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KIT-Kompakt - monatliche Pressenachrichten (Ausgabe 11/2017)
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Sehr geehrte Journalistin, sehr geehrter Journalist,
heute erhalten Sie die aktuelle Ausgabe der monatlichen Pressenachrichten aus dem Karlsruher Institut für Technologie. Wir wollen Sie in kompakter Form über spannende Forschungsthemen informieren und würden uns freuen, wenn passende Nachrichten für Ihre redaktionelle Berichterstattung dabei sind. Gerne vermitteln wir Ihnen bei Bedarf weitere Informationen und Ansprechpartner. Um Beleg Ihrer Berichterstattung wird gebeten.
Freundliche Grüße
Ihre Pressestelle des KIT
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Photovoltaik: Lichteinfang mit Blütenblättern
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Manchmal entstehen faszinierende Technologien, wenn Wissenschaftler farbenprächtige Blüten betrachten. Eine Forschungsgruppe am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) fand Mikrostrukturen auf der Blüte des Stiefmütterchens (Viola wittrockiana), die Reflexionsverluste drastisch reduzieren. In der Natur führt dieser Effekt zu einem gesättigten Farbeindruck, mit dem die Blüten Bestäuber anlocken. Das Team um Ulrich W. Paetzold vom KIT konnte nun zeigen, dass mit dem gleichen Effekt die Leistung von Silizium-Solarzellen um sechs Prozent relativ gesteigert werden kann. Ihre Ergebnisse veröffentlichten sie nun in der Fachzeitschrift „ACS Photonics“.
Eine detaillierte Analyse der Stiefmütterchenblüte zeigt, dass sie eine Textur aus Kegeln in der Größenordnung von einigen zehn Mikrometern aufweist, die mit winzigen Falten im Nanometerbereich überzogen sind. Überträgt man diese Struktur auf Solarzellen, reduziert sie die Reflexion an der Oberfläche und hält Licht effizient in der Solarzelle gefangen. Die neuen Erkenntnisse sind dabei nicht nur auf Silizium-Solarzellen beschränkt, sondern prinzipiell auf alle Technologien anwendbar, bei denen Reflexionsverluste auftreten. Zudem könne man die natürliche Struktur noch optimieren: „Wir arbeiten derzeit an künstlich gestalteten Strukturen für eine noch größere Lichtausbeute“, sagt Raphael Schmager vom KIT, der Erstautor der Studie.
Mehr Information:
pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acsphotonics.7b01153
imt.kit.edu/paetzold.php
Bildunterschrift: Mikrometergroße Kegel mit winzigen Falten sind die Ursache der satten Farben von Stiefmütterchen und können Reflexion an der Oberfläche von Solarzellen minimieren. (Bild: R.Schmager/KIT)
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Werkstoffe: Wann Metalle und Steine wie Honig fließen
Im Alltag erscheinen uns die Grenzen zwischen Flüssigkeiten und Feststoffen eindeutig. Doch schaut man sich Materialien im Detail an, können selbst kalte Metalle sich wie viskose Flüssigkeiten verhalten, wie Forscher des KIT und Partner nun im Fachmagazin Nature Communications vorstellen.
„Uns hat das mikroskopische Verhalten von Metallen unter Scherung interessiert, weil dies für Materialbearbeitung und Verschleiß maßgeblich ist“, erklärt Horst Hahn vom Institut für Nanotechnologie des KIT. Bei der Scherung werden Körper langsam verformt, weil sich Ober- und Unterkante mit verschiedenen Geschwindigkeiten bewegen, etwa so wie der Küchenschwamm, der über eine Arbeitsplatte gezogen wird. Hahn und sein Team haben nun einen Trick ersonnen, das Verhalten innerhalb einer Geschwindigkeitspanne mit geringem Aufwand zu messen. Statt geradliniger Bewegung nutzen sie Torsion, eine Rotation bei hohem Druck. Dadurch wirken verschiedene Geschwindigkeiten zugleich in einer Probe, je nach Abstand zum Drehzentrum. Bei Mehrfachschichten zweier Metalle beobachteten sie so mittels Synchrotron-Strahlung Effekte wie Schichtablösung, Faltenbildung und Wirbel – ähnlich dem Verhalten von viskosen Flüssigkeiten wie Honig. Interessanterweise findet sich eine beeindruckende Übereinstimmung mit geologischen Prozessen in der Erde. „Daher haben wir zur Analyse tatsächlich auch Computermodelle aus der Geologie genutzt. Das, was sich dort über Millionen von Jahren auf Kilometern in der Erde abspielt passiert bei uns in Minuten auf wenigen Mikrometern“, stellt Mohsen Pouryazdan fest, der Erstautor der Studie. Metallschichten könnten daher in Zukunft als einfaches Modellexperiment für geologische Effekte dienen.
