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KIT.kompakt - monatliche Pressenachrichten (Ausgabe 04/2021)
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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 freuen uns, wenn passende Nachrichten für Ihre redaktionelle Berichterstattung dabei sind. Gerne vermitteln wir Ihnen für weitere Informationen auch passende Ansprechpersonen. Über einen Beleg Ihrer Berichterstattung freuen wir uns.
Freundliche Grüße
Ihr Presseservice des KIT
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Atmosphärenforschung: Airbus A350 wird zum Forschungsflugzeug
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Ein großer Teil des atmosphärischen Treibhauseffekts entsteht zwischen der Erdoberfläche und zehn bis zwölf Kilometern Höhe. Um ein besseres Verständnis der Prozesse dort zu erlangen, wollen Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler in der europäischen Forschungsinfrastruktur IAGOS-CARIBIC in dieser Höhenregion mithilfe des CARIBIC-Labors über mindestens 15 bis 20 Jahre die Luftzusammensetzung messen. Hierzu wurde nun nach einer dreijährigen Planungsphase bei Lufthansa Technik auf Malta ein Airbus A350-900 von Lufthansa umgebaut.
Das Labor ist ausgestattet mit einer High-End-Instrumentierung, vergleichbar mit der auf einem großen Forschungsflugzeug. Es sammelt kosteneffizient, regelmäßig und über Jahrzehnte Daten der Luftzusammensetzung. Ein Zusammenschluss von zwölf Forschungsinstituten (elf aus Europa, eines aus den USA) hat hierfür fast 20 hochkomplexe Messgeräte entwickelt, die rund 100 unterschiedliche Spurengase, Aerosol- und Wolkenparameter messen können. „Mit den hochgenauen Messdaten können wir verstehen, welche Prozesse sich ändern, wie stark und wie ihr Einfluss auf die Klimaänderung in Zukunft sein könnte“, sagt Dr. Andreas Zahn, Gruppenleiter am Institut für Meteorologie und Klimaforschung – Atmosphärische Spurengase und Fernerkundung am KIT und Koordinator von IAGOS-CARIBIC. „Kein anderer Messträger, weder vom Boden noch vom Satelliten, kann derartig hochaufgelöste Multiparameterdaten liefern.“ Zwei weitere kurze Umbauphasen, ein Testflug und die abschließende Luftfahrtzulassung durch die europäische Luftfahrtbehörde EASA stehen noch aus. Der Jungfernflug wird für Dezember dieses Jahres erwartet. (aza)
Bildunterschrift: Der umgebaute A350-900. Der Pfeil markiert die Position des späteren Lufteinlass-Systems (Fotos: Torsten Gehrlein, KIT; Montage: Andreas Zahn, KIT)
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Batterieforschung: Mehr Kapazität durch verbesserte Sauerstoffchemie
Mobile Geräte mit längerer Laufzeit oder Elektrofahrzeuge mit größerer Reichweite – Lithium-Ionen-Batterien mit einer höheren Energiedichte könnten vieles ermöglichen. Die größten Kapazitäten werden theoretisch mit sauerstoffbasierter Chemie erreicht, doch in der Praxis sind die Möglichkeiten durch Zersetzungsprozesse wie aufgeblähte Zellen oder plötzlichen Spannungsabfall begrenzt. Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler des KIT haben nun nachgewiesen, wie der Einsatz von speziellen Silikaten solche aggressiven Oxidationsprozesse mildern kann. Damit könnte die Energiedichte von Lithium-Ionen-Batterien enorm erhöht werden. Über ihre Ergebnisse berichten sie in der Zeitschrift Angewandte Chemie.
