Telekommunikation via Satellit: Im Rahmen von ScyLight, einem Programm der europäischen Weltraumbehörde ESA, haben die Wissenschaftler und Wissen- schaftlerinnen ein Teleskop für Laserter- minals entwickelt, das nicht nur Sende- und Empfangseinheit zugleich ist, sondern auch seriell gefertigt werden kann. Warum Space-Technologien jetzt in Serie gehen müssen Der Sprung in die New Space Economy erfordert ein Umdenken bei Forschung und Industrie. »Die New Space Economy braucht dringend robuste, digital inte- grierte, kosteneffiziente und seriell fer- tigbare Lösungen«, erklärt Dr. Stephan Busch, Informatiker und Kleinsatelliten- Experte am Fraunhofer EMI. Innerhalb von Fraunhofer werden diese Bestrebun- gen durch Fraunhofer AVIATION & SPACE befeuert, einem Zusammenschluss aus 37 Fraunhofer-Instituten. Ziel ist, Wirt- schaftsunternehmen einen Zugang zu Fraunhofer-Kompetenzen im Bereich SPACE zu bieten und Brücken zu bauen zwischen Industrie und angewandter For- schung. »Fraunhofer als neutraler Enabler überzeugt gerade durch seine Interdiszip- linarität: In den Instituten arbeiten nicht nur Menschen, die sich mit Space Techno- logy auskennen, sondern auch mit klassi- schen Themen wie Prozessoptimierung, Digitalisierung, Automatisierung, Materi- alentwicklung, Logistik und Supply Chain Management«, so Busch. »Kompetenzen also, die für den Industrialisierungs-Pro- zess, den wir für die New Space Economy brauchen, extrem wertvoll sind.« Hierzu soll demnächst mit dem Fraun- hofer NewSpace Innovations Labor (FRAN- SI) in Würzburg eine entsprechende Infra- struktur für agile Innovations- und Test- 12 Schneller am Start: Informatiker Dr. Stephan Busch will Tempo in die Serienfertigung von Satelliten bringen. prozesse entstehen. Geplant ist auch der Aufbau eines »Production Acceleration Cen- ter«: ein Zentrum, das vor allem dem Mittel- stand die industrielle Fertigung und quali- tätsgesicherte Testung im europäischen New-Space-Ökosystem erleichtern und so die industrielle Raumfahrt beschleunigen soll. Wie wichtig Kleinsatelliten für die New Space Economy sind, wird im Projekt KSaRo thematisiert, das von der Raumfahrt- agentur des DLR in Auftrag gegeben wurde. Fraunhofer AVIATION & SPACE, das Fraun- hofer-Institut für Naturwissenschaftlich- Technische Trendanalysen INT sowie das Fraunhofer EMI entwickelten dazu eine Roadmap für Kleinsatelliten-Technologien in Deutschland bis 2030. Eine Umfrage im Rahmen des Projekts zeigte klar auf, dass Unternehmen vor allem den Zugang zu ge- eigneten Testkapazitäten als zu komplex und kostenintensiv empfinden. Der deut- sche New-Space-Sektor hat hier also noch einige Hausaufgaben zu machen. Doch es lohnt sich: »Vor allem Klein- satelliten sind schnell und kostengünstig

1 | 26 »Die New Space Economy braucht dringend robuste, digital integrierte, kosteneffiziente und seriell fertig- bare Lösungen.« Dr. Stephan Busch, Fraunhofer EMI produziert und lassen sich dank der ge- ringen Masse relativ günstig in den Orbit bringen«, erklärt Dr. Nadya Ben Bekhti- Winkel, Wissenschaftlerin am Fraunho- fer-Institut für Kommunikation, Informa- tionsverarbeitung und Ergonomie FKIE und Leiterin der Geschäftsstelle SPACE. Zugleich eigneten sich Kleinsatelliten gut für den Einsatz in Satellitenkonstellatio- nen und könnten so eine größere Abde- ckung gewährleisten. Die Astrophysikerin ist überzeugt: »Die Industrialisierung der Kleinsatellitenfertigung trägt zur Demo- kratisierung des Zugangs zum All bei – so können sich auch kleinere Unternehmen und Universitäten eigene Raumfahrtpro- jekte leisten.« Kleiner, schneller, günstiger: 2024 bil- deten acht Fraunhofer-Institute und drei Industriepartner ein interdisziplinäres Konsortium, um im Projekt NET pioneer die Optimierung der Produktion und Tes- tung von Satelliten voranzutreiben. Ge- fördert wurde dieses Projekt ebenfalls von der Deutschen Raumfahrtagentur des DLR. Zentral ist dabei die Idee einer digitalen Teststraße: modular aufgebaut, automati- siert betrieben und leicht zugänglich für Industrie und Forschung. »NET pioneer zeigt auf, wie sich das Testen im New-Space- Sektor durch Digitalisierung, Standardi- sierung, Automatisierung und Robotik, Modularisierung und Remote-Assistenz verbessern lässt«, bilanziert Stephan Busch, der mit Nadya Ben Bekhti-Winkel das Pro- jekt leitete. Einen großen Hebel bieten etwa digitale, standardisierte Datenblätter, die den Informationsfluss zwischen Entwick- lung, Test und Produktion vereinheitlichen. So können Testverfahren künftig als »Off- the-Shelf«-Produkte über digitale Plattfor- men bereitgestellt werden: vorkonfiguriert, standardisiert und sofort einsetzbar. Wieso näher manchmal besser ist Vor allem Satelliten in extrem niedrigen Umlaufbahnen (Very Low Earth Orbits, kurz VLEO) eröffnen potenziellen Akteu- ren in der New Space Economy spannen- de Optionen: Die Nähe zu unserem Pla- neten ermöglicht eine besonders präzise Erdbeobachtung sowie die Einrichtung leistungsstarker Kommunikationsdiens- te. VLEO-Satelliten umkreisen die Erde in nur 90 Minuten, sodass insgesamt we- niger Satelliten benötigt werden für eine globale Abdeckung. All das prädestiniert die Technologie etwa für das Landwirt- schafts- und Umweltmonitoring sowie für künftige 6G-Netze. Bonus: Objekte im VLEO werden schnell abgebremst und verglühen dann, was das Risiko von Welt- raumschrott verringert. »Der VLEO steht aktuell stark im Fokus der New Space Economy«, urteilt Nadya Ben Bekhti-Winkel. Laut Prognosen von Juniper Research werden 2030 bereits mehr als 600 Satelliten im VLEO unterwegs sein; man rechnet dort mit globalen Investitio- nen bis zu 220 Milliarden US-Dollar bis 2027. Allerdings sind hierfür spezielle Sa- telliten erforderlich, denn Sauerstoffatome und andere aggressive Teilchen im nied- rigen Erdorbit nutzen das Material 13

1 | 26 »Vor allem Kleinsatelliten sind schnell und kosten- günstig produziert und lassen sich dank der geringen Masse relativ günstig in den Orbit bringen.« Dr. Nadya Ben Bekhti-Winkel, Fraunhofer FKIE Vision Zukunftsmarkt: Die Astrophysikerin Dr. Nadya Ben Bekhti-Winkel wurde gerade zur Vizepräsidentin der European Association of Space Technology Research Organisations (EASTRO) ernannt. schneller ab. Im Projekt VLEO-Demonstra- tor suchen die Fraunhofer-Institute für Silicatforschung ISC und für Integrierte Schaltungen IIS gemeinsam mit dem Fraunhofer EMI sowie dem Fraunhofer IOF nach Lösungen für diese Herausforderun- gen. Finanziell gefördert vom Bayerischen Wirtschaftsministerium, machen die For- schenden die ersten Studien zur Satelli- tenkonstruktion für den VLEO, entwickeln Materialien, Tools und Testverfahren. Mit Blick auf Kosten und Effizienz fahn- den Teams an den Fraunhofer-Instituten IIS sowie INT (heute Fraunhofer FKIE) im Rahmen des ESA-Programms ARTES im Projekt SatCom Spin-In seit 2025 nach be- reits existenten Technologien, die sich mit etwas Modifikation in die Satellitenkom- munikationsbranche übertragen lassen. Deren Entwicklung beruhte nie ausschließ- lich auf raumfahrtspezifischen Innova- tionen, immer waren technologische Fort- schritte aus anderen Industriezweigen entscheidend – insbesondere in der Hoch- frequenz- und Mikrowellentechnik, der Halbleiter- und Mikroelektronik, der di- gitalen Signalverarbeitung sowie in mo- dernen Netzwerkarchitekturen wie Soft- ware Defined Networking. Weshalb die Raumfahrt mehr ERNST gut gebrauchen kann Welches Potenzial Kleinsatelliten in nied- rigen Umlaufbahnen haben, demonstriert ERNST. Der am Fraunhofer EMI entwickel- te Miniatur-Orbiter von der Größe eines Getränkekastens umkreist seit dem 16. Au- gust 2024 die Erde. Anders als Bodenrada- re kann ERNST dank einer Infrarotkamera Raketen bereits beim Start detektieren. Das dient zunächst einmal der Sicherheit: »Die möglichst frühe Erkennung von Ra- keten ist essenziell, um gegen potenzielle Gefahren rechtzeitig Gegenmaßnahmen zu treffen«, erklärt der Wissenschaftler Dr. Martin Schimmerohn, der den For- schungssatelliten mitentwickelt hat. Zu checken, welche Bilder ERNST ge- liefert hat, ist für Schimmerohn und sein Team zur geliebten Morgenroutine gewor- den. So beobachtete der Satellit etwa im Juli 2025 den Start einer Falcon-9-Rakete in den USA und verfolgte sie während ih- res Aufstiegs – wichtige Infrarot-Daten, die bisher nicht verfügbar waren. »Wir sind bislang sehr, sehr zufrieden mit ERNST«, bilanziert der Fraunhofer-Experte stolz. Und das nicht allein, weil der Satellit so zuverlässig arbeitet. Sondern auch, weil ERNST ein exzellentes Beispiel ist für den Erfolg des New-Space-Ansatzes: Die agile Plattform wurde bewusst mit pragmati- schen Lösungsansätzen schnell sowie kos- tengünstig entwickelt. ERNST soll fünf Jahre lang die Erde umkreisen – viel Zeit zum Lernen und Ver- bessern, findet Schimmerohn. Die bishe- rigen Erkenntnisse fließen bereits ein in die Entwicklung des ERNST-Nachfolgers, der am Fraunhofer EMI in Kooperation mit dem Konzern Brose entstehen soll. Für Schimmerohn ist der Automobilzulieferer ein idealer New-Space-Partner: »Es ist ziel- führender, einem Experten in der Serien- 14

1 | 26 »Die Grundidee der TEC ist die eines jeden Logistikunternehmens: Transporte von A nach B zu ermöglichen«, erklärt Hen- ke. »Mit der Besonderheit, dass B nun im Weltall liegt und seine Position ständig verändert. Und dass im Idealfall alles, was A – also unsere Erde – verlässt, entweder dahin zurückgebracht oder aber oben wie- derverwendet werden sollte.« Sein Kollege Axel T. Schulte, verantwortlicher Abtei- lungsleiter am Fraunhofer IML für Space Logistics, ergänzt: »In der terrestrischen Logistik geht es aktuell stark um Themen wie Automatisierung und vernetzte, in- telligente Logistik. Diese Ansätze der Selbststeuerung in Kombination mit KI lassen sich sehr gut auf den Weltraum über- tragen. Auch dort muss vieles autonom ablaufen, da ja nicht immer Menschen vor Ort sein werden.« Im EU-finanzierten Projekt STARFAB entwickelt ein Team am Fraunhofer IML mit internationalen Partnern aktuell ein orbitales »Warehouse«: eine Art automa- tisiertes Weltraum-Servicecenter zur Un- terstützung von Missionen und Diensten im All durch Dienstleistungen wie War- tung, Inspektion, Betankung, Montage und Fertigung bis zum Recycling. Bereits im Sommer 2026 soll ein Demonstrator auf dem Technologie-Readiness-Level 4 bis 6 vorgestellt werden, also ein funktionie- rendes Modell im Labormaßstab – ergänzt durch eine Roadmap, die den Weg zur in- ternationalen Tankstelle im All aufzeigt. Die Herausforderung bei Projekten in der New Space Logistics, so Ingenieur Schulte, bestehe auch hier im Transfer vor- handener Technologien, Konzepte und Lö- sungen auf die Umgebungsbedingungen im All: Funktioniert das auch in der Schwe- relosigkeit, bei extremen Temperaturen, sehr weit entfernt von Mutter Erde und ohne menschliche Hilfe? »Die Materialien, die wir auf unserem Planeten verwenden, verhalten sich im Weltraum oft anders«, ergänzt Michael Henke. Dennoch: »Wir haben schon heute die Schlüsseltechno- logien in der Hand, die wertvoll sein wer- den für die Space Logistics – bis hin zu Token-basierten Bezahlprozessen. Wenn im Weltall Dinge angefertigt, repariert 15 fertigung beizubringen, wie man Satelliten baut, als einen Satellitenproduzenten aus der ›Established Space‹-Welt auf industri- elle Produktion umzustellen.« Insgesamt sei das Vorhaben das perfekte Fraunhofer- Projekt: »Spitzentechnologie möglichst schnell in die Anwendung bringen und so die Transformation der Wirtschaft voran- treiben.« Dass deren Interesse an der New- Space-Thematik groß ist, sieht der Wissen- schaftler beinahe täglich: »Es herrscht Goldgräberstimmung. Und dazu beizu- tragen, die Raumfahrt auf das nächste Le- vel zu bringen, ist unglaublich spannend.« Wie Dinge im All von A nach B kommen Auch die Logistik starte mit der New Space Economy in eine neue Zeitrechnung, ur- teilt Prof. Michael Henke, Institutsleiter am Fraunhofer-Institut für Materialfluss und Logistik IML in Dortmund: »Hier entsteht ein ganz neuer Wachstumsmarkt für Logis- tikunternehmen.« Während für die Space Economy bis 2035 eine Verdreifachung des Marktvolumens erwartet wird, gehen die Prognosen für die Space Logistics sogar von einer Verfünffachung aus. Eine Welt, in der Wertschöpfung auf das Weltall ausgeweitet wird, benötigt eine funktionierende Logis- tik – ob es nun um Rohstofftransport geht, um den Aufbau und die Versorgung von Raumstationen, um Betankung und War- tung von Raumfahrzeugen und Satelliten oder Mond- und Marsmissionen. Gut positioniert hat sich hier bereits das von Airbus-Managerin Hélène Huby gegründete Unternehmen The Exploration Company (TEC) mit Standorten in Deutsch- land, Frankreich, Italien und den USA. Mit der Raumkapsel Nyx hat TEC ein flexibel einsetzbares, wiederverwendbares sowie kostengünstiges Logistiksystem für den Erdorbit und den Mond am Start — auch mit dem Ziel, Europa im Wettbewerb mit US-Unternehmen wie SpaceX besser zu positionieren. Das Fraunhofer IML tauscht sich regelmäßig mit der Exploration Com- pany zur Weiterentwicklung von Nyx aus.

1 | 26 Nach den Sternen greifen Materialentwicklung, Optik, Sensorik, Energie, Kommunikation und Navigation, Automatisierung, Digitalisierung und KI: Seit den 1980er-Jahren unterstützen Fraunhofer-Forschende die europäische und internationale Weltraumindustrie mit Innovationen aus den unterschiedlichsten Technologiefeldern – und sind so bei nahezu jeder Weltraummission »mit an Bord«. ATV-1 FHR | INT | EMI Nach der Abtrennung des ATV von der Raketenober- stufe können die beiden Teile (trotz nahezu identi- scher Umlaufbahnen) dank einer am Fraunhofer FHR entwickelten Technologie mit dem TIRA-Radar voneinander unterschieden werden. Das Fraunhofer INT führt Strahlungstests durch, das Fraunhofer EMI u. a. Aufpralltests. 2008 GAIA EMI | IOF Beim Fraunhofer EMI werden die Struktur- schwingungen bei Hochgeschwindig- keitseinschlägen auf Raumfahrzeuge gemessen. 2013 ENVISAT EMI | FHR Für die ENVISAT-Mission werden am Fraunhofer EMI Aufprallschäden durch den Einschlag von Hochge- schwindigkeitsprojektilen auf die Strukturwände des Raumfahrzeugs untersucht. 2002 2011 Galileo EMI | IIS | INT Das Fraunhofer EMI leitet die Entwicklung eines Systems für Bodenstatio- nen. Am Fraunhofer IIS werden Galileo-Empfänger entwickelt. Das Fraunhofer INT führt Strahlungstests an Komponenten der Galileo-Satelliten durch. 2007 Ariane 4, 5, 6 ICT | EMI Für die Antriebseinheit der Rakete entwickelt das Fraunhofer ICT einen Sprühprozess zur Stabilisie- rung von Ammoniumnitrat mit Additiven. Das Fraun hofer EMI führt Aufprall- tests an Heliumtanks durch. Raumstation MIR FHR Das Fraunhofer FHR unterstützt die russische Raumfahrtagentur Roskosmos beim Wieder- eintritt der Raumstation MIR mit Radarbildern des Fraunhofer-Weltraumbe- obachtungsradars TIRA. 1986 1990 HUBBLE EMI Die Forschenden des Fraunhofer EMI unter- suchen Schäden durch Weltraummüll und Mikrometeoriten am Hubble-Weltraumteleskop. 16

ERNST EMI | INT | IOSB Der Nanosatellit ERNST des Fraunhofer EMI enthält einen Infrarot- detektor, eine Kamera zur Erdbeobachtung im sichtbaren Bereich und einen am Fraunhofer INT entwickelten Strahlungsdetektor. 2024 James Webb Weltraumteleskop IOF Forschende des Fraun- hofer IOF fertigen u. a. hochpräzise Metall- spiegel für das Mid- InfraRed Instrument des Weltraumteleskops. 2021 1 | 26 Exomars Rover IOF | FKIE | IPA Am Fraunhofer IPA wird ein Reinraum konzipiert, in dem der Marsrover für den zweiten Teil der geplanten Exomars-Mission in einem eigens entwickelten Ver - fahren sterilisiert wird. 2028 2023 Heinrich-Hertz INT | IIS Der Fraunhofer On- Board-Processor (FOBP) wird am Fraunhofer IIS entwickelt und dient als Labor im Weltraum für Satellitenkommunika- tionssysteme auf dem Heinrich-Hertz-Satelliten. 2025 HiVE SkyBee-1 and SkyBee-2 EMI Das Fraunhofer EMI trägt seine Data Processing Unit (DPU) als zentralen Computer für die Nutzlast der HiVE-Satelliten bei. HiVE wird betrieben vom Fraunhofer-Spin- off constellr. 2020 NASA Mars Rover 2020 IST Am Fraunhofer IST werden Bandpassfilter für Sensoren des Mars Rovers beschichtet. BepiColombo EMI | IST | IOF | INT U. a. wird das Wärme- management der Bepi- Colombo-Sonde mithilfe einer am Fraunhofer EMI entwickelten Software optimiert. 2018 2014 Sentinel-1 IOSB | IST | ILT | HHI | EMI Das Fraunhofer IOSB erforscht Strategien zur Integration von Daten in permanent arbeitende Überwachungssysteme, das Fraunhofer IST stellt Antennen für die Sentinel- Satelliten her. Das Fraunhofer ILT entwickelt Laserpump- module und das Fraunhofer EMI Maßnahmen, um das Risiko von Komponenten- ausfällen durch Einschläge zu minimieren. 2035 ATHENA IWS | IWU Das Fraunhofer IWS fertigt bereits eine optische Bank als eines der drei Hauptteile des ATHENA-Teleskops, das Fraunhofer IWU entwickelt hierfür das cyber-physikalische Produktionsverfahren. — Mehr über die Missionen mit Fraunhofer 17 o t o h p k c o t s i i e d e b / v o k a z a K r i i m d a V l , s n a e j l w O , n u a r B & r e l a h t r e V i : n o i t a r t s u l l I

1 | 26 oder transportiert werden, muss dafür ir- gendwie Geld fließen. Auch damit beschäf- tigen wir uns am Fraunhofer IML bereits.« Welche Rolle der Kreislauf im Weltraum spielt Die Chancen, die in der galaktischen Aus- weitung des bisherigen Logistikbegriffs liegen, bringen auch Verantwortung mit sich: »Dem Thema Kreislauffähigkeit müs- sen wir von Beginn an eine hohe Priorität einräumen, auch im Sinne der sich dar- aus ergebenden Chancen«, mahnt Schul- te – egal, ob es nun ums Recycling der verwendeten Materialien geht oder um die Vor-Ort-Reparatur beziehungsweise den Rücktransport defekter Flugkörper. »Hier entstehen bereits Dienstleister, die sich ganz spezifisch mit dem Thema Welt- raumschrott befassen«, erklärt der Fraun- hofer-Logistiker. Deutsche Unternehmen könnten eine Vorreiterrolle einnehmen und dabei ein enormes Geschäftspoten- zial erschließen. Allerdings nur, wenn sie baldmöglichst ins Tun kommen und nicht auf vordefinierte Standards warten oder durch eine überstarke Regulatorik aus- gebremst werden. Das allerdings gelte, so Henke, eigent- lich für die gesamte nationale Logistik- Branche: »Deutschland ist eines der führen- den Logistikländer weltweit. Gleichzeitig besteht aber hierzulande immer die Ge- fahr der Überregulierung.« Verbindliche Leitplanken etwa hinsichtlich Datensicher- heit oder Verantwortung für Weltraum- schrott seien natürlich wichtig. Doch wer nur auf die Risiken blicke, verbaue sich Chancen, die dann andere nutzen. Als Po- sitivbeispiel führt Henke den ISO-Contai- ner an, erfunden vom US-amerikanischen Spediteur Malcolm McLean Mitte der 1950er-Jahre, um die Verschiffung von Waren effizienter zu machen: »Dieser Con- tainer wurde zum Standard ganz ohne re- gulatorische Vorschrift vorab.« Ähnlich müssten nun Lösungen für die Space Lo- gistics geschaffen werden, die schnell einen echten Mehrwert bieten und sich allein deshalb als Quasi-Standard durchsetzen – etwa in Form eines nicht nur wiederver- wendbaren, sondern auch intelligenten und vernetzten Standard-Weltraumcon- tainers. Weder Michael Henke noch Axel T. Schulte hatten den Weltraum im Blick, als sie sich für Logistik als berufliches The- menfeld entschieden. Zugleich ist deren Ausweitung in Richtung Orbit für sie der nächste konsequente Schritt. »Der Welt- raum ist ein Wachstumsmarkt, den wir für die Logistik entwickeln wollen«, argu- mentiert Schulte. Denn: »Ohne Logistik funktioniert auch da oben nichts.« Was sich aus Mondstaub herstellen lässt Dr. Andreas Dietz hatte die Raumfahrt zunächst ebenfalls nur als interessierter Beobachter verfolgt. Ende der 1990er- Jahre beauftragte die Firma Airbus dann seine Gruppe am Fraunhofer-Institut für Schicht- und Oberflächentechnik IST in Braunschweig mit der Entwicklung einer Beschichtung von Satellitenantennen aus CFK für das Sentinel-1-Programm der ESA – für das Fraunhofer IST ein Türöffner in Richtung Weltall. Heute befasst sich Andreas Dietz mit Weltall-Thematiken, die für die meisten Menschen noch stark nach Science-Fiction klingen: Können Menschen auf dem Mond leben – und wie lässt sich dies bewerkstel- ligen? »Dort oben gibt es ja nichts«, so der Elektrochemiker. Rohstoffe oder gar Ge- räte extra einzufliegen, sei extrem teuer, »derzeit schlägt jedes Kilogramm Payload mit mindestens 15 000 Euro zu Buche. Da wird über jedes Gramm verhandelt.« Besser wäre es also, vor Ort verfügba- re Ressourcen zu nutzen. In der Raumfahrt wird das unter dem Begriff ISRU zusam- mengefasst: »In-Situ Resource Utilizati- on«. Auf dem Mond vorhanden ist vor allem Regolith – loses Gestein, das unter anderem Silizium-, Eisen-, Titan-, Aluminium- und Magnesiumoxide enthält. Doch wie lassen sich daraus Behausungen, Werkzeuge, Fahrzeuge und eine Infrastruktur herstel- len? Und wo kommt die dafür benötigte Energie her? »Auf dem Mond haben wir mit 14 Tagen Helligkeit und 14 Tagen 18 »Deutschland ist eines der führenden Logistikländer welt- weit. Gleichzeitig besteht aber hier- zulande immer die Gefahr der Über- regulierung.« Prof. Michael Henke, Fraunhofer IML

1 | 26 Grenzenlos liefern: Prof. Michael Henke (l.) und Dr. Axel T. Schulte, beide Fraunhofer IML, entwickeln Konzepte für die Weltraumlogistik. 19

1 | 26 »Lunare Prozesse müssen sehr robust und wartungs- arm sein, quasi autonom sowie praktisch abfallfrei ablaufen, sodass Materia- lien komplett wiederver- wertet werden können.« Dr.-Ing. Georg Pöhle, Fraunhofer IFAM absoluter Dunkelheit einen anderen Tag- Nacht-Rhythmus als auf der Erde«, sagt Dietz. »Sich nur auf Solarpower zu verlas- sen, funktioniert nicht ohne einen effizi- enten Energiespeicher.« In dem DLR-geförderten Projekt »Fer- rotherm« erforschte Dietz mit seinem Team und in Kooperation mit dem Fraunhofer- Institut für Chemische Technologie ICT Möglichkeiten, das im Regolith vorhande- ne Eisenoxid für eine Art Kraftwerk zu nutzen. »Denken Sie an die Wunderkerzen an Silvester«, erklärt der Wissenschaftler: »Da verbrennt auch vor allem Eisenpulver.« Das im Rahmen von Ferrotherm entwi- ckelte Prinzip beinhaltet eine elektroche- mische Reduktion von Eisenoxid. Das da- bei erzeugte Eisenpulver wird zusammen mit dem gleichfalls freigesetzten Sauerstoff verbrannt. Dabei entstehen Wärme und Strom sowie festes Eisenoxid, das sich ein- fach aufsammeln und im nächsten Schritt erneut in Eisen und Sauerstoff zerlegen lässt. Dietz: »Die perfekte Kreislaufwirt- schaft.« Ein weiterer Vorteil dieses Prozes- ses ist, dass kein Kohlendioxid freigesetzt wird – im Gegensatz zur Stromerzeugung mittels Kohle, Gas oder Erdöl. Das mache dieses Verfahren auch interessant für eine irdische Nutzung, urteilt Andreas Dietz. Schließlich ist Eisen das vierthäufigste Ele- ment in der Erdkruste. Es werde aber, so Dietz, wohl noch dau- ern, bis Eisenkraftwerke die Menschen auf der Erde mit Strom versorgen – für die Industrie sei es aktuell einfacher und güns- tiger, bei der existierenden Energie-Infra- struktur zu bleiben. Doch die New Space Economy sieht er diesbezüglich als Chan- ce: »Gerade Start-ups mit eher unkonven- tionellen Ansätzen können Lösungen ins Laufen bringen.« Seine Prognose: Bevor Eisenkraftwerke auf dem Mond arbeiten, werden wir diese auf der Erde sehen. Wie Sauerstoff auf Mond und Mars entstehen kann Tatsächlich müssen lunare Prozesse eine ganze Reihe spezieller Anforderungen er- füllen, erklärt Dr.-Ing. Georg Pöhle, Grup- penleiter Medizintechnik und funktio- neller Leichtbau am Fraunhofer-Institut für Fertigungstechnik und Angewandte Materialforschung IFAM in Dresden: »Sie müssen sehr robust und wartungs- arm sein, quasi autonom sowie praktisch abfallfrei ablaufen, sodass Materialien komplett wiederverwertet werden kön- nen. Deswegen wollen wir im All so wenig wie möglich mit gasförmigen oder flüssi- gen Medien arbeiten, da deren Kontrol- le unter Weltraumbedingungen extrem schwierig ist.« Zugleich müssen Anlagen sehr kompakt und trotzdem leicht sein – und extremen Temperaturschwankungen standhalten. Auf dem Mond etwa kann es tagsüber bis zu 130 Grad Celsius warm werden, während es sich in den langen Nächten auf durchschnittlich –170 Grad Celsius abkühlt. Pöhle: »All diesen Her- ausforderungen gerecht zu werden und trotzdem einen hocheffizienten Prozess zu entwickeln – das sind Dinge, die uns manchmal Kopfschmerzen bereiten.« Die Fraunhofer-Forschenden haben sich den sogenannten ROXY-Prozess vor- genommen: ein von Airbus in Koopera- 20

1 | 26 Mann für den Mond: Dr.-Ing. Georg Pöhle, Fraunhofer IFAM, erarbeitet extrater- restrische Produk- tionslösungen. »Lunare Prozesse müssen sehr robust und wartungsarm sein, quasi autonom sowie praktisch abfallfrei ablaufen, sodass Materialien komplett wiederver- wertet werden können. Dr.-Ing. Georg Pöhle, Fraunhofer IFAM tion mit dem Fraunhofer IFAM und der Boston University entwickeltes Verfahren, mit dem aus Mondstaub Sauerstoff und Metalle gewonnen werden können. Dafür wird der Regolith in einem Reaktor che- misch reduziert, also Sauerstoff aus den Metalloxiden herausgelöst. Zurück bleiben reine Metalle, die etwa für die Herstellung von Tools verwendet werden können. Der ROXY-Prozess gilt als eine Schlüsseltech- nologie für künftige Mondbasen, aber auch für die nachhaltige Metallproduktion auf der Erde. Pöhle entwickelt deshalb mit seinem Team nun Mini-ROXY – eine kompakte, sehr leichte und damit mondtaugliche Ver- sion des ROXY-Prozesses. Der Demonstra- tor sieht aus wie ein Bienenkorb mit einer Höhe von 30 Zentimetern, einem Durch- messer von 50 Zentimetern und einem Ge- wicht von 36 Kilogramm. Bei der irdischen Testung von Mini-ROXY geht es nicht nur um einen automatisierten Dauerbetrieb im Mondtag und in der Mondnacht. »Da wir das extreme lunare Vakuum in unse- ren Laboren schwer nachbilden können, arbeiten wir unter Schutzgas. Dadurch ver- hindern wir, dass die Materialien mit Sau- erstoff, Wasserstoff oder Stickstoff aus der Atmosphäre reagieren«, so Pöhle. Für Tes- tungen bei geringer Gravitation können Parabelflüge genutzt werden oder auch sogenannte Gravitationsfahrstühle, die mithilfe eines kontrollierten freien Falls kurzzeitig Mikrogravitation erzeugen. Weil nicht ausreichend Mondstaub auf der Erde vorhanden ist, setzen die Forschen- den Regolith-Simulanten ein, die hinsicht- lich Partikelgröße, -form und mineralischer Zusammensetzung dem Original sehr nahe kommen. Ziel ist, zunächst etwa einen Liter rei- nen Sauerstoff unter Mondbedingungen zu erzeugen – etwas, was bisher noch nie- mandem gelungen ist. Und das nicht nur, um die künftigen Mondbewohner mit Atemluft zu versorgen, sondern vielmehr, um das für Raketenstarts zwingend nöti- ge O2 vor Ort produzieren zu können. Auch auf der Erde könnte Mini-ROXY von Nutzen sein, schätzt Pöhle: »Wir schau- en uns in einem laufenden Projekt bereits an, ob wir das Verfahren für die Gewin- nung Seltener Erden adaptieren können.« Die terrestrischen Produktionsbedingun- gen seien einfacher, dafür konkurriere man hier aber mit sämtlichen etablierten Pro- zessen hinsichtlich Kosten und Effizienz: »Ein Verfahren, das zwar eine sehr gute Umweltbilanz vorweist, aber dafür dreimal so teuer ist, wird sich nicht durchsetzen.« Bis Mini-ROXY auf Mond oder Mars im großen Maßstab autonom Sauerstoff produziert, werden noch Jahrzehnte ver- gehen. Trotzdem ergibt es für Georg Pöhle wie für die anderen Fraunhofer- Forschenden Sinn, sich schon heute mit diesen Thematiken zu befassen und Lö- sungen für ein extraterrestrisches Leben zu entwickeln. »Jede Technologie, die wir heute nutzen, hat eine lange Vorgeschich- te«, fasst es Pöhle zusammen. »Wir ent- wickeln jetzt die Technologien, die in der Zukunft gebraucht werden. Und profitieren auf dem Weg dahin von vielen spannen- den Ideen und wertvollen Kooperationen, die unsere Gegenwart inspirieren und ver- bessern können.« 21