Mehr Information und Videos:
nature.com/articles/s41467-017-01879-5
twitter.com/NatureComms/status/932977055247093763
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Energiewende: Smart Grid im Feldtest
Intelligente Stromnetze tragen wesentlich zum Erfolg der Energiewende bei. Die Verteilnetze werden in Zukunft nicht nur erneuerbare Energien aufnehmen, sondern auch neue Komponenten wie Ladesäulen für Elektroautos, Batteriespeicher und Smart-Home-Lösungen integrieren. Die intelligente Koordination der verschiedenen Anlagen mit rollengerechten Systemlösungen steht im Mittelpunkt eines Feldtests im badischen Freiamt, durchgeführt vom KIT und seinen Partnern im Projekt grid-control.
„Wir untersuchen etwa die Einsatzmöglichkeiten einer Netzampel in Niederspannungssystemen“, erklärt Hartmut Schmeck vom Institut für Angewandte Informatik und Formale Beschreibungsverfahren des KIT. „Dafür haben wir am KIT ein Optimierungsverfahren für die gelbe Ampelphase geschaffen, das die Batteriespeicher im Feldtest optimal zur Bewirtschaftung von Engpässen einsetzt.“ Für den Feldtest wurden 30 Photovoltaikanlagen mit neuer Steuertechnik und Energiemanagement ausgestattet und teilweise Batteriespeicher eingebaut. Eine Netzampel koordiniert das Zusammenspiel von Endkunden, Netzbetreibern und Marktteilnehmern. Sie ermöglicht es, steuerbare Verbraucher und Erzeugungsanlagen zur Vermeidung von Engpässen im Stromnetz zu nutzen und zugleich marktorientiert einzusetzen. Bundesweit ist grid-control das erste Projekt, das alle Bereiche der Wertschöpfungskette von der Erzeugung bis zum Endverbraucher berücksichtigt. Es wird vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie gefördert.
Mehr Information:
projekt-grid-control.de
netze-bw.de/News/Smart-Grid-Projekt-Freiamt-startet-Feldtest-Phase
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Lebensmittelforschung: Pflanzliche Emulgatoren
Soßen, Brotaufstriche oder auch Desserts – viele Nahrungsmittel basieren auf Öl-in-Wasser-Emulsionen. Damit sie sich nicht trennen, setzen sowohl industrielle Lebensmittelhersteller als auch Köche Emulgatoren und Stabilisatoren ein. Einer der bekanntesten Emulgatoren ist Eigelb. Es ist für die cremige Konsistenz von Mayonnaise oder Sauce Hollandaise verantwortlich. Der größer werdende Wunsch der Verbraucher nach vegetarischen oder veganen Lebensmitteln, steigert jedoch die Nachfrage nach pflanzlichen Alternativen. Ulrike van der Schaaf beschäftigt sich am KIT mit der Herstellung und Stabilisierung von Emulsionen durch pflanzlichen Emulgatoren wie dem Molekül Pektin.
Mit ihrer Forschung will die Bioingenieurin unter anderem Hinweise geben, wie sich natürliche, pflanzliche Emulgatoren effektiv in Lebensmittelprodukten einsetzen lassen. Dies kann auch dazu dienen, die Auswahl an Emulgatoren zu erweitern. „Das Problem ist, dass die verschiedenen Pektintypen in ihrer molekularen Struktur deutlich variieren. Somit lassen sich die Emulgiereigenschaften eines Pektins nicht einfach auf ein anderes übertragen“, sagt van der Schaaf. Deshalb müsse jeder Pektintyp individuell betrachtet werden. Die Wissenschaftlerin möchte dafür eine systematische Vorgehensweise entwickeln, die sich auch auf andere pflanzliche Stabilisatoren anwenden lässt. Für ihre Untersuchungen an Citruspektin, das aus Zitronen gewonnen und zur Herstellung von Marmelade verwendet wird, erhielt van der Schaaf nun vom Lebensmitteltechnologieunternehmen KaTech einen Preis für wegweisende Lebensmittelforschung.
