HELMHOLTZ-ROADMAP FÜR FORSCHUNGSINFRASTRUKTUREN 2021 - Helmholtz-Gemeinschaft
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HELMHOLTZ-ROADMAP FÜR FORSCHUNGSINFRASTRUKTUREN 2021
HELMHOLTZ-ROADMAP FÜR
FORSCHUNGSINFRASTRUKTUREN
2021
(VORLÄUFIGE FASSUNG FÜR DAS HELMHOLTZ-SYMPOSIUM AM 28.06.2021)
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INHALT VORWORT
Die Bearbeitung anspruchsvoller wissenschaftlicher Fragestellungen verlangt angesichts zunehmend komple-
Vorwort.................................................................................................................................................................7 xer werdender Herausforderungen globaler und gesellschaftlicher Natur vielfach den Einsatz von großen und
umfassenden Forschungsinfrastrukturen. Ob Beschleunigeranlagen, detektorbasierte Teleskope, Satelliten,
Roadmap-Prozess in der Helmholtz-Gemeinschaft..........................................................................................8 Forschungsschiffe oder Höchstleistungsrechner – oft werden nur mit Hilfe modernster Großforschungsanla-
gen die Grenzen des Wissens verschoben und wissenschaftliche Fortschritte erzielt. Verbunden damit sind
Helmholtz-Roadmap 2015 – Eine Bilanz............................................................................................................9 nicht nur tiefere Einsichten in die Geheimnisse und Rätsel der Natur, sondern konkret auch die Entwicklung
von technischen Innovationen – von neuen Materialien und Schlüsseltechnologien bis hin zu medizinischen
Liste geplanter, neuer Forschungsinfrastrukturen......................................................................................... 10 Anwendungen im Bereich von Diagnose- und Therapieverfahren.
Forschungsbereich Energie ............................................................................................................................ 12 Konzeption, Bau und Betrieb großer Forschungsinfrastrukturen bilden ein wichtiges Element der Helmholtz-
Gemeinschaft – Deutschlands größte Wissenschaftsorganisation. Die Kooperation mit starken Partnern aus
Forschungsbereich Erde und Umwelt............................................................................................................ 22 dem nationalen und internationalen Umfeld spielt dabei eine entscheidende Rolle. Der Nutzerbetrieb von
Großforschungsanlagen ist ein Paradebeispiel für die Aufgabenteilung im deutschen Wissenschaftssystem
Forschungsbereich Gesundheit...................................................................................................................... 32 und die Kooperation von deutschen und ausländischen Partnern mit der Helmholtz-Gemeinschaft. Forscher-
gruppen aus Universitäten und außeruniversitären Wissenschaftseinrichtungen des In- und Auslands bilden
Forschungsbereich Information ..................................................................................................................... 40 Kristallisationspunkte für große internationale Kooperationen und Netzwerke, die wesentlich dazu beitragen,
dass Deutschland als Standort für Forschung und Technologieentwicklung attraktiv ist. Davon profitiert nicht
Forschungsbereich Luftfahrt, Raumfahrt und Verkehr................................................................................. 46 zuletzt der wissenschaftliche Nachwuchs, der an diesen Anlagen die besten Forschungsmöglichkeiten und
Chancen auf eine umfassende und optimale Ausbildung erhält. Forschungsinfrastrukturen erzeugen überdies
Forschungsbereich Materie .............................................................................................................................52 einen erheblichen wirtschaftlichen Mehrwert. Zulieferbetriebe und Unternehmen aus Industrie und Wirt-
schaft stellen sich gemeinsam mit den Beteiligten der Helmholtz-Gemeinschaft den hohen Anforderungen,
die an Forschungsanlagen gestellt werden. Auf diese Weise steigern die Forschungszentren der Helmholtz-
Gemeinschaft die Innovationskompetenz regional, national und international. Die Verbindung aus heraus-
ANHANG............................................................................................................................................................ 66 ragenden wissenschaftlichen Persönlichkeiten, kritischer Masse, interdisziplinärer Expertise, hoher System-
kompetenz und exzellenten Forschungsinfrastrukturen schafft besondere Voraussetzungen für erfolgreiche
Die Nutzer-Anlagen der Helmholtz-Gemeinschaft......................................................................................... 66 Spitzenforschung.