In Silikaten ist der Sauerstoff gemeinsam mit Aktivmetallen wie Nickel, Kobalt oder auch Mangan in relativ stabilen Verbindungen mit Silizium gebunden. „Verwendet man die richtigen Silikate an der Batteriekathode, dann begünstigt das eine spezifische Form der Oxidation während des Betriebs einer Batterie. Statt die Kristallstruktur zu zerstören, bindet der Sauerstoff an sich selbst und bildet sogenanntes Peroxo-Dimer“, sagt Professor Helmut Ehrenberg, Leiter des Instituts für Energiespeichersysteme (IAM-ESS) des KIT. Der Nachweis dieser Sauerstoffvariante gelang seinem Forschungsteam gemeinsam mit Partnern über charakteristische Veränderungen der elektronischen Anregungen (Röntgenabsorptions-Spektroskopie) und der Atomschwingungen (Raman-Spektroskopie) in den Aktivmaterialien. „Neben einer größeren Materialstabilität begünstigt diese Form der Oxidation auch einen Ladungsausgleich bei konstanter Spannung“, so Ehrenberg. (mhe)
Weitere Informationen
doi.org/10.1002/anie.202100730
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Lithium-Ionen-Batterien: Innovatives Schutztextil bringt Brände unter Kontrolle
Vom Smartphone bis zum Elektrofahrzeug – Lithium-Ionen-Batterien sind allgegenwärtig. Weniger bekannt sind die Gefahren, die vom Brand solcher Energiespeicher ausgehen. Die entstehenden Rauchgase etwa sind akut gesundheitsgefährdend, allen voran die Flusssäure. Neue Optionen der Brandbekämpfung eröffnet ein von der Forschungsstelle für Brandschutztechnik des KIT gemeinsam mit der Ludwigshafener Planex GmbH entwickeltes Schutztextil.
Dieses Schutztextil wird wie eine Tasche über ein entflammtes Kleingerät gezogen. Die gasdurchlässigen Schichten der Tasche verhindern den Flammenaustritt, ein Kern aus Mineralerde bindet den giftigen Rauch. Bei Bedarf kann die Tasche auch als Decke entfaltet werden. In der XXL-Version lassen sich damit E-Fahrzeuge, deren Batterien nicht mehr gelöscht werden können, komplett abdecken. „Aus mehr als 50 Textilien und Absorber-Materialien haben wir auf unseren Prüfständen diejenigen ermittelt, die den Anforderungen am besten entsprechen“, berichten die Leiter der Forschungsstelle, Dietmar Schelb und Ilian Dinkov. Versuchsreihen mit dem so konfigurierten Schutztextil zeigten, dass bis zu 97 Prozent der Rauchgase zurückgehalten werden. Bei Feuerwehren, Fluggesellschaften, Parkhausbetreibern und Autobauern stößt das auf großes Interesse. Die zweijährige Kooperation wurde durch das Zentrale Innovationsprogramm Mittelstand des Bundeswirtschaftsministeriums gefördert und als „Erfolgsbeispiel“ ausgezeichnet. (jha)
Weitere Informationen:
planex-gmbh.de/wp-content/uploads/2019/12/Lithium-Ionen-Brandschutzdecke-von-Planex-Deutschen-Feuerwehr-Zeitung-12_2019.pdf
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KI: Kompetenzzentrum soll Akzeptanz für Arbeit und Lernen fördern
Forschende des KIT erarbeiten gemeinsam mit der Hochschule Karlsruhe und weiteren Forschungseinrichtungen aus Karlsruhe in einem interdisziplinären Forschungsverbund den Einfluss von Künstlicher Intelligenz (KI) auf die menschliche Arbeit in Produktion, IT, Mobilität und Bildung. Die im Projekt Künstliche Intelligenz für Arbeit und Lernen in der Region Karlsruhe, kurz KARL, entstehenden KI-unterstützten Arbeits- und Lernsysteme werden zusammen mit den Praxispartnern konzipiert, erprobt und anschließend in Demonstratoren umgesetzt. „Unsere Lernfabrik Globale Produktion nimmt dabei eine zentrale Rolle ein, da diese eine reale Produktionsumgebung darstellt und somit die Möglichkeit bietet, die Anwendungen der KI in einer realen Produktionsumgebung zu erproben und mit Hilfe verhaltensökonomischer Experimente zu evaluieren“, sagt Professorin Gisela Lanza, Leiterin des wbk Instituts für Produktionstechnik am KIT. Ziel ist es, den Einfluss der KI auf Kriterien wie Zufriedenheit, Motivation und Stress der Mitarbeitenden zu erarbeiten.