1 | 26 Landwirtschaftliche Helfer im All Was nach Hightech für ferne Welten und Zu- kunftsszenarien klingt, hat auch Einfluss auf unseren Alltag: Entwicklungen aus der New Space Economy verbessern zunehmend das Le- ben auf der Erde. Dazu gehören nicht nur prä- zisere Satellitensysteme für ein Plus in der nati- onalen Sicherheit und Souveränität sowie für Navigation oder Wettervorhersagen – auch die Landwirtschaft und damit die Welternährung profitieren von Fortschritten der Raumfahrt. Satelliten etwa werden schon lange genutzt, um Felder von hoch oben zu betrachten. Promi- nente Beispiele neben den Sentinel-Missionen sind der erste deutsche Umweltsatellit EnMAP und das Hyperspektralinstrument DESIS auf der Internationalen Raumstation (ISS), für die das Fraunhofer IOF hochpräzise Spiegeloptiken oder das Teleskopsystem samt Binärgitteroptik entwickelt und gefertigt hat. Abgesehen von diesen hyperspektralen Bildgebungsinstru- menten detektieren die meisten heutigen Satelliten jedoch deutlich zu wenig »Licht- farben«. Dadurch entgehen ihnen feine Verän- derungen etwa durch Nährstoff- oder Wasser- mangel oder durch Stressfaktoren wie Hitze oder Krankheiten. Hier setzt das Forschungsprojekt RAINBOW an – mit einer neuen Technologie, die aus der Satellitenforschung kommt und zugleich das Potenzial hat, die Landwirtschaft in Zeiten des Klimawandels nachhaltiger und widerstands- fähiger zu machen. Bei RAINBOW arbeitet das Fraunhofer IOF gemeinsam mit Airbus Defence & Space, der VISTA GmbH und dem Fraunhofer-Institut für Schicht- und Oberflä- chentechnik IST an einer neuen Generation hyperspektraler Sensorik. Das Ziel: ein extrem kompaktes, kostengünstiges Spektrometer, das selbst von kleinen Satelliten getragen werden kann – und präzise Informationen über landwirtschaftliche Flächen liefert. Das Herzstück von RAINBOW ist ein Teleskop, das zur Demonstration eines Spektrometer-on- Chip-Konzepts eingesetzt werden kann. Aus- gelegt für die Kleinserienproduktion, bietet das System trotz Miniaturisierung eine hohe Bild- qualität und erreicht eine räumliche Auflösung von unter 20 Metern. Dieses Konzept ermög- licht es, sämtliche zentrale Funktionen eines Spektrometers in einem einzigen Chip zu integ- rieren und hyperspektrale Daten auszuwerten. »Die kompakte Hyperspektraloptik erlaubt eine genaue Untersuchung von Vegetation und Bo- denmerkmalen aus dem All und ließe beispiels- weise frühzeitig erkennen, ob Felder zu wenig Wasser bekommen oder eher zu viel«, erklärt Dr. Stephanie Hesse-Ertelt. Die Physikerin ist For- schungsmanagerin am Fraunhofer IOF und dort Ansprechpartnerin für Fraunhofer AVIATION & SPACE. Statt komplexer opto-mechanischer Bauteile übernehmen optische Filter die Selek- tion der benötigten Wellenlängen – bei gleich- bleibender Qualität der Analyse. Der Hyper- spektralfilter selektiert mehr als 30 spektrale Bänder zwischen 400 und 1700 Nanometern und vereint drei linear variable Bandpassfilter auf einem Glassubstrat von nur einem Zentime- ter Kantenlänge – kaum größer als ein Finger- nagel, aber robust und hochpräzise. »Die Sensortechnologie, beruhend auf einem Teleskop mit integriertem Filterchip, ist ideal geeignet für Kleinsatelliten und ermöglicht skalierbare Anwendungen in zukünftigen Weltraummissionen«, urteilt Hesse-Ertelt. Über die Agrarwirtschaft hinaus könne sich das Instrument auch als wertvoll für die allge- meine Erdbeobachtung erweisen, etwa, um klimabedingte Veränderungen zu erfassen. 22 — Mehr zu Fraunhofer AVIATION & SPACE .

1 | 26 »Die Sensortechnologie, beruhend auf einem Teleskop mit integrier- tem Filterchip, ist ideal geeignet für Kleinsatelli- ten und ermöglicht skalierbare Anwendun- gen in zukünftigen Weltraummissionen.« Dr. Stephanie Hesse-Ertelt, Fraunhofer IOF 23

1 | 26 Stimme aus der Wirtschaft Dr. Helena Melnikov, 45, sieht eine große Gemeinsamkeit von Wissenschaft und Wirtschaft: Neugier ist für die DIHK-Haupt- geschäftsführerin »das Beste aus beiden Welten«. 24 Die Hoffnung heißt Neugier Die deutsche Wirtschaft steckt in der Krise. Dabei war unser Land einst Leuchtturm von Innovation und Fortschritt. Das können wir wieder erreichen: mit neuen Ideen sowie einer engeren Zusammenarbeit zwischen Forschung und Wirtschaft. Ein Standpunkt von Dr. Helena Melnikov, Hauptgeschäftsführerin der Deutschen Industrie- und Handelskammer (DIHK)

N eue Erfindungen und bahnbre- chende Erkenntnisse sind oft die Grundlage von Wirtschafts- wachstum, sie bereichern Start- ups genauso wie den Mittelstand und Groß- konzerne. Am Anfang jeder Neuerung, jeder Weiterentwicklung und jeder neuen Techno- logie steht eine besondere Eigenschaft: Neu- gier. Sie ist die Antriebsfeder der Wissenschaft und das Lebenselixier einer leistungsfähigen Wirtschaft. Wenn Neugier in der Forschung auf neugierige Unternehmen trifft, greift das Beste aus beiden Welten ineinander: Ent- deckergeist und Tatendrang. Genau diese Kom- bination braucht jede fortschrittliche Volks- wirtschaft, um sich weiterentwickeln und im globalen Wettbewerb bestehen zu können. Deutschland war immer ein Land der Inno- vationen. Die Glühbirne, das Telefon, der Dynamo und die Straßenbahn, das Motorrad und natürlich das Automobil, die Kleinbild- kamera, das Fernsehen, der Computer und die Chipkarte: alles Erfindungen und Konst- ruktionen, die auf deutschen Pioniergeist zu- rückgehen – und die für enormen (wirtschaft- lichen) Fortschritt sorgten. Neugier ist eine der wenigen nachwachsenden Ressourcen, über die unser Land verfügt, und wir haben sie über Jahrhunderte zu fördern und klug ab- zubauen verstanden. Dieses enorme Potenzial sollte gerade im Bildungssystem gehoben wer- den, damit sich daraus Innovationskraft ent- wickeln kann. So braucht es neben der nach- haltigen Förderung von MINT-Bildung auch mehr Unterstützung für lebenslanges Lernen sowie ein leistungsfähiges Hochschulsystem. Allerdings sehen sich die Neugierigen und Fortschrittsbegeisterten hierzulande mit im- mer neuen Hemmnissen und Rückschlägen konfrontiert. Die Wirtschaft wächst nicht mehr, mittlerweile schon das dritte Jahr in Folge. Die Investitionen kommen nicht in Schwung. Laut DIHK-Konjunkturumfrage wollen gera- de einmal 19 Prozent der Unternehmen in die Kapazitätserweiterung investieren. Das ist der niedrigste Wert für dieses Investitionsmotiv seit 2003. Auch die Investitionspläne für Pro- duktinnovationen fallen unterdurchschnitt- lich aus. So kann Deutschlands Weg zurück an die Spitze von Fortschritt und Innovation nicht gelingen. Bürokratie und Auflagen tun ihr Übriges, qualifizierte Fachkräfte sind Mangelware, Ta- lente wandern ins Ausland ab. Die deutsche »140 Innovations- und Technologie- berater bauen Brücken zwischen Unternehmen und Forschung.« Dr. Helena Melnikov ist seit Januar 2025 Haupt- geschäftsführerin der Deutschen Industrie- und Handelskammer. Die DIHK versteht sich als Interes- senvertreterin von mehr als drei Millionen Unter- nehmen in Deutschland und ist die Dachorganisa- tion der 79 Industrie- und Handelskammern. wuchs bis zum achten Lebensjahr in Usbekistan auf. Nach der Übersiede- lung mit ihrer Familie machte sie Abitur in Reck- linghausen und studierte Jura in Köln und Bremen. 2009 promovierte sie im Wirtschaftsrecht zum Doktor der Rechte. wechselte nach dem Be- rufsstart als Justiziarin bei der Neelsen Agrar GmbH als Abteilungsleiterin zum Bundesverband Großhan- del, Außenhandel, Dienst- leistungen e.V. (BGA). absolvierte weitere Berufs- stationen als Hauptge- schäftsführerin Waren- Verein der Hamburger Börse e.V. und als Haupt- geschäftsführerin und Vorstand beim Bundesver- band Materialwirtschaft, Einkauf und Logistik e.V. (BME). 1 | 26 und europäische Gesetzgebung bremst inno- vative Technologien oft aus, noch bevor sie sich entwickeln und ausreifen können. Die Risikobereitschaft in Politik und Gesellschaft nimmt ab. Aufregende Neuerungen kommen mittlerweile häufig aus den USA und China, gerade jene für die Zukunftsmärkte wie KI, Elektromobilität und Kommunikationstech- nologie. In den Branchen, in denen Deutsch- land noch Weltspitze ist, wird der Wettbewerb stärker. Damit neue Arbeitsplätze entstehen kön- nen und unser Wohlstand erhalten bleibt, ist es wesentlich, dass die Ergebnisse heimischer Forschung und Entwicklung auch im eigenen Land zur Anwendung kommen. Durch das enge Zusammenspiel von Forschung und Wirt- schaft öffnet sich einer der Wege, die zu er- neuter wirtschaftlicher Prosperität führen können. Beschreiten wir ihn voller Neugier! Gegenüber der Politik treten wir für die Schaf- fung von Freiräumen und ein innovations- freundliches Umfeld ein, damit Unternehmen künftig wieder intensiver tüfteln, ausprobie- ren und weiterentwickeln können. Neben bü- rokratischen Entlastungen im Innovations- prozess sind Reallabore ein vielversprechendes Instrument. Sie bieten den Betrieben (und den Kooperationspartnern aus der Wissenschaft) eine niedrigschwellige Möglichkeit, Innova- tionen unter erleichterten regulatorischen Be- dingungen schneller voranzubringen und da- durch neue Produkte »Made in Germany« zu schaffen. Der konsequente Schulterschluss zwischen Wirtschaft und Wissenschaft führt dazu, dass disruptive Ideen, leistungsfähige Verfahren und neuartige Dienstleistungen wieder zu unserer Stärke werden können. Die IHK-Or- ganisation steht dieser Partnerschaft mit Tat- kraft zur Seite: 140 Innovations- und Techno- logieberater bauen Brücken zwischen Unter- nehmen und Forschung, stellen ihr breites Know-how zu aktuellen Entwicklungen und Innovationen zur Verfügung und unterstüt- zen die Betriebe beim Technologietransfer. Für einen echten Aufbruch werden neben guten Standortbedingungen nicht nur Mut und ein neuer Auf bruchsgeist benötigt, sondern vor allem etwas, das für Wissenschaft und Unternehmertum gleichermaßen die Grundlage bildet: die Freiheit, der produkti- ven Neugier freien Lauf lassen zu können. Wer kann und will, der muss auch dürfen! 25 I K H D / g n i r ü h c S r e n r e W o t o F :

1 | 26 »In der De- karbonisierung stecken für KMU wie Großkon- zerne echte Chancen, nicht nur Kosten zu senken, sondern auch neue Märkte und Kunden zu gewinnen.« Michael Rentschler, Fraunhofer IPA 26 Tue Gutes – und spare dabei! Dekarbonisierung als Business-Chance: Mit maßgeschneiderten Roadmaps zu Klimastrategien, die sich auszahlen – für die Umwelt und das Unternehmen. Von Beate Strobel D er Wille ist da: Nahezu jedes der größ- ten börsennotierten Unternehmen in Deutschland (90 Prozent) macht bereits seine direkten und indirekten Treib- hausgas-Emissionen transparent; mehr als 66 Pro- zent haben es sich als Ziel gesetzt, die Scope-1- und Scope-2-Emissionen langfristig zu senken. Und gut ein Drittel plant sogar eine Reduktion der Treibhaus- gase, die indirekt in der vor- und nachgelagerten Wertschöpfungskette der Organisationen auftreten (Scope 3). Das ergab die Dekarbonisierungsstudie 2024, für die der Wirtschaftsprüfer KPMG die Nach- haltigkeitsberichte der 160 größten Unternehmen aus DAX, MDAX und SDAX analysiert hat. Was die Studie allerdings auch verrät: Mehr als die Hälfte der befragten Firmen (57 Prozent) läuft ihren selbst gesetzten Zielen hinterher. 63 Prozent wagen ak- tuell keine Prognose, bis wann sie klimaneutral oder emissionsfrei sein werden. Der Wille allein reicht eben nicht aus – auch der Weg zur Netto-Null muss klar sein. Wissenschaftliche Navigationshilfe in Richtung Klimaziele: Das Berliner Fraunhofer-Institut für Pro- duktionsanlagen und Konstruktionstechnik IPK unter- stützte bereits 2024 in dem Projekt KliMaWirtschaft kleine und mittelständische Unternehmen dabei, ihre CO2-Emissionen mithilfe eines ganzheitlichen Klima- schutzmanagements messbar zu reduzieren. »Mehr als 300 kleine und mittelständische Firmen haben sich in den drei Projektjahren beteiligt und mit Klimama- nagementlösungen auseinandergesetzt«, berichtet Felix Budde, wissenschaftlicher Mitarbeiter im Geschäfts- feld Unternehmensmanagement am Fraunhofer IPK und Experte für den Schwerpunkt Nachhaltiges Wirt- schaften und Nachhaltigkeitsmanagement. Eines der Ergebnisse des Projekts ist eine nun online frei zu- gängliche Toolbox (www.klimaschutz-wirtschaft.de/ klimaschutztoolbox), die mehr als 90 Einzelmaßnah- men beinhaltet und KMU damit hilft, passgenaue Lö- sungen für die eigene Klimastrategie zu entwickeln. Es geht aber auch eine Nummer größer. Das hat Fraunhofer-Forscher Felix Budde in einem neuen Projekt gezeigt: In Zusammenarbeit mit den Fraun- hofer-Instituten für Produktionstechnik und Auto- matisierung IPA und für Schicht- und Oberflächen- technik IST beriet er einen international tätigen Elektrogeräte-Hersteller bei der Entwicklung einer Dekarbonisierungsstrategie für die gesamte Wert- schöpfungskette. »Zum Start des Projekts hatte der Industriekonzern bereits einige Einzelmaßnahmen identifiziert und umgesetzt, etwa die Einführung einer energieeffizienteren Produktklasse oder die Nutzung nachhaltigerer Halbzeuge«, erklärt Budde. »Eine ganzheitliche Strategie auf Basis praxisnaher und belastbarer Daten fehlte jedoch.« Ein Status also, der in vielen Unternehmen aktuell Realität ist. Was ist das Besondere, wenn ein Konsortium aus drei Fraunhofer-Instituten einem Unternehmen den Weg in die Dekarbonisierung aufzeichnet? »Vermut- lich unsere wissenschaftlich geprägte und dadurch sehr strategisch-analytische Vorgehensweise«, urteilt Felix Budde. In dem Projekt identifizierten die For- schenden nicht nur passgenaue Maßnahmen, sondern berechneten vor allem auch die Kosten für eine Emis- sionsvermeidung: Wie wird die Nutzung einer Tech- nologie mit geringerem CO2-Ausstoß zu Buche schla- gen? Die bereits gestarteten Einzelmaßnahmen hätten hier stark zur Komplexität des Projekts beigetragen, urteilt Michael Rentschler, wissenschaftlicher Mit- arbeiter im Forschungsteam Sustainability Modeling and Analytics am Fraunhofer IPA: »Wir mussten in der Validierungsphase nicht nur die schon erhobenen Daten auf Normkonformität prüfen, sondern auch die bereits getätigten Maßnahmen hinsichtlich Effektivi-

1 | 26 Springender Punkt in der Dekarbonisie- rung ist etwa der Ersatz fossiler Rohstoffe wie Erdöl. tät und Effizienz bewerten.« Anschließend wurden die Kosten in sogenannten Vermeidungskostenkurven (Marginal Abatement Cost Curves, MACCs) dargestellt und miteinander verglichen: Wo profitiert nicht nur die Umwelt durch eingesparte Treibhausgase, sondern auch das Unternehmen finanziell? Starten sollte der Konzern, so der Rat der Forschen- den, mit jenen Maßnahmen, die eine besonders hohe Effizienz aufweisen. Konkret ging es dabei etwa um mögliche Materialeinsparungen, denn Metalle oder Kunststoffe, die gar nicht erst produziert werden müs- sen, sparen besonders wirkungsvoll Emissionen und Kosten ein. Aber auch Materialsubstitution spielt eine wichtige Rolle, etwa der Einsatz von emissionsredu- ziertem Stahl oder Sekundäraluminium. Auch für die bislang verwendeten Kühlmittel in den produzierten Elektrogeräten präsentierte das Fraunhofer-Team Al- ternativen mit geringerem Treibhauseffekt. Hier zeige sich ein weiterer Vorteil von Fraunhofer als wissen- schaftlicher Partner für die Dekarbonisierung, betont Michael Rentschler: »In den 75 Fraunhofer-Instituten gibt es Expertinnen und Experten für nahezu jede technische Frage und jeden industriellen Prozess – und wir sind extrem dicht dran an Innovationen etwa im Materialbereich.« Auch die Transportfrage wurde gestellt: Wie kom- men die Rohstoffe in die Herstellung und wie das Endprodukt zum Kunden? »Wir haben gemeinsam identifiziert, an welchen Punkten der Lieferkette bei- spielsweise Schiffe eine Luftfracht ersetzen könnten – und an welchen Stellen das keinen Sinn ergibt, da der Abnehmer dann vielleicht zu lange auf die Ware warten müsste«, erläutert Rentschler. Selbst Empfeh- lungen für großzügigere Homeoffice-Regelungen um- fasste der Maßnahmenkatalog, um Emissionen aus dem Pendelverkehr zu managen. Inzwischen sitzen die Fraunhofer-Forschenden bereits am nächsten Beratungsfall, sie entwickeln ei- ne Dekarbonisierungsstrategie für die brasilianische Stahl- und Zementindustrie. Ihre Hoffnung ist, dass sich langfristig der Ansatz durchsetzt, Klimamanage- ment als Business Case zu betrachten und Klimaschutz- maßnahmen als eine ökonomische Option zu sehen. Denn: »In der Dekarbonisierung stecken für KMU wie für Großkonzerne echte Chancen, nicht nur Kosten zu senken, sondern auch neue Märkte und Kunden für sich zu gewinnen«, betont Michael Rentschler. Und Felix Budde ergänzt: »Wir wollen Unternehmen hel- fen, diese Möglichkeiten für sich zu entdecken – stets unter Berücksichtigung der wirtschaftlichen Mach- barkeit und betrieblichen Realität.« — Mehr über den Fraunhofer- Ansatz zur Entwicklung von Dekarbonisierungs- strategien: o t o h p k c o t s i / a d e m i i . r e b e r h c s r e t e p : s : o o t t o o F F 27

1 | 26 Im Wettlauf mit der Korrosion Zwei Weltkriege haben in Nord- und Ostsee ihre Spuren hinterlassen. Bomben, Minen und Granaten verrotten, immer mehr toxischer Sprengstoff entweicht. Wie Fraunhofer-Forschende helfen, sie schnell zu finden. Von Dr. Sonja Endres D ie rostigen Masten der »Ri- chard Montgomery« ragen vor dem britischen Küsten- örtchen Sheerness hoch aus dem Wasser. In einem Sturm war der US- amerikanische Munitionsfrachter 1944 in der Themsemündung auf eine Sandbank gelaufen und auseinandergebrochen. Sei- ne Fracht ist bis heute größtenteils nicht geborgen: etwa 9000 Sprengkörper, dar- unter mehr als 2500 Streubomben – und 286 sogenannte Blockbuster-Bomben, die mehrere Tonnen schwer sein können. In Sheerness wird sichtbar, was norma- lerweise unter der Wasseroberfläche ver- borgen bleibt. Auf dem Grund der Ost- und Nordsee verrotten rund 1,6 Millionen Ton- nen Altmunition, versteckt in Wracks oder unter Schlick, zu Haufen aufgetürmt oder einzeln auf dem Meeresboden verstreut. Das explosive Erbe aus zwei Weltkriegen bedroht nicht nur das maritime Ökosystem, sondern auch Menschen und Infrastruktur. Die Bergung wird immer schwieriger, weil die Munitionshüllen verrosten und brüchig werden. Giftige Substanzen und teils krebs- erregende Stoffe treten aus, darunter TNT, Senfgas, weißer Phosphor oder Quecksilber. Doch bevor die tickenden Zeitbomben aus dem Wasser geholt und entsorgt wer- den können, muss man sie erst mal finden. Smarte Sensoriken sollen den Meeresgrund möglichst schnell durchsuchen und Mu- nition mit einer hohen Genauigkeit iden- tifizieren. Wenn sich ihre schützende Um- mantelung erst einmal vollständig zersetzt hat, ist es kaum noch möglich, Granaten, Minen und Co aufzuspüren. Experte Sa- scha Krohmann warnt: »Wir müssen die Suche dringend effizienter gestalten, in- dem wir die Flächenleistung deutlich stei- gern, also mehr Fläche pro Zeit erfassen.« Einzigartiges Testgelände unter Wasser Der Marine-Ingenieur leitet das etwa 1000 Fußballfelder große »Digital Ocean Lab«, ein einzigartiges Unterwassertest- feld des Fraunhofer-Instituts für Graphi- sche Datenverarbeitung IGD, gelegen in der Ostsee vor der Küste von Nienhagen bei Rostock. Hier erproben Sensorher- steller, Forschungseinrichtungen und Bergungsunternehmen ihre neuesten Technologien und die Einsatzfähigkeit ihrer Systeme unter Wasser. Dafür stehen zwei sogenannte UXO-Gärten bereit, einer küstennah, einer in tieferem Gewässer. UXO steht für »Unexploded Ordnance«, also nicht explodierte Kampfmittel. Auf und im Meeresboden verteilt liegen hier Munitionsattrappen, aber auch echte entschärfte Bomben oder Minen, die das Fraunhofer IGD von Munitionsräumungs- diensten und der Bundeswehr zur Verfü- gung gestellt bekommen hat. Störobjekte sollen das Gelände möglichst realitätsnah gestalten und die getesteten Sensoren zu- sätzlich herausfordern. Krohmann und sein Team bieten verschiedene Unter- wasserfahrzeuge, Tauchroboter und von 28

1 | 26 Toxisch und explosiv: Um das Wrack der »Richard Montgomery« müssen Schiffe in der stark befahrenen Themsemündung einen großen Bogen machen. Schiffen geschleppte Geräteträger an, in die sie die Sensoriken integrieren. Kroh- mann: »Wir unterstützen mit unserer Infrastruktur und unserem Know-how, damit die Systeme möglichst schnell im Wasser getestet werden können. Das spart Zeit und Geld.« Sein eigenes Gefährt zur Erprobung mitgebracht hatte das »Bionic RoboSkin«- Team. Die Forscherinnen und Forscher des Fraunhofer-Instituts für Zuverlässigkeit und Mikrointegration IZM testeten ge- meinsam mit ihren Projektpartnern, dem Robotik-Unternehmen EvoLogics und dem Bergungsbetrieb Baltic Diver, einen fle- xiblen, autonomen Unterwasserroboter, der aussieht wie ein Manta-Rochen und sich auch so bewegt. Mit seinen breiten Flügelflächen gleitet er über den Meeres- boden. Darin integriert ist eine stark mi- niaturisierte, druckbeständige Sensorik aus dem Fraunhofer IZM, die eine Karto- graphierung des Geländes erlaubt und Metall aufspüren kann. Marcus Voitel, wissenschaftlicher Mitarbeiter am Fraun- hofer IZM: »Das Prinzip ist das gleiche wie bei einem Metalldetektor, den man für die Suche nach vergrabenen Münzen nutzt.« Die Sensoren detektieren im Schlamm ver- borgene Objekte bis zu einer Tiefe von 50 Zentimetern. Die Module sitzen wie Knöp- fe auf den Flügeln des robotischen Manta- Rochens, jeder umgeben von einem kleinen Gehäuse. Sie sind flexibel austauschbar, je nach gewünschter Mess-Funktionalität. Seine Wendigkeit ermöglicht es dem Manta-Rochen, auch enge und schwer er- reichbare Stellen zu erkunden. Mit einem ganzen Schwarm könnte der Meeresboden großflächig autonom gescannt und ferro- magnetische Objekte aufgespürt werden. »Dann weiß man allerdings noch nicht: Hat da jemand seinen alten Eisenträger entsorgt oder liegt dort tatsächlich Muni- tion?«, bemerkt Voitels Kollege Karl-Fried- rich Becker. »So hat man aber zumindest einen Anhaltspunkt, wo man suchen soll- te. Um ein besseres Lagebild zu bekommen, Auf dem Grund der Ost- und Nordsee verrotten rund 1,6 Millionen t Altmunition. müssen weitere Datenquellen und Tech- nologien hinzugezogen werden.« Zum Beispiel innovative elektrochemi- sche Sensoren aus dem Fraunhofer-Institut für Chemische Technologie ICT in Pfinztal bei Karlsruhe. Sebastian Geiger, Sensor- systemtechniker: »Ich vergleiche unser Sys- tem gerne mit einem Spürhund, der unter Wasser Sprengstoff erschnüffeln kann.« Ein verdächtiger Fund ließe sich so schnell über- prüfen. Die elektrochemische Nase ist 29 a p d / s s e r P A M U Z / k e l E n a i t z s i r K : o t o F

1 | 26 Mit dem robotischen Manta-Rochen auf Bombensuche machte sich ein Team des Fraunhofer IZM. »Unter Wasser haben wir ähnlich große Anforderun- gen an die Sensorik wie im Weltraum, vielleicht sogar noch größere.« Sebastian Geiger, Fraunhofer ICT zurzeit noch auf einem Rover montiert, einem ferngesteuerten Unterwasserfahr- zeug. Sie kann aber auch auf autonomen Tauchrobotern wie dem Manta-Rochen an- gebracht werden und dort die vorhandene Sensorik ergänzen. Um möglichst viel da- von auf einem Trägersystem unterbringen zu können, muss sie so klein wie möglich sein – und dennoch äußerst robust. Geiger: »Unter Wasser haben wir ähnlich große Anforderungen an die Sensorik wie im Welt- raum, vielleicht sogar noch größere.« Salz- wasser ist korrosiv, darin schwimmen Schwebstoffe, die die Elektrodenoberflächen verschmutzen und Leitungen verstopfen können, es gibt zum Teil starke Strömun- gen, die Druck- und Temperaturschwan- kungen sind hoch. Trotzdem konnte das Sensorsystem aus dem Fraunhofer ICT im Praxistest in der Kieler Bucht überzeugen. Hier, nur zwei Kilometer vom Badestrand des Ostsee-Er- holungsgebietes Heidkate entfernt, beginnt eines der größten offiziell ausgewiesenen Munitionsversenkungsgebiete. In der »Kol- berger Heide« wurden nach dem Zweiten Weltkrieg massenweise Minen, Granaten, Bomben und Kleinmunition entsorgt – die deutschen Waffenbestände sollten mög- lichst schnell und irreversibel unbrauch- bar gemacht werden. Geiger berichtet: »Der Meeresboden ist über etwa 1200 Hektar mit Munition verseucht.« Mit ihrem Rover steuerten die Forschenden im Sperrgebiet systematisch Minen an. Dabei sei wichtig, so Geiger, dass sich die elektrochemische Nase, die vorne am Unterwasserfahrzeug installiert ist, gegen die Strömung dem Zielobjekt nähert. »Ein Spürhund riecht ja auch am besten, wenn der Geruch mit dem Wind an ihn herangetragen wird.« TNT unter Wasser erschnüffeln Für die chemische Analyse nutzen Geiger und sein Team die Methode der zyklischen Voltammetrie. Geiger: »Viele Stoffe haben ihren eigenen elektrochemischen Finger- abdruck. Mit der zyklischen Voltammetrie kann man ihn lesen.« Dafür legen die For- schenden an die Wasserprobe, die auto- matisch in den Sensorkopf gepumpt wird, eine sich stetig verändernde elektrische Spannung an und messen gleichzeitig hochgenau den Strom. Chemische Sub- stanzen können durch elektrische Span- nungen dazu gebracht werden, Elektronen abzugeben oder aufzunehmen. Je mehr Elektronen hin- und herwandern, desto stärker der Strom. Die gemessene Strom- Spannungs-Kurve ist für den Stoff cha- rakteristisch. Die elektrochemische Nase detektiert TNT und andere bekannte militärische Hochleistungssprengstoffe wie RDX oder HMX bis zu wenigen Mikrogramm pro Li- ter. Das Gerät kann über zwölf Stunden etwa alle fünf Minuten eine Probe nehmen, ohne zwischendurch auftauchen zu müs- sen. Geiger: »Damit wäre es also möglich, größere Gebiete unter Wasser abzufahren und an verschiedenen Messpunkten zu 30

