ENERGIEEFFIZIENT & AUTONOM - NACHHALTIGE TECHNIK FÜR DEN MENSCHEN
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DAS MAGAZIN FÜR FORSCHUNG, LEHRE, INNOVATION THE MAGAZINE FOR RESEARCH, TEACHING, INNOVATION AUSGABE/ISSUE #01/2023 ISSN 1869-2311 ENERGIEEFFIZIENT & AUTONOM NACHHALTIGE TECHNIK FÜR DEN MENSCHEN MAKING THE DIFFERENCE: DAS KIT AUF DER HANNOVER MESSE REGENERATIV: UNTERGRUND-WÄRMESPEICHER REGENERATIVE: UNDERGROUND HEAT STORAGE PRODUKTIV: INTELLIGENTE INDUSTRIEROBOTER PRODUCTIVE: INTELLIGENT INDUSTRIAL ROBOTS INNOVATIV: AUTOMATISIERTE STADTBUSSE INNOVATIVE: AUTOMATED CITY BUSES KIT – Die Forschungsuniversität in der Helmholtz-Gemeinschaft www.kit.edu
> 0123 EDITORIAL Holger Hanselka, Foto/Photograph: Markus Breig LIEBE LESERINNEN UND LESER, die aktuellen Herausforderungen für Wirtschaft und Industrie sind vielfältig: Klimawandel, Energieknappheit sowie eine fortschrei- tende Digitalisierung und Automatisierung von Prozessen. Wissen- schaftlerinnen und Wissenschaftler des KIT, der Forschungsuniver- sität in der Helmholtz-Gemeinschaft, suchen nach Lösungen für eine vernetzte und klimaneutrale Industrie. Dabei setzt das KIT auf einen intensiven Transfer und Dialog zwischen Wissenschaft, Wirt- schaft und Gesellschaft. Auf der Hannover Messe zeigen For- schende aus verschiedenen Instituten ihre innovativen Ansätze für die Industrie von morgen. Ein Team des Instituts für Technische Physik (ITEP) des KIT simuliert am Energy Lab 2.0 die Zukunft der Energieversorgung. Die For- DEAR READER, schenden untersuchen unter anderem, wie sich die dezentrale Stromproduktion mit Solar- und Windkraftwerken auf die Netze The challenges currently facing the economy and industry are auswirkt (ab Seite 10). manifold: Climate change, energy scarcity, progressing digitaliza- tion and process automation. Scientists of KIT – The Research Uni- Den überschüssigen Strom aus Erneuerbaren Energien nutzen For- versity in the Helmholtz Association – are working on solutions for schende des Instituts für Mikroverfahrenstechnik (IMVT) des KIT networked and climate-neutral industry. In doing so, KIT relies on für die Herstellung von nachhaltigen Syntheseprodukten durch extensive technology transfer and dialog amongst science, indus- Power-to-X-Technologien (ab Seite 14). try, and society. At this year’s Hannover Messe, researchers from a number of KIT institutes will present their innovative approaches Das Projekt DeepStor am Institut für Nukleare Entsorgung (INE) des for tomorrow’s industry. KIT untersucht, wie sich Geothermie nutzen lässt, um überschüssi- At Energy Lab 2.0, a team of KIT’s Institute for Technical Physics ge Wärme – zum Beispiel aus der Industrie – im Untergrund zu (ITEP) simulates future energy supply. As one example, the re- speichern. Dafür bohrt das Forschungsteam am Campus Nord des searchers study decentralized electricity production with solar and KIT in die Tiefe (ab Seite 18). wind power plants and its impacts on grids (page 12). Researchers of KIT’s Institute for Micro Process Engineering (IMVT) In der Produktion arbeiten heute meist Roboter. Doch immer wie- use surplus electricity from renewable energy sources for produc- der müssen im Prozess individuelle Entscheidungen getroffen wer- ing sustainable synthesis products via power-to-X technologies den. Forschende des wbk Institut für Produktionstechnik des KIT (page 16). verleihen den Maschinen mit einer Software das notwendige Im- The DeepStor project of KIT’s Institute for Nuclear Waste Disposal provisationstalent (ab Seite 24). (INE) investigates how geothermal energy can be used to store underground excess heat, such as that produced by industry. For Viele Industrieanwendungen erfordern optische Hightech-Filter, die this purpose, the research team makes exploratory drills on KIT’s einen bestimmten Teil des Lichtspektrums blockieren oder verstär- Campus North (page 20). ken. Forschende des Lichttechnischen Instituts (LTI) des KIT haben Manufacturing today often takes place with the help of robots. ein Tintenstrahldruckverfahren entwickelt, mit dem sich die Spiegel Still, individual decisions are required during processes. Research- kostengünstiger und flexibler herstellen lassen (ab Seite 28). ers of the wbk Institute of Production Science of KIT have devel- oped a software that gives these machines the necessary ability to Am Institut für Technik der Informationsverarbeitung (ITIV) des KIT improvise in these cases (page 27). realisieren Forschende automatisiert fahrende Buskolonnen, wel- Many industrial applications require optical high-tech filters that che es ermöglichen, rasch auf schwankende Passagierzahlen zu block or reinforce a certain part of the spectrum of light. Research- reagieren (ab Seite 38). ers of KIT’s Light Technology Institute (LTI) have developed an ink- jet printing method that makes it possible to produce these mirrors Viel Vergnügen bei der Lektüre! more flexibly and at lower cost (page 30). At the KIT Institute for Information Processing Technology (ITIV), Ihr researchers work on automatic bus platooning to enable quick re- sponses to fluctuating numbers of passengers (page 41). Prof. Dr.-Ing. Holger Hanselka Enjoy reading! Präsident des KIT // President of KIT Yours,
> 0123 INHALT AUSGABE/ISSUE #01/2023 INHALT / CONTENT BLICKPUNKT / FOCUS 10 – 12 ENERGY LAB 2.0: REALITÄTSCHECK FÜR ENERGIEWENDETECHNOLOGIEN Energy Lab 2.0: Reality Check for Energy Transition Technologies 14 – 17 14 GUT GENUTZT: POWER-TO-X-TECHNOLOGIEN Well Used: Power-to-X Technologies 28 – 30 10 HIGH-PERFORMANCE MIRRORS 18 – 21 FROM AN INKJET PRINTER DAS PROJEKT DEEPSTOR: Hochleistungsspiegel aus dem DER SCHATZ ZU UNSEREN FÜSSEN Tintenstrahldrucker The DeepStor Project: The Treasure at Our Feet 31 AUSGRÜNDUNG: INTELLIGENTE 22 BANDAGEN UNTERSTÜTZEN RESEARCH TO BUSINESS: HIGHTECH HEILUNGSPROZESS UND INNOVATIVE LÖSUNGEN AUS Startup: Intelligent Bandages DEM KIT FÜR UNTERNEHMEN Can Support the Healing Process Research to Business: High-tech and Innovative Solutions from KIT 32 – 35 for Companies MOBILITÄT IM FLOW: DAS PROJEKT FLOOW FORSCHT AN FLEXIBLEN 24 – 27 MOBILITÄTSSYSTEMEN ROBOTER MIT VORSTELLUNGSKRAFT: Mobility in Flow: The FLOOW Project INTELLIGENTE SOFTWARE OPTIMIERT Researches Flexible Mobility Systems FLEXIBLE PRODUKTIONSPROZESSE Robots with Imagination: 36 – 37 Intelligent Software Optimizes NACHRICHTEN Flexible Production Processes News 24