Mitglieder der Helmholtz-Gemeinschaft........................................................................................................ 67 Im Jahr 2021 jährt sich der Geburtstag des Namenspatrons der Helmholtz-Gemeinschaft zum 200. Mal:
Helmholtz hat das Wissenschaftssystem weltweit und nachhaltig geprägt wie kaum eine andere Forscher-
Impressum........................................................................................................................................................ 68 persönlichkeit seiner Zeit. Passend zu diesem Jubiläum legt die Helmholtz-Gemeinschaft die aktualisierte
Planung ihrer Roadmap zu großen Forschungsinfrastrukturen in ihren Forschungsbereichen vor. Voraus
gegangen ist dieser Planung ein umfangreicher Portfolio- und „Foresight“-Prozess der Forschungsbereiche,
der die Weiterentwicklung der wissenschaftlichen Programme für die nächste Dekade nach Durchlaufen
einer internationalen Begutachtung reflektiert und einbezieht. Dieser Prozess ist im Fluss: Die Helmholtz-
Gemeinschaft sucht dabei den engen Schulterschluss mit ihren Partnern zwischen Grundlagenforschung,
Systemanalyse und Technologietransfer in anwendungsnahe Bereiche von Technik und Gesellschaft. Wissen-
schaftliche Exzellenz der Forschung, strategische Relevanz sowie sichtbare Beiträge für die internationale
Wissenschaftsgemeinde sind die Kriterien, an denen sich die Forschungsinfrastrukturen der Helmholtz-
Gemeinschaft messen lassen müssen. Im Dialog mit den wissenschaftlichen Partnern und Nutzern soll die
Helmholtz-Roadmap neuer Forschungsinfrastrukturen deshalb einer kritischen Prüfung unterzogen werden,
um thematische Schwerpunktsetzungen, die zeitliche Reihung der geplanten Vorhaben sowie mögliche Lü-
cken auszuleuchten und damit die Nutzerbedarfe und Sichtweisen der strategischen und wissenschaftlichen
Partner bestmöglich einzubeziehen. Letztlich soll dies auch dem Zuwendungsgeber Hilfestellung geben, um
ausgewogene forschungspolitische Entscheidungen und Weichenstellungen treffen zu können, welche der
vorgeschlagenen Forschungsinfrastrukturen in den kommenden Jahren verfolgt werden sollen.
Otmar D. Wiestler
Präsident der Helmholtz-Gemeinschaft
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ROADMAP-PROZESS IN DER HELMHOLTZ-ROADMAP 2015 – EINE BILANZ
HELMHOLTZ-GEMEINSCHAFT
Konzeption, Bau und Betrieb von Großgeräten und komplexen, und internationale Aspekte eine wichtige Rolle. Mit den so prio- Anspruchsvolle, hochkomplexe Großforschungsanlagen, eben- • Der Forschungsbereich Gesundheit verfolgt zurzeit eine
wissenschaftlichen Infrastrukturen sind Kernelemente der risierten Vorschlägen erstellt die Gemeinschaft eine Roadmap, so wie über verschiedene Standorte verteilte, zusammenhän- Reihe von Vorhaben, die sich im Bau befinden bzw. kurz
Mission von Helmholtz. Sie ermöglichen es der Gemeinschaft, die eine langfristige Planung von Vorhaben innerhalb der For- gende Infrastrukturen bilden ein Markenzeichen der Helmholtz- vor Projektabschluss stehen: Das Forschungs- und Ent-
langfristige Forschungsziele für Deutschland zu verfolgen, um schungszentren, den Forschungsbereichen und in der Gemein- Gemeinschaft. So betreibt die Gemeinschaft knapp zwei wicklungszentrum für Radiopharmazie (FER) in Heidel-
den gesellschaftlichen Anforderungen nachzukommen und ihre schaft ermöglichen soll und regelmäßig hinsichtlich aktueller Dutzend Forschungsinfrastrukturen als Nutzer-Anlagen, die berg, das Centre for Individualized Infection Medicine
Lebensgrundlagen zu erhalten und zu verbessern. Sie stellt Entwicklungen angepasst werden kann. Die Liste soll als eine von Tausenden von externen Forscherinnen und Forschern (CIIM) in Braunschweig, und das Optical Imaging Center
ihre Großforschungsanlagen nationalen wie internationalen möglichst realistische Grundlage für die sich anschließenden für ihre Forschung in Anspruch genommen werden. Durch (OIC) in Berlin. Im Aufbau befinden sich am Standort Mün-
Partnern für die gemeinsame Forschung zur Verfügung. Die Diskussionen mit Forschungspartnern und Zuwendungsgebern Ersatz-, Erweiterungs- und Ausbauinvestitionen werden chen ferner noch das Helmholtz Pioneer Campus (HPC)
im Rahmen der Helmholtz-Roadmap erstellte Liste geplanter, zur möglichen Umsetzung der einzelnen Projekte dienen. diese Nutzer-Anlagen regelmäßig gewartet, modernisiert sowie das Enabling Technologies Center (ETC).