1 | 26 kontrollieren.« Zurzeit arbeitet das For- schungsteam daran, die Sensitivität der Sensorik weiter zu steigern. Allerdings kann der elektrochemische Spürhund nur dann anschlagen, wenn die Sprengstoffe bereits entweichen und im Wasser auffindbar sind. Geiger: »Es ist wie beim menschlichen Körper: Man braucht nicht nur den Geruchssinn, sondern wei- tere Sinne wie beispielsweise das Gehör, also Sonar, um die Situation besser zu er- fassen.« Sascha Krohmann, Fraunhofer IGD, er- gänzt: »Die Schallwellen eines Sonars wer- den im Wasser sehr gut transportiert. Wenn sie stark genug sind, können sie sogar in den Boden eindringen.« Treffen sie dabei auf Objekte, werden die akustischen Wel- len reflektiert und mit Unterwassermikro- fonen, sogenannten Hydrofonen, wieder aufgefangen. Anhand der Stärke und der Form des Echos lassen sich je nach verwen- deter Frequenz Lage, Material, Größe oder Oberflächenstruktur des Objekts ableiten. Zurzeit testen Krohmann und sein Team gemeinsam mit dänischen Partnern unter anderem ein extrem leistungsstar- kes Seitensichtsonar – dieses Mal nicht in den UXO-Gärten, sondern vor der dä- nischen Küste. Es ist in einem innovati- ven Gerät mit zahlreichen anderen Sen- soren verbaut, das von einem Spezialschiff über den Meeresboden geschleppt wird. Krohmann: »Mit diesem Sonar schaffen wir es, vom Schiff aus zu jeder Seite rund 200 Meter hochauflösend zu gucken – doppelt so weit wie mit herkömmlichen Geräten.« Kombiniert wird es mit einem Multibeam-Echolot, mit dem die For- schenden vor jeder Suchaktion den Mee- resboden großflächig kartieren und be- reits grob größere Objekte und Hügel im Sediment erkennen können. Das Subbot- tom-Sonar ermöglicht schließlich den Blick in den Boden – ebenso wie ein Ma- gnetometer, das die Sonar-Systeme er- gänzt, weil es magnetische Objekte auch hinter Hangkanten oder in trübem Was- ser entdeckt, wo Sonarbilder oft schwer interpretierbar sind. Krohmann: »All diese Daten, die wir hier sammeln und auch schon bei uns in den UXO-Gärten gesammelt haben, wollen wir zusammenführen und auswerten, um die Anzahl der verdächtigen Objekte best- möglich einzugrenzen.« Helfen sollen dabei KI-gestützte Analysetools, die in Zukunft nicht nur erkennen könnten, ob geräumt werden muss, sondern auch, um welche Art von Granate oder Mine es sich handelt, wie stark sie beschädigt ist, oder ob sie noch detonieren kann. Von rund 20 Prozent der Munitionsaltlasten konnten Krohmann und sein Team bereits 3D-Bilder erstellen, mit denen sie ihre KI-Modelle trainieren. Die Bilder zeigen auch, wie sich die Munition verändert, wenn sie korrodiert oder bereits Teile fehlen. Krohmann: »Je mehr Daten wir haben, desto treffsicherer werden wir – und desto schneller können wir unsere Meere von den giftigen und gefährlichen Altlasten befreien.« 31 H b m G s c i g o L o v E : o t o F

1 | 26 J oseph von Fraunhofer ent- sprach nie dem klassischen Bild eines Wissenschaftlers. Er war Handwerker und Un- ternehmer, ein Praktiker, der Erkennt- nisse umsetzt. Er entwickelte optische Instrumente, weil sie gebraucht wurden. Forschung und Markt standen für ihn im- mer in engem Zusammenhang. Genau das ist der Ansatz, der das Selbstverständnis der Fraunhofer-Gesellschaft bis heute prägt. Wir übersetzen Forschung unter Wettbewerbsbedingungen systematisch in Technologien für den Markt, im en- gen Schulterschluss mit Unternehmen und der öffentlichen Hand. In einer Zeit, in der Deutschland seine Innovationskraft nicht verliert, aber an Geschwindigkeit in der Umsetzung gewinnen muss, ist das kein Selbstzweck. Es ist ein wesentlicher Standortfaktor. In diesem Sinne steht Fraunhofer für mich für mehr als eine Person und eine Forschungsorganisation. Der Name ist fest verbunden mit einer Haltung und dem An- spruch an sich selbst, wissenschaftliche Neugier nicht als Selbstzweck zu verstehen, sondern sie zielgerichtet für Nutzen, Wir- kung und Fortschritt einzusetzen. Er steht für die Überzeugung, dass Erkenntnis ih- ren Wert erst dann voll entfaltet, wenn sie die Gesellschaft erreicht und der Gesell- schaft dient. Da sind die Fragen, die unse- ren Namensgeber vor mehr als 200 Jahren umtrieben, hochaktuell: Wie wird aus Er- kenntnis Nutzen? Wie wird aus Wissen Wertschöpfung? Und wie organisiert man Forschung so, dass sie unserem Wirt- schaftsstandort und unserer Gesellschaft dient? Aus Verantwortung für unsere Zukunft Ich bin überzeugt: Wenn es Fraun hofer nicht gäbe, man müsste eine solche Ein- richtung erfinden. Nicht aus Ehrfurcht vor der Vergangenheit, sondern aus Verant- wortung für die Zukunft. Das konsequente Umsetzen wissen- schaftlicher Erkenntnisse in konkrete An- wendungen für Wirtschaft und Gesellschaft findet sich heute wieder im einzigartigen »Fraunhofer-Modell«. Es ist das Alleinstel- lungsmerkmal der Fraunhofer-Gesellschaft 32 Gäbe es Fraunhofer nicht, man müsste es erfinden Die Fraunhofer-Gesellschaft würdigt 2026 Joseph von Fraunhofers 200. Todestag. Auf Initiative der Deutschen UNESCO-Kommission soll an den Namensgeber der Fraunhofer-Gesellschaft auch im Rahmen eines Gedenkjahres erinnert werden. Dies bietet uns die Gelegenheit, um den Blick aus der Tradition heraus nach vorne zu richten und die Frage zu stellen: Was braucht Deutschland, damit aus Wissenschaft Wertschöpfung entsteht und wir international konkurrenzfähig bleiben? Von Prof. Dr.-Ing. Holger Hanselka, Präsident der Fraunhofer-Gesellschaft »Joseph von Fraunhofer inspiriert mich in meiner täglichen Arbeit, weil sein Lebensweg – vom einfachen Glasschleifer zum visionären Forscher und erfolgreichen Unternehmer – eindrucksvoll zeigt, wie wissenschaftliche Spitzenleistungen und marktorientiertes Handeln nahtlos ineinandergreifen. Diese Verbindung von Entdeckergeist und Wertschöpfung prägt unser Selbstverständnis bei der Fraunhofer- Gesellschaft bis heute und ist mir täglicher Ansporn.« im ausdifferenzierten deutschen Wissen- schaftssystem. Im Unterschied zu den an- deren, fast komplett aus der staatlichen Grundfinanzierung ausgestatteten außer- universitären Forschungseinrichtungen erhält die Fraunhofer-Gesellschaft nur ma- ximal ein Drittel ihres Haushalts als Grund- finanzierung und muss mindestens zwei Drittel ihres Finanzvolumens aus Aufträ- gen aus der Wirtschaft sowie von öffentli- chen Auftraggebern selbst erwirtschaften. Wir bei Fraunhofer bewegen uns be- wusst in einem wirtschaftlichen Umfeld. Das fördert unternehmerisches Denken und Handeln. Das garantiert auch konti- nuierlich bedarfsorientierte Lösungen für die wirtschaftlichen und gesellschaftli- chen Herausforderungen von heute und morgen – ganz im Sinne unseres Namens- gebers, der Erkenntnis als Ausgangspunkt eines erfolgreichen Weges hin zu markt- fähigen Produkten, Verfahren und Stan- dards verstand. Wer seine angewandte Forschung je- den Tag im Wettbewerb messen muss, ent- wickelt ein Gespür für Anwendung, Tem- po und Anschlussfähigkeit: Erfolgreicher

Sprachmodell ist daher zwingend notwen- dig, um die digitale Souveränität und marktwirtschaftliche Unabhängigkeit in Europa zu gewährleisten, denn es ermög- licht unserer Wirtschaft, das Innovations- potenzial von KI-Systemen zu nutzen und gleichzeitig digital unabhängig zu bleiben. Im Rahmen des Projekts OpenGPT-X haben wir gemeinsam mit Partnern Teuken 7B, das erste Open-Source-Sprachmodell made in Germany veröffentlicht. Teuken 7B ist vor allem erst einmal eine Techno- logie, die in die Anwendung gebracht wer- den muss. Wie das aussieht, zeigt die Deut- sche Telekom bereits in der Praxis. Sie hat Teuken 7B in das Produkt Business GPT eingebaut, mit dem Firmen eine unterneh- menseigene KI mit hoher Datenvertraulich- keit und Datensicherheit betreiben können. Das zweite Beispiel ist das Thema Ener- giespeicherung, Thema auch in diesem Fraunhofer-Magazin. Batterietechnologien sind eine Schlüsseltechnologie für Deutsch- land, die CO2-Reduktion, Ausfall-Resilienz, wirtschaftliches Wachstum und techno- logische Autonomie gleichermaßen fördert und unentbehrlich für eine nachhaltige Zukunft ist. Die Energiewende in ihrer heutigen Ausprägung kann nur mithilfe sicherer, zuverlässiger und leistungsfähi- ger Batteriespeicher gelingen. Der Bedarf »Joseph von Fraunhofer inspiriert mich in meiner täglichen Arbeit, weil er ein scharfes Auge für Details hatte und mit Engagement und Pragmatismus seine Visionen erfolgreich umgesetzt hat.« Dr. Sandra Krey, Vorständin Finanzen und Controlling Transfer, das Rückgrat unseres Innovati- onssystems, ist unser Kerngeschäft und macht uns aus. Wir erleben eine Zeit, in der sich tech- nologische, geopolitische und ökonomische Herausforderungen zusehends verdichten, sich Innovationszyklen rapide beschleu- nigen und der Wettbewerb härter wird. Unternehmen rufen nach Geschwindig- keit, die Politik verlangt nach Wirksam- keit, die Gesellschaft braucht Lösungen. Wir haben auch Grund zum Optimismus Ja, in manchen Bereichen hat Deutsch- land noch Aufholbedarf, doch wir haben auch große Stärken und allen Grund für Optimismus, wenn wir es schaffen, unse- re Ideen und Fähigkeiten effizient, effek- tiv und schnell in greifbaren Nutzen zu wandeln. Um als Volkswirtschaft aufzuholen und voranzukommen, braucht es einen engen Schulterschluss zwischen Wissenschaft, Wirtschaft und Politik. Es braucht auch Rahmenbedingungen, die Geschwindig- keit, Investitionen und Mut belohnen. Wir müssen gemeinsam an einem Strang ziehen – und vor allem in die gleiche Richtung! Wir müssen uns auf Schlüsseltechnologien konzentrieren, darunter Künstliche Intel- ligenz (KI), Mikroelektronik und Biotech- nologien, in denen wir unsere Stärken aus- spielen und uns international in eine führende Position bringen können. Dies möchte ich an zwei Beispielen il- lustrieren. Digitale Souveränität und KI ist eines davon: Für Wirtschaft, Industrie und Gesellschaft ist das disruptive Potenzial von sprachbasierten KI-Systemen enorm. Ein Bereich, der aktuell von den USA und Asien dominiert wird. Doch gerade in si- cherheitskritischen Branchen ist es wichtig, dass die Daten nach höchsten Sicherheits- und Compliance-Standards beim Unter- nehmen verbleiben. Und genau hier bleiben die nicht-europäischen Lösungen hinter den Anforderungen des europäischen Mark- tes oft zurück. Zudem erfordern KI-Anwen- dungen in Bereichen wie Recht, Verwaltung, Medizin, Industrie oder Sicherheit ein ex- trem hohes Maß an Qualität, Präzision, Vertrauen und Zuverlässigkeit. Ein natio- nales, mindestens ein europäisches KI- r e i e m r e b O n a f e t S / r e f o h n u a r F : s o t o F 1 | 26 »Nach meinem Verständnis steht Joseph von Fraunhofer dafür, wissenschaftliche Denkweisen und Weltsichten mit pragmatischem Unternehmergeist zu verbinden – ein Anspruch, der mir sowohl in der Lehre als auch in meinem Wirken als Führungskraft sehr am Herzen liegt.« Prof. Axel Müller-Groeling, Vorstand Forschungsinfrastrukturen und Digitalisierung an entsprechenden Technologien für elek- trische Energiespeicher wird daher expo- nentiell steigen. Um die gesteckten Ziele zu erreichen, wird auch angesichts der global volatilen Rohstoffzugänge eine nachhaltige Kreis- laufwirtschaft nötig sein. Wie es Deutsch- land gelingen kann, seine Forschungskraft in die Anwendung zu bringen, hat die Fraunhofer-Einrichtung Forschungsferti- gung Batteriezelle FFB im Dezember 2025 gezeigt und erstmals eine durchgängige Prozesskette mit ausschließlich europäi- scher Anlagentechnik zur Produktion von elektrisch funktionsfähigen Lithium- Ionen- Batteriezellen realisiert. Das ist ein zen- traler Meilenstein auf dem Weg zu einer wettbewerbsfähigen Batterieproduktion. Wo sich der Druck erhöht, muss Innova- tion die Antwort beschleunigen. Erfindergeist ist der bedeutendste Roh- stoff unseres Landes. An Kreativität und Qualität unserer Forscherinnen und 33

1 | 26 Forscher hat es nie gemangelt. Doch muss klar benannt werden, dass die Umsetzung von Ideen zu Innovationen häufig trotz – nicht wegen – der bestehenden Rahmen- bedingungen gelingt. Viel zu oft stehen strukturelle Hürden der Umsetzung von Forschungsergebnissen in marktfähige Anwendungen im Weg. Es braucht einen Mentalitätswandel, der Mut und Innova- tionsfreudigkeit vor Zögerlichkeit und Überregulierung stellt. Ideen müssen rasch in die Anwendung, sonst sind andere schneller. Rahmenbedingungen sollten ermöglichen, nicht be- oder schlimmsten- falls sogar verhindern. Was uns zum Motor für Wertschöpfung macht Transfer ist das Fraunhofer-Kerngeschäft. Jedes Jahr arbeiten unsere Fraunhofer-In- stitute und -Einrichtungen mit Tausenden Unternehmen zusammen, von mittelstän- dischen Marktführern bis zu globalen Konzernen, um Innovationen rasch auf den Markt zu bringen und den Kunden und Partnern neue Wertschöpfungswege zu eröffnen. Die Fraunhofer-Gesellschaft agiert hier als ein zentraler Innovations- motor für Wertschöpfung und Arbeits- plätze in Deutschland und Europa. Wir arbeiten Tag für Tag an der Schnittstelle zwischen Forschung und Markt und ken- »Joseph von Fraunhofers Vermächtnis ermutigt uns bis heute, neugierig zu bleiben, Grenzen zu verschieben, mit Offenheit und Teamgeist die Zukunft zu gestalten.« Elisabeth Ewen, Vorständin Personal, Unternehmenskultur und Recht zentraler Schritt, um technologische Sou- veränität aufzubauen, wirtschaftliche Abhängigkeiten zu reduzieren und inter- nationale Wettbewerbsfähigkeit auszu- bauen. Fraunhofer wird die Agenda mit aller Kraft unterstützen – durch anwen- dungsorientierte Spitzenforschung, re- gionale Innovationspartnerschaften und Technologietransfer in die Anwendung. Im Schulterschluss mit Wirtschaft und Politik können wir die Position Deutsch- lands als Top-Technologiestandort aus- bauen und langfristig sichern. Damit die Hightech Agenda Deutsch- land ihre praktische Wirkung entfalten kann, dürfen strukturelle und rechtliche Rahmenbedingungen den Wissens- und Technologietransfer nicht länger behin- dern. Die politisch anvisierten Reformen zum radikalen Bürokratieabbau sowie das In- novationsfreiheitsgesetz weisen in eine richtige Richtung und müssen zügig und konsequent realisiert werden. Zudem braucht es eine Kultur, die Ausgründun- gen und unternehmerisches Handeln er- leichtert, ebenso wie Experimentierräume und bürokratiearme Testumgebungen, in denen neue Technologien effizient erprobt und skaliert werden können. Unter heu- tiger Bürokratie wäre der Erfolg des his- torischen Joseph von Fraunhofer mehr als fragwürdig. Unser Land der Ideen muss zum Land der Taten werden So wird aus einem Gedenkjahr eine Aufga- be für die Gegenwart mit Blick auf die Zu- kunft. Joseph von Fraunhofer wurde zum Namensgeber einer Forschungsorganisa- tion, weil er eine Verbindung lebte: wis- senschaftliche Exzellenz, handwerkliche Präzision, unternehmerische Umsetzung. Darauf sollten wir aufbauen. Wenn For- schung und Anwendung von Wissenschaft, Wirtschaft und Politik zusammengedacht werden, können wir Großes schaffen – für unsere Wirtschaft und unsere Zukunft. Wir sind ein Land der Ideen. Wir müs- sen auch wieder ein Land der Taten und innovativen Vorreiter sein, die mutig aus Ideen Wirklichkeiten schaffen. Dafür steht Fraunhofer – die Person wie die For- schungsorganisation. »Joseph von Fraunhofer hat bewiesen, dass wissenschaftliche Exzellenz und Marktfähigkeit untrennbar zusammen- gehören. Er schuf nicht nur bahnbrechende Technik, sondern echten Mehrwert für die Welt. Diesem Erbe folgen wir heute, indem wir Wissen konsequent in Wirkung übersetzen und so die technolo- gische Souveränität unserer Zukunft sichern.« Prof. Constantin Häfner, Vorstand Forschung und Transfer nen die Hürden und Abläufe sehr genau. Uns muss klar sein: Wenn wir ein interna- tional wettbewerbsfähiger Standort sein wollen, brauchen wir dringend innova- tionsfreundlichere politische Rahmen- bedingungen. Die Regierung hat hier mit der High- tech Agenda die richtigen Weichen gestellt, um Deutschlands Innovationskraft und Souveränität in einem globalen Techno- logiewettbewerb zu stärken. Wir haben nicht die Ressourcen, überall Weltspitze zu sein, daher ist es genau richtig, dass die Agenda den Ausbau von Schlüsseltech- nologien wie Künstlicher Intelligenz, Mi- kroelektronik oder Biotechnologie fördert und sicherstellt, dass Deutschland welt- weit zu einem führenden Standort für neue Schlüsseltechnologien wird. Das ist ein 34

1 | 26 35 r e y e m r e l l E n a i v i V / t f a h c s l l e s e G - r e f o h n u a r F : n o i t a r t s u l l I Joseph vonFraunhofer6.3.1787 – 7.6.1826Wieso bricht das Licht in der Glasscherbe?Joseph wächst in einer armen Glaserfamilie in Straubing auf. Die Eltern sterben früh – doch seine Neugier lebt.Er arbeitet als Lehrling bei einem Spiegelmacher und Glasschleifer. Nach einem Hauseinsturz gerettet, wird sein Talent entdeckt, und er erhält entscheidende Unterstützung auch durch Kurfürst Maximilian. Der Schick-salsschlag wird zum Glücksfall.1806 kommt er ans Optische Institut in Benediktbeuern und steigt dort schnell in eine leitende Position auf.Wir müssen messen, nicht raten!Er entwickelt neue Maschinen und verbessert die Glasqualität. Die Linsen werden dadurch sehr viel präziser. Eine Revolution der Fertigungstechnik!1814 untersucht Fraunhofer das Sonnenlicht und entdeckt 574 dunkle Linien im Spektrum – die sogenannten Fraunhoferlinien. Er dokumentiert deren Lage und Breite, denn mit diesen Daten kann er die Qualität seiner optischen Linsen messen und noch weiter verbessern.Eine Methode, die wir bis heute nutzen, um die stoffliche Zusammensetzung von Materialien und Substanzen zu bestimmen. Seine Entdeckung legt den Grundstein für die Spektralanalyse.Er produziert die leistungsfähigsten astronomischen Fernrohre seiner Zeit und verkauft seine Entwicklungen in ganz Europa.Der Dorpater Refraktor Fraunhofers galt als Gipfel der feinmechanischen und optischen Technik dieser Zeit.Viel zu jung stirbt Fraunhofer schon mit 39 Jahren – ein erfolgreicher Wissenschaftler und Unternehmer, geehrt und geadelt.Doch seine Arbeit wirkt bis heute und ist exemplarisch für viele Innovationen der Fraunhofer-Gesellschaft, die unser Leben nachhaltig verändern.

1 | 26 Die Kleinsten im Blick: Eine Fraunhofer-Techno- logie erleichtert Ultraschall- untersuchungen. 36

1 | 26 Unter die Haut Ultraschall ist beliebt. Besonders in der Kinderheilkunde kommt er häufig zum Einsatz, um vor belastender Röntgenstrahlung zu schützen. Fraunhofer-Forschende arbeiten jetzt an einer automatischen räumlichen Dokumentation der Ultraschallaufnahmen – und möchten so im hektischen Klinikalltag entlasten. Von Yvonne Weiß S ie zeigen, was sich unter der Haut in Schilddrüse, Bauch oder Lymph- knoten der Patientin abspielt – schmerzlos und strahlenfrei. In Deutschland werden Jahr für Jahr mehrere Millionen Ultraschalluntersuchungen durch- geführt. Besonders häufig kommt die Sono- graphie in der Kinderheilkunde zum Einsatz. Doch die Dokumentation der Aufnahmen? Ist aufwendig: Entdecken Ärztinnen und Ärz- te etwa eine Zyste, müssen sie diese zunächst ausmessen und ihre Position manuell in einem 2D-Piktogramm festhalten. Die Lage des Ultra- schallkopfes am Patientenkörper muss dafür auf den Bildschirm des Ultraschallsystems über- tragen werden. Dieser Schritt ist nicht nur po- tenziell ungenau – er nimmt bislang auch etwa ein Viertel der Behandlungszeit in Anspruch. An einer effizienten Lösung arbeiten For- schende des Fraunhofer-Instituts für Produk- tionstechnik und Automatisierung IPA in Mannheim. Im Projekt SonoMap entwickeln sie ein System, das Aufnahmepositionen von Ultraschallscans automatisch dokumentieren und dreidimensional visualisieren kann. Zum Einsatz kommt dafür eine Tiefen- kamera: Neben der Farbinformation berechnet diese zusätzlich die räumliche Entfernung je- des Bildpunkts. Anders als eine herkömmliche Kamera, die lediglich ein 2D-Farbbild liefert, ermöglichen Tiefenkameras somit eine 3D- Wahrnehmung. Bislang werden diese Kame- ras etwa in Smartphones, VR-Brillen oder land- wirtschaftlichen Robotern genutzt; auf dem Ultraschallmarkt sind sie ein Novum. Im neuen Dokumentationsverfahren er- mittelt das System mit der Tiefenkamera automatisch die Aufnahmeposition des Ultraschallkopfes und hält sie in einer drei- dimensionalen Abbildung fest. Zudem doku- mentiert die Kamera, aus welchem Winkel das Bild angefertigt wurde – ein entscheiden- der Vorteil, weiß Oliver Gölz, Projektverant- wortlicher und wissenschaftlicher Mitarbei- ter am Fraunhofer IPA: »Es macht einen sichtbaren Unterschied, von welcher Seite und aus welchem Winkel ein Objekt beschallt wird. Die zusätzlichen Informationen über Neigung und Winkel in der 3D-Aufnahme könnten hel- fen, Tumore oder Zysten schneller wiederzu- finden – und Folgeuntersuchungen damit ef- fizienter gestalten.« Sobald die Tiefenkamera den Ultraschall- kopf identifiziert und die Körperoberfläche abgemessen hat, ermitteln KI-basierte Bild- verarbeitungsalgorithmen die Lage des Ultra- schallgeräts im Verhältnis zum abstrahierten Patientenkörper. Das neue System erstellt da- raus eine 3D-Visualisierung. Damit lässt sich der Patientenkörper aus unterschiedlichen Blickwinkeln betrachten. »Dank unseres neuen Systems müssen Ärz- tinnen und Ärzte das Ultraschallbild nur noch abspeichern, die räumliche Dokumentation wird automatisch erstellt«, erklärt Oliver Gölz. »Der Prozess wird so potenziell schneller und präziser.« Ein Demonstrator der neuen Technologie existiert bereits, zum Einsatz wird er in einer anstehenden Studie kommen. Später möchten die Forschenden gemeinsam mit Industrie- partnern Ultraschallsysteme mit der neuen Funktion ausstatten. Aktuell stellt das Team sicher, dass die Tie- fenkamera ausschließlich abgesicherte Bilder anfertigt; der Datenschutz der Patientinnen und Patienten ist somit gewahrt. Oliver Gölz freut sich auf das Kommende: »Mich begeistert, dass wir Probleme aus dem klinischen Alltag direkt angehen. Mit unserem System entlasten wir Ärztinnen und Ärzte – und es bleibt mehr Zeit für Patientinnen und Patienten.« 37 »Mit unserem System entlasten wir Ärztinnen und Ärzte – und es bleibt mehr Zeit für Patientinnen und Patienten.« Oliver Gölz, Fraunhofer IPA s e g a m i s u i t i r u a m / z e n é m G i l i e u q e z E / 1 6 d n e t s e W o t o F :

1 | 26 Energiewende Auf zu sicherer Energie Die Stromnetze sind alt, die Energien neu – das passt nicht gut zusammen. Damit Deutschland nicht im Dunkeln bleibt, haben Fraunhofer-Forschende innovative Lösungen entwickelt. Von Janine van Ackeren; Fotograf: Heinz Heiss 38

1 | 26 Digitale Hilfe: Prof. Christof Wittwer vom Fraunhofer ISE will die Resilienz des Stromnetzes mit einem Frühwarnsystem für Netzbetreiber erhöhen. »Der Ausbau der Netzinfrastruk tur für die Integration der Erneuerbaren sollte klar Priorität haben.« Prof. Christof Wittwer, Fraunhofer ISE 39

1 | 26 B erlin, 3. Januar 2026: Ein Brandanschlag legt Teile des Stromnetzes lahm, 45 000 Haushalte und über 2200 Be- triebe im Südwesten der Hauptstadt liegen im Dunkeln. Es dauert vier Tage, bis die Stromversorgung wieder hergestellt ist. Frankreich und Großbritannien, 9. Ja- nuar 2026: Nachdem der Sturm »Goret- ti« nachts mit bis zu 200 Kilometern pro Stunde über das Land fegte, sind in Groß- britannien 55 000 Haushalte ohne Strom, in Frankreich mehr als 380 000. Spanien und Portugal, 28. April 2025: Überspan- nungen, Frequenzschwankungen und eine komplexe Kettenreaktion lassen die Energieversorgung in Spanien und Por- tugal zwölf Stunden lang ausfallen – die größte Störung im europäischen Verbund- system seit 20 Jahren. »Wir sind in einer neuen Situation – man hat vor vielen Jahren nicht mit solchen Anschlägen gerechnet.« Kerstin Andreae, Vorsitzende des Bundesverbands Energie- und Wasserwirtschaft So unterschiedlich die Gründe für die Stromausfälle auch sein mögen, so haben sie doch eines gemein: Sie zeigen, wie ver- wundbar unser Stromnetz ist. So gibt es im deutschen Stromnetz zahlreiche Nadel- öhr-Strommasten, die einfach zu finden und noch einfacher zu beschädigen sind 40 – und deren Außer-Kraft-Setzen schwer- wiegende Folgen nach sich ziehen würde. Nötig wären brandsichere Einhausungen, die derzeit noch auf sich warten lassen. »Wir sind in einer neuen Situation – man hat vor vielen Jahren nicht mit solchen Anschlägen gerechnet«, erklärt Kerstin Andreae, Vorsitzende des Bundesverbands Energie- und Wasserwirtschaft. »Deshalb ist der physische Schutz der kritischen In- frastruktur etwas, das ganz oben auf die politische Agenda muss.« Das Bundeska- binett reagiert mit einem Gesetzentwurf zum KRITIS-Dachgesetz, in dem der Schutz kritischer Infrastrukturen bundeseinheit- lich und sektorenübergreifend in den Blick genommen wird: Jeder Betreiber muss in Zukunft auf die spezifischen Risi-ken für seine Anlage mit passgenauen Maßnah- men reagieren. Mammutaufgabe Stabilität Bei Weitem nicht die einzige Herausfor- derung für die Netzbetreiber. »Jede Siche- rung einer Leitung kostet Geld – wir sind in einem Dilemma zwischen Ökonomie, Wirtschaftlichkeit und Robustheit des Systems. Der Ausbau der Netzinfrastruk- tur für die Integration der Erneuerbaren sollte dabei klar Priorität haben«, ordnet Prof. Christof Wittwer ein, Geschäftsfeld- leiter am Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE. »Schließlich ist die Drehscheibe der Energiewende derzeit das in die Jahre gekommene Stromnetz.« Die- se ist in vollem Gange: Im dritten Quartal 2025 wurden bereits 64,1 Prozent des in- ländisch produzierten Stroms aus erneu- erbaren Energien erzeugt – zwei Prozent mehr als im dritten Quartal 2024. Das Manko: Erneuerbare in ihrer heu- tigen Form liefern keine Momentanreser- ve, die als Puffer für kurzzeitige Schwan- kungen im Stromnetz gebraucht wird. Bisher sorgten die schweren Generatoren und Turbinen in großen Kohle- oder Atom- kraftwerken mit ihrer Trägheit dafür. In- dem sie Rotationsenergie ein- oder aus- speisten, kon nten sie L ast spit zen ausgleichen und die Netzfrequenz stabi- lisieren. Den neuen dezentralen Anlagen fehlen jedoch diese trägen Schwungräder – die notwendige Momentanreserve muss also auf anderem Weg bereitgestellt wer- den. Die Faustformel: Je weniger große Kraftwerke, desto weniger Schwungräder, desto mehr Instabilität. »Der Ausbau des Stromnetzes und die damit verbundenen Veränderungen sind hochkomplex«, weiß Wittwer. »Mussten Netzbetreiber früher ein- bis zweimal pro Tag in den Netzbetrieb eingreifen, sind heute um die 500 Eingrif- fe täglich nötig.« Für den Kunden heißt das: Es wird teurer. Die Waffe im Kampf gegen Schwankungen: KI Künstliche Intelligenz soll bei der Mam- mutaufgabe der Netzstabilität unterstüt- zen und Kettenreaktionen samt Strom- ausfall verhindern. Wie genau dies auf Übertragungsnetzebene – also auf den höchsten Spannungsebenen – aussehen kann, erforschen Dr. Simon Eberlein vom Fraunhofer-Institut für Energiewirtschaft und Energiesystemtechnik IEE und sei- ne Kolleginnen und Kollegen im Projekt »eKI4DS – Erklärbare KI für Dynamische Stabilität«. Als assoziierte Partner bringen sich der Chiphersteller NVIDIA sowie der Netzbetreiber TransnetBW ein. Ort des Geschehens ist die Leitwarte der Netzbetreiber. Kritische Zustände sol- len von der KI umgehend erkannt, die menschlichen Operateure gewarnt und mit Vorschlägen möglicher Gegenmaß- nahmen versorgt werden. Und zwar – kei- neswegs üblich für eine KI – auf nachvoll- ziehbare Weise. Möglich wird dies über KI-Methoden wie Maschinelles Lernen, die nötigen Architekturen sind vorhanden. Die Herausforderung liegt vor allem darin, das KI-Modell mit aktuellen Daten zum Zustand des Netzes zu füttern: Verbrauch, Erzeugung, Art der Energie, also erneuer- bar oder konventionell. Dabei ist die KI äußerst gefräßig: Tausende oder gar Mil- lionen von Simulationen sind nötig, um sie auf alle Eventualitäten vorzubereiten. Ein Aufwand an High-Performance-Com- puting, bei dem konventionelle, kommer- zielle Software an ihre Grenzen kommt.