> 0123 CONTENT 38 TITELILLUSTR ATION: DOMINIK A ROGOCK A ORTE / PLACES 38 – 41 AUTOMATISIERTES FAHREN: DER STADTBUS DER ZUKUNFT 52 FÄHRT IN KOLONNE AUF EINE FRAGE: HAT KÜNSTLICHE Automated Public Transport: INTELLIGENZ AUCH SCHWÄCHEN? Urban Buses of the Future Will Just a question: Does Artificial Operate in Convoys Intelligence also Have Weaknesses? WEGE / WAYS HORIZONTE / HORIZONS 42 – 44 54 – 57 TENURE-TRACK-PROFESSOR INTRAPRENEURSHIP: ULRICH W. PAETZOLD: EINE KULTUR DES MACHENS „ICH BIN P HOTOVOLTAIKER VON Intrapreneurship: A Culture of Making GANZEM HERZEN“ Tenure-track Professor 58 Ulrich W. Paetzold: “Photovoltaics ALUMNAE & ALUMNI HEUTE: Is My Passion” ANSELMA WÖRNER, GRÜNDERIN DES ENERGIE-START-UPS EXNATON 45 Alumnae & Alumni Today: Anselma 54 INTERNATIONAL NEWS Wörner, Founder of the Energy Internationale News Start-up Exnaton 46 59 : ZWEI MINISTERIN- IMPRESSUM NEN FEIERN EIN GESTÄRKTES KIT Imprint : Two Ministers Celebrate a Stronger KIT GESICHTER / FACES 48 48 – 51 DR. ALINA ROITBERG: MEISTERIN DER NEURONALEN NETZE Dr Alina Roitberg: The Master of Neural Networks
> 0123 6 BLICKPUNKT
> 0123 FOCUS 7 Hoch hinaus Es sollte das erste Mal sein, dass die japanische Trägerrakete H3 ins Weltall fliegt. Doch kurz nach dem Start am 7. März 2023 musste die Raumfahrtagentur Jaxa die Selbstzerstörung der Rakete auslösen. Der Antrieb der zweiten Raketenstufe hatte nicht gezündet. Die H3, die mit flüssigem Wasserstoff und Sauerstoff angetrieben wird, ge- hört zur neuen Generation von Raketen, welche die Raumfahrt kos- tengünstiger und flexibler machen sollen. Raketenbauer weltweit arbeiten an neuen Technologien, um Menschen einfacher in den Weltraum zu bringen. Neben der japanischen H3 sind die europäische Trägerrakete Ariane 6 sowie die amerikanischen Modelle Vulcan und New Glenn mit im Rennen. Unangefochtener derzeitiger Marktfüh- rer ist die Falcon-9-Rakete des amerikanischen Unternehmens SpaceX. Diesem ist es gelungen, mehrfach verwendbare Raketenkomponen- ten zu entwickeln, um die Kosten zu minimieren. Anfang März star- tete die Falcon 9 vom Raumfahrtzentrum Cape Canaveral in Florida mit vier Raumfahrern zur internationalen Raumstation ISS. Ob Welt- raumtourismus eines Tages ganz normal sein oder die Menschheit nach der Vision von SpaceX-Gründer Elon Musk den Mars kolonisie- ren wird? Das wissen (heute) nur die Sterne. Aiming High It was to be the first flight into space of the Japanese H3 launch ve- hicle. However, shortly after liftoff on March 7, 2023, the space agen- cy JAXA was forced to initiate self-destruction. The rocket’s second- stage engine had failed to ignite. H3 is powered by liquid hydrogen and oxygen and belongs to a new generation of rockets that is ex- pected to make space flights cheaper and more flexible. Worldwide, rocket engineers are working on new technologies to facilitate space travels of humans. Among the competitors of the Japanese H3 are the European launch vehicle Ariane 6 and the American launch vehi- cles Vulcan and New Glenn. The unrivaled market leader is Falcon 9, made by the American company SpaceX. The company succeeded in developing reusable rocket components to minimize costs. In early March, Falcon 9 launched four astronauts to the International Space Station ISS. Will space tourism become common one day and will hu- mans colonize Mars as envisioned by SpaceX founder Elon Musk? The answer is written in the stars. FOTO: PICTURE ALLIANCE / ASSOCIATED PRESS | TANEGASHIMA SPACE CENTER
> 0123 8 BLICKPUNKT Am Boden geblieben Mit der Zukunft unseres Mobilitätssystems vor der Haustür beschäfti- gen sich Forschende am Institut für Mess- und Regelungstechnik (MRT) und am Institut für Fördertechnik und Logistiksysteme (IFL) des KIT. Im Projekt AUTOtech.agil arbeiten sie an besseren Verfahren für die Personenerkennung beim automatischen Fahren und testen diese an autonomen Lieferfahrzeugen für Pakete. „Wir arbeiten an Kameras, die auch bei schlechten Sichtbedingungen zuverlässige In- formationen liefern, sodass das Fahrzeug andere Verkehrsteilneh- mende zuverlässig erkennt und richtig reagiert“, erläutert Dr. Martin Lauer vom MRT. Dafür nutzen die Forschenden Verfahren der Künst- lichen Intelligenz. Außerdem untersuchen sie, wie autonome Fahr- zeuge Entscheidungen in nachvollziehbarer Weise treffen können, sodass Nutzende das Verhalten der Fahrzeuge besser verstehen. Die autonomen Roboterfahrzeuge sollen etwa in Logistikzentren Pakete einsammeln und verteilen. „Mit einem eingebauten Roboterarm können die Fahrzeuge Pakete ein- und ausladen oder an mobile Ro- boter übergeben. Das macht den Warentransport schneller und effi- zienter“, sagt Lauer. Staying on the Ground Research at KIT’s Institute of Measurement and Control (MRT) and at KIT’s Institute for Materials Handling and Logistics (IFL) focuses on future mobility. The project AUTOtech.agil covers the development of improved pedestrian recognition in automated driving and testing in autonomous parcel delivery vehicles. “We are working on cameras providing reliable information even in the case of poor visibility. The vehicle must reliably recognize other road users and react correctly,” says Martin Lauer of MRT. The researchers are using AI methods to accomplish this. They also study how autonomous vehicles can make comprehensible decisions, so that people better understand the be- havior of vehicles. These autonomous robot vehicles will be used to collect and distribute parcels in logistics centers. “By means of an in- tegrated robot arm, the vehicles can load and unload parcels or hand them over to mobile robots. This will make transportation of goods quicker and more efficient,” Lauer says. FOTO: AMADEUS BR AMSIEPE
> 0123 FOCUS 9
