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KIT.kompakt - monatliche Pressenachrichten (Ausgabe 03/2022)
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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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Materialforschung: Künstliche Intelligenz beschleunigt Synthesen
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Energie und Umweltschutz, Medizin, Information und Kommunikation: Diese und viele weitere Bereiche sind auf innovative Materialien angewiesen. Datenbasierte Synthesestrategien können die Entwicklung neuartiger Materialien wesentlich beschleunigen und deren Eigenschaften verbessern. Forschende des KIT haben mithilfe Künstlicher Intelligenz Synthesestrategien für bisher unbekannte metall-organische Gerüstverbindungen (MOFs) ermittelt. Diese hochporösen kristallinen Materialien lassen sich für verschiedenste Anwendungen wie Stofftrennung, Gasspeicherung, Katalyse und Sensorik maßschneidern. Über die Ergebnisse berichten die Forschenden in der Zeitschrift Angewandte Chemie.
Die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler untersuchen, wie sich Maschinelles Lernen (ML) zur Rationalisierung der MOF-Entwicklung einsetzen lässt. „Dabei werden die Synthesebedingungen eines MOF direkt anhand der Kristallstruktur vorhergesagt“, erklärt Dr. Manuel Tsotsalas vom Institut für Funktionelle Grenzflächen des KIT, das die Studie zusammen mit dem Institut für Theoretische Informatik des KIT durchführte. Möglich wird die datengesteuerte Vorhersage dank der weltweit ersten MOF-Synthesedatenbank. Für deren Erstellung wurden aus der Fachliteratur die benötigten Parameter mithilfe von Algorithmen zur Verarbeitung natürlicher Sprache extrahiert. Die auf der Datenbank basierenden, trainierten und optimierten ML-Algorithmen übertrafen schon in der Anfangsphase deutlich die Vorhersageleistung menschlicher Expertinnen und Experten. (org)
Weitere Informationen:
onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/anie.202200242
Bildunterschrift: Zur automatischen Synthesevorhersage von MOFs (abgebildet eine sogenannte SURMOF-Struktur mit eingelagertem Molekül) haben die Forschenden ein Webtool erstellt. (Foto: Andrea Fabry)
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Batterieentwicklung: Neuer Forschungsansatz für ultraschnelles Laden
Für eine klimafreundliche Mobilität sind ausdauernde Energiespeicher notwendig, mit denen sich Elektrofahrzeuge schnell laden lassen. Deren Erforschung und Entwicklung basieren heute meist darauf, die elektrochemischen Eigenschaften von Batterien mit ausgefeilten Materialzusammensetzungen zu optimieren. Auf einen anderen Ansatzpunkt macht Dr. Simon Fleischmann vom Helmholtz-Institut Ulm des KIT und der Universität Ulm gemeinsam mit internationalen Partnern in der Fachzeitschrift Nature Energy aufmerksam.
„Wenn wir über den Energiespeichermechanismus von Batterien sprechen, dann verstehen wir darunter in der Regel einen Redox-Vorgang, also den Übergang von Elektronen zwischen Elektrode und Elektrolyt“, sagt Fleischmann. „Es gibt aber auch noch eine andere Möglichkeit, die Energie elektrochemisch zu speichern. Nämlich in der elektrischen Doppelschicht.“ Das sei vergleichbar mit der Energiespeicherung in einem Kondensator. „In nanoskaligen Zwischenräumen des Kristallgitters der schichtstrukturierten Elektrode könnten beide Phänomene gleichzeitig in einem kontinuierlichen Übergang auftreten“, so Fleischmann. Da Kondensatoren schnell laden, aber nur wenig Energie speichern, während Redox-Reaktionen gerade umgekehrte Parameter aufweisen, könnten sie sich in Batterien mit optimierter Kristallgitter-Geometrie ideal ergänzen, erklärt der Forscher: „Entscheidend ist dabei der richtige Schichtabstand. Das in der Fertigung hinzubekommen wird allerdings eine große Herausforderung.“ (mhe)
Weitere Informationen:
nature.com/articles/s41560-022-00993-z
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Lebensmittelchemie: Weizenbedingte Krankheiten besser verstehen
Weizenbedingte Erkrankungen wie Zöliakie oder Weizenallergien nehmen in der Bevölkerung zu, die Gründe für diese Zunahme sind jedoch noch unklar. Eine entscheidende Rolle dabei spielt ein kompliziertes Zusammenwirken des menschlichen Immunsystems mit Gluten, einem in einigen Getreidesorten vorkommendem Eiweiß. Die genauen molekularen Strukturen der Glutenbestandteile, die etwa nach dem Verzehr von Weizenprodukten im menschlichen Körper auftreten, sind bisher nicht bekannt, da spezifische Analysemethoden fehlen. Im Projekt GLUTENOMICS sollen genau diese Strukturen aufgedeckt werden.