1 | 26 Automatisierte Netzanalyse: Damit der Wasserkocher immer einsatzbereit ist, entwickelt Dr.-Ing. Dennis Rösch am Fraunhofer IOSB-AST eine KI-Agentenlösung, die die Netzbetreiber bei operativen Entscheidungen unterstützt. »Stromausfälle wie in Spa nien sollten sich mit GridCompanion künftig regional eindämmen oder sogar gänzlich verhindern lassen.« Dr.-Ing. Dennis Rösch, Fraunhofer IOSB-AST 41

1 | 26 »Europäischer Austausch ist elementar, es sind Koordina- tion und gemeinsames Verständnis gefragt.« Dr.-Ing. Diana Strauß-Mincu, Fraunhofer IEE 42 Vereintes Europa: Im EU-Projekt InterSCADA arbeitet Dr.-Ing. Diana Strauß-Mincu daran, Anomalien frühzeitig zu erkennen – europaweit.

Abhilfe schafft eine Open-Source-Soft- ware, die das Team entwickelt. Kernstück ist ein komplexes, riesiges Modell des deut- schen Übertragungsnetzes mit 1500 Kno- ten. Die Verteilnetze hin zum Endverbrau- cher sind vereinfacht als Last an den jeweiligen Knoten dargestellt. »Die Open- Source-Software ist quasi der Werkzeug- kasten, mit dem das KI-Modell trainiert und später betrieben wird«, sagt Eberlein. Im Prototyp einer Leitwarte, über den das Fraunhofer IEE verfügt, konnte die KI an kleineren Testnetzen bereits zeigen, was in ihr steckt. Digitaler Mitarbeiter analysiert Spannungsspitzen Doch braucht die KI immer auch Men- schen, um das Netz stabil zu halten. Gut geschultes Personal ist jedoch zunehmend schwieriger zu finden. »Die Operatoren in den Netzleitwarten haben sehr lange Ein- arbeitungszeiten von ein bis zwei Jahren – eine Herausforderung bei der derzeiti- gen Fluktuation von Arbeitskräften«, weiß Dr.-Ing. Dennis Rösch, Gruppenleiter am Fraunhofer-Institut für Optronik, System- technik und Bildauswertung, Institutsteil Angewandte Systemtechnik IOSB-AST. Eine KI-Agentenlösung, die Rösch und sein Team unter dem Namen GridCom- panion entwickeln, soll den Netzbetreibern künftig bei operativen Entscheidungen unter die Arme greifen. »Der GridCompa- nion lässt Datenhaltungs- und Analyse- systeme Daten austauschen und automa- tisiert die Analyse«, sagt Rösch. Ähnlich wie bei eKI4DS handelt es sich trotz des KI-Einsatzes keineswegs um eine Black- box. Denn es agiert ein KI-Agent, der die verschiedenen deterministischen Analy- se-Tools aufruft und bedient. Dabei handelt es sich um eine Art digitalen Mitarbeiten- den, der die üblichen Analyse-Arbeits- schritte durchführt und dem Operator zur Entscheidung zur Verfügung stellt – auto- matisiert, versteht sich. »Der menschliche Operator erhält sowohl die aufbereiteten Analysedaten als auch eine belastbare Lis- te an Ursachen, durch die die aktuellen Störfälle hervorgerufen werden könnten«, konkretisiert Rösch. Ein Testlauf mit drei deutschen Netzbetreibern startete im Fe- bruar 2026: Darin wollen die Forschenden jeweils einen konkreten Anwendungsfall definieren und entwickeln. Etwa eine Stö- rungspriorisierung: Laufen mehrere Stö- rungen zeitgleich auf – um welche soll der »Die Open-Source- Software ist quasi der Werkzeug- kasten, mit dem das KI-Modell trainiert und später betrieben wird.« Dr. Simon Eberlein, Fraunhofer IEE Operateur sich zuerst kümmern? In ein bis zwei Jahren könnte das System bereits in den Leitwarten die menschlichen Kol- leginnen und Kollegen unterstützen. »Ge- gen Anschläge wie in Berlin ist man damit zwar nicht gefeit – denn wo keine funk- tionierende Leitung mehr existiert, hilft natürlich auch eine Optimierung der Ar- beitsprozesse in der Leitstelle nicht«, er- klärt Rösch. »Stromausfälle wie in Spani- en, die vor allem auf Netzschwankungen zurückzuführen sind und durch aktive Eingriffe der Leitstelle beseitigt werden könnten, sollten sich mit GridCompanion allerdings künftig regional eindämmen oder sogar gänzlich verhindern lassen.« Open-Source-Plattform stärkt europäische Kooperation Nun ist die Netzstabilität nicht allein ein deutsches Problem, sondern eine euro- paweite Herausforderung – schließlich ist das elektrische Netz auf den europäi- schen Ebenen ein Verbundnetz. Durchaus denkbar also, dass sich eine Störung im spanischen Netz über Frankreich bis nach Deutschland ausbreitet. »Europäischer Austausch ist elementar, es sind Koordi- nation und gemeinsames Verständnis ge- fragt«, weiß Dr.-Ing. Diana Strauß-Mincu, Gruppenleiterin am Fraunhofer IEE. Das EU-Projekt InterSCADA – beteiligt sind 18 Partner aus 9 EU-Ländern sowie aus Tai- wan – soll die Zusammenarbeit der euro- päischen Netzbetreiber intensivieren. Um Anomalien europaweit frühzeitig erken- nen und beheben zu können, entwickeln die Forschenden eine Open-Source-Platt- form zur Datenerfassung, Fernüberwa- chung und Steuerung von Energienetzen. Experten sprechen von einer SCADA- Plattform, kurz für »Supervisory Control and Data Acquisition Platform«. Das Sys- tem ist modular aufgebaut, Netzbetreiber können die Plattform also selbst anpassen und weitere Module ergänzen. Das Fraunhofer-Team steuert unter an- derem ein Modul zur Trägheitsbeobach- tung und -schätzung bei. Die Basis bilden Messsysteme, die bereits an unterschied- lichen Punkten im Netz integriert sind – die restlichen Parameter werden durch das Zustandsschätzungsmodul approximiert. »Unser Algorithmus filtert die Messwerte, bereitet sie auf und berechnet daraus die Trägheit des Netzes«, sagt Strauß-Mincu. Knifflig ist vor allem, die Algorithmen an- zupassen. Ein weiteres Modul aus Fraun- hofer-Laboren ist das Entscheidungsunter- stützungsmodul. Ein Digitaler Zwilling des Netzes ermöglicht es, unterschiedliche Störungen sowie ihre Auswirkungen auf das Netz zu analysieren, ohne das reale Netz in Gefahr zu bringen, und die Folgen verschiedener stabilisierender Maßnah- men zu untersuchen. Dazu fließen zum einen die aktuellen Werte aus der Träg- heitsüberwachung ein, zum anderen die Zustandsschätzung. Künftig soll das neue Modul die Netzbetreiber mit einer jeweils priorisierten Auswahl von stabilisierenden Maßnahmen versorgen. Strauß-Mincu: »InterSCADA dürfte künftig dazu beitra- gen, die Stabilität des Netzes zu steigern und Ausfälle unwahrscheinlicher werden zu lassen.« 43

1 | 26 Hoffnungsträger: Netzbildende Wechselrichter Auch im Netz selbst lässt sich einiges tun, um es bei einem weiteren Zubau von er- neuerbaren Energien stabil zu halten. Großer Hoffnungsträger sind netzbildende Wechselrichter. Der Hintergrund: Erneu- erbare Energieanlagen wie Solaranlagen und Windräder brauchen einen Wechsel- richter, der den erzeugten Gleichstrom vor dem Einspeisen in Wechselstrom umwan- delt. Gleiches gilt für Batteriesysteme. Bis- her geschieht dies netzfolgend. Die Anla- ge synchronisiert sich auf die Frequenz des Netzes, um diese nicht allzu sehr aus dem Tritt zu bringen. Das heißt aber auch: Schwankt die Netzfrequenz leicht, ziehen Solaranlagen und zunehmend Batteriean- lagen mit. Netzbildend geregelte Wechsel- richter können Frequenz und Spannung aktiv stabilisieren und dazu beitragen, sie auf den Soll-Werten zu halten – sie kön- nen damit die Schwungmasse der außer Betrieb gehenden konventionellen Kraft- werke ersetzen und somit die Wider- standsfähigkeit gegenüber Netzfehlern vergrößern. Erste netzbildende Wechsel- richter sind bereits auf dem Markt – es hapert jedoch noch am standardisierten Verhalten am Netz. Es gilt, das System zu dämpfen und herstellerübergreifende Standards zu schaffen. Zudem gibt es seit diesem Jahr auch einen Markt für Mo- mentanreserven, an dem diese Funktio- nalität vermarktet werden kann. Die Forschenden des Fraunhofer ISE nähern sich dieser Problematik gleich mehrfach. Im hauseigenen Multi-Mega- watt-Lab können Netzfehler nachgestellt und die Reaktion der Prüflinge untersucht werden – mit extrem hoher Zeitauflösung. Gemeinsam mit den vier deutschen Über- tragungsnetzbetreibern haben die For- schenden zunächst ein entsprechendes Mess- und Bewertungsverfahren sowie einen Anforderungskatalog entwickelt, um einen Vergleich der Geräte zu ermöglichen, und anschließend möglichst viele netz- bildende Wechselrichter getestet. Wie gut eignen sie sich, um das Netz unter verschie- denen Bedingungen zu stabilisieren? Witt- 44 Kommunikation: Dr. Marc Richter und Christoph Wenge haben am Fraunhofer IFF eine Art Leitwarte entwickelt, die Netzbetreiber, Feuerwehr und Co vernetzt.

1 | 26 wer fordert: »Das Systemdesign muss hoch- effizient, kompakt und skalierbar sein und sich als Spitzentechnologie am Standort Deutschland wettbewerbsfähig produzie- ren lassen.« »Wir wollen negative Netzein- ﬂüsse reduzieren und kompensieren, die Versorgungs- qualität steigern, Betriebsmittel entlasten und die vorhandene Netzinfrastruktur optimal nutzen.« Dr. Christoph Wenge, Fraunhofer IFF Im Projekt SUREVIVE geht das Team noch einen Schritt weiter und untersucht gemeinsam mit Partnern erstmals im deut- schen Verteilnetz, in welchem Ausmaß netzbildende Wechselrichter das Strom- netz stabilisieren. Wer braucht wo und wie viele dieser Anlagen? Wie müssen sie ge- steuert und parametriert werden, um im gesamten Netzverbund eine optimale Wir- kung zu entfalten? Der Projektpartner Schoenergie hat dafür erstmalig ein netz- bildendes Batteriesystem mit einer Leis- tung von 20 Megawatt und einer Kapazität von 55 Megawattstunden in Föhren/Rhein- land-Pfalz direkt an ein Umspannwerk des Verteilnetzbetreibers Westnetz angeschlos- sen. Um die Risiken für diesen Feldtest möglichst gering zu halten, analysierten die Forschenden des Fraunhofer ISE die netzbildenden Eigenschaften und das Ver- halten vorab im Multi-Megawatt-Lab. 45

1 | 26 Künftig könnten dann entsprechende Bat- teriespeicher mit Hunderten von Megawatt Speicherkapazität bei Bedarf für einen Energieausgleich sorgen – und gleichzeitig das Netz stabilisieren und mit der notwen- digen Momentanreserve versorgen, die bisher von den konventionellen Kraftwer- ken bereitgestellt wurde. Der Endverbrau- cher spürt von alldem nichts. Digitaler Zwilling mit »sensorischen« Augen Auch Forschende des Fraunhofer-Instituts für Fabrikbetrieb und -automatisierung IFF arbeiten daran, netzbildende Wechsel- richter als stabilisierende Maßnahme ins Netz zu integrieren – in Kombination mit Batteriesystemen. Im Verbundprojekt ALe- ne, einer Kooperation von Industrie, Netz- betreibern und Forschungseinrichtungen, entwickeln sie entsprechende intelligente Algorithmen und leistungselektronische Systeme. »Wir wollen negative Netzein- flüsse reduzieren und kompensieren, die Versorgungsqualität steigern, Betriebsmit- tel entlasten und die vorhandene Netzin- frastruktur optimal nutzen«, verdeutlicht Dr. Christoph Wenge vom Fraunhofer IFF. Kurzum: die Resilienz der Netze erhöhen. Ein Schritt auf dem Weg zum Ziel liegt in einer innovativen Messtechnik, muss doch für eine adäquate Reaktion zunächst einmal bekannt sein, was im Netz geschieht. Wenge: »Mit unserer Online-Impedanz- messung, einer Messung des Widerstands, können wir kontinuierlich und in Echtzeit den Zustand des Netzes überwachen – das ist einzigartig. Veränderungen und Desta- bilisierungen sieht man sofort.« Derzeit haben solche Messungen, wenn sie über- haupt durchgeführt werden, maximal eine minütliche Abtastrate: sprich eine Messung pro Minute. Doch können sich Störungen innerhalb von Millisekunden manifestieren, für die Regulation sind ste- tige Online-Überwachung sowie automa- tisierte Verfahren gefragt. Daher leiten die Messsysteme ihre Daten umgehend zur Leitwarte weiter, wo die Algorithmen da- raus die Netzsituation abbilden, den opti- malen Sollwert ermitteln und diesen an die 46 Wechselrichter zurückspielen, damit sie netzstabilisierend arbeiten. Während die Partner sich auf die Mess- und Steuerungstechnik fokussieren, er- stellen die Forschenden des Fraunhofer IFF einen Digitalen Zwilling des Gesamtsys- tems und bilden dieses simulativ ab. »Wir befassen uns mit der Frage, wie aus den Messwerten das bestmögliche Steuerungs- signal generiert werden kann. Das umfasst die gesamte Logik der Datenverarbeitung: Messen, Gegenmaßnahmen ermitteln, Steuerungsalgorithmen bereitstellen und entsprechende Steuerungsbefehle ausge- »Insbesondere beim schnellen und einheitlichen Informieren der Bevölkerung besteht Bedarf an optimierten Abstimmungs- prozessen.« Dr. Marc Richter, Fraunhofer IFF ben. Anders gesagt entwickeln wir die Schnittstelle zwischen Überwachungs- und Steuerungssystem«, beschreibt Wenge. Der netzbildende Wechselrichter ist bereits fer- tiggestellt, auch das Batteriesystem steht am Fraunhofer IFF schon parat. In den nächsten Monaten sollen sie zusammen- geführt und mit der Messtechnik kombi- niert werden. Wie das System in Berlin hätte helfen können? Wenge: »Nach dem Anschlag hat das Echtzeitbild des Netzes nicht funktioniert. Insbesondere fehlten Echtzeitinformationen darüber, wie groß die betroffenen Netze waren und wo die Grenze zu den funktionierenden Bereichen lag – man war also ein Stück weit blind.« Das soll ALene künftig ändern. Stark im Krisenfall Berlin zeigt: Auch im Bereich Kommu- nikation gibt es im Krisenfall Verbesse- rungsbedarf. »Die Ereignisse in Berlin haben gezeigt, dass die Kommunikation zwischen Netzbetreibern, Krisenstab, Katastrophenschutz und Feuerwehr in komplexen Lagen noch weiter gestärkt werden kann. Insbesondere beim schnel- len und einheitlichen Informieren der Be- völkerung besteht Bedarf an optimierten Abstimmungsprozessen«, meint Dr. Marc Richter, Abteilungsleiter am Fraunhofer IFF. Mit dem Integrated Operations Cen- ter IOC hat er gemeinsam mit seinem Team eine Art Leitwarte entwickelt, die Daten zu Stromerzeugung, -transport, -speicherung und -verbrauch in einem einheitlichen System zusammenführt. »Das IOC fungiert als bereichsübergrei- fende Informationsdrehscheibe. Das reduziert Interpretationsfehler und ver- hindert, dass Teams – etwa aufgrund widersprüchlicher Lageeinschätzungen oder Kommunikationslücken – mit unter- schiedlichen Lagebildern arbeiten«, er- klärt Richter. Im Fraunhofer IFF dient das IOC zu- dem als Forschungs- und Erprobungsum- feld: Eines der dort durchgeführten Pro- jekte – gemeinsam mit Siemens und dem Netzbetreiber 50 Hertz – ist ODAL, kurz für »Operator-zentrische digitale Assistenz- systeme in modularen Leitsystemen«. Im Kern geht es darum, den Menschen in der Leitwarte in hektischen Ausnahmesitua- tionen unter die Arme zu greifen – durch digitale Assistenzsysteme und Werkzeuge. Dafür generiert das Team Trainingssze- narien: Wie reagiert der Operateur auf die Krise? Macht er das Richtige, und macht er es schnell genug? Gibt es Verbesserungs- potenziale? Diese Daten wiederum werden genutzt, um eine KI zu trainieren. Ein Bei- spiel: Fällt eine einzige Leitung aus, kann das Netz dies in der Regel gut auffangen. Schwierig wird es, wenn mehrere Leitun- gen gleichzeitig ausfallen, etwa bei Cyber- attacken oder kaskadierten Effekten. Eine der Besonderheiten von ODAL liegt darin, dass die KI solche Szenarien selbst-

1 | 26 1 | 26 E-Autos als Notfallreserve: Prof. Marco Jung entwickelt am Fraunhofer IEE Methoden, mit denen sich die Akkus von E-Autos bei Netzausfällen nutzen lassen. Woher der Strom auch bei Netzausfällen kommt? Prof. Marco Jung vom Fraunhofer IEE arbeitet an mehr Stabilität durch bidirektionales Laden. 47

1 | 26 ständig entwirft, priorisiert und Lösungen entwickelt – die Szenarien werden also automatisiert erstellt. Dominoeffekt vorbeugen Im optimalen Fall sollten die Mitarbeiten- den der Leitwarten natürlich gar nicht erst in solche Stresssituationen kommen – da die Netzinfrastruktur resilient gegenüber Störungen ist. Doch wie lässt sich das Energienetz gegen Überschwemmungen, Stürme, Anschläge wappnen? Dieser Frage gehen Forschende der Fraunhofer-Insti- tute ISE, EMI, IEE, IEG und IOSB im Pro- jekt »Resist« noch bis Sommer 2026 nach. Drei Störungsszenarien haben sie dafür definiert: technischer Defekt, Cyberangriff und Naturkatastrophe. Diese spielten sie in verschiedenen Ausprägungen mit einem allgemeinen Digitalen Zwilling der Verteil- netzebene durch. »Der Digitale Zwilling hilft uns, das Netz zu verstehen, abzubil- den und denkbare Störungen möglichst verlässlich zu erfassen«, sagt Wittwer. In- wieweit lässt sich die Stromversorgung vor, während und nach einer Störung aufrechterhalten? Wo muss nachgebessert werden? Eine große Herausforderung liegt in der zunehmenden Komplexität des Net- zes, die die Verwundbarkeit steigert und Kaskadeneffekte auslösen kann – eine Art Dominoeffekt, der auch in anderen Berei- chen für Dunkelheit sorgt. Eine dezentrale Struktur des Stromnetzes mit netzbilden- den Batteriesystemen und einer Rückfall- logik der IT-Systeme bietet hier eine viel- versprechende Perspektive. Die Daten für die Störszenarien, die die Forschenden mithilfe des Digitalen Zwil- lings erfasst haben, werden im »Resilienz- monitor« gebündelt, ausgewertet und visualisiert. Ein Planungstool ermöglicht, die identifizierten Resilienzkriterien in die Planung künftiger Netzinfrastruktur einfließen zu lassen, um Stromausfälle möglichst zu vermeiden. Wittwer: »Zudem ist der Resilienzmonitor eine Art Früh- warnsystem für Netzbetreiber. Er zeigt die aktuelle Stabilität des Stromnetzes und erlaubt eine Vorhersage, sodass sich kri- tische Situationen früher erkennen und beheben lassen.« Um die Resilienz des Stromnetzes bei Großstörungen zu erhöhen, haben Wittwer und sein Team auch den Einsatz von netz- bildenden Wechselrichtern im Verteilnetz untersucht. Im Zusammenspiel mit großen Batterien könnten sie lokale Inselnetze bilden, sogenannte Microgrids, und be- troffene Bereiche weiterhin versorgen. Die Forschenden haben dazu einen Batterie- wechselrichter, den sie im Projekt NET- fficient entwickelt haben, im »Digital Grid Lab« – einem Digitalen Zwilling des Netzes – integriert. Dabei befinden sich reale Prüf- komponenten, in diesem Fall der Batterie- wechselrichter, in einem virtuellen Strom- netz. Das virtuelle Netz berechnet verschiedene Störfälle, kalkuliert in Echt- zeit deren Auswirkungen auf Frequenz und »Die Notstrom- versorgung durch Feuerwehr und THW würde somit revolu- tioniert werden.« Anton Gorodnichev, Fraunhofer IEE Spannung und prägt diese auf das tatsäch- liche Gerät auf. »Wir untersuchen die Wech- selwirkung zwischen Bauteil und Strom- netz und wie sich die Reaktion auf das Netz auswirkt«, erklärt Wittwer. Notstromversorgung per Elektroauto Könnte man nicht, fragten sich Anton Gorodnichev und Prof. Marco Jung aus dem Fraunhofer IEE, statt großer Batte- riespeicher die Energie aus Autobatterien nutzen, um Netzausfälle zu überbrücken? »Voraussetzung ist das bidirektionale La- den: Darüber kann die Batterie der Autos nicht nur Strom tanken, sondern ihn auch wieder ans Netz abgeben«, weiß Jung. Die Idee, bei Dunkelflauten auf die Batterien von Elektroautos zuzugreifen, um den Engpass in den Netzen auszugleichen und die Batterien bei einem Überangebot wieder voll zu laden, gibt es schon länger – man spricht dabei von Vehicle-to-Grid. Im Projekt »Ladeinfrastruktur 2.0« haben die Fraunhofer-IEE-Forschenden diesen Ansatz in München und in Hamburg ge- meinsam mit dem Automobilzulieferer Vitesco Technologies bereits erfolgreich getestet. Auch die Firma wallbox in Bar- celona setzt auf dieses Modell: Eine vom Unternehmen entwickelte KI nutzt die in den Batterien gespeicherte Energie intel- ligent und lässt den Autos dennoch ge- nügend Reserve für ihren Einsatz. Damit spart wallbox mehr als 20 Prozent seiner Energiekosten – ein Vorzeigebeispiel, das auf Nachahmung wartet. Im Projekt CombiPower entwickelt das Fraunhofer IEE das neuartige »Vehicle-to- Grid +«, welches weniger zur dauerhaften Netzstabilisierung gedacht ist, sondern dank der netzbildenden Regelung zur Not- stromerzeugung bei Stromausfällen ge- nutzt werden kann. »Ein oder mehrere Fahrzeuge können selbstständig ein Insel- netz erzeugen – unabhängig vom überge- ordneten Stromnetz. Somit wird das Fahr- zeug zu einer mobilen netzbildenden Anlage. Zusätzlich lassen sich lokale er- neuerbare Erzeuger wie Photovoltaikan- lagen oder Batteriespeicher integrieren«, veranschaulicht Gorodnichev. Eine Fahr- zeugbatterie hat eine Speicherkapazität von 90 Kilowattstunden, der Durch- schnittshaushalt verbraucht etwa zehn bis 15 Kilowattstunden am Tag – eine Woche könnte man sich also mit so einem Fahr- zeug versorgen. Bindet man Solaranlagen oder Dieselgeneratoren ein, auch länger. Dass der Ansatz generell funktioniert – und sich das Inselnetz anschließend so- gar mit dem normalen Stromnetz zusam- menführen lässt –, haben die Forschenden im Projekt RuBICon demonstriert. Gorod- nichev: »Wir haben einen kompletten Stra- ßenzug mit Haushaltsnachbildungen nach- gestellt und diese über einen netzbildenden Umrichter versorgt. Wir denken hier auch weiter. Die Notstromversorgung durch Feuerwehr und THW würde so revolutio- niert werden.« Es gibt also Hoffnung für Berlin – und anderswo. 48

1 | 26 Vorrat für den Energie-Hunger Dunkelflauten bringen unser Stromsystem an Grenzen. Innovative Speichertechnologien sollen die Energielücke schließen. Fraunhofer-Forschende haben dafür unter anderem den bisher größten Vanadium-Redox-Flow-Batteriespeicher Europas in Betrieb genommen. Ein Überblick. Von Beate Strobel D unkelflaute: Allein das Wort klingt bedrohlich. Dabei ver- birgt sich hinter der Vokabel lediglich die Tatsache, dass es in unseren Breitengraden im Winter we- niger Sonnenstunden gibt und es phasen- weise eher windstill ist. Doch da bereits mehr als die Hälfte des Energiehungers in Deutschland durch Windkraft und So- larpower gestillt wird, beeinflusst diese Wintergemengelage den Energiemarkt: In Dunkelflauten steigt der Strompreis aufgrund des veränderten Verhältnisses zwischen Angebot und Nachfrage rapide. Helfen kann hier eine Technik, die den Menschen traditionell durch den Win- ter geholfen hat: Vorratshaltung. Anders als Kartoffeln und Gemüse lässt sich Strom allerdings nicht so einfach im Kel- ler für dunkelstille Zeiten lagern. Deshalb arbeitet die Forschung inzwischen ver- stärkt an neuen Formen der Energiespei- cherung, um erneuerbare Energie aus ertragreichen Zeiten zu sichern für Pha- sen, in denen kaum Strom produziert werden kann. Elektrochemische Speicherung Wenn über die Energiewende gesprochen wird, fallen zwei Wörter besonders häu- fig: Batterien und Speicher. Gemeint ist in der Regel die elektrochemische Ener- giespeicherung – ein Prinzip, das heute fast überall genutzt wird: im Smartphone, im Elektroauto, in Hausbatterien für 49 49

1 | 26 Solaranlagen und zunehmend auch in großen Speicherkraftwerken. In jeder Batterie stecken zwei unter- schiedliche Materialien – Elektroden – und eine Flüssigkeit oder ein Gel dazwischen: der Elektrolyt. Die Materialien unterschei- den sich darin, wie leicht sie Elektronen abgeben oder aufnehmen. Wird die Bat- terie geladen, zwingt man Elektronen von einer Elektrode zur anderen. Die Energie, die dabei hineingesteckt wird, verbleibt im Inneren der Batterie in Form von che- mischen Veränderungen. Wird die Batte- rie später entladen, läuft dieser Prozess genau andersherum: Die Elektronen wol- len wieder zurück und fließen dabei durch einen äußeren Stromkreis. Dieser Elekt- ronenfluss ist der Strom, der dann ein Ge- rät antreibt oder ein Haus versorgt. Beim Laden und Entladen findet also keine Verbrennung statt; die ganze Arbeit erledigen Atome und Ionen, die sich zwi- schen den Elektroden hin- und herbewe- gen und dort chemische Bindungen ein- gehen oder lösen. Batterien unterscheiden sich unter anderem hinsichtlich der ver- wendeten Materialien. Lithium-Ionen-Bat- terien etwa sind leicht, leistungsfähig und können große Energiemengen aufnehmen, was ihren Siegeszug in Smartphones und Elektroautos erklärt. Andere Systeme wie Natrium-Ionen-Batterien, Redox-Flow- Speicher oder Hochtemperaturbatterien setzen auf andere Materialien und eignen sich für ganz unterschiedliche Einsatzbe- reiche: große Energiespeicher für Solar- und Windparks, langlebige Speicher für Industrieanlagen oder kostengünstige Lö- sungen für Regionen, in denen Lithium knapp oder teuer ist. Elektrochemische Speicher können fast überall eingesetzt werden: in Haushalten, um Solarstrom vom Tag am Abend zu nut- zen; in Industriebetrieben, um Spitzenlas- ten zu glätten; in Stromnetzen, um Fre- quenzschwankungen auszugleichen; und in Fahrzeugen aller Art. Sie bringen Ener- gie dorthin, wo sie gebraucht wird – und zwar genau dann, wenn sie benötigt wird. In einer Welt, die immer mehr auf erneu- erbare Energien setzt, ist das unverzichtbar. Das Fraunhofer-Institut für Chemische Technologie ICT hat im Sommer 2025 den Forschungsbetrieb für den bisher größten Vanadium-Redox-Flow-Batteriespeicher Europas gestartet. Eine Redox-Flow-Bat- terie speichert Energie in flüssigen Elekt- rolyten. In der Batterie befinden sich dafür zwei große Tanks, gefüllt mit zwei unter- schiedlichen Flüssigkeiten. Diese Flüssig- keiten enthalten jeweils chemische Stoffe, die Elektronen aufnehmen oder abgeben können. Beim Laden und Entladen werden diese Flüssigkeiten durch eine Reaktions- zelle gepumpt, in der dann die eigentliche Stromerzeugung stattfindet. Der am Fraun- hofer ICT entwickelte Speicher kann bis zu zwei Megawatt Leistung bereitstellen und bis zu 20 Megawattstunden Energie speichern – genug, um mehrere Hundert Haushalte über viele Stunden mit Strom zu versorgen. Die Anlage steht auf dem Ge- lände des Instituts in Pfinztal und ist di- rekt mit einer 2-Megawatt-Windkraftan- lage gekoppelt. In einem ersten Praxistest zeigte sich, dass sich erneuerbare Energien mithilfe dieses Speichers gezielt ins Stromnetz ein- speisen lassen – auch dann, wenn der Wind gerade nicht weht. Das sei ein entschei- dender Schritt hin zu einem stabilen Stromsystem, urteilt Projektleiter Dr.-Ing. Jens Noack, Teamleiter für Flussbatterien in der Abteilung für Angewandte Elektro- chemie am Fraunhofer ICT und außeror- dentlicher Professor an der australischen University of New South Wales. Ein solches System könne helfen, abgelegene Orte, Unternehmen oder ganze Energiedörfer zuverlässig mit sauberem Strom zu ver- sorgen, selbst wenn sie nicht gut ans öf- fentliche Netz angebunden sind. Mechanische Energiespeicherung Die mechanische Energiespeicherung gehört zu den ältesten und zugleich ro- bustesten Methoden, Energie für später aufzubewahren. Dabei greifen mecha- nische Speicher auf einfache, aber sehr wirkungsvolle physikalische Prinzipien zurück: Lageenergie, Bewegungsenergie und Verformungsenergie. Energie wird dabei rein physikalisch gespeichert – oh- ne chemische Reaktionen, ohne Seltene Erden und meist mit langer Lebensdauer. Druckluftenergiespeicher etwa nutzen einen Überschuss an elektrischer Energie dazu, über Kompressoren Luft in unter- irdische Kavernen zu pressen. Dabei stei- gen Druck und Temperatur der Luft. Die Energie steckt nun in der komprimierten Luft – je höher der Druck, desto mehr wur- de gespeichert. Sobald die Luft wieder ex- pandiert, kann sie Turbinen in Schwung setzen, die wiederum Generatoren antrei- ben, über die dann elektrischer Strom ins Netz abgegeben wird. Im Rahmen des Verbundforschungs- vorhabens KompEx LTA-CAES® modular wurde beim Fraunhofer-Institut für Umwelt-, Sicherheits- und Energietechnik UMSICHT eine Anlagentechnik entwickelt, die durch modularen Aufbau und die Kom- bination von Turbo- und Kolbenmaschinen eine ortsunabhängige Druckluftenergie- speicherung ermöglicht. Die Technologie nutzt die Tatsache, dass sich Luft bei der Kompression stark erwärmt und bei der Ausdehnung wieder drastisch abkühlt, in- dem sie die anfallende Prozesswärme spei- chert und beim Expandieren wiederver- wendet. Dadurch ist sie nicht auf die Hilfe fossiler Energieträger angewiesen. Ein wei- terer Clou: Für die Ein- und Ausspeiche- rung der Energie kann ein und derselbe Maschinensatz verwendet werden, wäh- rend bei herkömmlichen Druckluftener- giespeichern mit getrennten Maschinen- sätzen gearbeitet wird. So kann auf einen kompletten Maschinenstrang verzichtet werden – ein Beitrag zur Kostenersparnis. Ein anderer spannender Ansatz ist das Prinzip der Pumpspeicher-Kraftwerke. In der klassischen Version wird mithilfe ge- rade überschüssiger Energie Wasser aus einem niedrig gelegenen Becken in ein hö- heres Becken gepumpt. Wird Strom be- nötigt, lässt man das Wasser wieder ins Unterbecken abfließen, wobei es über einen an eine Turbine angeschlossenen Genera- tor elektrischen Strom erzeugt. Im Projekt StEnSea »Stored Energy in the Sea« wollen Forschende am Fraunhofer-Institut für Energiewirtschaft und Energiesystemtech- nik IEE dieses Prinzip vom Land auf Oze- ane übertragen: 400 Tonnen schwere Betonhohlkugeln werden auf dem Meeres- boden verankert und mit überschüssiger 50