> 0123 10 BLICKPUNKT a s K I T auf der 23 D o ve r M esse 20 Hann t z te u n d e ine vern e n für e strie Lö sun g utrale In d u klimane u s der e H ig h lights a Ausgew ählt zeigt t w icklung i Technolo g ie e n ) un d b e e H u b (Halle 2 ie a u f r im Futu (Halle 1 3) sow das KIT t io n s rgy Solu e n s t än d en den Ene e r e n T hem w e it tionen: Informa e2023.p hp Weitere n o ve r m e s s u /h a n s.kit.ed w w w.st Tenure-Track-Professor Giovanni De Carne vom Institut für Technische Physik (ITEP) des KIT, Leiter der Gruppe Echtzeitsystemintegration Tenure-track Professor Giovanni De Carne from KIT‘s Institute for Technical Physics (ITEP), Head of the Real Time System for Energy Technologies Group Realitätscheck für Energie ECHTZEITSYSTEME SIMULIEREN DAS VERHALTEN DES STROMNETZES DER ZUKUNFT Experiment, geht es bei seiner Forschung um VON DR. MARTIN HEIDELBERGER nicht weniger, als die Zukunft der Energiever- sorgung in Deutschland und Europa: „Der kli- mafreundliche Umbau unseres Energiesystems ist eine enorme Herausforderung“, erklärt der Energiewissenschaftler und skizziert das Sze- Am Energy Lab 2.0 überprüfen Forschen- Lab 2.0 am KIT beobachtet Tenure-Track-Pro- nario der nächsten Jahre. „Mit dem Ausstieg de des KIT die Einsatzbereitschaft neuer fessor Giovanni De Carne vom Institut für aus der Kohleverstromung gehen immer mehr Technologien für die Energiewende. Um Technische Physik (ITEP) des KIT das Gesche- grundlastfähige Großkraftwerke vom Netz. den Umbau des Energiesystems zu be- hen: „Alles hat wunderbar funktioniert, keine Auch Gaskraftwerke werden nach und nach schleunigen, kombinieren sie den realen Familie muss im Dunkeln sitzen“, stellt er zu- abgeschaltet. Das hat Folgen für die Strom- Betrieb mit digitalen Modellen. frieden fest. „Der Stromausfall wurde verhin- netze: Die Erzeugung wird immer dezentraler, dert. Mit Schwungrädern können wir ultra mit schwankender Produktion aus Solar- und Ein Mausklick genügt und die Netzspannung schnell auf plötzliche Ereignisse reagieren und Windkraftwerken.“ Um aber eine sichere und fällt ab. Eigentlich müsste die Stromversor- kurzfristige Störungen im Stromnetz ausglei- stabile Energieversorgung auch in der Zukunft gung sofort zusammenbrechen, doch Sekun- chen.“ zu gewährleisten, müssten neue Technologien denbruchteile später setzt sich ein Schwung- eingesetzt werden, betont De Carne: „Das ist rad in Bewegung und gleicht die Netzschwan- De Carne leitet die Forschungsgruppe Echt- wie eine Operation am offenen Herzen mit kungen aus. Vor den großen Monitoren in der zeitsystemintegration. Auch wenn es sich ganz neuen Methoden. Schließlich muss alles Leitwarte des Smart Energy System Simulati- nicht um einen Vorfall im echten Stromnetz weiter funktionieren, während wir es umbau- on and Control Center (SEnSSiCC) des Energy handelte, sondern um ein wissenschaftliches en.“
> 0123 FOCUS 11 FOTOS: MARKUS BREIG wendetechnologien Echtzeitsimulationen mit Power-Hardware- die Experimente mit PHIL beliebig wiederho- sektor am besten steuern oder wie können in-the-Loop len und variieren.“ industrielle Prozesse und verschiedene Ener- Beim Umbau helfen kann die Forschungsanla- giespeicher am besten integriert werden?“ ge Power-Hardware-in-the-Loop (PHIL), mit Doch die zügige Validierung neuer Technolo- der De Carne und sein Team am SEnSSiCC gien sei noch nicht alles, was die Forschungs- Digitaler Zwilling eines Wasserstoffspei- neu entwickelte Betriebsmittel vor dem Ein- gruppe mit den Echtzeitsimulationen leisten chers satz ausgiebig testen und validieren. Die Me- kann, betont De Carne: „Aus den Daten mo- Neugierig sind die Energieforschenden am gawatt-Anlage kann weit mehr als ein ge- dellieren wir digitale Zwillinge, also virtuelle SEnSSiCC beispielsweise auf die Integration wöhnlicher Prüfstand und ist ein zentraler Kopien der Hardwarekomponenten, die auf von Wasserstoffspeichersystemen, weshalb Bestandteil der Forschung am Energy Lab 2.0. den real beobachteten Betriebsdaten basie- sie ein solches am Energy Lab 2.0 physisch „Unterschiedliche Gegebenheiten im Strom- ren.“ Da sich ein solches Modell, vom elektri- aufbauen werden. „Mit Wasserstoff können netz können das Verhalten einer Komponente schen Anschlusspunkt aus betrachtet genau- wir große Energiemengen über einen länge- beeinflussen. Wir simulieren deshalb Strom- so verhält wie das physische Vorbild, kann die ren Zeitraum chemisch zwischenspeichern“, netze mit verschiedenen Konfigurationen. neue Komponente anschließend in größere erklärt Nils Nemsow, der in der Forschungs- Dann schließen wir die neue Komponente Simulationsmodelle integriert werden. So gruppe am ITEP mitarbeitet und für den Auf- physisch an und beobachten ihr Verhalten“, entstehen immer komplexere Modelle des bau des neuen Speichersystems verantwort- erklärt der Physiker. Dieses Vorgehen liefere Energiesystems, mit denen die Zukunft schon lich ist. „Den Wasserstoff können wir mit genauso präzise Ergebnisse wie ein echter heute erprobt werden kann. „Uns interessie- Überschussstrom aus Photovoltaik oder Wind Feldversuch, habe aber den entscheidenden ren vor allem systemische Aspekte“, so der kraft per Elektrolyse produzieren. Bei Bedarf Vorteil, dass es viel schneller und kostengüns- Experte. „Wie lässt sich zum Beispiel das Zu- wird er dann mit Brennstoffzellen rückver- tiger zu realisieren sei. „Außerdem lassen sich sammenspiel von Wärme- und Elektrizitäts- stromt, während die Abwärme in ein Wärme-
> 0123 12 BLICKPUNKT FOTO: MARKUS BREIG Reality Check for Energy Transition Technologies Real-time Systems Simulate Future Energy Grid Behavior netz eingespeist wird.“ In Zukunft könnten TR ANSL ATION: BENNO STOPPE solche Speichersysteme die Gaskraftwerke er- setzen – der Bedarf wäre riesig. „Sobald der One click is enough to cause the grid voltage to fall. This would cause the energy supply Anteil der erneuerbaren Energien in Deutsch- to collapse if not for a flywheel that starts spinning a split second later to offset the grid’s land auf über 85 Prozent steigt, brauchen wir fluctuations. Tenure-track Professor Giovanni De Carne of KIT’s Institute for Technical im Idealfall Wasserstoffspeicher mit mindes- Physics (ITEP) observes these simulated events on large monitors in the control room of tens 12 Gigawatt Anschlussleistung“, schätzt the Smart Energy System Simulation and Control Center (SEnSSiCC), which is part of the Nemsow. KIT Energy Lab 2.0. “Everything worked flawlessly and a black-out was avoided,” he comments contently. Sobald die Anlage fertiggestellt ist, werden Nils Nemsow und die anderen Forschenden De Carne is Head of the Real Time System for Energy Technologies Research Group. His aus dem Team von De Carne den Wasser- work is about nothing less than the future of the German and European energy supply: stoffspeicher mit der PHIL-Anlage virtuell an “The climate-friendly transformation of our energy system is a tremendous challenge,” unterschiedliche Stromnetze anschließen und De Carne explains. “More and more plants with base load capabilities are going offline. einem gründlichen Realitätscheck unterzie- Energy generation is becoming more decentralized, with fluctuating amounts from solar hen. Wie schon beim Schwungradexperiment and wind farms. This has an impact on the grid.” New technologies have to be utilized interessiert sie dabei vor allem das dynami- to ensure a safe and stable energy supply. “Our work is like open-heart surgery. After all, sche Verhalten des Systems. „Am Ende der everything has to function while we are modifying it,” the scientist stresses. Forschungsarbeiten steht dann ein Echtzeit- modell des Energiespeichersystems“, sagt The transition can be supported by a research facility, Power Hardware in the Loop Nemsow. „Ein weiterer digitaler Zwilling im (PHIL), that De Carne and his team use for testing and validating newly developed equip- Dienst der Energiewende.