„Die menschengerechte Gestaltung von lernenden Arbeitssystemen stellt ein gegenwärtig hoch relevantes Thema dar. Wir freuen uns darauf, durch anwendungsnahes Forschen den zukünftigen Einsatz solcher Systeme und damit den beruflichen Alltag zahlreicher Menschen positiv beeinflussen zu können“, so Professorin Barbara Deml, Leiterin des Instituts für Arbeitswissenschaft und Betriebsorganisation am KIT. Dabei nehmen die Forschenden auch soziale, ethische und rechtliche Kriterien in den Blick. „Sie sind wichtig, denn es geht darum, sorgfältig zu erforschen, wie KI eingesetzt werden kann, um Arbeitsprozesse zu unterstützen, zu erleichtern und zu verändern“, erläutert Dr. Bettina Krings vom Institut für Technikfolgenabschätzung und Systemanalyse. Das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) fördert das von der Hochschule Karlsruhe koordinierte Projekt KARL im Förderschwerpunkt „Zukunft der Arbeit: Regionale Kompetenzzentren der Arbeitsforschung“ in den ersten vier Jahren mit insgesamt knapp acht Millionen Euro. Das Projekt wird anschließend in einem öffentlich zugänglichen Kompetenzzentrum fortgeführt. (kla)
Weitere Informationen:
h-ka.de/die-hochschule-karlsruhe/aktuelles/news/2021/karl
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Prozesstechnik: Ein Baukasten für die Partikelproduktion
Batteriematerialien, Medikamente, Solarzellen, 3-D-gedruckte Bauteile, all diese Produkte bestehen zu einem überwiegenden Teil aus Partikeln. Partikuläre Produkte haben eine große Bedeutung im alltäglichen Leben und in zahlreichen technischen Anwendungen. Zugleich basiert der Produktionsprozess heute noch überwiegend auf langjähriger Erfahrung. Das kürzlich von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) bewilligte Schwerpunktprogramm „Autonome Prozesse in der Partikeltechnik“ unter Federführung des KIT soll mehr Systematik in die Produktion bringen.
„Die Komplexität der partikulären Produkte verhindert nach wie vor eine weitreichende Automatisierung und autonome Prozessführung, das heißt eine selbständige Einstellung der Produkteigenschaften ohne einen Eingriff von außen“, so Programmkoordinator Hermann Nirschl vom Institut für Mechanische Verfahrenstechnik und Mechanik des KIT. Das Ziel des geplanten Schwerpunktprogramms ist daher die Erforschung und Erprobung von Methoden zur autonomen Prozessführung in der Partikeltechnik. Durch die Kombination von Material- und Informationstechnik mit der Prozessdynamik und der Regelungstechnik soll es zum ersten Mal möglich sein, die gewünschten Eigenschaften partikulärer Produkte bei möglichst energie- und rohstoffeffizientem Betrieb per Knopfdruck einzustellen. „Im Endergebnis wollen wir einen neuartigen Baukasten wissenschaftlicher Werkzeuge, der eine sichere Prozessführung erlaubt und auch auf neue, partikeltechnische Verfahren übertragen werden kann“, so Nirschl. Das Programm hat eine Laufzeit von sechs Jahren und wird von der DFG mit etwa 15 Millionen Euro gefördert. (rli)
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Bauplanung: Automatisierte ganzheitliche Analyse für Infrastrukturprojekte
Das deutsche Straßennetz umfasst rund 830 000 Kilometer. Für eine gut ausgebaute Infrastruktur sind zukünftig weitere neue Verkehrswege und die Instandhaltung vorhandener Infrastrukturprojekte notwendig. Um diese Herausforderung zu bewältigen, werden Planungshilfen genutzt, die Aspekte wie Bauzeit, Betriebskosten, Umweltauswirkungen und Betriebskonzepte jedoch nur punktuell oder gar nicht berücksichtigen. Eine Lösung für die automatisierte und ganzheitliche Analyse in der Planung von Infrastrukturprojekten erarbeiten das KIT und die Durth Roos Consulting GmbH im Forschungsvorhaben „Integplan“.