neuer Forschungsinfrastrukturen benennt diejenigen Vorha- und teils auch sukzessive ausgebaut, um den stetig
ben, die in den kommenden Jahren für die strategische Um- PHASE II. Aufnahme von Projekten auf die wachsenden Ansprüchen der Wissenschaftsgemeinschaft ge- • Der Forschungsbereich Luftfahrt, Raumfahrt und Verkehr
setzung des wissenschaftlichen Portfolios von Helmholtz aus Helmholtz-Roadmap nügen zu können. konnte seit der Roadmap-Planung 2015 an Standorten des
Sicht der Forschungszentren der Gemeinschaft wichtig sind, Für die Vorhaben aus der Liste werden Anträge oder Design Re- DLR drei Vorhaben realisieren: Die Forschungsplattform
sowohl für die eigene Forschung als auch die Bereitstellung ports ausgearbeitet und im Helmholtz-Verfahren begutachtet Auch für die eigene Forschung betreibt die Helmholtz-Gemein- Inflight Systems & Technology Airborne Research (iSTAR),
von exquisiten Infrastrukturen für eine externe Nutzerschaft. und priorisiert. Die Bewertung folgt einer transparenten Metrik, schaft diese vielfältigen Forschungsinfrastrukturen. Darüber das Projekt zur Research Vehicle Next Generation Car
die das wissenschaftliche Potenzial des beantragten Vorha- hinaus gibt es große internationale Vorhaben, die unter Betei- (NGC) und schließlich den Aufbau des Concurrent Certifi-
Die Liste der Vorhaben ist Ausgangspunkt für die Entschei- bens, die strategische Bedeutung für Helmholtz und den Wis- ligung oder in Federführung von Forschungszentren der Helm- cation Centre (C-Cube).
dungen zu strategischen Ausbauinvestitionen innerhalb der senschaftsstandort Deutschland ebenso umfasst wie die tech- holtz-Gemeinschaft aufgebaut oder bereits betrieben werden,
Helmholtz-Gemeinschaft (Kategorie A) sowie zu Beiträgen zu nische Umsetzbarkeit, die finanziellen Rahmenbedingungen für wie zum Beispiel der European XFEL, der seit 2017 erfolgreich • Im Forschungsbereich Schlüsseltechnologien beziehungs-
der Nationalen Roadmap (Kategorie B) und europäischen bzw. Bau und Betrieb und eine „Lifecycle“-Analyse. Große Vorhaben in Betrieb ist, oder auch die Facility for Antiproton and Ion Re- weise Information sind zahlreiche Vorhaben zur Realisie-
internationalen Strategien (Kategorie C). Diese Liste beinhaltet mit einem Investitionsvolumen > 50 Mio. € durchlaufen diese search (FAIR), die sich noch im Bau befindet. rung gekommen: Das Jülich Short-pulsed Particle and
Projekte, zu denen noch keine Finanzierungsentscheidung ge- Phase zunächst mit Voranträgen, die bei positiver Bewertung Radiation Centre (JuSPARC) ist umgesetzt, ebenso der
troffen wurde, allerdings Finanzierungskonzepte für Aufbau und in die nationale Roadmap oder europäische bzw. multinationale Auf der letzten offiziell vorgestellten Roadmap aus dem Jah- Projektanteil der Helmholtz-Gemeinschaft am Aufbau der
Betrieb vorliegen. Prozesse eingebracht werden. re 2015 präsentierte die Helmholtz-Gemeinschaft zahlreiche European Facilities in Electron Microscopy (ERC) in Jülich.