“ ment before integrating in the real power grid. This megawatt installation is a central part of the research at the Energy Lab 2.0. “We simulate energy grids in different con- figurations, physically plug in the new component, and observe its behavior,” De Carne explains. “From the data we model digital twins, virtual copies of the hardware compo- nents that are based on the data we observed in reality during testing,” the researcher says. “We are especially interested in systemic aspects; for example, how to control the interplay of the heat and energy sector.” The energy researchers at SEnSSiCC are espe- giovanni.carne@kit.edu, cially curious about the integration of hydrogen storage systems and so they will inte- nils.nemsow@kit.edu grate a real hydrogen plant in the experimental PHIL lab at the Energy Lab 2.0. www.itep.kit.edu/rtset
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> 0123 14 BLICKPUNKT Gut POWER-TO-X-TECHNOLOGIEN VERWANDELN STROMÜBERSCHUSS IN NACHHALTIGE SYNTHESEPRODUKTE genutzt VON MARTIN GROLMS
Das Energy Lab 2.0 Das Energy Lab 2.0 ist Europas größte Forschungsinfrastruktur für erneuerbare Energie. Das Projekt ist eine Kooperation des KIT mit den Helmholtz-Zentren Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) und dem Forschungszent- rum Jülich (FZJ). Das Bundesminis- terium für Bildung und Forschung (BMBF), das Bundesministerium Wirtschaft und Energie (BMWi) Professor Roland Dittmeyer, Leiter des Instituts für Mikroverfahrenstechnik (IMVT) sowie das Ministerium für Wissen- FOTO: MARKUS BREIG des KIT (links), und Dr. Michael Rubin vom schaft, Forschung und Kunst Ba- IMVT (unten), Leiter der Forschungsgruppe den-Württemberg (MWK) fördern Katalytisch aktive Beschichtungen das Energy Lab 2.0. Professor Roland Dittmeyer, Head of KIT‘s Institute for Micro Process E ngineering (IMVT) (left), and Dr. Michael Rubin from IMVT (below), Head of the Catalytically Active Coatings Group FOTO: LISA JUNGHEIM Stellen wir uns vor, in Deutschland gäbe es eine vollständig grüne Stromprodukti- on: Was passiert, wenn die Sonne nicht scheint und der Wind nicht weht? Und was passiert mit der überschüssigen Ener- gie, wenn es besonders windig ist oder der Bedarf nachts sinkt? Forschende am Energy Lab 2.0 am KIT beantworten diese Fragen mit Power-to-X-Technologien. FOTO: CYNTHIA RUF „Ohne wird es nicht gehen“, sagt Professor Roland Dittmeyer über seine Forschung. Er leitet das Institut für Mikroverfahrenstechnik (IMVT) am KIT. Im Rahmen eines Projekts am Energy Lab 2.0 forscht Dittmeyer mit seinem 60-köpfigen Team an Power-to-X-Technologi- en. Dabei werden erneuerbare Energien (Po- wer) wie Solar- oder Windenergie in eine an- dere Energieform (X) umgewandelt. „Wir untersuchen drei unterschiedliche Ver- fahren“, erklärt der Institutsleiter. „Die Her- stellung von synthetischen Treibstoffen, die wir eFuels nennen, von nachhaltigem Metha- nol und von Ammoniak.“ Bei allen Verfahren Stromüberschüsse speichern können“, sagt stellen die Forschenden im ersten Schritt Dittmeyer. „Es gibt Tage mit besonders viel Wasserstoff aus erneuerbarer Energie her. Sonne oder Wind. Zudem wird nachts weni- Die zweistufige Power-to-Liquid- Aus diesem Wasserstoff wird dann über eine ger Strom genutzt, auch da brauchen wir Syntheseanlage im Energy Lab chemische Reaktion ein neues Produkt er- Möglichkeiten, das Überangebot zu nutzen. 2.0 des KIT hat eine Produktions- zeugt, das sich besser speichern lässt als elek- Die immensen Energiemengen lassen sich kapazität von 100-200 Liter trischer Strom. nicht mit Batterien speichern. Deswegen be- e -Fuels pro Tag nötigen wir Power-to-X-Technologien. Außer- The two-stage power-to-liquid „Wenn wir die Solar- oder Windenergie mas- dem können wir damit große Mengen an er- synthesis plant in KIT‘s Energy siv ausbauen, um in Zukunft hundert Prozent neuerbaren Energien relativ kostengünstig Lab 2.0 has a production nachhaltige Energie zu erzeugen, müssen wir importieren.“ capacity of 100-200 liters of e-fuels per day
> 0123 16 BLICKPUNKT Aus der Öl- und Wachs fraktion, die im Fischer- Tropsch-Verfahren produziert wird, s tellen die Forschenden im nächsten Schritt synthe tisches Kerosin her From the oil and wax fraction produced in the Fischer-Tropsch process, the researchers produce synthetic kerosene in the next step Bundesministerin für Bildung und Forschung Bettina Stark-Watzinger Well Used zu Besuch am Energy Lab 2.0 Federal Minister of Education and Power-to-X Technologies Transform Surplus Electricity into Research Bettina Stark-Watzinger visits Energy Lab 2.0 Sustainable Synthesis Products TR ANSL ATION: HEIDI KNIERIM Let‘s imagine that electricity production in Germany becomes completely green: What do we do with surplus energy when the sun shines particularly brightly, when the wind Bei beispielsweise den eFuels entsteht zu- blows, or when demand drops at night? Researchers at KIT‘s Energy Lab 2.0 are answer- nächst aus Grünem Wasserstoff und Kohlen- ing these questions with Power-to-X technologies. Renewable energies (power) such as dioxid ein klimaneutraler, synthetischer Roh- solar or wind energy are converted into another form of energy (X). With his team, Pro- stoff, der wie ein fossiler Rohstoff weiterver- fessor Roland Dittmeyer, Head of KIT‘s Institute for Micro Process Engineering (IMVT), is arbeitet wird. „Die Aufarbeitung des Synthe- investigating three different processes: The production of synthetic fuels, i.e. so-called seprodukts zum Kraftstoff ist ein entschei- eFuels, sustainable methanol, and ammonia. dender Prozess“, sagt Dr. Michael Rubin, Wissenschaftlicher Mitarbeiter am IMVT. In all of these processes, the first step is producing hydrogen using renewable energy. A „Wir machen daraus vorrangig Kerosin für new product is then generated from this hydrogen via a chemical reaction. In the case of Flugzeuge. Daneben stehen Diesel für den eFuels, a climate-neutral, synthetic raw material is first created from green hydrogen and Schwerlastverkehr und Einsatzstoffe für die carbon dioxide. This is then further processed in the same way as would be fossil raw chemische Industrie im Fokus.