„Damit wollen wir besser verstehen, wie Gluten verdaut wird, welche Bestandteile im menschlichen Körper nachweisbar sind und wie weizenbedingte Erkrankungen ausgelöst werden“, erläutert Tenure-Track-Professorin Katharina Scherf, die das Projekt am Institut für Angewandte Biowissenschaften leitet. Untersucht werden die Strukturen mit einer Toolbox verschiedener Methoden. Das Neue und Innovative entstehe gerade durch deren umfassende Kombination, so Scherf. Zudem sollen Strategien entwickelt werden, getreidebasierte Produkte für Betroffene besser verträglich zu machen. Für ihre Forschung erhält Katharina Scherf vom Europäischen Forschungsrat (European Research Council – ERC) einen Starting Grant. Mit der Auszeichnung für die Tenure-Track-Professorin hat der ERC in der Förderrunde 2021 nun vier Starting Grants an das KIT vergeben. Die ausgewählten Projekte werden für fünf Jahre mit jeweils bis zu 1,5 Millionen Euro unterstützt. (sfo)
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Bioökonomie: Hochwertige Produkte aus kommunalem Abwasser
Eine klimaneutrale und umweltfreundliche Lebens- und Wirtschaftsweise bedeutet unter anderem, Rohstoffe möglichst vollständig in einen Kreislauf zu führen. Dazu gehört nicht nur die Ressourceneffizienz in der Produktion, sondern auch die Nachnutzung von Abfällen und Abwasser. In dem Projekt KoalAplan („Kommunales Abwasser als Quelle für Ammoniumstickstoff, Wasserstoff und Bioplastik“) wollen Forschende unter der Leitung der DVGW-Forschungsstelle am Engler-Bunte-Institut des KIT und weitere Beteiligte nun anhand verschiedener biologischer Verfahren hochwertige Produkte aus kommunalem Abwasser gewinnen.
Organischer Kohlenstoff ist der Hauptbestandteil von Abwasser. Dieser wird bisher in Methan umgewandelt. „Ein Ziel des Projekts ist es, weitere nachhaltige Produkte aus dem Abwasser zu erhalten. Bei der Reinigung des Abwassers im Hauptstrom etwa wollen wir Ammonium zurückgewinnen, das als Dünger für den Landbau dient“, sagt Professor Harald Horn vom Engler-Bunte-Institut – Wasserchemie und Wassertechnologie des KIT und Projektkoordinator von KoalAplan. Bei der Abwasseraufbereitung wollen die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler außerdem für eine nachhaltige, zirkuläre Bioökonomie Wasserstoff und Polyhydroxyalkanoate als Rohstoff für biobasierten Kunststoff erzeugen. Das Ministerium für Umwelt, Klima und Energiewirtschaft Baden-Württemberg fördert das Projekt mit rund 2,3 Millionen Euro aus dem Europäischen Fonds für Regionale Entwicklung und aus Landesmitteln. (swi)
Weitere Informationen:
um.baden-wuerttemberg.de/de/wirtschaft/biooekonomie/bio-ab-cycling
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Feststoffbatterien: Anlage für die industrielle Fertigung
Längere Reichweiten für die Elektromobilität, zügiges Laden und insgesamt mehr Sicherheit – das sind die Versprechungen von Batterien mit Feststoffelektrolyten. Im Forschungsprojekt MEFBatt („Aufrüstung einer Mehrlagen-Elektrodenfertigung zur Prozessierung von Festkörper-Batterien im Pilotmaßstab“) gehen Forschende des KIT den nächsten Schritt, um eine Massenproduktion zu ermöglichen. Mit einer Pilotanlage soll der Fertigungsprozess von Elektroden für Festkörperbatterien zur Vorbereitung einer industriellen Massenproduktion erforscht und optimiert werden.