neue Planungen, die entweder an existierende Vorhaben an- Auch die Helmholtz Data Federation (HDF) steht kurz vor
Die Liste der Forschungsinfrastrukturen dient als Grundlage für Um die unterschiedlichen Anträge offen und wissenschafts- knüpften oder vollständig neue Projekte darstellten. Im Folgen- dem Abschluss. Das Karlsruhe Center for Optics & Photo-
• Diskussionen der strategischen Planungen mit den basiert zu beurteilen, hat die Gemeinschaft eine dedizierte den werden die Projekte kurz benannt, die seitdem tatsächlich nics (KCOP) ist noch in Bau. In den vergangenen Jahren
Zuwendungsgebern, insbesondere zur Erstellung der FIS-Kommission (Expertenkommission zur Bewertung von For- realisiert wurden bzw. sich seit 2015 und den Folgejahren in hinzugekommen sind ferner noch die Computing-Projek-
Nationalen Roadmap, schungsinfrastrukturen der Helmholtz-Gemeinschaft) mit inter- Realisierung befinden: te Infrastructure for the Helmholtz Earth System Science
• Finanzierungsplanung des Aufbaus und Betriebs der nen und externen Mitgliedern einberufen, die die Evaluierung (Tier-0/1) und das Helmholtz Quantum Center (HQC), bei-
Forschungsinfrastrukturen, der Vorschläge organisiert und den Entscheidungsgremien, d. h. • Im Forschungsbereich Energie wird der Living Lab Energy de ebenfalls am Standort Jülich.
• konkrete Abstimmung mit den Nutzergemeinschaften. Mitgliederversammlung und Senat, konkrete Empfehlungen für Campus (LLEC) in Jülich umgesetzt. Ferner ist in Karlsruhe,
die einzelnen Anträge und ihrer Priorisierung unterbreitet. Jülich und Dresden-Rossendorf die Forschungs- und Ver- • Im Forschungsbereich Materie werden in internationaler
Die Liste ist eingebettet in den Prozess für die Helmholtz- Mit diesem umfangreichen Prozess stellt die Gemeinschaft suchsplattform zur Entsorgung radioaktiver Abfälle und Zusammenarbeit die Modifikationen der Detektoren am
Roadmap. Dieser umfasst zwei Phasen: sicher, dass die Vorschläge eine Qualität und einen Reifegrad zum Rückbau kerntechnischer Anlagen (HOVER) im Auf- Large Hadron Collider (LHC) am CERN umgesetzt (LHC De-
aufweisen, die der avisierten Größe und Bedeutung der Vorha- bau. Im Nachgang der Vorstellung der Roadmap-Planung tector Upgrades). Der Variable Pulse Length Storage Ring
PHASE I. Auflistung geplanter, neuer Forschungs- ben gerecht werden. 2015 wurde überdies an verschiedenen Standorten die (BESSY-VSR) in Berlin ist in der Demonstrationsphase.