“ Auf der Han- materials. “We turn it primarily into kerosene for aircraft, diesel for heavy-duty transport, nover Messe im April demonstrieren die For- and feedstock for the chemical industry,” says Dr. Michael Rubin, research assistant at schenden an einem Modell, wie sie syntheti- IMVT. A pilot plant on KIT‘s Campus North already produces 150-300 liters of fuel per sches Kerosin herstellen. day. Methanol and ammonia would be used in shipping. „Unsere kompakten Anlagen sind relativ ein- Dr. Siegfried Bajohr, Group Leader at the Engler-Bunte Institut (EBI ceb) is looking for the fach aufgebaut“, sagt Dittmeyer. „Technisch most efficient ways to produce methane from surplus electricity. The combustible gas is ausgereift können wir damit wettbewerbsfähi- the main component of natural gas. “Almost ten years ago, we developed a methana- gen Kraftstoff herstellen. Vorausgesetzt, es tion process at EBI that offers an incredible amount of potential,” explains the researcher. steht ausreichend nachhaltige Energie kosten- The special feature is that the three-phase methanation process has an extremely high günstig zur Verfügung.“ Eine Pilotanlage auf efficiency and can be switched on and off very quickly. This is perfect for fluctuating dem Campus Nord des KIT produziert bereits electricity production. In 2020, the process was among the three finalists of Innovation- 150 bis 300 Liter Kraftstoff am Tag. „Vielleicht spreis der Deutschen Gaswirtschaft, the innovation award of the German gas industry. benötigen wir zukünftig auch klimaneutrales “We could easily feed the climate-neutral methane gas that we produce at the pilot Benzin oder Diesel für Autos“, erklärt er weiter, plant at KIT into the public natural gas grid and use it universally,” says Bajohr. „aber batterieelektrische Pkw ergeben für den Straßenverkehr einfach mehr Sinn.“ Methanol und Ammoniak sollen zukünftig im Schiffsver- kehr zum Einsatz kommen.
> 0123 FOCUS 17 Dr. Siegfried Bajohr vom Engler-Bunte- Die Methanisierungsanlage Institut Chemische Energieträger – am Energy Lab 2.0 Brennstofftechnologie (EBI ceb) des KIT The methanation Dr. Siegfried Bajohr from Engler-Bunte- Institute – plant at Energy Fuel Technology (EBI ceb) at KIT Lab 2.0 Klimaneutrales Erdgas Auch Dr. Siegfried Bajohr beschäftigt sich am Energy Lab 2.0 mit den Bausteinen eines voll- ständig erneuerbaren Energiesystems. Er ist Fachgebietsleiter am Engler-Bunte-Institut Che mische Energieträger – Brennstofftechnologie (EBI ceb) und sucht nach möglichst effizienten Wegen, aus Solar- oder Windenergie Methan herzustellen. Das brennbare Gas ist der Haupt- bestandteil von Erdgas. Aktuell werden jährlich etwa 90 Milliarden Kubikmeter Erdgas in Deutschland verbraucht. FOTOS: AMADEUS BR AMSIEPE Wie sehr wir auf diese Energiequelle angewie- sen sind, wird mit Blick auf die aktuell extrem hohen Erdgaspreise deutlich. Fast ein Drittel des gesamten Erdgases wird in Deutschland zum Heizen benötigt, je ein Viertel für die Stromerzeugung und für die Industrie. Bis 2045 wollen die europäischen Staaten kli- maneutral sein. Auf dem Weg dahin sollen die Treibhausgasemissionen bis 2030 gegenüber 1990 um mindestens 65 Prozent reduziert werden. Bajohr findet, dass in diesem Zusam- „Das klimaneutrale Methangas, das wir hier in menhang viel über Strom, Stromtrassen und der Pilotanlage am KIT herstellen, könnten wir die Verkehrswende gesprochen wird, aber zu problemlos in das öffentliche Erdgasnetz ein- wenig über die Rolle von Erdgas beziehungs- speisen und universell nutzen“, sagt Bajohr. weise regenerativ erzeugtem Methan. „Langfristig könnten wir so zum Heizen oder für die Stromerzeugung voraussichtlich weni- „Vor knapp zehn Jahren haben wir am EBI ein ger Erdgas benötigen als bisher.“ Trotzdem sei Methanisierungsverfahren entwickelt, das das deutsche Gasnetz weiterhin für eine Viel- unglaublich viel Potenzial bietet“, erklärt er. zahl von industriellen Prozessen und Produkten Die Dreiphasen-Methanisierung war im Jahr notwendig, wie beispielsweise bei Kunststof- 2020 einer der drei Finalisten des Innovations- fen, bei denen Erdgas als Ausgangsstoff dient. preises der Deutschen Gaswirtschaft. Die Be- „Das muss man realistisch sehen: Ganz ohne sonderheit: Die Dreiphasen-Methanisierung Erdgas kann es nicht funktionieren,“ stellt Ba- hat einen äußerst hohen Wirkungsgrad und johr fest. „Die effiziente Herstellung von grü- lässt sich sehr schnell an- und abschalten – nem Methan ist daher eine der Schlüsseltech- perfekt bei schwankender Stromproduktion. nologien der klimaneutralen Zukunft.“ roland.dittmeyer@kit.edu, michael.rubin@kit.edu, siegfried.bajohr@kit.edu www.elab2.kit.edu/power2liquid.php www.elab2.kit.edu/power2gas.php
> 0123 18 BLICKPUNKT Der Schatz zu unseren Füßen DAS PROJEKT DEEPSTOR nostiziert die Geologin, könne der Anteil auf Professorin Eva Schill etwa 50 Prozent steigen. „Unter unseren Fü- vom Institut für Nukleare UNTERSUCHT, WIE WÄRME ßen können wir aber nicht nur Energie gewin- Entsorgung (INE) des KIT, Leiterin des Projekts DeepStor IM UNTERGRUND nen, wir können sie dort auch speichern.“ Professor Eva Schill from GESPEICHERT WERDEN KIT‘s Institute for Nuclear Wovon Schill spricht, nennt sich Hochtempe- Waste Disposal, Head of KANN ratur-Aquifer-Speicher. Diese sind ein wichti- the DeepStor project VON K AI DÜRFELD ger Baustein ihrer Forschung. Wärme im Un- tergrund zu speichern, ist nicht neu. Die Tech- nologie dazu ist ausgereift und wird in vielen Ländern schon heute kommerziell genutzt. Die Energiewende kann nur mit der Wär- „Doch da wird im Niedrigtemperaturbereich mewende funktionieren. Geothermie bis etwa 50 Grad Celsius gearbeitet“, so die soll hier zu einem wichtigen Standbein Forscherin. „Wir hingegen wollen im Tempe- FOTO: MAGALI HAUSER werden – um Wärme regenerativ zu er- raturbereich von über 100 Grad Celsius arbei- zeugen und um sie zu speichern. Letzte- ten.