Wie herkömmliche Batterien werden auch Feststoffbatterien aus Elektroden und Separator gefertigt, wobei der bisherige Flüssigelektrolyt durch einen ionenleitenden Feststoffelektrolyt ersetzt wird. „Eine spezifische Herausforderung bei der Herstellung von Elektroden für Feststoffbatterien stellt dabei die zusätzliche Integration einer möglichst dünnen Festelektrolytschicht dar, die den bisherigen elektrolytgetränkten Polymerseparator ersetzt“, sagt Dr. Werner Bauer vom Institut für Angewandte Materialien – Energiespeichersysteme des KIT, der das Projekt koordiniert. „Wir werden dafür eine typische Rolle-zu-Rolle-Beschichtungsanlage mit innovativer Technologie aufrüsten.“ Die Anlage werde mit einem Mehrlagenbeschichtungsprozess ausgestattet, in dem die Kathodenschicht als Trägerschicht genutzt wird, die den empfindlichen Festelektrolyt-Separator mechanisch stabilisiert. Das Bundesministerium für Bildung und Forschung fördert mit über 600 000 Euro. (mhe)
Weitere Informationen:
kit.edu/kit/30353.php
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Trinkwasserversorgung: Autarke Membranfilter dank Sonnenenergie
Mehr als eine Milliarde Menschen weltweit haben keinen Zugang zu sauberem Trinkwasser – dies ist nach wie vor eine Ursache hoher Kindersterblichkeit. Als Antwort auf diese globale Herausforderung haben Forschende des KIT das Konzept einer mit erneuerbaren Energien betriebenen Membranfiltration entwickelt: Mit modularen Anlagen wird dabei salziges Brackwasser in Trinkwasser umgewandelt, das den Standards der Weltgesundheitsorganisation WHO genügt. Solche Anlagen eignen sich ideal für den Einsatz in ländlichen und trockenen Regionen, insbesondere in Entwicklungsländern, da sie unabhängig von zentraler Infrastruktur funktionieren.
„Die von uns entwickelten Systeme nutzen druckgetriebene Membranverfahren, das ist eine bewährte Filtrationstechnologie zur Ultra- und Nanofiltration“, sagt Professorin Andrea Schäfer vom Institute for Advanced Membrane Technology des KIT, die sich bei der Entwicklung um die Wasseraufbereitung kümmert. „Entfernt werden neben Salz auch organische Stoffe, Pestizide, Fluorid, Uran und Arsen sowie Bakterien und Viren.“ Professor Bryce Richards vom Institut für Mikrostrukturtechnik des KIT ist für die Energieversorgung zuständig und betont: „Trinkwassermangel und fehlender Zugang zur Stromversorgung treten oft gemeinsam auf. Deshalb war eine autarke Energieversorgung ein zentraler Teil der Entwicklung.“ Die beiden Forschenden haben das Projekt seit 2001 mit viel Eigeninitiative sowie mit Unterstützung durch ihre Forschungsgruppen und Sponsoren vorangetrieben. Für ihr Engagement wurden sie von der Josef Wund Stiftung jetzt mit dem Undine Award ausgezeichnet. Das Preisgeld wollen Schäfer und Richards direkt in die Umsetzung ihres Projekts investieren: Als nächstes ist ein Living Lab als Langzeitstudie mit zehn Anlagen in Afrika geplant. (mhe)
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Gesundheit und Ernährung: Über die Vor- und Nachteile bestimmter Ernährungsweisen und über die Wirkung von ausreichender beziehungsweise zu wenig Bewegung im Allgemeinen ist viel bekannt. „Aber es gibt große individuelle Unterschiede in der Reaktion auf Ernährung und Bewegung. Es ist noch nicht geklärt, welche Stoffwechselprozesse im einzelnen Menschen ablaufen“, sagt der Ernährungsmediziner Achim Bub, Professor für Leistungsphysiologie und Ernährung am Institut für Sport und Sportwissenschaft des KIT. Der Experte forscht zu den Bedingungen sportlicher Leistungsfähigkeit und dem Zusammenwirken von Ernährungsweise, Bewegung und Lebensstil im Sinne gesundheitlicher Prävention. (ljo)