infrastrukturen Helmholtz Energy Materials Foundry (HEMF) realisiert. Schließlich konnte auch die Accelerator Technology HElm-
Helmholtz-Wissenschaftlerinnen und -Wissenschaftler bringen Die Helmholtz-Gemeinschaft präsentierte in der Vergangen- holtz iNfrAstructure (ATHENA) zur Realisierung gebracht
Vorschläge ein, die in den Zentren und Forschungsbereichen in- heit bereits zweimal entsprechende Roadmap-Planungen. Die • Im Forschungsbereich Erde und Umwelt steht die Modular werden. Fertiggestellt wurde überdies der Aufbau der
tensiv diskutiert werden. Im Mittelpunkt steht die Frage, welche 2011 und 2015 vorgestellten Listen umfassten Vorhaben, die Observation Solutions for Earth Systems (MOSES) kurz Helmholtz International Beamline for Extreme Fields at the
Infrastrukturen die Forschung benötigt, um im internationalen in den Folgejahren in die wettbewerblichen Prozesse innerhalb vor der Fertigstellung. Im Nachgang der Roadmap-Planung European XFEL (HIBEF), ein internationales Vorhaben an
Umfeld Nutzerbedarfe zu decken und wissenschaftlich maß- der Gemeinschaft sowie auf nationaler und europäischer Ebene 2015 sind überdies Aktivitäten zum High Performance der „Freie-Elektronen-Laser“-Anlage, wobei der Rückzug
geblichen Einfluss zu erzielen. Diese Diskussion ist eng mit der eingebracht werden konnten und von denen sich nunmehr viele Computing System for Climate and Earth System Model- des chinesischen Kooperationspartners allerdings eine
strategischen Planung des Forschungsportfolios im Rahmen in der Umsetzung befinden. In den Begutachtungen für die vier- ling in Kooperation mit dem Deutschen Klimarechenzent- Ersatzinvestition erforderlich macht, weswegen das Vor-
der Programmorientierten Förderung verbunden und berück- te Programmperiode unterzogen hochrangig besetzte, interna- rum (DKRZ) erfolgreich begonnen worden. haben auf der aktuellen Roadmap-Planung nochmals auf-
sichtigt die vorhandenen bzw. in der Umsetzung befindlichen tionale Gutachtergruppen auch die Infrastrukturplanung einer scheint.
Vorhaben und Projekte. Dabei sind die Zeitskalen naturgemäß kritischen Prüfung. Damit ergibt sich ein guter Zeitpunkt, die
unterschiedlich: Ein neues Synchrotron bedarf einer längeren Planungen zu bündeln und mit den wissenschaftlichen Partnern Die Liste der seit 2015 fertiggestellten oder in Realisierung be-
Planungs- und Bauzeit als eine Forschungsplattform für die Erd- aus Universitäten und anderen Forschungsorganisationen auf findlichen strategischen Ausbauvorhaben zeigt eindrucksvoll
systemforschung. Grundsätzlich umfasst der Planungszeitraum einem eintägigen Symposium zu erörtern. Als Zwischenergeb- die Vielfalt und Dynamik, die mit der Planung und Umsetzung
die nächsten zehn Jahre. Bei allen Vorschlägen spielen nationale nis liegt diese neue Liste 2021 vor. der Forschungsinfrastrukturen verbunden sind.
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LISTE GEPLANTER, NEUER
FORSCHUNGSINFRASTRUKTUREN 2021
Helmholtz- Davon Helmholtz- Davon
Kate- Invest insg. Davon deutscher Kate- Invest insg. Davon deutscher
Vorhaben Akronym Zentrum Realisierung Helmholtz Vorhaben Akronym Zentrum Realisierung Helmholtz
gorie in Mio € Anteil in Mio € gorie in Mio € Anteil in Mio €
Koord. & Beteiligung in Mio € Koord. & Beteiligung in Mio €
Geothermal Laboratory in the Upgrade der Jülicher Nutzer-Infrastruk-
GeoLaB KIT GFZ, UFZ A 2023 - 2029 49,8 49,8 35 JUNIQ FZJ A 2023 - 2025 25 25 25
Crystalline Basement tur für Quantencomputing
Information