“ Das bringe einige Vorteile. Denn viele res ist Ziel des Projekts DeepStor, für das der bestehenden Fernwärmenetze in der Bun- Professorin Eva Schill vom Institut für Nu- desrepublik arbeiten bei 110 Grad Celsius. kleare Entsorgung (INE) des KIT und ihr Hochtemperatur-Aquifer-Speicher ließen sich Team nun auf dem Campus bohren. da nahtlos einbinden. Außerdem stellen hohe Vorlauftemperaturen weniger Ansprüche an „Bereits mit heute verfügbarer Technologie die Bausubstanz der an das Wärmenetz ange- könnte Geothermie ein Viertel des deutschen schlossenen Gebäude. Das heißt, auch Alt- Wärmebedarfs decken“, sagt Eva Schill. Und bauten würden sich auf diese Weise effizient mit der nächsten Technikgeneration, prog- mit Wärme versorgen lassen. GRAFIKEN: INSTITUT FÜR NUKLEARE ENTSORGUNG Aquifer-Wärmespeicher • Aquifer-Wärmespeicher dienen dazu, • Die genutzten Aquifere (Grundwasser- dann über eine zweite Bohrung in den überschüssige Wärme im Untergrund reservoire) werden durch Bohrungen gleichen Grundwasserleiter zurückge- zu speichern. Während der Heizsaison erschlossen und liegen deutlich tiefer führt. Dort entsteht ein Bereich mit hö- kann die Wärme wieder aus dem Spei- als die Reservoire, die zur Trinkwasser- herer Grundwassertemperatur. cher entnommen werden. versorgung genutzt werden. • Wird die Wärme im Winter benötigt, wird • Aquifer-Wärmespeicher nutzen unterir- • Um die Wärme im Aquifer zu speichern, das warme Grundwasser wieder aus dem dische, wasserführende Gesteinsschich- wird über einen Brunnen Grundwasser Speicher entnommen, die Wärme über ei- ten zur Wärmespeicherung, die in sich entnommen. Dieses Wasser wird er- nen Wärmeübertrager zurückgewonnen abgeschlossen sind. wärmt. Das erwärmte Grundwasser wird und in das Wärmenetz eingespeist.
> 0123 FOCUS 19 Das Projekt DeepStor soll die Technik voran- Der Campus Nord des KIT wird bringen. „Eine wichtige Frage für uns ist, wie durch ein eigenes F ernwärmenetz versorgt. DeepStor bietet die wir Wärme in anderthalb Kilometern Tiefe effi- Möglichkeit in die Wärmeversorgung zient speichern können“, sagt Schill. Um Ant- integriert zu werden worten darauf zu erhalten, wird voraussichtlich KIT’s Campus North has its own Ende dieses Jahres die erste von zwei Bohrun- district heating system. DeepStor gen auf dem Gelände des Campus Nord des offers the possibility to be KIT gesetzt. Das Wasser, das dort unten in den integrated into the heat supply Poren des Gesteins steckt, ist heiß und stark salzhaltig. Denn mit der Tiefe steigt die Tempe- ratur. Anderthalb Kilometer unter unseren Fü- ßen herrschen etwa 100 Grad Celsius. Und auch der Salzgehalt steigt rapide an. „Hier im Oberrheingraben beträgt die Salzkonzentrati- on in der von uns anvisierten Tiefe über 120 Gramm Salz pro Liter Wasser“, erklärt Schill. Und das könne zum Problem werden. Denn die gelösten Salze reagieren auf Verän- derungen ihrer Umgebung. Ändern sich Tem- peratur oder Druck – weil etwa erwärmtes Grundwasser zum Speichern eingeleitet wird – setzt das chemische Reaktionen in Gang. Im Gestein abgelagerte Salze können in Lösung gehen. Das wäre einerseits gar nicht schlecht, denn dadurch vergrößern sich die Porenräu- me im Gestein und es gibt mehr Speicher- platz. „Andererseits kann es aber auch zur Ausfällung kommen“, gibt die Forscherin zu bedenken. „Das heißt, in Wasser gelöste Sal- ze werden fest. Das ist schlecht für die Effizi- enz, denn sie verstopfen dann die Poren des Gesteins, in denen wir das erwärmte Wasser speichern wollen.“ Die Forschenden in Deep Stor wollen herausfinden, wie man damit um- gehen kann. Dass es sich lohnen wird, die Herausforde- rung anzunehmen, da ist sich Schill sicher.
> 0123 20 BLICKPUNKT The Treasure at Our Feet „Da unten beeinflussen wir nicht das Grund- wasser, das wir zur Trinkwassergewinnung The DeepStor Project Investigates How Heat Can Be nutzen können und es ist viel Platz, um sehr Stored Underground große Mengen Wärme zu speichern.“ Warum TR ANSL ATION: HEIDI KNIERIM das wichtig ist, hänge auch mit der Wärmege- winnung aus tiefen geologischen Einheiten The energy transistion only works with the heat transition. Geothermal energy, in particular, could zusammen. „Geothermie in größeren Tiefen become an important mainstay for generating heat regeneratively and storing it. The latter is the sollte kontinuierlich betrieben werden. Denn goal of the DeepStor project, for which Professor Eva Schill and her team of KIT‘s Institute for jedes An- und Abschalten verändert die Um- Nuclear Waste Disposal (INE) are making exploratory drills on KIT‘s Campus North. The team is gebungsbedingungen und kann dadurch Stö- investigating how so-called high-temperature aquifer storage can be used efficiently. rungen provozieren“, sagt Schill. Dann wür- den Geothermiekraftwerke auch im Sommer Aquifer heat reservoirs store excess heat underground. To store the heat, groundwater is first ex- Wärme produzieren, wenn wir davon nur we- tracted via a well. The water is heated by sources, such as industrial waste heat, and returned to nig brauchen. In den Hochtemperatur-Aqui- the aquifer, creating a reservoir where the temperature of the groundwater is elevated. When heat fer-Speichern ließe sich die Wärme für den is needed, the heated groundwater can be drawn from this reservoir. Winter aufbewahren. This technology already is being used commercially in many countries. “But usually, one works in In der Bevölkerung ruft Geothermie allerdings the low-temperature range of up to approximately 50 degrees Celsius,” Schill points out. “We, in nicht immer Begeisterungsstürme hervor. Es contrast, want to work in the temperature range of over 100 degrees Celsius.” Many of Germany‘s kursieren Vorbehalte und Ängste, die sich district heating networks operate at a temperature of 110 degrees Celsius. High-temperature nicht selten in Bürgerbegehren Luft machen aquifer storage could be seamlessly integrated into the relevant processes. One challenge is the – etwa zur Sicherheit des Trinkwassers oder salinity of groundwater at depth. The dissolved salts react to changes in their environment, such der Freisetzung des radioaktiven Gases Ra- as when heated water is introduced. “This can cause the salts to precipitate. They then clog the don, das sich im Untergrund befindet. Eine pores of the rock where we want to store the heated water,” Schill explains. Learning how to deal Herausforderung, der sich Eva Schill und ihr with salinity issues is one of the goals of DeepStor. Team bewusst sind. Die Forschenden begeg- nen den Fragen aus der Bevölkerung daher Geothermal energy arouses reservations and fears among the population. The researchers will use mit dem Dialog. „Wir binden die Bürgerinnen dialog to respond to these concerns. Citizens can be involved into monitoring activities. “We equip und Bürger von Anfang an in Projekte zum citizens with, for example, seismometers,” explains Dr. Florian Bauer, a member of Schill‘s team. Thema Wärmeversorgung durch Tiefengeo- “The collected data is incorporated into a monitoring concept.” The results can be displayed spa- thermie am Campus Nord mit ein“, sagt Dr. tially using a special monitor. In this way, everyone can create a better understanding of the un- Florian Bauer aus Schills Forschungsgruppe. derground. Several such monitors will be installed at central locations, such as the city halls of the „Wir haben die Öffentlichkeit bereits in ein relevant communities. Co-Design miteinbezogen, in dem Szenarien zur Wärmeversorgung erarbeitet und disku- tiert wurden.