1 | 26 Energie aus Offshore-Windkraftanlagen leergepumpt. Zur Entladung lässt man ein- fach wieder Wasser hineinfließen, das so über Turbinen Strom erzeugt. Nach einem erfolgreichen Versuch im Bodensee mit einer Drei-Meter-Kugel steht nun im Rah- men des Folgeprojekts StEnSea 2.0 für En- de 2026 ein weiterer Testlauf an – diesmal vor der kalifornischen Küste und in deut- lich größerem Maßstab. Thermische Energiespeicher Wärme ist eine der wichtigsten Energie- formen im Alltag: Sie heizt Wohnungen, treibt Industrieprozesse an und bringt das Badewasser auf angenehme Temperatur. Allerdings ist Wärme oft dann verfügbar, wenn wir sie gar nicht brauchen – etwa Solarwärme im Hochsommer oder Ab- wärme aus Fabriken in der Nacht. Ther- mische Energiespeicher machen diese Wärme zeitlich flexibel. Bei der einfachsten Form der thermi- schen Energiespeicherung wird ein Mate- rial wie Wasser, Sand oder Stein schlicht erwärmt. Es nimmt so Energie auf, die es beim Abkühlen sukzessive abgibt. Solche Speicher sind robust, günstig und in Haus- halten wie in Fernwärmenetzen weit ver- breitet. Allerdings verlieren sie – man kennt es von der Wärmflasche oder Thermos- kanne – über längere Zeit durch Wärme- abgabe an die Umgebung an Effizienz, wes- halb sie sich vor allem als Speicheroption für Stunden bis wenige Tage eignen. Eine elegantere Form nutzt den soge- nannten Phasenwechsel: Schmilzt ein Stoff, speichert er große Mengen Energie, ohne dass sich seine Temperatur dabei verän- dert. Erst wenn er vollständig verflüssigt ist, steigt die Temperatur. Dieses Prinzip macht man sich in sogenannten Latent- wärmespeichern zunutze. Die Materialien, die hier zum Einsatz kommen – häufig Pa- raffine oder bestimmte Salze –, sind so aus- gewählt, dass sie bei exakt jener Tempera- tur schmelzen, bei der auch später wieder geheizt oder gekühlt werden soll. Dadurch lassen sich Temperaturschwankungen ab- fangen und große Energiemengen auf en- gem Raum speichern. Das Verfahren ist technisch anspruchsvoller, aber ideal, wenn eine konstante Temperatur gewünscht oder nur wenig Platz vorhanden ist. Die dritte Variante ist die thermoche- mische Speicherung, die den Schritt zur »Wärme-Batterie« vollzieht. Hier wird die Wärme in chemische Bindungen eingebaut – etwa indem ein Stoff durch Wärmezu- fuhr entwässert oder seine Molekülstruk- tur verändert wird. Später kann man die- se Reaktion umkehren beispielsweise durch Beigabe von Wasser. Dabei wird die gespeicherte Wärme freigesetzt. Vorteil: Solche Speicher verlieren über Monate oder sogar Jahre hinweg praktisch keine Ener- gie, weil sie nicht auf Temperaturerhaltung angewiesen sind. Sie eignen sich damit ideal für saisonale Speicher, etwa um Som- merwärme im Winter nutzbar zu machen. Im Projekt ISSDEMO entwickelt das Fraunhofer UMSICHT mit mehreren Part- nern einen neuartigen Wärmespeicher, der besonders schnell reagiert und sehr hohe Temperaturen aushält. Dieser Spei- cher basiert auf einer speziellen Metall- legierung, die beim Schmelzen und Er- starren große Mengen Wärme aufnehmen und wieder abgeben kann. Dadurch lässt sich Prozessdampf, wie er in vielen Fabri- ken benötigt wird, flexibel und klima- freundlich bereitstellen – und zwar mit Wärme aus erneuerbaren Energien statt aus fossilen Brennstoffen. Der Wärmespeicher nutzt das Prinzip des Phasenwechsels: Schmilzt die Metall- legierung, kann sie viel Energie aufneh- men; wird sie wieder fest, gibt sie diese Wärme wieder ab. Im Projekt wird der Speicher so weiterentwickelt, dass er hohe Temperaturen von 250 bis 500 Grad Cel- sius liefern kann und genügend Energie speichert, um in der Industrie sinnvoll ein- gesetzt zu werden. Dort könnte dann er- neuerbarer Strom direkt in Wärme für Produktionsprozesse umgewandelt werden. Chemische Energiespeicher Diese Form der Energielagerung erfolgt nicht über Temperatur oder Druck, son- dern über die Struktur von Molekülen. Denn jede chemische Substanz besitzt eine bestimmte Menge an Energie, die in den Bindungen zwischen Atomen steckt. Wird eine chemische Reaktion ausgelöst, kön- nen diese Bindungen Energie aufnehmen oder abgeben. Chemische Speicher setzen also Energie ein, um chemische Formen zu verändern. Zur Energierückgewinnung läuft der Prozess dann rückwärts ab. Wasser beispielsweise lässt sich durch Zufuhr von Strom in die Bestandteile Was- serstoff und Sauerstoff zerlegen. Der dabei entstehende Wasserstoff enthält Energie, ohne dass er dabei warm wird oder sich bewegt: Sie steckt schlicht in den Molekü- len selbst. Wenn Wasserstoff mit Sauerstoff reagiert und wieder zu Wasser wird, kommt diese Energie frei. Diese Art der Speiche- rung ist besonders interessant, weil so weit größere Energiemengen gespeichert werden können als in herkömmlichen Batterien. Die Referenzfabrik.H2 des Fraunhofer- Instituts für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik IWU hat sogenannte Was- serstoff-Microgrids für eine Zwischenspei- cherung von nicht unmittelbar benötigter elektrischer Energie entwickelt. Kernele- ment ist dabei der am Fraunhofer IWU entwickelte Elektrolyseur HyVentus. Die- se Wasserstoff-Microgrids wandeln über- schüssigen Strom aus erneuerbaren Quel- len in Wasserstoff um und speichern ihn. Bei Bedarf wird der Wasserstoff über Brennstoffzellen wieder in Elektrizität um- gewandelt. Die in Hochseecontainern in- stallierten Microgrids eignen sich beson- ders für dezentrale Energienetzwerke. Die Container-Lösungen speichern überschüssigen Solar- und Windstrom als Wasserstoff und ermöglichen so bei Bedarf auch eine saisonale Speicherung. Anders als klassische Batterielösungen können sie große Energiemengen über längere Zeit- räume speichern, da Wasserstoff eine sehr geringe Selbstentladung aufweist. Dieser Aspekt macht sie ideal für die saisonale Energiespeicherung. Gleichzeitig überbrü- cken die Microgrids Dunkelflauten, wenn weder Wind noch Sonne verfügbar sind. Potenzielle Nutzer der Technologie wären beispielsweise Krankenhäuser aufgrund des bei der Elektrolyse anfallen- den Sauerstoffs. Dieser könnte als techni- scher Sauerstoff verbraucht oder zur Rei- nigung sowie Desinfektion von Wasser verwendet werden. 51

1 | 26 Strom aus Holz Lignin, ein Nebenprodukt aus der Zellstoffverarbeitung, wurde bisher meist thermisch verwertet. Nun wird es zum Baustein neuer Energiespeicher – made in Thüringen. Von Kathrin Schwarze-Reiter I m Holzwerk kreischen die Sägen. Stämme werden zerteilt, Holzfasern freigelegt. Zu- rück bleibt, was eher nicht wertschöpfend weiterverarbeitet werden kann: Späne, Rinde – und ein brauner, faseriger Stoff namens Li- gnin. Weltweit fallen davon jedes Jahr schätzungs- weise 50 bis 70 Millionen Tonnen an. Ein Stoff also, der reichlich vorhanden ist – und bisher kaum genutzt wird. Denn Lignin landet meist im Brennkessel, um Energie zu gewinnen. »Lignin ist kein Abfall, sondern ein spannendes Nebenprodukt«, sagt Dr. Lukas Medenbach, Chemiker am Fraunhofer-Institut für Keramische Technologien und Systeme IKTS im thüringischen Arnstadt. Was bisher verfeuert wurde, rückt nun ins Zentrum eines vom Freistaat Thüringen geförderten Forschungs- projekts: ThüNaBsE, kurz für Thüringer Natrium- Ionen-Batterie für skalierbare Energiespeicherung. Forschende vom Fraunhofer IKTS und der Friedrich- Schiller-Universität Jena – beide Partner des Center for Energy and Environmental Chemistry (CEEC) – entwickeln darin eine neuartige Natrium-Ionen-Bat- terie, bei der Lignin eine zentrale Rolle spielt. Aus einem Nebenprodukt wird eine Komponente zum Energie- speichern – die negative Elektrode einer Batterie. Lignin ist das, was Holz zusammenhält. Während Zellulose die langen, zugfesten Fasern bildet, wirkt Lignin wie ein natürlicher Kleber: Es vernetzt die Fa- sern, macht Holz hart, widerstandsfähig und lang- lebig. Chemisch besteht Lignin aus Biopolymeren, die sich aus verschiedenen aromatischen Kohlenstoff- bausteinen zusammensetzen. In Pflanzen werden sie gezielt in die Zellwand eingelagert. Dort bewirken sie das, was Botaniker Verholzung nennen: die Umwand- lung weicher Pflanzenzellen in feste, tragfähige Struk- turen. Genau diese Eigenschaften machen Lignin auch für die Batterieforschung interessant. Heute dominieren Lithium-Ionen-Batterien den Markt. Lithium wird etwa in Chile und Argentinien aus Salzlaken unter hohem Wasserverbrauch geför- dert oder in Australien aus Hartgestein mit großem Energieeinsatz gewonnen. »Deutschland ist hier stark abhängig von internationalen Handelsbeziehungen«, sagt Medenbach. »Lithium wird zwar nicht morgen knapp werden, aber es ist ein teurer, konfliktreicher und strategisch sensibler Rohstoff.« Lignin dagegen ist gut verfügbar. Es kommt re- gional vor, ist biobasiert und erneuerbar. Auch Nat- rium muss nicht aufwendig abgebaut werden. Als Be- standteil von Kochsalz gehört es zu den am besten verfügbaren Elementen der Erde. Die etwas geringe- re Energie- und Leistungsdichte von Natrium-Ionen- Batterien begrenzt zwar bestimmte Anwendungen, macht diese aber zugleich zu günstigen und robusten Speichern – überall dort, wo Versorgungssicherheit wichtiger ist als maximale Leistung. 52

1 | 26 ungiftige Eisenverbindungen, die bereits vor rund 200 Jahren als Pigmente verwendet wurden. Sie sind gut verfügbar, umweltverträglich und speichern Na- trium-Ionen zuverlässig. Auf kritische Metalle wie Kobalt oder Nickel verzichtet das Team bewusst, auch der Fluoranteil in Elektroden und Elektrolyt soll mög- lichst niedrig bleiben. Nachhaltige Batterie aus Thüringen Auch wenn eine Serienproduktion ligninbasierter Na- trium-Ionen-Batterien noch in der Zukunft liegt, ist das Projekt bereits deutlich mehr als ein reiner Labor- versuch. Es zeigt, wo solche Stromspeicher eines Tages sinnvoll eingesetzt werden könnten: überall dort, wo Gewicht und maximale Energiedichte zweitrangig sind – in stationären Speichern, die Wind- und Solar- strom puffern, in Gabelstaplern und Flurförderzeugen mit klaren Einsatzprofilen oder in Microcars für kurze Distanzen. Derzeit entstehen erste Klein- demonstratorzellen im Batterie- testzentrum des Fraunhofer IKTS in Arnstadt, am Standort Herms- dorf sowie an der Friedrich-Schil- ler-Universität Jena. Ergänzt wer- den die Experimente durch realitätsnahe Simulationen. Die Ergebnisse stimmen optimistisch: »Nach 100 Lade- und Entladezy- klen zeigt die Laborzelle bislang kaum Alterung«, sagt Medenbach. Bis zum Projektende sollen 200 Zyklen für eine 1-Ah-Vollzelle erreicht werden. Weltweit fallen jedes Jahr schätzungsweise 50 – 70 Millionen Tonnen Lignin an. »Unser Projektpartner, Prof. Martin Oschatz und sein Team vom Institut für Technische Chemie und Umweltchemie der Universität Jena, erhitzt das Lig- nin unter Ausschluss von Sauerstoff«, erklärt Meden- bach. »Dabei werden Wasserstoff und Sauerstoff aus dem Material entfernt. Was übrig bleibt, ist ein Koh- lenstoff mit einer speziellen Struktur.« Dieser soge- nannte Hard Carbon ist extrem fest, aber innerlich ungeordnet – mit Hohlräumen und Zwischenräumen. Genau diese Struktur eignet sich für die großen Na- trium-Ionen: Sie lagern sich ein und lassen sich wie- der aus der Struktur entfernen – eine Grundvoraus- setzung für wiederaufladbare Batterien. Damit Natrium-Ionen-Batterien perspektivisch in Serie gehen können, braucht es allerdings gleich- bleibende Qualität. Biogene Rohstoffe schwanken qualitativ – je nach Holzart, Wachstum oder Witte- rung. »Die größte Herausforde- rung ist die Reproduzierbarkeit«, sagt Dr. Lukas Medenbach. »Wenn sich die Eigenschaften von Char- ge zu Charge ändern, wird es für Batterien problematisch.« Im Pro- jekt ThüNaBsE kommt deshalb Lignin zum Einsatz, das der In- dustriepartner Mercer Rosenthal GmbH mit einem patentierten Verfahren besonders rein und konstant herstellt. Erst danach beginnt die eigentliche Verarbei- tung zur Batterie: Carbonisierung, Zerkleinerung in Hochleistungsmühlen, Mischung mit leitfähigen Zusätzen und einem ebenfalls bioba- sierten Bindemittel. Am Ende entsteht eine negative Elektrode – und schließlich eine komplette Natrium- Ionen-Zelle im Labormaßstab. Lignin wird dabei bewusst nur in der Anode ein- gesetzt. Dort ist die Speicherkapazität des Hard Car- bons gefragt. Für die positive Elektrode braucht es hingegen Materialien, die Natrium-Ionen bei höherem elektrischen Potenzial stabil aufnehmen können. Hier setzen die Forschenden auf Berliner-Blau-Analoga: i l i e r u t c i p n a p / m e h n e k c u M k n a r F : o t o F »Wir wollen beweisen, dass man Batteriewert- schöpfung auch regional denken kann«, sagt Dr. Lu- kas Medenbach. Dass Rohstoffe nicht zwingend aus fernen Minen kommen müssen, sondern auch aus bestehenden industriellen Kreisläufen stammen kön- nen. Und dass Materialien aus der Bioökonomie mehr sind als ein Nachhaltigkeitsversprechen – nämlich technisch belastbar. 53

1 | 26 54 Jeder Handgriff sitzt: Eine Fraunhofer-Tech- nologie erleichtert die Arbeit im OP.

1 | 26 Wo bin ich – und wenn ja: wie weit? Wird am Herzen minimalinvasiv operiert, orten bislang große Apparaturen wie Röntgen- und Ultraschallgeräte die Sonde im Körper. Fraunhofer-Forschende haben gemeinsam mit Partnern nun eine spezielle Fasersonde entwickelt, die ihre Position unter der Haut der Patienten selbst mitteilen kann – und somit neue Möglichkeiten im OP schafft. Von Yvonne Weiß P räzise steuert die Ärztin die Sonde auf das Herz des Patienten zu. Während der Operation trägt sie eine VR-Bril- le, durch die sie in Echtzeit verfolgen kann: Noch ein kurzes Stück, dann ist sie am Ziel. Ein Punkt bewegt sich direkt vor ihren Augen im Brillenglas fort und zeigt ihr, wo im Körper sich die Sondenspitze aktuell befindet. Alles ohne Röntgenapparat, alles ohne Ultraschallgerät. So könnte eine minimalinvasive Operation am Herzen dank einer neuen Technologie künftig ablaufen. Im Verbundprojekt QUANTIFISENS ent- wickelten Forschende des Fraunhofer-Instituts für Angewandte Optik und Feinmechanik IOF gemeinsam mit Partnern eine sich selbst lokali- sierende Fasersonde für den Operationssaal. »Unsere Sonde ortet sich selbst, sie weiß also zu jedem Zeitpunkt, wo sie sich gerade im Körper befindet«, erklärt Dr. Thomas Schreiber, Leiter der Abteilung Laser- und Fasertechnologien am Fraunhofer IOF. Im Optimalfall können Ärztin- nen und Ärzte so künftig auf die Überwachung mit Röntgen- oder Ultraschallgeräten verzichten – und die Beteiligten vor der andauernden Rönt- genstrahlung während der Operation schützen. Während ein Projektpartner an der Bildgebung arbeitet, die es Ärztinnen und Ärzten dank Laser- beleuchtung ermöglicht, unterschiedliche Gewebs- schichten im Körper zu identifizieren, kümmern sich die Fraunhofer-Forschenden um die Entwick- lung von Spezialglasfasern. Bei der Herstellung von Fasern setzen Thomas Schreiber und sein Team auf spezielle Geometrien: In einen Glasstab bohren sie Löcher, durch die später – mithilfe von Reflektoren, die die Forschen- den in die Faser integrieren – präzise Licht gelei- tet wird. Kleine Veränderungen in der Laserstrahlung erfassen, wie stark und in welche Richtung die Faser an einzelnen Punkten gebogen ist. Mithilfe einer Software lässt sich damit anschließend die Lage in einem dreidimensionalen Raum berech- nen – in diesem Fall im Körper. In Kombination mit speziellen Kalibrierungs- verfahren und einer KI-gestützten Datenauswer- tung, an denen die Projektpartner arbeiten, er- scheint die Sonde schließlich als sich bewegender Punkt in Echtzeit auf der VR-Brille: »Das bietet künftig völlig neue Möglichkeiten für schonen- dere und präzisere Eingriffe – bei gleichzeitig ver- besserter Patientensicherheit, Behandlungsquali- tät und Effizienz im Gesundheitswesen«, erklärt Dr. Stephanie Hesse-Ertelt, Wissenschaftlerin am Fraunhofer IOF und leitende Forschungs- und Ent- wicklungskoordinatorin des Verbundprojekts. Einen Demonstrator der Technologie gibt es, an einem Patienten-Dummy konnten die Forschen- den die Entwicklung bereits erfolgreich testen. Neben dem Einsatz im Operationssaal kann die Spezialfaser aufgrund ihrer Eigenschaften auch für andere Bereiche interessant werden: Da Glasfasern nicht von magnetischen und elektrischen Feldern gestört werden und auch akustische Signale sowie Temperaturveränderungen erfassen, könnten sie auch in Brücken, Gebäuden oder Windrädern als Sensoren genutzt werden. Verborgene Gefahren wie Blitzeinschläge, Spannungen im Beton oder ein ausgebrochenes Feuer lassen sich zwar bereits heute identifizieren, sie können dann jedoch auch rechtzeitig mit genauer Position erkannt werden. Thomas Schreiber ist fasziniert: »Mich begeistert die eindrucksvolle Präzision, die wir mithilfe von Laser- und Fasertechnologie erreichen. Das beein- druckt mich Tag für Tag aufs Neue.« »Unsere Sonde ortet sich selbst, sie weiß also zu jedem Zeitpunkt, wo sie sich gerade im Körper befindet.« Dr. Thomas Schreiber, Fraunhofer IOF 55 s e g a m i s u i t i r u a m / 1 6 d n e t s e W / z o ñ u M o r e ü g A d i v a D : o t o F

1 | 26 Palmöl-Alternative aus Treibhausgasen Palmöl ist weltweit das am häufigsten verwendete Pflanzenöl. Die Folgen für Umwelt und Klima sind katastrophal. Jetzt ist es einem Forschungsteam gelungen, einen hochwertigen Ersatz zu erzeugen – aus klimaschädlichen Industrieabgasen. Von Dr. Sonja Endres P almöl ist das Lieblingsöl der Industrie: haltbar, hitzebe- ständig, geschmacksneutral, gut verarbeitbar. Und: Es ist billig zu haben. Zumindest solange die ökologischen und sozialen Folgekosten vernachlässigt werden – von der Rodung der Regenwälder bis zum Klimaschaden. Einen hochwertigen Palmöl-Ersatz konnten jetzt Forscherinnen und Forscher aus dem Fraunhofer-Institut für Grenz- flächen- und Bioverfahrenstechnik IGB am Standort Straubing gemeinsam mit Partnern herstellen. Ihr Rohstoff: Ethanol, gewonnen aus Industrieabgasen. Darauf ist Dr. Vanessa Wegat, die am Fraunhofer »Damit sind wir gleich doppelt nachhaltig.« Dr. Vanessa Wegat, Fraunhofer IGB 56

1 | 26 Ölpalmen, so weit das Auge reicht: Die größten Plantagen umfassen leicht 500 bis 1000 Quadratkilometer. IGB das Projekt leitet, besonders stolz: »Da- mit sind wir gleich doppelt nachhaltig.« Die klimaschädlichen Kohlendioxide, Kohlenmonoxide und Methan werden vom Fraunhofer-IGB-Kooperationspartner LanzaTech direkt an der Fabrik abgefan- gen und an Bakterien verfüttert, die sie zu Ethanol verstoffwechseln. Wegat: »Diese Gase sind quasi deren Zucker. Das ist ein ganz normaler fermentativer Prozess, wie wir ihn beispielsweise auch vom Bierbrau- en kennen.« Nur dass hier Gase zu Ethanol umgesetzt werden, nicht die im Getreide enthaltene Stärke. Anschließend konsumieren spezielle Hefepilze, die natürlicherweise zum Bei- spiel auf Camembert und anderen Käse- sorten vorkommen, den Alkohol und wan- deln ihn zu dem palmölähnlichen Fett um. »Dabei muss man ein bisschen aufpassen«, sagt Wegat und schmunzelt. »Wenn die Hefen zu viel Ethanol bekommen, geht’s ihnen ähnlich wie uns, wenn wir zu tief ins Glas geschaut haben. Ab einer bestimm- ten Menge wird es toxisch.« Um den Prozess anzukurbeln, werden die Hefen in einem Bioreaktor gemeinsam mit einem Nähr- medium und unter Zuführung von Sauer- stoff und Wärme gerührt. Wegat: »Über die Veränderung der Prozess-Parameter, also beispielsweise wie viel Sauerstoff oder wel- che Salze und Vitamine wir dazugeben, können wir die Zusammensetzung der Fett- mischung steuern.« Das Verfahren haben Wegat und ihr Team jetzt gemeinsam mit ihrem Industriepartner, der Schweizer Mi- belle Group, zum Patent angemeldet. Das Fett ist vielseitig einsetzbar, ver- fügt über vergleichbare Eigenschaften wie Palmöl und ist qualitativ sogar hochwer- tiger. Wegat: »Wir haben den Prozess so angepasst, dass ein hoher Anteil an un- gesättigten Fettsäuren entsteht. Diese sind besonders für kosmetische Produkte, aber auch für Lebensmittel vorteilhaft, weil sie gesünder sind.« In Cremes schützen und stärken ungesättigte Fettsäuren die Haut- barriere. Außerdem sorgen sie dafür, dass die enthaltenen Wirkstoffe besser von der Haut aufgenommen werden können. Die Mibelle Group, die schon lange an nachhaltigen Alternativen für ihre Roh- stoffe arbeitet, will den Palmöl-Ersatz mög- lichst bald in die Anwendung bringen. In ihren Laboren wurden bereits erste viel- versprechende Cremes und Lotionen mit dem neuen Fett hergestellt und getestet. Um die Kosten im Produktionsprozess zu senken, wollen Wegat und ihr Team weitere Bestandteile der Biomasse nutzen, die bei der Fermentation im Bioreaktor entstehen. Wegat: »Da stecken ja nicht nur die hochwertigen Fettsäuren drin, sondern auch Proteine mit einem hervorragenden Aminosäureprofil, die für die Kosmetik- und Lebensmittelindustrie sicher interes- sant sind.« Zurzeit arbeiten die Forscher- innen und Forscher an einem möglichst umweltfreundlichen und effektiven Weg, alle wertvollen Inhaltsstoffe zu extrahie- ren und die Produktion zu skalieren. So könnten viele bisher palmölbasierte Pro- dukte nicht nur erheblich nachhaltiger werden, sondern auch unabhängiger von Lieferketten und Rohstofflieferanten. o t o h p k c o t s i / n a m h c a R s k n A : o t o F 57

1 | 26 Forschung für den Ernstfall Naturgewalten, Anschläge, Stromausfall – unsere Welt ist verletzlich. Im SIRIOS Lab in Berlin forschen vier Fraunhofer- Institute gemeinsam daran, wie wir im Krisenfall schneller Herr der Lage werden. Von Mandy Bartel S abotage und menschliches Versagen, Unwetter und Cyber- angriffe: Es gibt viele Gefahren für kritische Infrastrukturen. Allein 2025 verzeichnete das Bundeskri- minalamt 321 versuchte Sabotageakte auf Energienetze, Bahnanlagen oder Funk- masten in Deutschland. Die Auswirkun- gen dadurch entstehender Systemausfäl- le beschäftigen Prof. Ulrich Meissen vom Fraunhofer-Institut für Offene Kommu- nikationssysteme FOKUS in Berlin: »Die Resilienz unserer Infrastrukturen muss grundsätzlich und unabhängig von Ur- sachen erhöht werden.« Am kürzlich neu eröffneten SIRIOS Lab forscht Meissen an innovativen Sicherheitslösungen. Resilienz hat ihren Preis Dass Resilienz und Sicherheit immer auch eine Frage des Geldes sind, mussten er und seine Kolleginnen und Kollegen bereits schmerzlich spüren. Und das ausgerech- net in Berlin, das im Januar den größten Stromausfall der Nachkriegsgeschichte erlebt hatte. Nachdem das frühere Fraun- hofer-Zentrum für die Sicherheit Sozio- Technischer Systeme SIRIOS 2022 mit Unterstützung der öffentlichen Hand ge- gründet worden war, wird es seit 2024 auf- grund von Sparmaßnahmen nicht mehr vom Bund gefördert. In einer Zeit, in der die Bedrohungslagen ernster, die Infra- strukturen komplexer und die Anforde- rungen an Krisenreaktion höher werden, wurde das Team damit in seiner Forschung zurückgeworfen. Doch die Forschenden zeigen Entschlossenheit: »Wir haben das SIRIOS Lab jetzt in Eigenregie mithilfe des Berliner Innensenats neu eröffnet, um kri- tischen Infrastrukturbetreibern, Indust- rie und Sicherheitsbehörden eine offene Plattform zu bieten«, so Meissen. »Damit wollen wir zeigen, welches Potenzial für die öffentliche Sicherheit in Forschung und Vernetzung steckt, und dieses Potenzial ge- meinsam mit unseren Partnern und zum Wohle aller in die Anwendung bringen.« Im SIRIOS Lab gehe es nicht darum, hundertprozentige Sicherheit zu schaffen – die gibt es nicht –, sondern darum, Aus- wirkungen und mögliche Kaskadeneffek- te von Krisen oder Ausfällen abzumildern. Denn Meissen ist überzeugt: »Wir nutzen noch längst nicht alle technischen Mittel aus, die uns aus der Forschung zur Ver- fügung stehen würden.« Damit meint er vor allem die Ausstattung der Einsatzkräf- te in den Lagezentren mit einem besseren Handwerkszeug. Genau damit beschäftigen sich vier Fraunhofer-Institute im SIRIOS Lab. Dort bringen sie ihre Expertise in den Bereichen Simulation, Lagebilder, Krisen- kommunikation und Visualisierung für die öffentliche Sicherheit zusammen. Um Hinweise eher wahrzunehmen und Störungen oder Sabotagen idealerweise zu verhindern, ist Videoerkennung, unterstützt durch Künstliche Intelligenz, ein Schwer- punkt der Forschenden. Kameras liefern längst nicht mehr nur Bilder. Mithilfe in- telligenter Videoanalyse lassen sich auf- fällige Bewegungen, ungewöhnliche Per- sonenströme oder unbefugte Zutritte 58