Mehr Information:
sciencedirect.com/science/article/pii/S0268005X16303551
khpartner.com/de/katech-verleiht-erstmals-katech-preis-fuer-lebensmittelforschung/
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Energiewende: Der Weg der Speichertechnologien
Sonnenenergie, die im Sommer erzeugt wurde, im Winter nutzen – das ist nur möglich mit effizienten Energiespeichersystemen. Diese sind entscheidend, um die schwankende Stromerzeugung erneuerbarer Energien auszugleichen. Das KIT hat nun die Weiterentwicklung der europäischen Roadmap für Forschungs- und Entwicklungsstrategien für den großflächigen Einsatz kosteneffizienter Energiespeichertechnologien wie Wärme-, Strom- oder Gasspeicher koordiniert.
„Die Roadmap bietet einen Überblick über die derzeit in Europa entwickelten Energiespeichertechnologien und benennt die wichtigsten Forschungsanforderungen in den kommenden Jahrzehnten“, sagen Mathias Noe und Myriam E. Gil Bardají vom KIT. „Außerdem enthält sie Empfehlungen für regulatorische Maßnahmen, um die Entwicklung kosteneffizienter Energiespeichertechnologien für die Energiewende zu unterstützen.“ Dazu gehören die Entwicklung eines strategischen Energiespeicherplans für Europa, das Einrichten von Demonstrations- und Pilotprogrammen zur Netzintegration ausgereifter Technologien, die Analyse der Möglichkeiten zur Speicherung von Energiedienstleistungen sowie die Erforschung neuer Designs für hybride Energiespeichersysteme. Die Roadmap informiert über Forschung und Innovationen im Energiespeichersektor und will damit Europas Forschung und industrielle Wettbewerbsfähigkeit stärken. Die Roadmap ist eine gemeinsame Initiative von der European Association for Storage of Energy (EASE) und des EERA Joint Programme on Energy Storage der European Energy Research Alliance (EERA JP ES).
Mehr Information und Link zur Roadmap:
eera-es.eu/wp-content/uploads/2016/03/EASE-EERA-Storage-Technology-Development-Roadmap-2017-HR.pdf
ease-storage.eu
eera-es.eu
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Batterien: „Mit der entsprechenden Wartung hält eine Redow-Flow-Batterie bis zu 40 Jahre“, erklärt Jens Tübke vom Institut für Mechanische Verfahrenstechnik und Mechanik am KIT. „Das ist auch der Zeitraum über den Energieunternehmen ihre Investitionsentscheidungen üblicherweise treffen.“ Weitere Vorteile der Technologie sind hoher Wirkungsgrad und geringe Selbstentladung. Aufgrund der geringen Energiedichte scheidet der Einsatz in Fahrzeugen oder Laptops aus. Als Großbatterie kann die Technologie jedoch Strom aus erneuerbaren Energiequellen zwischenspeichern und so helfen Angebot und Nachfrage in Deckung zu bringen, wie Tübke derzeit mit seinem Projekt RedowWind am Fraunhofer ICT belegt. Mehr Information: stuttgarter-nachrichten.de/inhalt.technik-die-groesste-batterie-der-welt.7bb29a2c-b566-4337-9312-ba243d961d69.html
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Notenmappe: Der Musiker der Zukunft braucht nur drei Dinge: sein Instrument, sein Tablet und Melody Scanner, eine App entwickelt von Studierenden des KIT. Der intelligente Melody Scanner Algorithmus analysiert Lieder aus mp3-Dateien vollautomatisch und arrangiert ein digitales Notenblatt für beliebige Instrumente. Der Schwierigkeitsgrad des Musikarrangements lässt sich ebenso einstellen, wie die Darstellungsform: Noten, Tabulatur oder Lernmodi wie Piano Roll. Melody Scanner ist eine digitale Notenmappe, die mit eigenen Musikstücken befüllt werden kann und Menschen für das Musizieren begeistert. Mehr Information: kit-gruendernews.de/gruender-des-monats-melody-scanner/#more-3975
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KIT.audio | Der Forschungspodcast
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Nukleare Entsorgung: Im Rahmen der Energiewende wurde auch die Suche nach einem Endlager für langlebige, wärmeentwickelnde radioaktive Abfälle auf eine neue Grundlage gestellt: Nach jahrzehntelangem Streit fängt die Suche mit dem Ansatz einer „weißen Landkarte” neu an. Mit zwei führenden Protagonisten des bis 2031 angesetzten Auswahlprozesses sprechen wir über die extrem komplexe Suche nach jener unterirdischen Stätte, in der einst die hoch radioaktiven Hinterlassenschaften der deutschen Kernkraftwerke für hunderttausende Jahre sicher gelagert werden sollen. Dass nukleare Entsorgung sich in Fragen der Endlagerung nicht erschöpft, demonstrieren zwei weitere Wissenschaftler, die den Rückbau kerntechnischer Anlagen respektive den Einschluss hoch radioaktiver Flüssigabfälle in Glas voranbringen.