“ Um zu zeigen, dass das Team Bedenken wie die Sicherheit des Grundwassers, die mögli- che Freisetzung von Radon oder die induzier- te Seismizität ernst nimmt, untersuchen die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler des KIT, wie Bürgerinnen und Bürger in das Monitoring miteingebunden werden können. „Wir wollen Bürgerinnen und Bürger mit Messgeräten ausstatten.“, erklärt Bauer. Dazu FOTO: INSTITUT FÜR NUKLEARE ENTSORGUNG gehören zum Beispiel Seismometer. Auch Der zukünftige Bohrplatz am Campus Nord des KIT The future drilling site on KIT‘s Campus North
> 0123 FOCUS 21 Grundwassermessstellen werden von den Explorations- und Testbohrung Forschenden überwacht. „Die gesammelten Monitoring-Bohrung Daten fließen in das Monitoring mit ein und schärfen das Bild des Untergrundes“, sagt der Hydrogeologe. Anschließend erzeugt er dar- aus eine dreidimensionale Abbildung des Un- Quartär und Pleistozän tergrundes. Ein spezieller 85-Zoll-Monitor 200 m stellt dieses Modell dann räumlich dar. „So können alle sehen, was in der Tiefe vor sich geht und wie die eigenen Messdaten dazu beitragen. Ziel ist es, größtmögliche Transpa- renz zu geben.“ Die Hannover Messe soll Landau-/Bruchsal-Formation ca. 600 m Bühne für die Premiere des Visualisierungssys- tems sein. Später werden mehrere solcher Monitore an zentralen Orten, zum Beispiel an Niederrödern-Formation ca. 1000 m den Rathäusern der betroffenen Gemeinden, installiert. Froidefontaine-Formation ca. 1450 m Pechelbronn-Formation Die wissenschaftliche Infrastruktur DeepStor auf eva.schill@kit.edu, dem Campus Nord des KIT besteht aus zwei florian.bauer@kit.edu Bohrungen und einem Becken. Die Explorationsbohrung erlaubt Untersuchungen in drei Kalkfeinsandstein-Horizonten z wischen 8 00 und 1 300 Metern Tiefe. Die g eplante www.mtet.kit.edu/948.php Testbohrung soll als Langzeitbeobachtungsbohrung dienen The DeepStor scientific infrastructure on KIT‘s Campus North consists for two boreholes and a basin. The exploratory borehole allows investigations in three calcareous fine sandstone horizons between 800 and 1300 m depth. The planned exploration well will be used for long-term observation Grafik: Institut für Nukleare Entsorgung ANZEIGE Die Energiewende verlangt nach neuen Kompetenzen und neuen Technologien: Zukunftsdisziplin Energy Engineering Sie haben es in der Hand: Gestalten Sie den Wandel zu einem nachhaltigen globalen Energiesystem mit. Jetzt kostenfrei Whitepaper herunterladen: www.hectorschool.kit.edu/energie-whitepaper
> 0123 22 BLICKPUNKT RESEARCH TO BUSINESS Neueste Technologien und Know-how zur HIGHTECH UND INNOVATIVE LÖSUNGEN Weiterentwicklung von Unternehmen oder Produktportfolios, anwendungsnahe For- AUS DEM KIT FÜR UNTERNEHMEN schung und Entwicklungen mit hohem Marktpotenzial: das alles bietet die Platt- form RESEARCH TO BUSINESS am KIT. Dr. Aude Pélisson- Schecker, Innova tionsmanagerin Einen Unterschied machen und Veränderun- für Energie am gen vorantreiben – Ausstellende aus der gan- KIT im Bereich zen Welt zeigen auf der Hannover Messe, der RESEARCH TO größten deutschen Industriemesse, wie sie BUSINESS, an dem Energy zur Transformation zu einer nachhaltigen, Solutions-Stand smarten und energieeffizienten Wirtschaft bei der Hannover beitragen. Die Basis dafür sind technologische Messe 2022 FOTO: MARKUS BREIG Lösungen, die ihren Weg von der Idee bis zur Dr. Aude Pélisson- Innovation finden müssen. Das KIT zeigt an Schecker, Innova- zwei Ständen unter dem Namen RESEARCH tion Manager for TO BUSINESS Technologien in der Frühphase, Energy of KIT‘s RESEARCH TO für die industrielle Partner gesucht werden, BUSINESS Group, um die Technologien zur Anwendungsreife at the Energy weiterzuentwickeln. Insgesamt rund 70 Tech- Solutions booth nologieangebote bieten Einblicke in die an- at Hannover wendungsnahen Labore des KIT. Messe 2022 Im Future Hub in Halle 2 auf der Hannover Messe zeigt das KIT rund 40 branchenüber- greifende und interdisziplinäre Technologiean- gebote, die ein hohes Potenzial für wertschöp- RESEARCH TO BUSINESS fende Produkte und Verfahren unter anderem in der Mobilität, Umwelttechnik, Medizintech- High-tech and Innovative Solutions from KIT for Companies nik, Produktion und Verfahrenstechnik bieten. TR ANSL ATION: HEIDI KNIERIM An dem Energy Solutions-Stand in Halle 13 präsentiert das KIT rund 30 ausgewählte Tech- Making a difference and driving change – at Hannover Messe, the largest German industrial fair, nologien mit dem Fokus auf Energiesysteme: exhibitors from all over the world show how they contribute to the transformation into a sustain- Von der Erzeugung über die Speicherung bis able, smart, and energy-efficient economy. The basis for this transformation are technological hin zur Verteilung sowie Batteriematerialien solutions that have yet to make their way from ideas to innovative products. At two stands, KIT und alternative Energien. „Mit den RESEARCH will present early-stage RESEARCH TO BUSINESS technologies ready to be developed to mature TO BUSSINESS-Technologien zeigen wir die applications along with industrial partners. At the Future Hub of Hannover Messe, KIT will present große Vielfalt und Bandbreite der Wissenschaft approximately 40 cross-sectoral and interdisciplinary technology offers with high potential for am KIT. Auf der Hannover Messe beraten wir value-added products and processes in such areas as mobility, environmental technology, medical Unternehmen dazu, wie eine Kooperation mit technology, production, and process engineering. At the Energy Solutions