Bridging the innovation gap in catalyst In-situ-Innovationsplattform für multi- DESY, FZJ, HZB,
research for electro-, photo- and 4D-CAT HZB FZJ, KIT A 2024 -2027 25,8 25,8 25,8 InnoMatSy Hereon A 2024 - 2028 27 25 27
funktionale Materialsysteme HZDR, KIT
thermocatalysis
The Karlsruhe Nuclear Magnetic
KNMR KIT B 2024 - 2029 93 93
High Power Grid Lab HPGL KIT A 2025 - 2030 20 20 20 Resonance facility
Center for Resource Process Intensifi- Exascale Supercomputer ESC FZJ C 2022 - 2023 277 277
CeRI2 HZDR A 2026 - 2029 16 16 16
Energie
cation and Interface Studies
Satellitenmission zur Überwachung
Raumfahrt u. Verkehr
AWI, FZJ, GFZ,
Zentrum für Radioökologie dynamischer Prozesse auf der Tandem-L DLR B 2022- 2030 771 771
ZRS HZDR A 2027 - 2031ff 28 28 28 UFZ
und Strahlenforschung Erdoberfläche
Luftfahrt,
Pilotanlage zur adaptiven
FlexiPlant HZDR B 2024 - 2030 66,7 66,7 Forschungsplattform für die
Aufbereitung komplexer Rohstoffe ASTAR DLR B 2024-2029 76 76
Atmosphärenforschung
International Fusion Materials
Irradiation Facility - Demo Oriented IFMIF-DONES KIT C 2023 - 2029 470 54
Neutron Source Campus für Medizin und Informatik in
CMI DLR D 2023-2028 43 43
Luft- und Raumfahrt
Forschungsschiff für
FSE DLR D 2021ff 36 36
Energiesysteme
GSI (HI Jena),
Distributed Detector Laboratory DDL DESY A 2023 - 2027 31,6 31,6 31,6
HZB, KIT
Marine Umweltrobotik und -sensorik MUSE AWI GEOMAR, Hereon A 2023 - 2029 46,8 29,7 29,7
Upgrade of the Grid Computing Centres
TIER-Upgrade KIT DESY, GSI A 2025 - 2028 33 33 33
Beobachtungsplattformen für for the HL-LHC
AWI, DLR, GFZ,
Echtzeitdatenerfassung im Terra-Lab FZJ A 2024 - 2028 30 30 30
Hereon, KIT, UFZ
terrestrischen System Positron-Elektron-Tandem-Ring-Anlage
PETRA IV DESY Hereon B 2023 - 2027 670,8 670,8
(urspr. Bez.) Upgrade
SMART Cables And Fibre-optic Sensing
SAFAtor GFZ GEOMAR, Hereon A 2025 - 2029 300 30 30
Amphibious Demonstrator
Erde und Umwelt
Dresden Advanced Light Infrastructure DALI HZDR B 2023 - 2029 200 200
AWI, DLR, FZJ,
Atmosphere as a Sensor ATMOSense KIT GEOMAR, GFZ, A 2026 - 2030 35 35 35 Berliner Elektronenspeicherring für
BESSY III HZB B 2026 - 2031ff 550 550
Hereon Synchrotronstrahlung III
Materie
FZJ, GFZ, Hereon, ACcelerator-Driven multipurpose ion
Urban Environmental Observatories UrbENO KIT A 2027 - 2031ff 30 30 30 ACDC HZDR FZJ, GSI B 2025 - 2028 94 94
UFZ beam Complex
KIT (Co-Koord.),
Atmosphären- und Klimasatellit AtmoSat FZJ AWI, GEOMAR, B 2023 - 2028 165,5 152,5 IceCube-Generation 2 IceCube-Gen2 DESY KIT C 2024 - 2031 285 20,8
GFZ
Dark Matter WIMP Search with Liquid
From sensing to sustainable land AWI, GFZ, Hereon, DARWIN KIT C 2025 - 2030 175 22
TerraNet FZJ B 2024 - 2028 100 54 Xenon
use and management KIT, UFZ, DLR
Einstein Telescope, a 3rd Generation
Gravity Recovery and Climate ET DESY HZDR, KIT C 2026-2031ff 1736 K. A.
GRACE-I GFZ DLR C 2022 - 2031ff 510,9 211,5 28,6 Gravitational Wave Detector
Experiment (mit ICARUS-Nutzlast)
Klinisches Forschungsnetzwerk für Global Cosmic Ray Observatory (GCOS) GCOS KIT C 2028 - 2031ff 390 40
KFNE DZNE A 2023 - 2028 30,6 30,6 30,6
neurodegenerative Erkrankungen
Helmholtz International Beamline for
HIBEF 2.0 HZDR GSI D 2023 - 2025 28 28 28
3R Preclinical Cancer Trial Center 3R PCTC DKFZ A 2024 - 2030 35 35 35 Extreme Fields 2.0
Gesundheit
Helmholtz-Projekte, die im wettbewerblichen Verfahren der Helmholtz-Gemeinschaft über die strategischen Ausbauinvestitionen
Berlin Cell Hospital BCH MDC A 2025 - 2031ff 48 48 48 Kategorie A
und durch BMBF und Sitzländer finanziert werden (15 bis 50 Mio. €).