1 | 26 trale Knotenpunkte ausfallen, Kommuni- kationsnetze zusammenbrechen oder sich Kaskadeneffekte durch verschiedene Infra- strukturen fortpflanzen. Dazu greifen sie auf reale Daten zurück – etwa aus der Vi- deoanalyse von Großveranstaltungen oder vergangenen Krisenlagen gepaart mit In- formationen zu den Rahmenbedingungen. Wie bewegen sich Menschenmengen? Wie reagieren sie auf Warnungen? Welche nach- gelagerten Systeme sind in welcher Reihen- folge betroffen? Diese Erkenntnisse fließen in Simulationsmodelle ein, mit denen sich unterschiedliche Szenarien durchspielen lassen: vom Stromausfall über Evakuie- rungen bis zur Wiederinstandsetzung. »Das Ziel ist nicht, die eine Zukunft vorherzu- sagen, sondern Entscheidungsräume zu eröffnen«, sagt Meissen. »Wer weiß, was wahrscheinlich passiert, kann schneller und gezielter handeln.« Als ein Beispiel, das während des Stromausfalls in Berlin gut lief, führt er die schnelle und gut organi- sierte Evakuierung von Altenheimen und hilfsbedürftigen Menschen an. »Das ist ei- ne Problemstellung, die man relativ gut voraussehen und damit vorbereiten kann.« Kommunikation unter Extrembedingungen Weit weniger gut funktionierte die Kom- munikation. Die Weisheit, dass jede Kri- se auch eine Kommunikationskrise ist, bewahrheitete sich auch in Berlin: Mo- bilfunknetze fielen aus, Warnsysteme funktionierten nur noch eingeschränkt, Informationen waren schwer zugänglich. »Die Organisation der Kommunikation ist zentral«, weiß Ulrich Meissen. Darum untersuchen die Experten im SIRIOS Lab, wie Kommunikation auch dann aufrecht- erhalten werden kann, wenn klassische Netze versagen. »Batteriegepufferte Not- fallsysteme können den Kommunikati- onsabbruch circa zwei Stunden hinaus- zögern. Aber klar ist auch: Ich kann nicht jeden Funkmast mit Notstromgeneratoren ausrüsten.« Deshalb ist das Ziel, mit be- grenzten Mitteln möglichst viele Men- schen zuverlässig zu erreichen. Mithilfe von Simulationen sowie Daten aus Warn- systemen wie dem von Fraunhofer betrie- benen KATWARN und in Zusammen arbeit mit Soziologen analysieren die Teams, wo Informationen besonders effektiv verbrei- tet werden können – etwa über bestimmte Orte, Personen oder Strukturen. So kön- nen Multiplikatoren effizienter genutzt werden und lokale Notfall- und Ersatz- netze gezielter dort aufgebaut werden, wo sie den größten Nutzen haben. Vernetztes Lagebild für bessere Entscheidungen Wo auf der einen Seite zu wenig Infor- mationen fließen, haben Krisenstäbe auf der anderen Seite häufig ein ganz ande- res Problem: zu viele, zu unübersichtliche Informationen aus unterschiedlichsten Quellen – von Infrastrukturbetreibern, Einsatzkräften, Sensoren, der Bevölke- rung. Was fehlt, ist oft ein gemeinsames, verständliches Lagebild. »Wir arbeiten an vernetzten Systemen, die Informationen bündeln, auswerten und übersichtlich darstellen«, so Golda. »An unserem digi- talen Lagetisch lassen sich etwa aktuelle Daten mit Simulationen verknüpfen: Was passiert, wenn wir hier eingreifen? Welche Folgen hat es, wenn wir dort Ressourcen verlagern? So erhalten Entscheiderinnen und Entscheider einen Überblick und be- lastbare Grundlagen für ihr Handeln.« Der Lagetisch wird dabei zum verbindenden Element zwischen bislang isolierten Syste- men. Eingebunden in eine solche vernetzte Sicherheitsstruktur ist – neben Systemen von Polizei und Feuerwehr, von Betrei- bern und Ämtern – beispielsweise auch die Software KatHelfer PRO, mit der Behör- den im Katastrophenfall das Potenzial von Spontanhelfenden koordiniert nutzen und bestmöglich einsetzen können. »Wahr- scheinlich hätte es beim Stromausfall in Berlin geholfen, schneller vor die Lage zu kommen, wenn im Lagezentrum alle relevanten Informationen übergreifend, besser auswertbar und in einem einheit- lichen Lagebild verfügbar gewesen wären«, ist Ulrich Meissen überzeugt. Er und seine Kolleginnen und Kollegen werden im neu eröffneten SIRIOS Lab den Vorfall gemein- sam mit KRITIS-Betreibern und Einsatz- kräften aufarbeiten und analysieren, um daraus weiter zu lernen und ihre Sicher- heitslösungen voranzutreiben. 59 Besser vorbereitet in der Krise: Fraunhofer- Forschende haben rettende Ideen. automatisch erkennen und bewerten. Das gilt für sensible Infrastrukturen wie Um- spannwerke ebenso wie für Großveranstal- tungen oder Verkehrsknotenpunkte. Was früher im dichten Gedränge kaum über- schaubar war, wird heute – auch durch die Auswertung von Drohnenbildern – rech- nerisch erfassbar: Wo ballen sich Menschen? Wo deuten sich gefährliche Situationen an? »Die Systeme analysieren Bewegungsmus- ter ganzer Gruppen und kritische Situatio- nen, können aber anonymisiert auch prä- zise einzelne Personen erfassen«, sagt Dr. Thomas Golda, Meissens SIRIOS-Kollege vom Fraunhofer-Institut für Optronik, Sys- temtechnik und Bildauswertung IOSB in Karlsruhe. »So können Betreiber oder Ein- satzkräfte frühzeitig reagieren, im besten Fall noch bevor Schaden entsteht.« »Doch niemand kann für alle Eventu- alitäten vorsorgen«, wirft Ulrich Meissen ein. Deshalb sei Simulation die Grundlage für vorausschauende und auch wirtschaft- liche Planung. Im SIRIOS Lab simulieren die Forschenden, was passiert, wenn zen- a p d / e g n a r o m o r h C & r e y a m h B i l l e a h c i M : o t o F

1 | 26 Im Loop statt im Müll Ein T-Shirt für vier Euro, die Hose für zehn: Der Fast-Fashion-Trend ist ungebrochen. Kaum getragen, schon wandert die meist minderwertige Ware in den Abfalleimer. Die Textilien können größtenteils nicht recycelt werden – bis jetzt. Von Dr. Sonja Endres F ast elf Millionen Tonnen Textil- abfälle fallen in der EU Jahr für Jahr an. Ein Großteil wird ver- brannt oder landet auf Müll- deponien, weniger als ein Prozent wird bisher zu neuen Textilien recycelt. Das wollen Dr. Thomas Fehn und sein Team vom Fraunhofer-Institut für Umwelt-, Si- cherheits- und Energietechnik UMSICHT ändern. Im EU-Projekt »Autoloop« arbei- ten sie zusammen mit 14 Partnern aus 7 Ländern daran, Textilien im geschlosse- nen Kreislauf zu führen. Während es für Baumwoll-Fasern bereits etablierte Recyc- ling-Verfahren gibt, fehlen sie für synthe- tisches Mischgewebe, aus dem etwa die Hälfte der weltweit produzierten Kleidung besteht. Fehn: »Hier greifen Polyester- und Baumwoll-Fasern so ineinander, dass es unheimlich schwierig ist, sie zu trennen.« Diese Trennung ist jetzt dem finni- schen Projektpartner gelungen, der Aalto- Universität in Helsinki. Das in dem inno- vativen Verfahren zurückgewonnene Polyethylenterephthalat, kurz PET, aus dem die meisten Polyester-Fasern herge- stellt sind, ist allerdings nicht sortenrein, besteht also aus unterschiedlichen PET- Typen. Außerdem enthält es Farbstoffe, Imprägnierungen, Weichmacher, Stabili- satoren. Fehn erklärt: »Man kann dieses PET daher nicht einfach so wieder für die Produktion neuer Fasern verwenden, son- dern muss die Basischemikalien einzeln extrahieren.« Dafür nutzen er und sein Team Pyrolyse – ein Verbrennungsprozess ohne Sauerstoff bei sehr hohen Tempera- turen. Dabei wird der Ausgangsstoff nicht zerstört, sondern in seine molekularen Bestandteile zerlegt. Bei der Aufspaltung von PET entsteht kristalline Terephthalsäure, die zusam- men mit anderen Zersetzungsprodukten oft zähe, wachsartige Ablagerungen bil- det – Pyrolyse-Reaktor oder Leitungen können verstopfen. Für dieses Problem haben die Fraunhofer-Forscherinnen und -Forscher eine Lösung entwickelt. Sie fü- gen dem Reaktionssystem bei etwa 400 Grad Celsius Wasserdampf hinzu. Fehn: »Der Wasserdampf schneidet wie eine Schere die Moleküle auseinander. So ist es uns gelungen, die PET-Polymerkette gezielt in ihre Bausteine zu zerlegen und Terephthalsäure mit einem sehr hohen Reinheitsgrad von nahezu 100 Prozent komplett abzuscheiden, ohne dass etwas verklebt.« Terephthalsäure ist ein Hauptbestand- teil von PET. Sie bestimmt maßgeblich die Der automatisierte Ansatz könnte den Sortierdurchsatz verzehnfachen und gleich- zeitig die Kosten um 50 – 75 Prozent senken. 60

Festigkeit, Stabilität und Qualität der syn- thetischen Textilfasern und wird fast voll- ständig aus Erdölrohstoffen hergestellt. Fehn: »Die Rückgewinnung ist daher öko- logisch besonders wertvoll.« Nach einer Reinigung und Repolymerisation zu PET kann sie erneut zu Fasern versponnen werden. Damit aus zerschlissenen Pullovern oder löchrigen Hosen jedoch tatsächlich Neuware werden kann, braucht es zusätz- lich ein intelligentes Sammel- und Sortier- system. Eine wichtige Voraussetzung hat die EU mit der Getrenntsammlungspflicht für Alttextilien geschaffen, die seit dem 1. Januar 2025 gilt. Demnach dürfen diese Von durchschnittlich 60 neu gekauften Kleidungsstücken pro Jahr werden 24 selten oder nie getragen. 1 | 26 nicht mehr in den Restmüll, sondern müs- sen separat entsorgt werden, um Recycling und Wiederverwendung zu fördern. In Sortieranlagen wird der Textilmüll an- schließend von tragbarer Kleidung ge- trennt. Das britische Start-up Zori Tex, ebenfalls Kooperationspartner im Projekt Autoloop, nutzt KI-gestützte Bildverarbei- tung, um die Altkleider nach Faserart zu klassifizieren. Fehn erklärt: »Die Textilien werden auf einem großen Förderband transportiert. Die KI erkennt Mischgewe- be, das einen hohen PET-Anteil hat. Diese Teile werden mithilfe eines Luftstroms ge- zielt vom Band geblasen.« Der automati- sierte Ansatz könnte den Sortierdurchsatz verzehnfachen und gleichzeitig die Kosten um 50 bis 75 Prozent senken. Um die Sortierung in Zukunft weiter zu vereinfachen und zu verfeinern, arbeitet im Autoloop-Team zudem die deutsche Firma TLX an einer intelligenten Tracer- Technologie. Mithilfe von Lasern sollen unsichtbare Marker in die Fasern einge- schrieben werden, die später Rückschlüs- se auf die exakte Material-Zusammenset- zung erlauben. Fehn ist überzeugt: »Die Ideen und Technologien sind da, sie müssen nur um- gesetzt werden – so kann die geschlossene Kreislaufführung gelingen.« o t o h p k c o t s i / k i t s n o r : o t o F 61

1 | 26 Gründen mit Fraunhofer Ein Start-up revolutioniert den Zahnersatz Von Beate Strobel D er Goldpreis steigt. Der Fach- kräftemangel wird immer grö- ßer. Und die Menschen werden älter. Diese drei Herausforde- rungen haben neben der Aktualität eine weitere Schnittmenge: Zahnprothetik. Denn mit einer höheren Lebenserwar- tung wächst auch die Notwendigkeit von prothetischem Zahnersatz. Doch der hohe Goldpreis hat ebenso wie der hohe Handwerksanteil dazu geführt, dass Tele- skopprothesen immer seltener mit dem Edelmetall hergestellt werden – obwohl es auch im übertragenen Sinn der Gold- standard ist, wenn es um hochpräzise Pas- sung, Qualität und Nutzerfreundlichkeit geht. Eine industrielle Fertigung gibt es zudem bislang nur für Zahnersatz ohne Goldanteil oder günstige Alternativlö- sungen. IGCV in Augsburg, hat eine Lösung für dieses Problem entwickelt: Mithilfe eines innovativen Multimaterial-3D-Druckver- fahrens stellt FIDENTIS Teleskopprothesen her, die nicht nur den Einsatz von Gold minimieren, sondern auch über eine voll automatisierte Prozesskette entstehen – Voraussetzung für die Serienproduktion patientenindividueller Prothesen. »Wir schließen die Lücke zwischen handwerk- licher Präzision und industrieller Effizi- enz«, fasst es Dr.-Ing. Max Horn zusammen. Der Mitgründer des Start-ups und CEO von FIDENTIS erklärt: »So verkürzen wir die Herstellungsdauer – und garantieren zu- gleich eine konstant hohe Qualität.« Erst Kernfusion, dann Zahnmedizin Das Start-up FIDENTIS, eine Ausgrün- dung des Fraunhofer-Instituts für Gieße- rei-, Composite- und Verarbeitungstechnik Seit 2017 befassen sich Forschende am Fraunhofer IGCV mit additiven Ferti- gungsverfahren zur Herstellung kom- plexer Multimaterialbauteile. Ziel ist, unterschiedliche Metalle in nur einem Druckvorgang stoffschlüssig miteinan- der zu verbinden. Die Grundidee der von FIDENTIS weiterentwickelten Technologie entstand im Rahmen des vom Bayerischen Wirtschaftsministerium kofinanzierten Großprojekts »MULTIMATERIAL-Zent- rum Augsburg« – ursprünglich mit der Idee, sie etwa in der Kernfusion zu nut- zen. Das Thema Zahnersatz brachte Josef Schweiger, Leiter des zahntechnischen Labors an der Poliklinik für Zahnärzt- liche Prothetik der LMU München, ins Spiel, erzählt Max Horn. »Er hatte erste Anwendungsfälle aus der Multimaterial- fertigung gesehen und meinte, wenn wir das mit Edelmetall und deutlich filigraner hinbekämen, sei das ein Business Case.« Der Wirtschaftsingenieur arbeitete damals ebenso wie Timo Schröder und Lukas Langer im Projekt »MULTIMATE- RIAL-Zentrum Augsburg«. Gemeinsam 62

Sieht gut aus: Ein Multimaterial- 3D-Druckverfahren ermöglicht kosten- günstige Prothesen mit Goldanteil und hochwertiger Passung. brachten sie die Ausgründungsidee in die Phase 1 des AHEAD-Programms ein, mit dem die Fraunhofer-Gesellschaft Grün- dungswillige finanziell, mit Networking- Veranstaltungen, Workshops und Coaching unterstützt. »Wir haben während der Co- rona-Pandemie nach Feierabend und an den Wochenenden die Technologie weiter- entwickelt«, so Horn. »Pünktlich zum En- de der Pandemie waren wir dann so weit, n n a m A a k k e b e R , i k s w o k s a L n o e L : s o t o F Unternehmer mit Biss: das FIDENTIS-Team Timo Schröder, Johannes Lauer, Max Horn und Lukas Langer (v.l.n.r.). 1 | 26 dass wir einen Prototyp für Teleskoppro- thesen herstellen konnten.« Mit einem Startkapital in Höhe von 1,62 Millionen Euro aus dem EXIST-For- schungstransferprogramm des Bundes- ministeriums für Wirtschaft und Energie brachte das Gründerteam – inzwischen ergänzt durch den Wirtschaftsingenieur Johannes Lauer, heute CCO bei FIDENTIS – die Technologie dann zur Marktreife. Das weltweit einzigartige, additive Verfahren auf Basis des Laser-Pulverbett-Schmelzens (LPBF) ermöglicht nun die gleichzeitige Verarbeitung von zwei oder mehr unter- schiedlichen Legierungen – etwa Kobalt- Chrom-Legierungen für die Stabilität und Goldlegierungen für den sicheren Halt. Ein Roboter bringt das zusätzliche Pulverma- terial präzise ins Pulverbett ein. Die voll- ständig digitale Prozesskette beinhaltet auch das automatisierte Nachfräsen der Oberflächen auf Basis der Patientendaten. Der gesamte Druckprozess ist rund 20- mal so schnell wie die bisherigen Methoden zur Herstellung von Teleskopprothesen. Ein hohes Tempo legt aber auch das Team von FIDENTIS vor: »Binnen 14 Monaten haben wir Halbzeuge hergestellt, die bereits Mitte 2025 den ersten Patientinnen und Patienten als Medizinprodukt eingesetzt wurden«, bilanziert Max Horn nicht ohne Stolz. »Dass ein Produkt in einem regulier- ten Markt so schnell ein hohes ›Technolo- gy Readiness Level‹ erreicht, ist für ein Start-up ziemlich außergewöhnlich.« Kampf durch den Bürokratie- Dschungel Vor allem angesichts der bürokratischen Herausforderungen, mit denen die En- trepreneure auf dem Weg zum eigenen Unternehmen konfrontiert wurden. »Alleine mit den sich ständig verändern- den Anforderungen, Informationen und Prozessen Schritt zu halten, war schwierig. Mehr Pragmatismus im Ausgründungs- prozess bei Fraunhofer würde Start-ups manches erleichtern«, urteilt Max Horn. Vertragsabstimmungen seien mitunter etwas träge und jeder Einzelprozess habe viel Papierkram bedeutet. Andererseits habe der Name Fraunhofer ihnen viele Türen geöffnet. Horn: »Jeder weiß sofort, dass es sich hier nicht um ›Jugend forscht‹ handelt, sondern um Spitzentechnologie.« Inzwischen stecken die Gründer in den Vorbereitungen auf die Serienproduktion. Dafür wird dringend frisches Kapital be- nötigt, denn für den Aufbau eines Produk- tionsunternehmens braucht es nicht nur Geräte und teure Materialien, sondern auch Personal, wie Johannes Lauer betont: »2028 wollen wir inklusive Studierender auf zehn Vollzeitstellen anwachsen.« Beim Thema Recruiting sei der Name Fraunhofer ein wertvolles Asset. Aber sich alleine auf die- ses Netzwerk zu verlassen, würde nicht ausreichen. »Unser Manager bei Fraun- hofer Venture etwa hat uns auch über Fraunhofer hinaus stark mit anderen Grün- dern, Unterstützern und Organisationen vernetzt«, berichtet Johannes Lauer. »Das Ökosystem, das da um FIDENTIS entstand, ist für uns extrem wertvoll.« Geplant ist außerdem noch für 2026 der Auszug aus dem Technikum des Fraun- hofer IGCV und damit die räumliche Los- lösung vom Mutterschiff. Aktuell finalisiert FIDENTIS den Umzug in eigene Räumlich- keiten in München. »Das ist der nächste große Meilenstein«, freut sich Lauer: »Eine Serienproduktion in den eigenen vier Wän- den, die wir komplett zertifizieren lassen können, entsprechend der Medizinpro- dukteverordnung. Und dann die Produk- tion hochfahren – inklusive Internationa- lisierung.« Seit fast zehn Jahren beschäftigt sich Max Horn bereits mit der Entwicklung der additiven Multimaterialfertigungs-Tech- nologie; mit seinen Co-Gründern blickt er zudem auf zwei Jahre als Entrepreneure zurück. Den Schritt ins Unternehmertum hat er dennoch bislang nicht eine Sekun- de bereut, denn: »Irgendwann will man das, was man beforscht, einfach auch auf die Straße und zum Fliegen bringen.« Da- zu passt die Überlegung, die FIDENTIS- Technologie auch auf andere Branchen auszuweiten, etwa die Luft- und Raum- fahrt – schließlich hat das Jungunterneh- men mit Timo Schröder auch einen Raum- fahrtingenieur im Gründungsteam. Lauer: »Das sind Themen, die wir mit dem Fraun- hofer IGCV weiter beforschen können.« 63

1 | 26 Drohnen im Anflug Verdächtige Drohnen bei Flughäfen und Bundeswehrkasernen, billig gebastelte Drohnen und Drohnen im Schwarm – Sicherheitsbehörden stehen vor Herausforderungen. Die Forschung reagiert mit praxisnahen Lösungen: Akustikbasierte Abwehrsysteme hören um die Ecke, hochauflösende Kameras helfen bei der Identifikation. Ein neues Innovationszentrum zur Drohnenabwehr arbeitet an den Schlüsseltechnologien der Zukunft. Von Mehmet Toprak 64 Erkennen, identifizieren, abwehren – für jeden Schritt halten Fraunhofer- Forschende Technologien bereit.

A rchibald M. Low war ein genialer Erfinder, Tüftler und Ingenieur. Nachdem er 1914 mit »Televista« einen frühen Vorläufer des Fern- sehens vorgestellt hatte, ließ er als Captain der britischen Royal Flying Corps am 21. März 1917 ein unbemanntes Flugzeug funkgesteuert fliegen. Ebenfalls 1917 demonstrierte er eine ferngesteuerte Rakete. Beide Objekte hielten sich zwar nur für kurze Zeit in der Luft, doch seitdem gilt Low als »Vater der Drohne«. Mehr als 100 Jahre später beschäftigen sich Forschen- de der Fraunhofer-Gesellschaft wieder mit Drohnentech- nologie. Die Anlässe sind zahlreich und meist unerfreu- lich. Eine gute Nachricht allerdings bringen die aktuellen Forschungsergebnisse: Der Schutz kritischer Infrastruk- turen ist möglich und machbar. Sensoren, die um die Ecke hören Ein Beispiel hierfür ist das akustische Sensorsystem des Fraunhofer-Instituts für Digitale Medientechnologie IDMT aus Oldenburg. Durch ausgeklügelte Mikrofon- technik und digitale Signalprozessoren (DSP) entdeckt es Flugobjekte, noch bevor sie in Sichtweite kommen – etwa bei schlechter Sicht, Nebel und Dunkelheit, wenn sie noch hinter einem Haus verborgen sind oder ein Waldstück durchfliegen. Für die erste Detektion genügt ein Mikrofon. Zur genaueren Peilung werden bis zu acht Richtmi- krofone genutzt. Das Einsatzszenario beschreibt Christian Rollwage, Gruppenleiter Au- diosignalverbesserung: »Unser System ist nicht größer als eine Lunchbox und lässt sich mit kamerabasierten Erken- nungstechniken kombinieren. Wenn die Mikrofone eine Drohne entdecken, schalten sich radarbasierte Systeme oder Kameras zu, die eine exaktere Or- tung und Analyse ermöglichen.« »Das ist ein Leuchtturm- projekt für die Industrie in Deutschland.« Prof. Jürgen Beyerer, Fraunhofer IOSB 1 | 26 le Kompetenzen in einer eigenen Taskforce unter Leitung von Dr. Nico Heußner. Die Wissenschaftler und Wissen- schaftlerinnen beschäftigen sich auch mit der Bekämp- fung von Drohnen. Drohnenzentrum in Baden-Württemberg Um die verschiedenen Forschungsprojekte bestmöglich zu koordinieren, haben sich schon 2002 elf Institute im Fraunhofer-Leistungsbereich Verteidigung, Vorbeugung und Sicherheit (VVS) zusammengeschlossen. Zudem ent- steht im Rahmen des Innovationscampus Sicherheit und Verteidigung Baden-Württemberg das »Innovationszen- trum für Drohnen und Drohnenabwehr«. Beteiligt daran sind die Fraunhofer-Institute für Chemische Technologie ICT, für Optronik, Systemtechnik und Bildauswertung IOSB und das Karlsruher Institut für Technologie. Ziel des geplanten Projekts: eine Forschungsinfrastruk- tur und Technologieplattform, die alle Aspekte des The- mas abdeckt – von der Entwicklung innovativer Abwehr- technologien bis hin zu neuartigen Drohnensystemen: zu Wasser, zu Land und in der Luft. Dabei geht der Trend nicht zur ultimativen, mit Elek- tronik vollgestopften Superdrohne. Dr. Sebastian Wurs- ter vom Fraunhofer ICT sagt: »Der Schlüssel für die Be- herrschung der Drohnentechnologie liegt in der Herstellung. Die muss wirt- schaftlich sein, dabei sehr flexibel und modular aufgebaut. Zudem ist schnel- le Skalierbarkeit ein Muss. Nur wenn alle diese Anforderung erfüllt sind, sind wir in der Lage, auf neue Bedrohungs- szenarien angemessen und rasch zu reagieren.« Prof. Jürgen Beyerer, Institutsleiter am Fraunhofer IOSB, ergänzt: »Das ge- plante Innovationszentrum in Karls- ruhe ist eine einzigartige Chance: Mit zukunftsweisenden Technologien und Herstellungsprozessen kombinieren wir Hightech mit Wirtschaftlichkeit, Energieeffizienz mit Skalierbarkeit. Das ist ein Leuchtturmprojekt für die Industrie in Deutsch- land. Es weist weit über die Bereiche Sicherheit und Ver- teidigung hinaus und stellt unsere technologische Sou- veränität unter Beweis.« Flexibilität und modulare Konzepte garantieren auch die Fähigkeit, praxisnahe Lösungen schneller an den Start zu bringen. Nico Heußner ist zuversichtlich: »Unsere Mo- tivation ist hoch, der Spirit gut. Und wir freuen uns wei- terhin auf junge, motivierte Talente, die bereit sind, einen Beitrag für unsere Sicherheit zu leisten.« Archibald M. Low, der Vater der Drohne, braucht Urenkel. 65 Die optische Verfolgung und Identifikation der Droh- nen wird im Projekt Modeas des Fraunhofer-Instituts für Optronik, Systemtechnik und Bildauswertung IOSB re- alisiert. Mehrere installierte Kameras haben den gesam- ten Horizont im Blick. Gerät ein Flugobjekt ins Bildfeld, schaltet sich automatisch eine bewegliche, hochauflö- sende Kamera mit Telebrennweite hinzu, die das Objekt verfolgt. Im nächsten Schritt wird das Objekt mithilfe KI-basierter Videoauswertung klassifiziert und die 3D- Position bestimmt. Alle Systeme orientieren sich am prak- tischen Bedarf von Sicherheitsbehörden und kritischen Infrastrukturanlagen. Das Fraunhofer IOSB bündelt zum Themenfeld Drohnenabwehr abteilungsübergreifend al- a p d / r e n t t ü B s n e J : o t o F

1 | 26 Luftig-leicht: Die Aluschaum-Version von Fraunhofer könnte auch für den Bahn- oder Schiffsbau interessant sein. Schaumiger Schutz Innovative Poren-Power für das E-Auto: Fraunhofer-Forschende haben eine Batteriehülle geschaffen, die leichter, sicherer und thermisch robuster ist. Von Iris Röll E ine Portion Luft macht das Leben manch- mal deutlich besser – der Prosecco perlt auf der Zunge, das Schaumbad lässt einen unter Bergen aus weißen Bläschen abtauchen, der Hefezopf zergeht luftig auf der Zunge. Besonders raffi- nierte Schaumschläger arbeiten im Fraunhofer-Institut für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik IWU in Chemnitz. Sie beschäftigen sich mit Aluminiumschaum und haben es jetzt geschafft, gemeinsam mit dem US- amerikanischen Automobilzulieferer Amsted daraus ein Gehäuse für Batterien von E-Autos herzustellen. Das ist nicht nur leichter und sicherer als herkömmliche Modelle, sondern kann auch die Batterie in ihrer »Temperatur- Wohlfühlzone« halten. Auf der Battery Show North Ame- rica in Detroit präsentierten die Forscher kürzlich ihren Prototypen und starteten Gespräche mit Autofirmen. »Sie müssen sich das vorstellen wie beim Backen«, beginnt Dr.-Ing. Thomas Hipke, wenn man ihn fragt, wie Aluminiumschaum hergestellt wird. Der Maschinenbau- Ingenieur leitet die Geschäftsfelder Leichtbau, Energie- speicher und Circular Economy am Fraunhofer IWU. Gemeinsam mit Projektleiter Dr.-Ing. Rico Schmerler ent- wickelte er das neuartige Batteriegehäuse. Dem Mehl beim Backen entspricht Aluminiumpulver. Dazu kommt ein Treibmittel – in diesem Fall Titanhydrid. Die Mischung wandert in den Ofen, der hier allerdings mit 600 bis 650 Grad Celsius ein wenig heißer sein muss als daheim in der Küche. In der Hitze spaltet sich das Titan vom Was- 66

1 | 26 serstoff ab; der Wasserstoff treibt dann die Poren ausei- nander. Hipke: »Das Volumen steigt um den Faktor 5 – damit hat der Schaum nur noch ein Fünftel der Dichte und des Gewichts von Aluminium.« Stoßfest, hitzebeständig, flammhemmend ausreicht, um die Batterietemperatur zu managen«, er- klärt Hipke. In extrem heißen Regionen könne man in ihren Prototypen stattdessen oder zusätzlich eine aktive Kühlstruktur einsetzen. Sie funktioniert mit einem Käl- temittel, das durch kleine Kühlrohre gepumpt wird – ähn- lich einem Kühlschrank. Beim Auto bedeutet weniger Gewicht weniger Energie- verbrauch. Aber Batteriegehäuse müssen noch eine gan- ze Reihe weiterer Anforderungen erfüllen: Sehr stoßfest müssen sie sein, hitzebeständig und flammhemmend. Sie müssen aber auch Kollisionen abfedern bei Unfällen, Hitze von der Batterie ableiten und sie vor Minusgra- den schützen. Deshalb sind Batteriegehäuse in E-Autos schon jetzt meist aus Aluminium, selten aus Stahl oder aus Kunststoff. Aber eben nicht aus Aluminiumschaum. Der Schaum erfüllt all diese Anforderungen – und manche sogar deutlich besser als reguläres Aluminium. »So kann er bei Unfällen wesentlich mehr Verformungs- energie aufnehmen«, sagt Hipke. Bedeutet: mehr Sicher- heit. Und er schafft es ganz hervorragend, die Temperatur der Batterie gleichmäßig zu halten. Das funktioniert durch eine Neuentwicklung der Fraunhofer-Spezialisten: Sie haben es geschafft, in die geschlossenen Poren des Alu- miniumschaums ein Phase Change Material (PCM) ein- zubauen. PCMs sind Materialien, die Energie aufnehmen und abgeben können und dabei ihren Aggregatzustand wechseln – je kälter, desto fester, je wärmer, desto flüs- siger. »Das kann man sich vorstellen wie beim Übergang von Wasser zu Eis und umgekehrt – mit dem Unterschied, dass wir beim PCM durch die chemische Zusammenset- zung eine bestimmte Temperatur auswählen können, bei der sich das Material von fest zu flüssig umwandelt. In unserem Fall waren das 44 Grad Celsius«, so der For- scher. »Auf diese Weise schützen wir die Batterie vor Über- hitzung.« Wie aber bringen die Forschenden das PCM in die nur ein bis drei Millimeter großen geschlossenen Poren des Aluminiumschaums? Hipke lacht. »Dazu braucht man ein paar Tricks, die ich nicht verraten kann, und relativ hohen Druck, um das PCM hineinzupressen.« Es gibt näm- lich zwischen den Poren klitzekleine Öffnungen, soge- nannte Kontaktstellen, über die das Material hineinkommt. Zumindest beim Aluschaum vom Fraunhofer IWU: »Wir haben das auch bei Schäumen von Herstellern aus Korea oder China versucht; da war das nicht möglich.« Das PCM nimmt jedenfalls übermäßige Wärme der Batterie auf, speichert diese und kann sie wieder abgeben, wenn zu niedrige Temperaturen drohen. Diese sogenann- te passive Kühlung funktioniert – einmal eingebaut – le- benslang automatisch ohne weitere Steuerung. »Wir ha- ben berechnet, dass sie in 95 Prozent aller Weltregionen Sprung in die Serienherstellung Auf der Battery Show in den USA präsentierten die Chem- nitzer Forscher ihren Prototypen mit einer Sandwich- Struktur, die je nach Bedarf bestückt werden kann: ein reines Aluschaum-Gehäuse ohne Temperatur-Manage- ment, mit PCM, mit aktivem Kühlmittel oder mit bei- den Varianten. »Die Automobilhersteller und -zulieferer waren sehr interessiert«, berichtet Hipke. »Wir werden jetzt auch hier in Europa weiter auf Akquise gehen.« Ziel ist der Sprung in die Serienfertigung oder zunächst ein Langzeittest in einem Fahrzeug, um die passive Tempe- raturregelung im Echtbetrieb zu beweisen. Aber die Einsatzmöglichkeiten des Fraunhofer-Alu- schaums sind mit Batteriegehäusen bei Weitem nicht ausgeschöpft. Überall, wo ein extrem stabiles und leich- tes Material benötigt wird, könnte er einen Siegeszug antreten: »Die Bahn ist zum Beispiel bereits ein guter Kunde von uns. Auch im Schiffsbau spart Aluschaum extrem Gewicht«, so der Wissenschaftler. »Wir haben be- reits eine Serienfertigung in der Werkzeugmaschinen- industrie aufgrund der hervorragenden Dämpfung des Materials.« Seit einigen Jahren kommen auch zunehmend Anfragen aus der Rüstungsindustrie. So arbeiten die Fraunhofer IWU-Experten an Schutzräumen aus Alu- schaum, die in privaten oder öffentlichen Gebäuden ein- gebaut werden. Die Herstellung von Aluminiumschaum ist aktuell teurer als bei herkömmlichen Aluteilen. Deshalb hat das Fraunhofer IWU eine Recyclingmethode entwickelt, mit der gebrauchtes Aluminium geschreddert und zu Pulver verarbeitet wird. »Diese Technik führen wir gerade bei einem Produzenten ein«, berichtet Hipke. »Damit kommt der Schaum preislich an gewöhnliche Aluminiumteile heran.« Zwei Gründe nennt der Ingenieur für die Ver- wendung des Recycling-Pulvers: zum einen die Kosten- ersparnis von bis zu 30 Prozent, zum anderen die Nach- haltigkeit, die vielen Produzenten mittlerweile wichtig ist. »Wir müssen da viel mehr tun«, mahnt Hipke. »Ich bin absolut überzeugt davon, dass wir in den Nachhaltig- keits-Technologien eine riesige Zukunftschance haben. Denn damit können wir uns von chinesischen Herstellern abheben.« Wie Schaumschläger-Weisheiten klingt das nicht. Schon eher wie eine weitere Möglichkeit, durch eine Portion Luft das Leben besser zu machen. U W I r e f o h n u a r F : o t o F 67