stand, KIT will present dem KIT aussehen könnte. Dabei gibt es viele about 30 technologies that focus on energy systems: From Möglichkeiten, die sowohl für global operie- generation and storage to distribution, battery materials, rende Unternehmen als auch für regional ver- and alternative energies. “The RESEARCH TO BUSINESS wurzelte mittelständische Unternehmen inter- technologies show the great diversity and breadth of science essant sind“, so Dagmar Vössing, Leiterin der at KIT. At Hannover Messe we advise companies on what Abteilung Technologietransfer des Innova- collaboration with KIT might look like. There are many pos- tions- und Relationsmanagements (IRM) des sibilities, both for globally operating enterprises and for re- KIT. gionally rooted medium-sized companies,“ says Dagmar FOTO: L AIL A TKOTZ Vössing, Head of the Technology Transfer Group of KIT‘s In- novation and Relations Management Business Unit. Dagmar Vössing, Leiterin der Abteilung Technologietransfer www.kit-technologie.de des Innovations- und Relationsmanagements (IRM) des KIT Dagmar Vössing, Head of the Technology Transfer Group of KIT’s Innovation and Relations Management Business Unit (IRM)
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Gesucht: Roboter mit Vorstellungskraft INTELLIGENTE SOFTWARE Die Produktion von morgen läuft auto- schaft von Jan Baumgärtner vom wbk Institut matisiert. Nicht Menschen, sondern Ro- für Produktionstechnik des KIT ist klar: Um die OPTIMIERT FLEXIBLE boter fügen Bauteile zusammen oder Anforderungen moderner, flexibler Produkti- PRODUKTIONSPROZESSE nehmen sie wieder auseinander. Doch onskonzepte beispielsweise in der Automobil- VON GEREON WIESEHÖFER die Anforderungen an die Maschinen industrie zu erfüllen, sollen Industrieroboter sind komplex, immer wieder müssen im befähigt werden, nicht nur einfache Handha- Prozess individuelle Entscheidungen ge- bungsaufgaben, sondern auch wertschöpfen- troffen und Lösungen gefunden werden. de Fertigungsprozesse durchführen zu kön- Forschende des KIT arbeiten an einer Si- nen. Den Schlüssel zum Erfolg für diese Trans- mulationssoftware, die den Robotern formation sieht die Arbeitsgruppe Intelligente das dafür notwendige Vorstellungsver- Maschinen und Komponenten unter Profes- mögen verleihen soll. sor Jürgen Fleischer vom wbk in der soft- waregesteuerten Prozessoptimierung. „Stellen Sie sich eine Küchenhilfe vor, die taub und blind ist – um sie anzulernen, muss man Neue Rahmenbedingungen industrieller jede Bewegung vorab detailliert mit ihr durch- Produktion gehen. So in etwa funktionieren viele Indus Alexander Puchta, Leiter der Gruppe, erläu- trieroboter bis heute. Unsere Vision ist es, tert das Thema aus Sicht der industriellen Pro- Chefköche aus ihnen zu machen.“ Die Bot- duktion: „Früher wurde die Modellreihe eines
> 0123 FOCUS 25 FOTOS: AMADEUS BR AMSIEPE Mit ihrer Simulationssoftware wollen die Forschenden des wbk flexible und intelligente Produktions- und Demontagesysteme schaffen With their simulation software, the researchers of wbk want to create flexible and intelligent production and disassembly systems Autos über Jahre hinweg auf der gleichen Produktionsanlage gefertigt. Heute ist das bunter, vielfältiger. Wir haben Baukastensys- teme und in jedem Segment auf die Kund- schaft zugeschnittene Konfigurationsmög- lichkeiten.“ Hinzu kommen weitere Rahmen- bedingungen, auf die man sich einstellen muss: Der demografische Wandel und der damit einhergehende Fachkräftemangel er- fordern eine zunehmende Automatisierung der Prozesse. Um außerdem die Abhängigkeit von anderen Ländern, wie zum Beispiel von China bei Seltenen Erden, zu reduzieren, Alexander Puchta, Gruppenleiter Intelligente Maschinen und FOTO: SANDR A GÖT TISHEIM muss auch die Kreislaufwirtschaft weiter vor- Komponenten am wbk Institut angetrieben werden. „Die Demontage von für P roduktionstechnik des KIT Motoren und Altfahrzeugen ist jedoch noch Alexander Puchta heads the komplexer und schwieriger zu automatisieren Intelligent Machines and als die Produktionsprozesse. Wie löse ich zum Components Group at KIT‘s Beispiel eine verrostete Schraube? Während wbk Institute of Production S cience
> 0123 26 BLICKPUNKT der Demontage müssen ständig Entscheidun- zesssimulation), sie kann also das Prozesser- gen getroffen werden“, so Puchta. Sein Fazit: gebnis und dessen Qualität mit abbilden. „Wir brauchen flexible und intelligente Pro- duktions- und Demontagesysteme, die darü- Mit Open Source Software eine Commu- ber hinaus sogar über ein gewisses Improvisa- nity schaffen tionstalent verfügen müssen.“ Zudem handelt es sich um eine Open Source Software. Anfang November 2022 ist das Perfekte Simulation mit Pybullet_Indust- wbk erstmals mit ihr online gegangen. Ziel ist rial es, mit anderen Forschenden eine Communi- Diese Systeme sind Roboter, die, um flexibel ty zu bilden, die die Software mit immer neu- arbeiten zu können, eine Simulationssoftware en Algorithmen und Prozessen füttert. „Denn benötigen. „Für den Roboter ist die Simulati- zur Steuerung von jedem Prozess, den die Si- on in etwa das, was für uns Menschen das mulationssoftware beherrscht, benötigt es Vorstellungsvermögen ist“, erklärt Baumgärt- einen eigenen Algorithmus“, so Baumgärtner. ner die Bedeutung der Software bildhaft. Und je mehr Prozesse die Software be- „Am wbk haben wir das Softwarepaket herrscht, desto komplexer können die Konse- P ybullet_Industrial entwickelt, das auf einer quenzen von Produktions- oder Demontage- bestehenden Roboter-Mehrkörpersimulation prozessen beurteilt und diese letztlich opti- aufbaut und diese befähigt, verschiedene Fer- miert werden. tigungsprozesse wie 3D-Druck, Auftrags- schweißen oder Fräsen zu simulieren.“ Die Brücke zur Realität Besonderheit: Die Software simuliert nicht Auf der Hannover Messe im April 2023 wol- nur die Aktionen des Roboters (Robotersimu- len die Forschenden die Brücke von der Soft- lation), sondern auch den Prozess selbst (Pro- ware zur Realität schlagen. „Wir bringen hier Jan Baumgärtner vom wbk steuert die Pybullet_Industrial-Simulation mithilfe von VR-Controllern. Durch die Software erhalten FOTO: AMADEUS BR AMSIEPE Industrieroboter Improvisationstalent – wie das eines Menschen Jan Baumgärtner of wbk controls the Pybullet_Industrial simulation using VR controllers. The software gives industrial robots improvisational talent – like that of a human being
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