Weitere Informationen: sek.kit.edu/expertinnen-und-experten-des-kit_bub.php
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Antireflexfolie für Solarmodule: Einen signifikanten Beitrag zur Energiewende zu leisten, ist Ziel von Phytonics, einer Ausgründung des KIT. Gegründet 2021 aus dem Lichttechnischen Institut heraus, entwickelt das Start-up eine Antireflexfolie für Solarmodule, die den Energieertrag erhöht und zugleich Blendungen verhindert. Die Folie ist von Pflanzenoberflächen inspiriert und soll den Ertrag von Solarmodulen um bis zu zehn Prozent verbessern. Der Marktstart von Phytonics ist für 2023 geplant. Bis zum Sommer dieses Jahres will das Team die Folie auf voller Breite herstellen, um noch in diesem Jahr kleine Mengen an erste Kunden verkaufen zu können. (sas)
Weitere Informationen: phytonics.tech
femfeel im Gespräch mit der KIT-Gründerschmiede:
kit-gruenderschmiede.de/gruendung-des-monats-phytonics
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Aktuelle Presseinformationen
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Sonntag, 3. April bis Freitag, 8. April 2022, Schöntal
Konferenz zu neuen Ansätzen im Bereich 3D-Additive Manufacturing
Die Konferenz des gemeinsamen Exzellenclusters „3D Made to Order“ des KIT und der Universität Heidelberg bietet Vorträge von internationalen Forschenden, eine Postersession und Raum für Diskussionen zu den neuesten Forschungsentwicklungen und Zukunftstrends in den 3D-Nano- und Mikrofertigungstechnologien. Vertreterinnen und Vertreter der Medien können als Tagesgäste teilnehmen. Interessierte wenden sich bitte an jorinne.sturm@kit.edu.
future3dam.org/program
Freitag, 29. April 2022, 10:00 Uhr, Karlsruhe und Livestream
Symposium zu Bausubstanz als Ressource des 21. Jahrhundert
Über den Gebäudebestand als Ressource angesichts des wachsenden Abfallaufkommens und immer knapper werdender Rohstoffe sprechen Forschende des KIT bei Vorträgen und dazwischenliegenden Podiumsdiskussionen auf dem dritten Bausubstanz-Symposium des ZKM. Eine thematische Einführung in das Thema kommt von Professor Dirk Hebel, Dekan der Fakultät für Architektur des KIT.
arch.kit.edu/Symposium_on_Sustainable_Construction.php
Montag, 30. Mai bis Donnerstag, 2. Juni 2022, Hannover
Hannover Messe 2022
Klima- und Risikoforschung, Sicherheit für nachhaltige Energiesysteme, intelligentes Datenmanagement für Unternehmen, ein innovatives Verfahren, das klimaschädliches Kohlendioxid in den wertvollen Rohstoff Carbon Black, feinkörnigen Kohlenstoff, umwandelt und eine Technologie zum Herstellen von grünem Methanol: Diese und weitere Highlights aus der Technologieentwicklung präsentiert das KIT an zwei Ständen – im Future Hub und bei den Energy Solutions.
Digitale Pressemappe des KIT:
sek.kit.edu/hannovermesse2022
hannovermesse.de/de
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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 9 800 Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter auf einer breiten disziplinären Basis in Natur-, Ingenieur-, Wirtschafts- sowie Geistes- und Sozialwissenschaften zusammen.
Seine etwa 22 300 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
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