KIT.audio ist der Forschungspodcast des Karlsruher Instituts für Technologie. Monatlich erkundet es ein aktuell drängendes Forschungsthema. Die eingefangenen O-Töne, Geräuschkulissen und Sounds verweben in der Art eines Features zu intensiven Hörstücken von etwa 30 Minuten Dauer.
Mehr zum Podcast KIT.audio auf kit.edu/audio.
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Karlsruher Dialog Technik & Recht
30. November 2017, Karlsruhe
Thema: 3D-Druck und gewerblicher Rechtsschutz
patentrecht.zar.kit.edu/104.php
Kolloquium „Sustainable Bioeconomy“
5. Dezember 2017, Campus Nord des KIT
Themen: Biomasse, Bioökonomie, Wertschöpfung
kit.edu/downloads/Programm-Kolloquium-Sustainable-Bioeconomy-05-12-2107.pdf
Forum Wissenschaftsjournalismus „Wissenswerte“
4. bis 5. Dezember 2017, Darmstadt
Workshop Batterie mit Jürgen Janek, KIT
Themen: Batterien, Elektrolyte, Lithium
wissenswerte-bremen.de/B14_-Workshop-Wissenschaft_Batterieforschung---auf-der-Suche-nach-dem-Superakku+290
Vortrag „Wie kann ich mein Erbe nach meinen Vorstellungen sinnvoll einsetzen?“
Veranstaltet von der KIT-Stiftung
7. Dezember 2017, Karlsruhe
Themen: Erbschaft, Testament, Vorsorge
stiftung.kit.edu/veranstaltungen.php
Forum „Kritische Interdisziplinarität“
Vortrag: “Decision Making in Social Insects”, Christoph Kleineidam, University of Konstanz
12. Dezember 2017, Campus Süd des KIT
botanik.kit.edu/botzell/2352.php
Tagung „Dieselmotor - Quo vadis? Saubere Luft in Städten und auf dem Land“
22. bis 23. Januar 2018, Ettlingen, mitveranstaltet vom KIT
Themen: Stickoxid, Nachrüsten, Messungen
hdt.de/motorische-stickoxidbildung-nox-tagung-h130010306
Forum „Kritische Interdisziplinarität“
Vortrag: „Organic Computing – The Self, the Group, and the Holon”, Christian Müller-Schloer, University of Hannover
23. Januar 2018, Campus Süd des KIT
botanik.kit.edu/botzell/2352.php
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Als „Die Forschungsuniversität in der Helmholtz-Gemeinschaft“ schafft und vermittelt das KIT Wissen für Gesellschaft und Umwelt. Ziel ist es, zu den globalen Herausforderungen maßgebliche Beiträge in den Feldern Energie, Mobilität und Information zu leisten. Dazu arbeiten rund 9 300 Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter auf einer breiten disziplinären Basis in Natur-, Ingenieur-, Wirtschafts- sowie Geistes- und Sozialwissenschaften zusammen. Seine
26 000 Studierenden bereitet das KIT durch ein forschungsorientiertes universitäres Studium auf verantwortungsvolle Aufgaben in Gesellschaft, Wirtschaft und Wissenschaft vor. Die Innovationstätigkeit am KIT schlägt die Brücke zwischen Erkenntnis und Anwendung zum gesellschaftlichen Nutzen, wirtschaftlichen Wohlstand und Erhalt unserer natürlichen Lebensgrundlagen.
Kontakt:
Monika Landgraf
Leiterin Gesamtkommunikation
Pressesprecherin
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Themenscout
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Tel.: +49 721 608-41956
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