1 | 26 Foto & Fraunhofer Spinnefreund? Nur drei Zentimeter ist sie groß, lauert im hohen Gras des Saarlands, in Brandenburg, in Hessen. Berührt jemand ihr Nest, das zwischen den hüft- hohen Halmen verborgen ist, beißt die Spinne zu. Die Schmerzen sind so stark, dass die meisten Menschen einen Arzt aufsuchen – und bis zu einer Woche an den Symptomen leiden können. Der Ammen-Dornfinger gilt als giftigste Spinne Deutschlands. Doch möglicherweise kann sein Gift nicht nur Kreislaufprobleme, Fieber und Schocks verursachen, sondern auch eine heilende Wirkung haben. Forschende des Fraunhofer-Instituts für Mo- lekularbiologie und Angewandte Oekologie IME und der Justus-Liebig-Universität Gießen haben das zuvor unbekannte Gift des Ammen-Dornfin- gers entschlüsselt – und sehen Potenzial für einen medizinischen Wirkstoff: »Das hochpotente Gift des Ammen-Dornfingers greift, anders als bereits bekannte Spinnentoxine, nicht das Nervensystem an, sondern die Zellmembran«, erklärt Tim Lüdde- cke, Projektleiter und Forscher am Fraunhofer IME in Gießen. Für ihn ist das ein Grund zur Freude. Der Biochemiker glaubt, dass sich das Gift in abgewandelter Form möglicherweise gegen Krebs- zellen einsetzen lässt – und damit für die Tumor- therapie eine Rolle spielen kann. Die Entschlüsse- lung der Toxine ist abgeschlossen, eine Folgestudie geplant. Tim Lüddecke ist begeistert: »Der Ammen- Dornfinger beweist, dass wir gar nicht an den Ama- zonas reisen müssen, um neue Biomoleküle zu ent- decken – wir haben sie sozusagen in unserem eige- nen Hinterhof. Das finde ich absolut faszinierend!« 68

1 | 26 Auf der Pirsch: Mit kräftigen Kieferklauen fängt der Ammen-Dornfinger seine Beute und injiziert sein Gift. s e g a m i s u i t i r u a m / y m a A / a d n A i l : o t o F 69

1 | 26 CHILE Kosmische Verstärkerchips Um besser zu verstehen, wie Sterne, Planeten, Galaxien und letztlich auch das Leben selbst entstehen, ergänzen 145 rauscharme Hochleistungsverstär- ker des Fraunhofer-Instituts für Ange- wandte Festkörperphysik IAF und des Max-Planck-Instituts für Radioastrono- mie das internationale Radioteleskop- Observatorium ALMA in den nord- chilenischen Anden. Als Schlüsselkom- ponenten der ALMA-Empfänger ver- stärken sie extrem schwache Signale im Millimeter- und Submillimeterwel- lenbereich bereits im ersten Verarbei- tungsschritt um mehr als das 300-Fache. Dies ermöglicht hochpräzise Messun- gen von Gas- und Staubwolken, plane- taren Scheiben sowie komplexen orga- nischen Molekülen in weit entfernten Regionen des Universums mit bisher unerreichter Genauigkeit. Die außer- gewöhnlich niedrige Rauschzahl der Verstärkerchips beruht auf mono- lithisch integrierten Mikrowellenschal- tungen mit metamorphen Hochfre- quenztransistoren aus dem Halbleiter- material Indium-Gallium-Arsenid. Im Zentrum von ALMA befinden sich 50 Antennen mit je 12 Metern Durchmesser, die zusammen wie ein einziges Teleskop arbeiten. 70 Fraunhofer international USA Irland Europa Italien Chile Standorte der Fraunhofer-Gesellschaft Kartoffelkäfer sind gefräßig – und gegen viele chemische Pflanzen- schutzmittel resistent. USA Pflanzenschutz ohne Gift Den zentralen Wirkmechanismus eines neuartigen RNA-Sprays zur gezielten Bekämpfung des Kartoffelkäfers, einer der bedeutendsten Schädlinge im Kar- toffelanbau, untersuchten Forschende des Fraunhofer-Instituts für Molekular- biologie und Angewandte Oekologie IME, der Justus-Liebig-Universität Gie- ßen und der gemeinnützigen US-ame- rikanischen Gesellschaft GreenLight Biosciences. Die Studie beschreibt erstmals, dass das RNA-basierte Pflanzenschutz- mittel Ledprona in Kartoffelkäferlarven eine funktionelle Störung des Protea- soms, des zellulären Recyclingsystems, verursacht. Die Proteasomen-Fehlfunk- tion ist der Grund für das Absterben der Larven. Unabhängige Feldversuche haben gezeigt, dass der RNA-Wirkstoff hochspezifisch auf den Kartoffelkäfer wirkt, biologisch abbaubar ist und kei- ne giftigen Rückstände hinterlässt. Am Fraunhofer IME werden aktuell außer- dem RNA-Sprays gegen Blattläuse und die Schilf-Glasflügelzikade entwickelt, einen neu auftretenden Schädling im Zuckerrübenanbau.

EU Mit KI schneller diagnostizieren und Ärztinnen entlastet und frühzeitig optimale Behandlungspfade aufzeigt. Die finale Entscheidung bleibt jedoch stets beim medizinischen Personal. Husten, Müdigkeit, Atemnot – hinter den Symptomen können sehr unter- schiedliche Lungenkrankheiten ste- cken. Im EU-Projekt AI4Lungs entsteht ein KI-basiertes System, das Mediziner und Medizinerinnen dabei unterstützt, möglichst frühzeitig die richtige Dia- gnose zu stellen. Das Fraunhofer-Insti- tut für Techno- und Wirtschaftsmathe- matik ITMW entwickelt dafür die Ba- ckend-Komponente: Daten von Patien- tinnen und Patienten werden mithilfe von Leitlinien- und datenbasierten Mo- dellen analysiert und medizinische Handlungsempfehlungen samt Erklä- rungen geliefert. Ziel ist ein Clinical De- cision Support System (CDSS), das Ärzte Atemgeräusche geben wichtige diagnostische Hinweise. EU Steigendes Waldbrandrisiko strategisch bekämpfen Im Rekordjahr 2025 gab es in der EU so viele Waldbrände wie noch nie. o t o h p k c o t s i l l a r e h s e n y k s , 5 5 a o T , o t o h P n e l l A e v e t S , r U m T i logue«, das das Fraunhofer-Institut für Kommunikation, Informationsverar- beitung und Ergonomie FKIE (früher Fraunhofer INT) koordiniert hat. Die Strategie beinhaltet einen praxisorien- tierten Fahrplan, der verschiedene Maßnahmen, wie die Schaffung feuer- toleranter Landschaftsmosaike oder Anreize für »fire-smarte« Bioökono- mien, umfasst. Die Forschenden wol- len bestehendes Wissen und jüngste Innovation im Bereich Waldbrandbe- kämpfung nutzen, um die Wirksam- keit europaweit zu stärken. Die Strate- gie enthält darüber hinaus konkrete politische Vorschläge, darunter die Ein- richtung eines ressortübergreifenden EU-Koordinierungsgremiums und die Erstellung einer gemeinsamen Wald- brandrichtlinie, die das Risiko deutlich verringern sollen. , g r o . t h g n a w i t i h s e r f a T . B / O S E : s o t o F Extreme Waldbrände nehmen zu – sie sind stärker, unvorhersehbarer und verursachen beispiellose Schäden. Nun liegt Europas erste integrierte Strate- gie für das Waldbrand-Risikomanage- ment (IWRM) vor. Erarbeitet wurde sie unter anderem im EU-Projekt »Fire- 1 | 26 IRLAND/ITALIEN Nachhaltig anbauen Umweltverträglich abbaubare Boden- sensoren, die präzise landwirtschaftli- che Daten für bessere Ernten liefern, entwickeln Forschende des Fraunho- fer-Instituts für Mikroelektronische Schaltungen und Systeme IMS gemein- sam mit der Universität Udine und dem University College Dublin im Projekt FarmScan. Die Sensoren erfassen konti- nuierlich wichtige Bodenparameter wie Feuchtigkeit und Nährstoffgehalt und zersetzen sich am Ende ihrer Le- bensdauer vollständig in ungefährliche Materialien. Mittels passiver RFID-Tech- nologie können die Daten großflächig aus der Ferne erfasst und in eine KI-ge- steuerte Plattform integriert werden, die Landwirtinnen und Landwirten in Echtzeit konkrete Entscheidungshilfen für Bewässerung und Düngung liefert. Getestet werden die Sensoren unter realen Bedingungen auf Versuchsfar- men, um ihre Praxistauglichkeit und ökologische Wirksamkeit zu prüfen. Ziel ist, die Lücke zwischen zuverlässi- ger Datenerfassung und ökologischer Nachhaltigkeit zu schließen und zu kli- maschonenden, resilienten Anbausys- temen beizutragen. Passgenau düngen und bewässern: Eine innovative Sensorik macht‘s möglich. 71

1 | 26 Der Weg in die Zukunft: Im Abwasser stecken diverse Rohstoffe für die Industrie. Trübe Brühe, saubere Lösung Fraunhofer-Forschende arbeiten daran, aus kommunalem Abwasser umweltfreundliches Bioplastik zu gewinnen. Ein robustes Bakterium namens Cupriavidus necator hilft den Wissenschaftlern. Von Mehmet Toprak 72

1 | 26 Fraunhofer-Forscher Tamang die Lösung: »Wir haben schließlich mit Cupriavidus necator ein Bakterium identifiziert, das sich in diesem toxischen Umfeld be- haupten kann und intrazellular PHA generiert.« Die Säurekonzentration im Hydrolysat, das den Hauptausgangsstoff darstellt, ist jedoch stark verdünnt (ca. 7 g/l). Um ein Kilo PHA zu erzeugen, sind circa 300 Liter Hydrolysat nötig; dementsprechend groß müssen die Bioraffinerie-Tanks sein. Um das Volumen zu begrenzen, haben die Fraunhofer-Forschenden das sogenannte Perfusionsverfahren weiterentwickelt. Dabei handelt es sich um einen kontinuierlichen Prozess mit Zellrückhaltung. Dieser Prozess ermöglicht es, die PHA-haltigen Bakterien im Bioreaktor zu hal- ten, während sie mit frischem Hydrolysat überflutet wurden. Das ursprünglich stark ver- dünnte Hydrolysat wird so in Form von Bakteriummasse und PHA im System konzentriert. Die unbrauchbare Brühe wird entsorgt. Tamang: »So steigt die Ausbeute und Menge von PHA, ohne dass das Reaktorvolumen steigt.« W enn Dr. Pravesh Tamang über For- schung spricht, hat er immer wieder ein Lächeln im Gesicht: »Im Labor arbeiten, knifflige Probleme angehen, Lösungen finden – das macht mir einfach Freude.« Das gilt besonders, wenn es um ein Thema geht, bei dem es noch viel zu erkunden gibt: Abwasser. Tamang ist Experte für Bioprozess-Engineering am Fraunhofer-Institut für Grenzflächen- und Bio- verfahrenstechnik IGB in Stuttgart. Gemeinsam mit seinem Team und Partnern arbeitet er im Projekt KoalAplan. Hinter dem Akronym verbirgt sich, worum es in die- sem Projekt geht: kommunales Abwasser als Quelle für Ammo- niumstickstoff, Wasserstoff und Bioplastik. Den Fraunhofer-For- schenden fällt die Aufgabe zu, das Bioplastik aus dem Abwasser zu gewinnen. Genauer gesagt, Polyhydroxyalkanoate (PHA). PHA dient als Rohmaterial für bioabbaubare Kunststoffe. Und die sind zunehmend gefragt für Verpackungsmaterial und in Tex- tilbeschichtungen, aber auch als Hilfsmittel in der Pharmazie oder für medizinische Implantate. »In Abwasser stecken so viele wertvolle Stoffe. Höchste Zeit, dass wir das anpacken.« Dr. Pravesh Tamang, Fraunhofer IGB Mikroorganismen im Hydrolysat Nachdem die Feststoffe aus dem Abwasser heraus- gefiltert sind, können sie bei einem Projektpartner vorbehandelt werden. Die DVGW-Forschungsstelle am Engler-Bunte-Institut des Karlsruher Instituts für Technologie KIT unterzieht sie einer sogenannten Dunkelfermentation. In dem Prozess entsteht Biogas üblicherweise durch die Vergärung organischer Stoffe mittels Bakterien. Anders bei KoalAplan: Hier wird dieser Vorgang vorzeitig gestoppt und optimiert, um ein saures Hydrolysat zu gewinnen. Im Labor des Fraunhofer IGB versetzen es Tamang und sein Team mit einer Mineralsalzlösung. Das Grundprinzip besteht jetzt darin, dem Hydrolysat Mi- kroorganismen zuzugeben, die darin wachsen und es in PHA verwandeln. Allerdings wirken die im Hy- drolysat enthaltenen organischen Säuren wie Essig-, Butter- oder Propionsäure toxisch auf die Bakterien- stämme. Mit einem sehr zufriedenen Lächeln erklärt Abwasser in der Simulation Schon nehmen sich die Fraunhofer-Forschenden des nächsten Problems an, wieder – wie Pravesh Tamang sagen würde – »ein besonders kniffliges«. Anders als etwa Industrie-Abwasser setzt sich das Abwasser einer Kommune immer wieder anders zusammen. So entsteht auch eine andere PHA-Variante. Eine ver- änderte Zusammensetzung lässt sich durch Zugabe von Säuren kompensieren. Das Forschenden-Team arbeitet an KI-gestützten Verfahren, die vorhersagen, welche PHA-Variante mit einem gegebenen Abwasser entsteht. Tamang formuliert das große Ziel: »Wir brauchen eine modular aufgebaute, agile und flexible Techno- logieplattform, um jedes beliebige Abwasser gezielt und ohne langwierige Vorversuche behandeln zu kön- nen. In Abwasser stecken so viele wertvolle Stoffe. Höchste Zeit, dass wir das anpacken.« Dr. Pravesh Tamang lächelt, denn er wird bestimmt wieder viel Spaß haben. 73 i l e r u t c i p n a p / n o p m a C u o i t r i O e s i l E : o t o F

1 | 26 Mobile Früherkennung von Agrarschädlingen Vom Klimawandel begünstigt, gelangen neue Pflanzenschädlinge in deutsche Wein- und Obstbaugebiete. Um ihre Ausbreitung zu stoppen, muss man sie frühzeitig und zuverlässig aufspüren. Ein mobiles Labor macht‘s möglich: der PhenoTruck®. Von Dr. Monika Offenberger C hardonnay und Dornfelder, Kerner und Scheurebe: Sca- phoideus titanus liebt sie alle. Die Amerikanische Rebzika- de, ein Insekt aus der Familie der Pflan- zensauger, wurde vor 80 Jahren aus ihrer Heimat nach Frankreich verschleppt. Seit- her breitet sie sich in Europa aus, besiedelt Italien und die Schweiz und wandert un- aufhaltsam weiter. 2024 wurde sie erst- mals in Südbaden gesichtet. Jetzt herrscht bei den Winzern Alarmstufe Rot. Der Schädling kann als Vehikel für ein- zellige Erreger alias Phytoplasmen dienen, die beim Saugakt in die Pflanze gelangen und Flavescence dorée (FD), die gefürch- tete Goldgelbe Vergilbung, auslösen. Wenn diese Krankheit durch welke Blätter und verkümmerte Triebe sichtbar wird, kommt für die befallenen Rebstöcke jede Hilfe zu spät. Um größeren Schaden zu verhindern, ist schnelles Handeln gefragt – der Pheno- Truck® macht´s möglich. Der Name steht für eine mobile Analyseplattform, die au- tark im Feld betrieben werden kann. Sie ist das Produkt einer interdisziplinären Zusammenarbeit: Ein Team der RLP Agro- Science GmbH brachte das phytopatho- logische und molekularbiologische Know- how ein. Das Fraunhofer-Institut für Fabrikbetrieb und -automatisierung IFF steuerte seine Expertisen für KI-optimier- tes Monitoring und Spektralanalysen bei. Realisiert hat die mobile Plattform das Fraunhofer-Institut für Biomedizinische Technik IBMT, das über langjährige Er- fahrung mit maßgeschneiderten Spezial- fahrzeugen verfügt. Der PhenoTruck® ermöglicht, schon kleinste Infektionsherde frühzeitig zu er- kennen, sie einzudämmen und eine epi- demische Ausbreitung von FD zu verhin- dern. Gleiches gilt im Obstbau für weitere von Phytoplasmen verursachte Krank- heiten wie Apfeltriebsucht, Birnenverfall oder Europäische Steinobstvergilbung. Derzeit geschieht dies durch geschulte Fachleute, die in verdächtigen Plantagen eine Bonitur vornehmen: Sie halten Aus- schau nach den spezifischen Symptomen der jeweiligen Krankheiten und nehmen Proben von befallenen Blättern, die dann zur molekularbiologischen Untersuchung ins Labor geschickt werden. Dieser perso- nalaufwendige und langwierige Prozess lässt sich mithilfe des PhenoTruck® erheb- lich beschleunigen. »Unsere langjährige Erfahrung in der Entwicklung mobiler Labore für verschie- denste Einsatzbereiche hilft uns, die ent- sprechenden Konzepte für Proben, Hand- ling, Geräteauswahl und optimale Platz- und Energieanpassung in einem dynamischen Prozess mit den Projektpart- nern zu entwickeln«, erklärt Fraunhofer IBMT-Projektleiterin Sylvia Wagner. Der Bau des Fahrzeugs erfolgt dann in enger Kooperation mit industriellen Sonderfahr- zeugherstellern. »Das Besondere am Phe- noTruck® ist seine Geländegängigkeit, denn man will damit ja in den Weinberg kom- 74 men«, erläutert Markus Michel, wissen- schaftlicher Mitarbeiter am Fraunhofer IBMT. »Er enthält zwei valide Laborräume, je einen für die molekularbiologischen und physikalischen Arbeiten, die durch eine Schleuse sauber abgegrenzt sind. Beide sind zuverlässig gleichbleibend konditio- niert, auch wenn es draußen 35 Grad und eine hohe Luftfeuchte hat.« Das Ziel ist die Identifizierung von Schadorganismen di- s e g a m i s u i t i r u a m / y m a A / l e k n w k c i l i l b , o t o h p k c o t s i / g n d n a p x E a d e M i i : s o t o F

rekt im betroffenen Anbaugebiet. »Wir können die Experten vom Pflanzenschutz- dienst nicht ersetzen, aber bei ihrer Arbeit unterstützen«, sagt Bonito Thielert vom Fraunhofer IFF. Seine Arbeitsgruppe hat eine Bonitur-App entwickelt, die das Er- fassen der Pflanzen- und Standortmerk- male von verdächtigen Rebstöcken erleich- tert: »Die Nutzer können individuell einstellen, welche Daten sie eingeben möchten, und diese mit GPS-Daten ver- knüpfen. So lassen sich symptomatische Pflanzen für die spätere Probennahme leicht wiederfinden.« Flächendeckende Informationen zur An- baufläche liefern mit Multispektralsenso- ren bestückte Drohnen, die das Gelände automatisiert überfliegen und aus etwa 35 Meter Höhe fotografieren. Die Daten wer- den zentimetergenau georeferenziert und die einzelnen Drohnenbilder zu einem Gesamtbild zusammengesetzt. Die Droh- nenkamera erfasst auch Wellenlängen im Infrarotbereich und liefert damit ers- te Hinweise auf mögliche Erkrankungen von Rebstöcken oder Obstbäumen. Denn gestresste oder von Schadorganismen infi- zierte Pflanzen leiden unter einem Mangel an Chlorophyll; statt des Blattgrüns über- wiegen daher andere Farben. Via Fernerkennung lassen sich auffäl- lig gefärbte Rebstöcke und Obstbäume ex- akt lokalisieren – aber nicht die Ursache der Verfärbungen klären. Liegt es an der Trockenheit, am Nährstoffmangel oder an anderen Stressfaktoren? Oder stecken Phy- toplasmen dahinter – und falls ja, welche? Denn neben FD gibt es in Deutschland die Schwarzholzkrankheit BN und weitere Rebkrankheiten, die sich ebenfalls durch vergilbte Blätter äußern, aber als harmlos gelten. Antworten liefert der nächste Schritt. Um ein sauberes Arbeiten im La- borbereich zu gewährleisten, werden ver- dächtige Blattproben zunächst außerhalb in einem zum PhenoTruck® gehörenden wetterfesten Zelt gesammelt und vorbe- reitet. Dann kommen sie ins Labor, wo hyperspektrale Kameras ihr Strahlungs- profil im kurzwelligen und Infrarotbereich aufnehmen. Die so gewonnenen Spektren Die Amerikanische Rebzikade kann die Rodung ganzer Weinberge notwendig machen, denn sie überträgt einen gefährlichen Erreger. : s o t o F 1 | 26 »Das Besondere am PhenoTruck® ist seine Gelände- gängigkeit, denn man will damit ja in den Weinberg kommen.« Markus Michel, Fraunhofer IBMT der verdächtigen Blätter werden mit Refe- renzwerten verglichen, die aus visuellen Bonituren und molekularbiologischen Daten stammen. Die Auswertung erfolgt durch KI-Modelle, die mit Methoden des Maschinellen Lernens darauf trainiert wurden, eine Phytoplasmose zu erkennen – und gefürchtete Schädlinge von harm- loseren Erregern zu unterscheiden. »Unsere Modelle können mit einer Wahrscheinlichkeit von 95 bis 99 Prozent infiziertes von gesundem Gewebe unter- scheiden«, berichtet Bonito Thielert, der dazu umfangreiche Feldversuche betreut hat. »Die Abgrenzung der Rebkrankheiten FD und BN gelingt zu 80 Prozent. Mit jedem Schritt schränken wir die Anzahl der Pro- ben ein, die wir molekularbiologisch ana- lysieren müssen.« Auch diese letzte, ent- scheidende Analyse geschieht im mobilen Labor – und liefert schon nach knapp einer Stunde Ergebnisse. Den zugrunde liegen- den Schnelltest haben Wolfgang Jarausch und Kollegen von der RLP AgroScience GmbH optimiert. Er basiert auf einer neu- en Form der DNA-Amplifizierung, die oh- ne zyklisches Erwärmen und Abkühlen der Biomoleküle auskommt und deshalb schneller abläuft als herkömmliche Ver- fahren. Damit lassen sich artspezifische Gensequenzen identifizieren und eindeu- tig bestimmten Phytoplasmose-Erregern zuordnen. Die erste gute Nachricht: Im Praxistest in Rheinland-Pfalz konnte der PhenoTruck® bereits überzeugen. Die zwei- te gute Nachricht: Zumindest hier zeigt sich die Goldgelbe Vergilbung noch nicht. 75

1 | 26 Mehr Unabhängigkeit: Das Mega-Projekt APECS soll die europäische Resilienz im Halbleiter- bereich erhöhen. Chips für Europa Unter Fraunhofer-Koordination entsteht derzeit – erstmals in Europa – eine Pilotlinie für die gesamte Entwicklungskette modernster Chipproduktion. Dabei geht es um mehr als elektronische Bauteile: Es geht um Fragen von Versorgungs- sicherheit, Innovationsfähigkeit und wirtschaftlicher Stabilität in Europa. Von Mandy Bartel E s ist das größte Projekt, das Fraun- hofer je koordiniert hat: 730 Mil- lionen Euro über eine Laufzeit von mehr als viereinhalb Jahren, zehn europäische Partner aus acht Ländern. Groß sind auch die Erwartungen: »Ziel ist es, die Mi- kroelektronik in Europa auf ein neues Level zu heben und damit die technologische Resilienz zu stärken sowie Industrieunternehmen, KMU und Start-ups den Zugang zu Mikrochips dauer- haft zu sichern«, sagt Dirk Schumann. Als Leiter des Mammutprojekts APECS jongliert er täglich mit Zahlen, Zielen und Zeitplänen. APECS steht für »Advanced Packaging and Heterogeneous Integration for Electronic Components and Sys- tems«. In der Forschungsfabrik Mikroelektronik Deutschland (FMD) verantwortet Schumann den Aufbau dieser europaweit einzigartigen Pilotli- nie. Sie soll, vom Design neuer Chiplet-Kompo- nenten über Prototypen und Integration bis hin zu skalierbaren Fertigungsverfahren, die gesamte Entwicklungskette abdecken. Mehr Wettbewerbsfähigkeit durch neue Technologien Mikrochips begleiten uns nicht nur täglich – beim Zähneputzen, Autofahren, Telefonieren –, son- Statt eines einzigen Chips arbeiten mehrere kleine speziali- sierte Bausteine, sogenannte Chiplets, modular zusammen. 76

dern spielen die entscheidende Rolle in Schlüssel- bereichen wie KI, Quantentechnologien, Raum- fahrt- oder Medizintechnik. Die meisten Chips werden bislang in Taiwan, China und Südkorea produziert. Seit Jahren warnen Fachleute und Verbände vor gefährlichen Abhängigkeiten und drohendem Verlust der Wettbewerbsfähigkeit Eu- ropas. Gleichzeitig sind neue technologische An- sätze nötig. Denn elektronische Systeme werden komplexer, energieeffizienter und spezialisierter. Klassische Konzepte stoßen da an ihre Grenzen. Lange Zeit lag der Fokus der Mikroelektronik auf der Integration möglichst vieler Funktionen auf einem Chip. Doch physikalische und wirtschaft- liche Hürden machen dies zunehmend teuer und unflexibel. Bei APECS setzen die Partner auf zu- kunftsfähige Alternativen – mit Fokus auf Hetero- integration und Chiplet-Technologien. Heterointegration bedeutet, dass unterschied- liche Chips und Technologien in einem System kombiniert werden. Statt eines einzigen Chips arbeiten also mehrere kleine spezialisierte Bau- steine, sogenannte Chiplets, modular zusammen – etwa Speicher, Sensorik und Leistungselektronik. So lassen sich Systeme ge- zielter optimieren und fle- xibler auch neue Funktio- nalitäten erschließen. Zudem beschleunigt der Ansatz die bisher langwie- rigen Entwicklungsprozes- se und senkt die Kosten – insbesondere für kleinere Stückzahlen und speziali- sierte Anwendungen. Nachhaltiger Wert für die Wirtschaft D M F , k c o t S e b o d A / t d e t s g r u B h p o t s i r h C : s o t o F In der APECS-Pilotlinie sollen robuste, vertrau- enswürdige und skalier- bare Chipsysteme für in- dustrielle Anwendungen entwickelt und erprobt werden. Alle Fäden dafür laufen bei Dirk Schumann zusammen. Als Phy- siker bringt er das technische Verständnis und eine analytische Arbeitsweise mit. 30 Jahre In- dustrieerfahrung bei Unternehmen wie Intel in Irland, BMW, ASML und Infineon schärften sei- ne Kompetenz, mit Vielschichtigkeit umzugehen, Prozesse zu strukturieren und auf verschiedenen Ebenen zu kommunizieren. »Meine Aufgabe ist es, eine Struktur zu schaffen, in der über hundert Einzelleistungen auf ein Gesamtziel einzahlen, und so die Komplexität dieses Vorhabens in den Griff zu bekommen«, sagt der Projektleiter. So werden im ersten Schritt modernste Anlagen für Halbleitertechnologie beschafft und nach und nach an verschiedenen FMD-Instituten sowie bei den europäischen Partnerorganisationen in Betrieb genommen. Zugleich entwickeln die Forschenden Prozesse und Technologien für Ad- vanced Packaging – also das Verpacken der Chip- lets und anderer elektronischer Komponenten in anwendungsbereite Systeme – neu oder weiter. Ein Schwerpunkt liegt auf Nachhaltigkeit: Res- sourceneffiziente Designs, kreislauforientierte Fertigung und langlebige elektronische Systeme sind mit modularen Architekturen besonders gut umzusetzen. Ihr Wissen und ihre Erkenntnisse werden die Partner in Form von Dienstleistungen und Schu- lungen am Ende auch an andere europäische Unternehmen und For- schungseinrichtungen wei- tergeben. »APECS fungiert quasi als One Stop Shop, der Know-how, Infrastruk- tur, Technologien und Pro- zesse bündelt und den Übergang von der For- schung in die Anwendung erleichtert«, verdeutlicht Schumann. Damit ist es, trotz seiner technischen Ausrichtung, nicht nur ein Forschungsprojekt, son- dern auch ein industrie- und strukturpolitisches Vorhaben mit strategischer Tragweite. Es ist Teil des EU Chips Acts, mit dem die Europäische Union gezielt in Halbleitertechnologien investiert, um Europas technologische Resilienz und Wettbewerbsfähig- keit zu stärken. »APECS macht Arbeit, aber es schafft auch Arbeit«, bringt es Dirk Schumann auf den Punkt. »Es werden viele Menschen davon be- zahlt. Und wenn wir erfolgreich sind, schaffen wir viele weitere Arbeitsplätze und eröffnen große Chancen für die Industrie.« »Meine Aufgabe ist es, eine Struktur zu schaffen, in der über hundert Einzelleistungen auf ein Gesamtziel einzahlen, und so die Komplexität dieses Vorhabens in den Griff zu bekommen.« Dirk Schumann, FMD 1 | 26 Europäische Zusammenarbeit APECS ist als europaweites Kooperationsprojekt an- gelegt. Darin bündeln in Deutschland zwölf Fraun- hofer- und zwei Leibniz- Institute ihre Kompetenzen. International umfasst das Konsortium Partner aus Ös- terreich, Belgien, Finnland, Frankreich, Griechenland, Spanien und Portugal, darunter renommierte Ein- richtungen wie imec, CEA Leti oder VTT. Vorhandene Stärken werden im Projekt erfolgreich vernetzt, Dop- pelstrukturen vermieden. APECS wird durch Chips Joint Under taking und durch na- tionale Förderungen im Rah- men der »Chips for Europe«- Initiative kofinanziert. — Mehr zum Projekt: https://www.apecs.eu 77