„Zur ganzheitlichen Bewertung von Infrastrukturprojekten wie Brücken oder Straßen müssen neben den Herstellungs- und Lebenszykluskosten auch Umweltauswirkungen und baustellenbedingte Verkehrsbeeinträchtigungen berücksichtigt werden“, sagt Matthias Müller von der Versuchsanstalt für Stahl, Holz und Steine des KIT. Die für die Bewertung benötigten Daten, etwa zu Verkehrsaufkommen, Unfallstatistiken oder Fahrbahnbreiten, liegen dem Bund und den Ländern vor. Nun analysieren die Forschenden diese und entwickeln Anforderungen an Datenstrukturen und Schnittstellen. Die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler des KIT identifizieren etwa Potenziale und Lücken in der Bereitstellung der Daten für die Planung von Brücken. Sie analysieren die Daten zu Kosten, Austauschzyklen und Umwelteinflüssen, hinterlegen diese in einer Datenbank und erstellen daraus virtuelle Bauwerkselemente als Planungshilfen. Ziel ist es, zukünftig alle genannten Kriterien für die ganzheitliche Analyse von Infrastrukturbauwerken zu berücksichtigen und in Computermodellen zu automatisieren, um ökologische und ökonomische Auswirkungen einer Planungsvariante frühzeitig abzuschätzen. Das Bundesministerium für Verkehr und digitale Infrastruktur fördert das Projekt innerhalb der Förderrichtlinie des Modernitätsfonds mit rund 130 000 Euro. (ase)
Weitere Informationen:
stahl.vaka.kit.edu/digital-life-cycle-engineering_integplan.php
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Künstliche Intelligenz: Effizientere Produktionsprozesse dank Algorithmen
Medikamente, Benzin, Dünger, Plastik, Wärme und Strom – unzählige Stoffe unseres täglichen Lebens kommen aus verfahrenstechnischen Anlagen, die auch dazu beitragen, unseren Energiebedarf zu decken. Viele davon betreiben kleine und mittelständische Unternehmen. Forscherinnen und Forscher des KIT arbeiten im Projekt KI-Tool daran, die zugehörigen Prozesse mithilfe Künstlicher Intelligenz (KI) besser und effizienter zu machen.
„Oft müssen Anlagen mit stark variierenden Einsatzstoffen einen möglichst zuverlässigen, gleichmäßigen und ressourcenschonenden Betrieb gewährleisten. Energieverbrauch und unnötige Abfallströme sollen minimiert oder besser ganz vermieden werden“, sagt Dieter Stapf, Leiter des Instituts für Technische Chemie am KIT. Das spare Kosten und verringere klimaschädliche Emissionen. Dabei könnten Methoden des Maschinellen Lernens helfen. Entsprechende Algorithmen werden hierzu anhand aufgezeichneter Anlagenbetriebsdaten trainiert sowie Erfahrung und Expertise der Mitarbeitenden formalisiert und dem Lernprozess zugeführt. „Der Aufwand für die Unternehmen bleibt dabei überschaubar“, sagt der Experte. Die von der Softwarefirma EDI GmbH entwickelte KI macht es möglich, die Produktion im laufenden Betrieb an veränderte Randbedingungen anzupassen. Technisch umgesetzt werden die KI-Methoden in der bioliq-Pilotanlage des KIT, die nachhaltigen Kraftstoff aus biogenen Reststoffen produziert, und in einer Müllverbrennungsanlage der Mannheimer Firma MVV Umwelt GmbH. Weitere Unternehmen, die informell am Begleitkreis teilnehmen möchten, werden gesucht. Das Projekt KI-Tool hat eine Laufzeit von drei Jahren und wird vom Ministerium für Umwelt, Klima und Energiewirtschaft des Landes Baden-Württemberg mit etwa 900 000 Euro finanziert. Das KIT erhält davon rund 390 000 Euro. (mex)
Weitere Informationen:
itc.kit.edu/downloads/KITool_Steckbrief_de_260221.pdf
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Innovation am KIT: von der Forschung in die Anwendung
Wirtschaft und Gesellschaft sind in stetigem Wandel. Um mit den Veränderungen Schritt zu halten, benötigt der Standort Deutschland vor allem eins: Innovationen. Am KIT tragen Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler mit ihrer innovativen Forschung auf den Gebieten Energie, Mobilität und Information zur Bewältigung globaler Herausforderungen bei. Wie der Transfer von der Forschung in die Anwendung gelingt, zeigen ein Online-Dossier und die aktuelle Ausgabe des Forschungsmagazins lookKIT. (le)
Weitere Informationen:
kit.edu/kit/innovation.php
sek.kit.edu/downloads/lookkit-202101.pdf
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Power-to-X: Eine zuverlässige Energieversorgung ohne fossile Brennstoffe erfordert technische Möglichkeiten, Strom aus erneuerbaren Quellen in andere Energieträger umzuwandeln. Die Umwandlung von CO₂ oder Wasserstoff in Speichermoleküle ist ein wesentliches Forschungsthema des Chemieingenieurs Roland Dittmeyer, der am KIT das Institut für Mikroverfahrenstechnik leitet. „Unser Institut befasst sich mit der Entwicklung besonders kompakter, effizient und dynamisch arbeitender chemischer Reaktoren und anderer Prozesskomponenten wie etwa zur Stofftrennung, und zwar vom Labor- bis in den Prototypenmaßstab“, sagt Dittmeyer, der mit seiner Forschung die Entwicklung innovativer Technologien für die Energie- und Verkehrswende vorantreiben möchte. (che)
Weitere Informationen: sek.kit.edu/kit-experten_dittmeyer.php
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Objekterkennung aus CAD-Daten: Das aus dem KIT hervorgegangene Start-up Kimoknow hat eine Technologie entwickelt, mit der maschinelles Sehen für alle zugänglicher wird; vor allem dort, wo es bislang nicht wirtschaftlich war. Kimoknow greift dazu auf Bilddaten aus computerunterstützten Entwicklungsprozessen (CAD) und dem Produktionsdatenmanagement (PDM) zurück. Diese Daten werden extrahiert und für das automatisierte Training der Künstlichen Intelligenz (KI) genutzt. Im CAD konstruierte Bauteile lassen sich so direkt in Produktions- oder Logistikumgebungen mittels Kamera wiedererkennen, was Zeit und Kosten spart. Eine Anwendung ist der digitale Assistent „KIMO“, der mittels Augmented-Reality-Brille und Objekterkennung Fachkräfte bei der Montage komplexer Geräte unterstützt. Zukünftig wird Kimoknow mit seinem Angebot „Objekterkennung as a Service“ neue Anwendungen der Objekterkennung mit KI anbieten und damit einen größeren Kreis von Unternehmen erreichen können. (che)
Weitere Informationen: www.kimoknow.de
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Aktuelle Presseinformationen
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Donnerstag, 20 Mai 2021, online
Fashion & Energie – Nachhaltig Umdenken
Die von der Professur für Innovations- und Technologiemanagement am KIT organisierte Vortragsrunde hat zum Ziel, das gesellschaftlich relevante Thema „Nachhaltigkeit und Energie in der Modeindustrie“ aus Forschungs- sowie aus Praxissicht für ein breites Publikum zu erörtern. Professorin Marion Weissenberger-Eibl vom KIT eröffnet die Veranstaltung mit einem Einführungsbeitrag, auf den Impulsvorträge sowie eine Expertenrunde folgen, bei der das Publikum virtuell mitdiskutieren kann.
itm.entechnon.kit.edu/Vortragsreihe_Fokus-Zukunft.php
SAVE THE DATE: Sonntag, 5. Oktober, bis Freitag, 10. Oktober 2021, Karlsruhe
KIT Science Week
Das neue Veranstaltungsformat kombiniert eine hochrangige internationale wissenschaftliche Konferenz mit dialogischen Formaten für die Öffentlichkeit. Wissenschafts- und kulturbegeisterte Bürgerinnen und Bürger erhalten unter dem Titel „Der Mensch im Zentrum Lernender Systeme“ im Herbst 2021 exklusive Einblicke in die unterschiedlichsten Facetten der Forschung.
Erste Einblicke in die Programmvielfalt der KIT Science Week erhalten Sie unter scienceweek.kit.edu.
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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 9 600 Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter auf einer breiten disziplinären Basis in Natur-, Ingenieur-, Wirtschafts- sowie Geistes- und Sozialwissenschaften zusammen.
Seine etwa 23 300 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. Das KIT ist eine der deutschen Exzellenzuniversitäten.
Kontakt:
Monika Landgraf
Leiterin Gesamtkommunikation
Pressesprecherin
Margarete Lehné
Stellvertretende Pressesprecherin
Karlsruher Institut für Technologie (KIT)
Kaiserstraße 12
76131 Karlsruhe
Tel.: +49 721 608-41157
E-Mail: margarete.lehne@kit.edu
Datenschutz
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