1 | 26 Dr. Christopher Spiess entwickelt einen neuen Ansatz zur Synchronisation in Quantenkommunikationsnetzen. 1. Preis: Dr. Christopher Spiess Teilchen mit Taktgefühl Viele vernetzte Technologien funktionieren nur in perfekter zeitlicher Synchronisation – auch die Datenübertragung via Quantenkommunikation. Dr. Christopher Spiess hat ein Synchronisations- verfahren entwickelt, das einzelne Photonen als Zeitsignal nutzt – robust, ressourcenschonend und auf die Pikosekunde genau. Von Mandy Bartel 78 O b in 5G- und 6G-Netzen, der industriellen Automatisierung oder intelligenten Strom- netzen: Überall müssen Geräte synchron sein, also exakt aufeinander abgestimmt. Zeit ist hier ein Taktgeber, der bestimmt, ob Informationen zu- verlässig ankommen und Systeme sicher arbeiten. In der Quantenkommunikation – dem hochsicheren Pendant zur klassischen Datenübertragung für kritische Infra- strukturen – ist dieser genaue Takt noch entscheidender. Hierbei werden Informationen nahezu abhörsicher über verschränkte Photonen zwischen Sender und Empfänger ausgetauscht – als Freistrahl oder via Glasfaserstrecke. »Der Zustand der Teilchen und ihre Ankunftszeit an der Empfangsstation sind die wichtigsten Parameter«, erklärt Dr. Christopher Spiess vom Fraunhofer-Institut für Angewandte Optik und Feinmechanik IOF in Jena. »Die synchrone Vermessung der Ankunftszeit ist bei Frei- strahlverbindungen entscheidend, um als zeitlicher Filter das Signal vom Photonenrauschen im Hintergrund, etwa durch Sonnenlicht, zu unterscheiden. Darüber hinaus ermöglicht eine genauere Synchronisation auch eine en- gere Taktung der Quantenbits, was die Übertragungsrate erhöht.« Mit GPS oder Atomuhren erreicht man heute bereits eine Genauigkeit von Nanosekunden. Doch viele Proto- kolle funktionieren nur, wenn Uhren im Bereich von

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. Pikosekunden übereinstimmen. Das entspricht einem Billionstel einer Sekunde oder der Zeit, in der Licht durch ein Staubkorn fliegt. Besonders bei Freistrahlverbindun- gen – etwa zwischen Flugzeug und Bodenstation oder zwischen Satelliten und Erde – können Turbulenzen, Er- schütterungen und Temperaturschwankungen den Takt massiv stören und die Fehlerraten erhöhen. Für eine si- chere, skalierbare Quantenkommunikation sind neue, robuste und kosteneffiziente Methoden nötig. Genau hier setzt die Arbeit von Christopher Spiess an. »Mein Ziel war es, ein Verfahren zu entwickeln, das ohne zusätzliche Synchronisationslaser oder ultrastabile, teure Atomuh- ren auskommt und sich nahtlos in bestehende Quanten- kommunikationssysteme integrieren lässt«, sagt der For- scher. Dafür bringt er Quantenoptik, Informatik, Elektrotechnik und Ingenieurwissenschaften in seiner Forschung zusammen. Synchronisation ohne zusätzliche Hardware Spiess‘ Synchronisationsverfahren greift auf einzelne Photonen zurück – Lichtteilchen, die bei der Quanten- kommunikation ohnehin als Informationseinheiten übertragen werden. Das zugrunde liegende Protokoll funktioniert ohne spezielle Signalmuster oder Umbau- ten am Sender. Die Synchronisation entsteht allein durch F O I r e f o h n u a r F : o t o F 1 | 26 die intelligente Messung und Auswertung der Photonen- ankünfte – vergleichbar mit einem Orchester ohne Diri- gent, das auch dann perfekt zusammenspielt, wenn alle Musiker nur einem leisen Metronom-Klicken folgen. Bei Spiess’ Ansatz sind diese Klicks die einzelnen Photonen. Spezielle Algorithmen werten ihre Ankunftszeiten aus und berechnen in engen Feedbackschleifen Grad und Verlauf der Störungen. Wie stark beeinflussen Turbu- lenzen oder Vibrationen den Strahl? Wie verschiebt sich das Signal über die Zeit? Diese Berechnungen erlauben es, alle Einflüsse in Echtzeit auszugleichen. So entsteht ein stabiler, gemeinsamer Takt, der Freistrahlstrecken deutlich stabiler macht. Transfer in die Praxis Für den Praxistest musste der Wissenschaftler leiden. Um sein Verfahren unter realen Bedingungen zu testen, ver- brachte Christopher Spiess Nächte in Kälte und Dunkel- heit auf freiem Feld. Denn Freistrahlexperimente funk- tionieren am besten ohne ablenkende Sonnenstrahlung. Bis spät in die Nacht analysierte er mit kalten Fingern auf seinem Laptop Messergebnisse, passte Algorithmen an – und hielt sich mit Schokolade wach. Mit Erfolg: In Tests über 1,7 km Freistrahlstrecke war die Synchronisation trotz atmosphärischer Turbulenzen stabil. Auch in einer 70 km langen Glasfaserstrecke zwi- schen Jena und Erfurt funktionierte die Integration in die bestehende Infrastruktur ohne Hardware-Änderungen. Die Ergebnisse seiner Forschung fließen heute bereits in mehrere nationale und europäische Projekte ein, in denen Lösungen für sichere Kommunikation, verteiltes Quantencomputing und satellitengestützte Quantennetz- werke entwickelt werden. Auch das Fraunhofer-Spin-off Quantum Optics Jena nutzt Spiess‘ Konzept zur Synchro- nisation mit Quantenteilchen, um seine QKD-Systeme (Quantum Key Distribution) noch zuverlässiger zu machen. Doch das Verfahren eröffnet Anwendungsmöglichkeiten weit darüber hinaus – von der Telekommunikation über Luft- und Raumfahrt bis hin zur Präzisionsmesstechnik: Die Satellitenkommunikation könnte künftig mit deut- lich kleineren Teleskopen auskommen, weil sie auch bei schwächeren Signalen funktioniert. Die Leistung von Prä- zisionsmesstechnik wie Interferometer und Quantenop- tik lässt sich erheblich verbessern, da die Nutzung von Einzelphotonen starke Referenzsignale, die sonst zusätz- liches Rauschen erzeugen, überflüssig macht. »Mit Blick auf die Zukunft ist Synchronisation nicht nur ein Hilfs- mittel, sondern eine Schlüsseltechnologie«, ist Spiess überzeugt. »Denn sie ermöglicht, dass klassische Kom- munikationsnetze und künftige Quanteninfrastrukturen nahtlos zusammenwachsen.« Zum zweiten Preis 79

1 | 26 2. Preis: Dr. Christian Weber Hören, was in der Luft liegt Wenn die Konzentration von Kohlenstoffdioxid und Stickstoffdioxid kritisch wird, bemerken wir das oft zu spät. Dr. Christian Weber nutzt Photoakustik, um extrem kompakte, energiearme wie empfindliche Sensoren zu bauen, die die Gase früh erkennen – und einen Bruchteil bisheriger Geräte kosten. K onzentrationsschwierigkeiten, Schwin- del, Unwohlsein? Da könnte etwas in der Luft liegen. Sei es ein hoher CO₂-Gehalt in Innenräumen oder zu viel NO₂ in der Tiefgarage. Doch wie viel ist zu viel? Schon wenn Koh- lenstoffdioxid vom atmosphärischen Mittelwert 0,04 auf bis zu 0,5 Volumenprozent ansteigt, fühlen wir uns nicht mehr wohl. Beim toxischen Stickstoffdi- oxid beträgt die von der Weltgesundheitsorganisation empfohlene Maximalkonzentration nur fünf parts per billion (ppb), also fünf NO₂-Moleküle unter einer Milliarde Luftmoleküle. Eine verlässliche Kontrolle dieser Spurengase in der Umgebungsluft vermeidet Gesundheitsschäden. Doch flächendeckendes Monitoring scheitert oft an der Technik: »Viele Messsysteme sind groß und unhand- lich, brauchen bis zu 100 Watt Leistung und kosten Zehntausende Euro«, sagt Dr. Christian Weber, der am Fraunhofer-Institut für Physikalische Messtechnik IPM in Freiburg forscht. »Einer der im Rahmen meiner Dis- Dr. Christian Webers Arbeit zeichnet sich durch die Verbindung aus physikali- scher Finesse und Ingenieurs- pragmatismus aus. 80

1 | 26 sertation entwickelten Sensoren hat das Volumen eines Taschentuchpäckchens, benötigt rund ein halbes Watt Energie und erreicht Nachweisgrenzen im einstelligen ppb-Bereich.« Damit macht Weber Gesundheitsschutz viel leichter und flächendeckender möglich. Gaskonzentrationen hörbar machen Die physikalische Idee hinter Webers Sensoren klingt simpel: Licht wird zu Ton. »Wird ein Gas mit Licht einer zu ihm passenden Wellenlänge durchstrahlt, so absorbiert es einen Teil des Lichtes. Die so aufge- nommene Lichtenergie wird über mehrere Prozesse in Wärmeenergie umgewandelt«, erklärt Weber. »Das Gas dehnt sich aus und eine Schallwelle entsteht, die wir mit einem Mikrofon messen können. Über gepulstes, also schnell ein- und ausgeschaltetes Licht erreicht man ein periodisches Signal, was einem akustischen Ton gleichkommt. Je höher die Gaskonzentration, des- to lauter dieses Signal.« Fachleuten ist das Phänomen des hörbaren Lichts als Photoakustischer Effekt geläu- fig – entdeckt bereits 1880 von Alexander Graham Bell. Dass dieses alte Messverfahren nun durch Christian Webers Arbeit eine Renaissance erfährt, liegt auch an der Verfügbarkeit neuer Lichtquellen wie Hochleis- tungs-Leuchtdioden (LED) und Halbleiterlasern sowie von sehr günstigen, für Smartphones entwickelten mikromechanischen Mikrofon-Chips. Zwei Wege – zwei Innovationen Der Forscher hat in seiner Doktorarbeit zwei Sen- sorarchitekturen parallel entwickelt – jeweils maß- geschneidert für das jeweilige Zielgas und die An- wendung. Ein CO₂-Sensor muss vor allem klein und energieeffizient sein. In Webers dafür ausgelegten Zweikammer-System sendet eine LED infrarotes Licht durch einen kurzen Messpfad in einen speziel- len photoakustischen Detektor, der hermetisch mit Kohlenstoffdioxid gefüllt ist. Der Trick: Der Detektor erfasst genau jene schmalen Absorptionslinien, auf die CO₂ reagiert. »Dadurch sind wir vier- bis sechsmal empfindlicher als klassische Filterlösungen und kön- nen den Lichtweg auf acht Millimeter verkürzen«, so Weber. Das Ergebnis: Ein Sensormodul mit der Größe von 8 × 7 × 17 mm³, das über Jahre kalibrierungsarm und energieeffizient läuft – ideal etwa für die Raum- lüftung in Schulen und Büros. Das toxische NO₂ hingegen muss schon in wesent- lich geringerer Konzentration nachgewiesen werden. Das macht die Messung zur großen Herausforderung. Webers NO₂-Sensor mit resonanter Einkammer macht »Das Gas dehnt sich aus und eine Schallwelle entsteht, die wir mit einem Mikrofon messen können.« Dr. Christian Weber die im violetten bis blauen Bereich absorbierten Licht- signale durch starke LEDs und eine speziell geformte Zelle »hörbar«. Da der Ton jedoch bei den zu messenden extrem niedrigen Gaskonzentrationen sehr leise ist, muss er mithilfe eines akustischen Resonators ver- stärkt werden. Für Laien vergleicht der Forscher das mit einer Orgelpfeife, bei der selbst ein schwacher Luft- strom in einem Resonanzkörper einen durchdringen- den Ton erzeugt. »Die Resonanz ändert sich mit Tem- peratur, Druck oder Feuchte«, sagt Weber. »Um Messfehler zu vermeiden, muss der Takt der Anregung jedoch exakt mit der Resonanzfrequenz der Struktur übereinstimmen.« Die Lösung des Fraunhofer-Forschers ist ebenso elegant wie praktisch: »Ich nutze eine zwei- te LED, deren Licht direkt auf die Wand der resonanten Zelle fokussiert. Durch die Absorption der Strahlung geht ein Teil der Wärme ebenfalls in das Gas über und eine Schallwelle entsteht, die die Zellresonanz anregt.« Diese Methode zeigte sich nicht nur komplett linear und frei von eigenen Resonanzen, sondern lässt sich auch einfach und günstig in die Sensorik integrieren – für weniger als einen Euro Zusatzkosten. Das Ver- fahren ist patentiert und bereits lizenziert. Erfolgreicher Transfer Zahlen untermauern die Wirkung von Webers Arbeit: Die Ergebnisse flossen bereits in mehr als zehn In- dustrieprojekte ein. Mit seiner Methode entstehen Systeme, die bisherige, hundertfach teurere Lösungen in spezifischen Anwendungen ersetzen – mit Stück- listenpreisen im niedrigen dreistelligen Eurobereich. Die Bandbreite reicht von der Überwachung von Treibhausgasen über die transkutane CO₂-Messung durch die Haut in der Medizintechnik bis zur Me- thanleck-Suche aus dem fahrenden Auto heraus. Dazu kommen Anwendungen in Tunneln und Tiefgaragen, wo die höhere Sensitivität früher warnt, sowie Projek- te zur Kältemittelleckage und zur Brennstoffzellen- Diagnostik. Perspektivisch sieht der Fraunhofer-For- scher Potenzial bei Gasen der Energiewende – etwa Ammoniak – und in vernetzten, batteriebetriebenen Sensorclustern für Städte und Industrieanlagen. M P I r e f o h n u a r F : s : o o t t o o F F Zum dritten Preis 81

1 | 26 3. Preis: Dr. Anne-Sophie Munser Schneller im Kampf gegen Bakterien Die Messmethode ist altbewährt, doch Dr. Anne-Sophie Munser hat sie grundlegend neu interpretiert. Mit der Streulichtanalyse lassen sich schädliche Mikroorganismen nun früher nachweisen als bisher. Das hilft, Krankheiten und Antibiotikaresistenzen rascher zu erkennen – aber auch Keime in Lebensmitteln und Wasser. D r. Anne-Sophie Munser ist Ingenieurin für Optotechnologien, die Photonik ihr Steckenpferd. Für ihre Dissertation wurde sie zusätzlich zur Biologin: Sie übertrug ein Verfahren, mit dem normalerweise Nanostruk- turen optischer Systeme geprüft und gemessen wer- den, auf die Zellbiologie. »Um kleinste Defekte oder Partikel auf den superglatten Oberflächen von Spie- geln oder Linsen zu erkennen, braucht es sensitive Messtech- nik, wie die winkelaufgelöste Streulichtanalyse«, erklärt die Forscherin vom Fraunhofer-In- stitut für Optik und Feinmecha- nik IOF in Jena. Bei einem Aus- tausch mit dem benachbarten Leibniz-Institut für Naturstoff- Forschung und Infektionsbio- logie Hans-Knöll-Institut HKI in Jena entstand die Idee, diese Messmethode an Bakterien aus- zuprobieren. »Die Methode ist so empfindlich, dass wir Mikroben im Mikrome- terbereich in Sekunden- bruchteilen und ohne Farbstoffe detailliert erfassen können.« Dr. Anne-Sophie Munser Krankheiten zeitnah und sicher zu diagnostizieren, müssen schädliche Mikroorganismen schnell identi- fiziert werden. Das gelingt bislang nur, wenn man Bakterien erst über viele Stunden, manchmal Tage hinweg aufwendig kultiviert – für medizinische Not- fälle oft zu lange. Die Messung mit Streulicht ist ge- nauer und schneller: »Die Methode ist so empfindlich, dass wir Mikroben im Mikrometerbereich in Sekun- denbruchteilen und ohne Farb- stoffe detailliert erfassen kön- nen«, so Munser. »Herkömmliche Verfahren benötigen Tausende Zellen.« Somit lassen sich schon wenige Einzelzellen binnen kür- zester Zeit analysieren – und ent- sprechend eher bekämpfen. Die winkelaufgelöste Streu- lichtmessung funktioniert so: Ein Laserstrahl trifft auf die Zellen und wird – je nach deren morphologi- schen Eigenschaften – an ihren Mikro- und Nanostrukturen re- flektiert sowie in entsprechende Richtungen beziehungsweise Win- kel gestreut. Das entstehende Mus- ter verrät, ob es sich um einzelne Bakterien, Zellaggregate oder an- dere Mikroorganismen handelt und gibt Informationen zu ihren Charakteristika. »Für Biologen sind diese Muster zunächst neu«, beschreibt die Forscherin eine He- rausforderung ihrer Arbeit. »Für gewöhnlich sehen sie Abbilder der »D ie Kombi n at ion au s Schnelligkeit, Berührungslosig- keit und extrem hoher Sensitivi- tät war für mich die Motivation, Streulicht für biomedizinische Fragestellungen zu nutzen und statt Nanokratzern oder Staub- partikeln Bakterien und Pilzspo- ren in den Fokus zu nehmen.« Zusammen mit dem HKI wollte sie so ein relevantes Problem der medizinischen Praxis lösen: Um 82

1 | 26 Mit ihrer Arbeit leistet Dr. Anne-Sophie Munser am Fraunhofer IOF einen wesentlichen Beitrag zur Bekämp- fung von antibiotika- resistenten Erregern. Zellen unter ihren Mikroskopen. Deshalb habe ich in meiner Arbeit eigene Datenauswertungsmethoden ent- wickelt, die die Interpretation der Ergebnisse erleich- tert.« Derzeit arbeitet Munser mit ihrem Team am Fraun- hofer IOF daran, die Auswertung mithilfe von KI weiter zu vereinfachen. Antibiotika-Resistenzen aufspüren In ihrer Doktorarbeit konnte Dr. Anne-Sophie Mun- ser konkret aufzeigen, dass sich mit der Streulicht- technologie die Wirksamkeit von Antibiotika gegen verschiedene Bakterien bereits nach wenigen Stun- den nachweisen lässt. Ein klarer Vorteil für eine schnellere, zielführende Behandlung. Munser freut sich: »Statt auf Zellkolonien mit Tausenden Zellen zu warten, können wir in einer mikrofluidischen Pro- benführung schon bei den ersten zwei bis drei Zell- teilungen sehen, ob ein Antibiotikum gegen einen spezifischen Erreger wirkt oder dieser bereits Resis- tenzen entwickelt hat.« Damit ist das Gerät, das noch die Größe zweier Schuhkartons hat, sensitiver als bis- herige in der Biologie genutzte Methoden. »Und wir arbeiten gerade daran, das System noch kompakter, transportabel und sensitiver zu machen, um auch einzelne Zellen sicher auswerten zu können.« Pers- pektivisch könnte das System sogar als »Lab-on-a- Chip« miniaturisiert werden. Doch die Innovation liegt nicht nur in der Geschwindigkeit, sondern auch in der Möglichkeit, Tausende Proben in kürzester Zeit zu untersuchen. Da eine Messung nur den Bruchteil einer Sekunde dauert, lässt sich die Methode in kom- pakte Hochdurchsatzsysteme in Laboren und Klini- ken integrieren. Dank einer engen interdisziplinären Zusammen- arbeit von Fachleuten aus Photonik, Mikrobiologie und Infektionsbiologie wird die Streulichttechnik heute bereits in einem Forschungsinstitut in der Wirk- stoffforschung und Infektionsdiagnostik eingesetzt. Doch ihr Potenzial geht weit darüber hinaus: »Mit Streulichtsensoren lassen sich künftig niedrigschwel- lig die Trinkwasserqualität oder die Lebensmittel- sicherheit überprüfen«, so Munser. »Und auch für die Stammzelldifferenzierung und Biofilme, etwa bei Im- plantaten oder im Dentalbereich, könnte die Metho- de interessant sein.« F O I r e f o h n u a r F : o t o F 83

1 | 26 Beim Joggen bequem die Herzfunktion überwa- chen: Sensorbestückte Pﬂaster oder Westen machen es möglich. Smarte Wearables statt Kabelsalat Weltweit sterben jährlich mehr als neun Millionen Menschen an den Folgen von Herzerkrankungen, in Deutschland verursachen sie ein Drittel aller Todesfälle. Ein KI-gestütztes Sensorsystem kann Warnzeichen frühzeitig erkennen – und damit Leben retten. Von Dr. Monika Offenberger 84

1 | 26 Die neuen Wearables können sämtliche Daten mit jeweils 1000 Messpunkten pro Sekunde synchron aufnehmen und abgleichen. E rschöpfung nach dem Jog- gen, Atemnot beim Treppen- steigen, Beklemmungen vor dem Einschlafen: Die ersten Anzeichen einer Herzschwäche sind meist unspezifisch. Deshalb zögern Betroffene eine medizinische Abklärung oft lange hinaus. »Und wenn sie endlich doch zum Kardiologen gehen, sieht womöglich al- les gut aus. Aber am nächsten Tag beim Laufen kommen die Probleme wieder, weil das Herz erst bei Belastung an sein Limit kommt«, weiß Basel Adams, Teamleiter am Fraunhofer-Institut für Zuverlässigkeit und Mikrointegration IZM. Ein umfassen- des Herz-Monitoring ist oft erst nach wo- chenlanger Wartezeit zu bekommen und mit enormem Aufwand verbunden. »Das muss doch besser gehen«, dachte Adams, gelernter Elektrotechniker, und machte sich an die (Doktor-)Arbeit. Im Fraunhofer-Verbundprojekt maia (»Medical Artificial Intelligence Applications« – Cen- ter for Applied AI in Medicine) entwickel- te er am Fraunhofer IZM gemeinsam mit Partnern von der Charité Universitätsme- dizin und der TU Berlin ein intelligentes Sensorsystem, das direkt am Körper ge- tragen werden kann. Es misst eine Vielzahl von Herz- und Kreislaufdaten – kabellos, synchron und zu beliebigen Zeiten – und leitet daraus KI-gestützt Diagnosen und Therapieempfehlungen ab. Bislang ent- standen zwei Varianten von sensorbestück- ten Wearables: Eine individuell anpass- bare textile Weste, die über einen längeren Zeitraum einmal täglich für 10 bis 15 Mi- nuten getragen werden soll und dabei mit integrierten Messgeräten physiologische Daten erfasst. Und ein Ensemble aus haut- verträglichen Pflastern, die an verschie- denen Körperstellen über Herz und Lunge, auf Hals und Beinen platziert werden, um kontinuierlich Messdaten zu sammeln. Die Datenerfassung in den Wearables ge- währleisten mehrkanalige, halbtrockene Textil-Elektroden, die relevante Signale s e g a m i s u i t i r u a m / r é n h o J : o t o F 85

1 | 26 von störenden Körperbewegungen unter- scheiden können. Die hautfreundlichen Elektroden sind über Klettverschlüsse so in die waschbare Textilweste integriert, dass sie je nach Größe und Statur der Trä- ger optimal am Körper anliegen und ohne vermittelndes Gel direkt in Kontakt zur Haut treten. Egal ob als Weste oder Pflaster – das intelligente Sensorsystem misst eine Fül- le medizinisch relevanter Signale wie Kör- pertemperatur, Atemfrequenz, Herz- und Lungentöne, Blutdruck und -sauerstoff- gehalt, Schlag- und Herzzeitvolumen, ein vollständiges 12-Kanal-EKG und vieles mehr. Aus insgesamt 40 erfassten Rohda- ten lassen sich 110 kardiologische Para- meter ableiten. Sie liefern ein Gesamtbild der Herz-Kreislauf-Funktionen während unterschiedlicher Aktivitäten: Wenn die Person wach ist oder schläft, Sport treibt oder Stress erlebt, sich freut oder aufregt. Um dieses beeindruckende Arsenal an mo- dernster Medizintechnik in bequeme, all- tagstaugliche Wearables zu packen, muss- ten die verschiedenen Messinstrumente zunächst miniaturisiert und über Schnitt- stellen miteinander verzahnt werden. Das Ergebnis ist eine Weltneuheit, wie Basel Adams betont: »Es gibt zwar alle mögli- chen leistungsfähigen Geräte auf dem Markt. Doch sie sind viel zu groß und lie- fern in der Regel keine Rohdaten, sondern abgeleitete Ergebnisse. Außerdem haben sie keine definierte Schnittstelle, weil jeder Hersteller auf sein eigenes System setzt.« Die neuen Wearables können sämtliche Daten mit jeweils tausend Messpunkten pro Sekunde synchron aufnehmen und ab- gleichen. Doch damit nicht genug. »Das Sys- tem bekommt Inputs aus zwei weiteren Datenquellen«, erklärt Adams. Anfangs er- stellt ein Kardiologe ein Profil des Patienten oder der Patientin mit allen Informationen über bekannte Erbkrankheiten, frühere Operationen und eingenommene Medika- mente. »Außerdem fragen wir die Person, wie sie sich momentan fühlt, ob sie schnell müde wird, Brustschmerzen, Atembe- schwerden oder andere Auffälligkeiten be- merkt hat.« Dazu stellt ein Chatbot einmal am Tag fünf bis zehn Minuten lang Fragen, ähnlich wie ein Arzt sie stellen würde, und speichert die Antworten zusammen mit den anderen Daten in der Cloud. Bei jeder Messung fließen somit mehr als tausend Informationen aus drei Quellen zu- sammen und dienen dem System als Basis für eine Diagnose oder Risikoanalyse. »Ent- scheidend ist, dass wir alle diese Signale synchronisiert erfassen. So kann die KI ler- nen, Muster zu erkennen und die richtigen Schlüsse daraus zu ziehen. Darin liegt die diagnostische Kraft«, erläutert Adams. Das nötige Fachwissen hat er sich im intensiven Austausch mit den Kardiologen der Charité zunächst selbst angeeignet und dann damit die KI trainiert. Als Grundlage dienen die Leitlinien der Deutschen Gesellschaft für Kardiologie. »So wollen wir sicherstellen, dass unser System nach denselben Krite- rien vorgeht wie der Arzt in der Praxis.« »Entscheidend ist, dass wir alle Signale synchro nisiert erfassen. So kann die KI lernen, Muster zu erkennen und die richtigen Schlüsse daraus zu ziehen. Darin liegt die diagnostische Kraft.« Basel Adams, Fraunhofer IZM Bevor die sensorbestückten Westen und Pflaster an herzkranken Menschen erprobt werden können, müssen sie in klinischen Studien ihre Funktionsfähigkeit beweisen. Die Frage lautet: Liegt das KI-gestützte Sys- tem in seinen Diagnosen und Therapieemp- fehlungen richtig? Oder trifft es sogar bes- sere Einschätzungen als erfahrene Kardiologen? Während Basel Adams Part- ner für Studien sucht – die erforderliche Genehmigung der Ethikkommission liegt inzwischen vor –, denkt sein Kollege Lukas Werft schon über weitere Verbesserungen 86 der Wearables nach. Der Materialtechniker war in der Fraunhofer IZM-Gruppe System On Flex maßgeblich an der Entwicklung der Textilien mit integrierbarer flexibler Elektronik beteiligt. Im derzeitigen Wes- tenmodell leiten die verschiedenen Mess- elektroden ihre Signale über konventionel- le Kabel, die zwischen zwei Textilschichten verlegt sind. »Wenn unser Produkt später auf den Markt kommen soll, könnte man die Elektroden beispielsweise in ein T-Shirt integrieren«, überlegt er. »Das sollte man nach dem Tragen einfach in die Waschma- schine werfen können, im Idealfall beliebig oft. Und dann wäre es natürlich praktisch, wenn man vorher nicht jedes Mal die gan- zen Kabel herausnehmen müsste.« Der Forscher hat auch schon eine Idee, wie sich dieses Problem lösen ließe: mit einer druck- und waschbaren Tinte aus Flüssigmetall, die er zusammen mit Kol- legen am Fraunhofer IZM entwickelt hat. Hauptbestandteil dieser neuartigen Liquid Metal Ink (LMI) ist Galinstan, eine elek- trisch leitfähige Legierung aus Gallium, Indium und Zinn. Sie lässt sich auf ther- moplastisches Polyurethan, also einen durch Wärme verformbaren Kunststoff, aufdrucken und verkapseln – und an- schließend mittels Lamination in han- delsübliche Textilien einarbeiten. »Wenn wir die konventionellen Zuleitungen durch das Flüssigmetall ersetzen könnten, ließen sich sensorbestückte Textilien wie T-Shirts oder Westen sehr langlebig und waschbar gestalten«, betont Werft. Eine weitere medizinische Anwendung der Flüssigmetalltinte sieht Lukas Werft in der Kinderheilkunde: »Leider sterben noch viel zu viele Babys am plötzlichen Kindstod, weil in der Nacht unbemerkt die Atmung aussetzt. Herkömmliche Über- wachungssysteme sind unbequem und umständlich zu handhaben. Unser Ansatz wäre, Galinstan-basierte Dehnungssen- soren direkt in die Babykleidung zu inte- grieren.« Der Prototyp eines sensorbestück- ten Schlafanzugs für Babys hat seine Funktionsfähigkeit schon bewiesen: in einem europaweiten Forschungsprojekt namens »Newlife«.

Fraunhofer vor Ort Hannover Berlin Leipzig München 1 | 26 Hannover 20. – 24. April 2026 Hannover Messe Weltleitmesse der Industrie München 21. April 2026 10 Jahre Fraunhofer- Alumni e.V. 1300 ehemalige Fraunhofer- Mitarbeitende und mehr als 100 Alumni-Managerinnen und -Manager tragen dieses Netzwerk, gestalten Formate und schaffen Begegnungs- räume für Austausch, Orien- tierung und Wissenstransfer. Ziele des gemeinnützigen Vereins sind die Förderung von Wissenschaft und For- schung, der Berufsbildung und der Entwicklungszu- sammenarbeit. Berlin 21. – 23. April 2026 DMEA Europäische Messe und Konferenz für digitale Gesundheitsversorgung München 4. – 7. Mai 2026 IFAT Weltleitmesse für Umwelttechnologien Leipzig 10. – 11. Juni 2026 Fraunhofer- Jahrestagung Berlin 10. – 14. Juni 2026 ILA Internationale Messe für Luft- und Raumfahrt 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 Kreislauf- wirtschaft Wie wir Rohstoffe im Fluss halten 5 2 | 3 Prof. Michael Hudecek, Fraunhofer IZI Tür auf ! Neue Wege für die Medizin Bomben-Gefahr Fraunhofer-Software hilft beim Entschärfen Cyberkriminalität Suche nach Sicherheit wird zum Risiko für Forschende 87 1 | 26Prof. Marco Jung, Fraunhofer IEEMission ZukunftNew Space: Jetzt wird Raumfahrtzur Chance für die WirtschaftWeltgefahr DrohneWie akustikbasierte Abwehrsysteme mehr Sicherheit schaffenGedenkjahr200. Todestag Joseph von FraunhoferAlltag unter Strom: So macht Forschung das Netz resilientEnergie? Aber sicher!2 | 25Sicherheit & Infrastruktur Wiewir dasschaffenErste Hilfe im All Schnelle Heilung dank Super- PflasterFraunhofer-ForschungspreiseHerausragende Leistungen – von Video-Technik bis Aluminium-ProduktionChristoph Weingard, Fraunhofer IZFPTumor im Fadenkreuz Wie eine Standard- Datenbrille Operationen revolutionieren kann

Höhenﬂüge für die Wirtschaft Weltall als ökonomische Chance: Die New Space Economy wird zum Paradigmenwechsel. Fraunhofer-Forschungsmanagerin Dr. Stephanie Hesse-Ertelt vom Fraunhofer IOF arbeitet daran. Die Faszination Raumfahrt hat sie längst auch privat erfasst. »Wenn es sich ergibt«, sagt sie, »möchte ich mich gerne mal in den Weltraum schießen lassen.«