Comprehensive Environmental Health Große nationale Projekte der Helmholtz-Gemeinschaft, die auf die nationale Roadmap aufgenommen und nur mit zusätzlicher
CEC HMGU A 2026 - 2031ff 35 35 35 Kategorie B
Exposure Center Finanzierung durch Projektmittel u. d. finanziert werden (> 50 Mio. €).
Protonentherapie der nächsten Helmholtz-Beteiligung an Internationalen Forschungsinfrastrukturen, die über die nationale Roadmap oder über die nationalen
PT2030 HZDR A 2027 - 2031ff 35 35 35 Kategorie C
Generation: Online-Adaptiv Vertreter in die ESFRI-Liste überführt werden oder sonstige internationale Beteiligungen umfassen.
Nationale Allianz für Pandemie-
Therapeutika
NA-PATH HZI B 2021ff 105 105 Kategorie D Sonderfinanzierung außerhalb des Helmholtz-internen Wettbewerbs.
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FORSCHUNGSBEREICH ENERGIE
Energie
Energie
Profil Strategie ein weltweites Alleinstellungsmerkmal. 4D-CAT bietet die Das Zentrum für Radioökologie und Strahlenforschung (ZRS)
Eine klimaneutrale Energieversorgung, die ökonomisch und Mit seiner wissenschaftlichen Schwerpunktsetzung in vier Pro- Infrastruktur zur Entwicklung von elektro-, photo- und thermo- fördert die Strahlenforschung im Programm NUSAFE und ist
gesellschaftlich tragbar ist – daran arbeitet der Forschungsbe- grammen begegnet der Forschungsbereich Energie diesen He- katalytisch wirksamen Funktionsmaterialien in auf Wasserstoff auch forschungsbereichsübergreifend aktiv.
reich Energie. Die Wissenschaftler:innen gestalten die Energie- rausforderungen: Das Programm Energiesystemdesign (ESD) basierenden, CO2-neutralen Prozessketten zur Herstellung che-
wende in Deutschland mit und treiben auch den nachhaltigen verfolgt einen ganzheitlichen Ansatz. Es bündelt systemana- mischer Zwischenprodukte und Energieträger. Das Center for Das Programm Fusion wird durch die Beteiligung an der Inter-
Umbau der Energieversorgung weltweit an: Dafür erforschen lytische, sozialwissenschaftliche und ökonomische Kompeten- Resource Process Intensification and Interface Studies (CeRI²) national Fusion Materials Irradiation Facility - Demo Oriented
und entwickeln sie innovative Wandlungs-, Verteilungs-, und zen zum Design der Energiesysteme der Zukunft. Neben der wird die Entwicklung von energie- und ressourceneffizienten NEutron Source (IFMIF-DONES) entscheidend vorangebracht.
Speichertechnologien und erarbeiten Lösungen für ein sek- Analyse von Energiesystemen stehen auch deren Digitalisie- Technologien zur Wertstoffgewinnung entscheidend voranbringen. Denn IFMIF-DONES wird erstmals unter anwendungsnahen
torenübergreifendes Energiesystem. Der Forschungsbereich rung sowie die Entwicklung von Systemtechnologien im Fokus. Bedingungen Strukturmaterialdaten für einen Fusionsdemons-
entwirft ganzheitliche Konzepte, die alle relevanten Ketten zur Das Programm Materialien und Technologien für die Energie- Die Pilotanlage zur adaptiven Aufbereitung komplexer Rohstof- trationsreaktor liefern und ist somit unabdingbare Vorausset-
Energiewandlung systemisch einbeziehen sowie zukunftssiche- wende (MTET) forscht in einem interdisziplinären Ansatz an fe (FlexiPlant) wird in einzigartiger Weise die Entwicklung und zung für dessen Realisierung.
re technologische Optionen umfassen. Materialien und Technologien zur Energieerzeugung, -wandlung Vernetzung adaptiver und flexibler Ressourcentechnologien
und -speicherung sowie zur Energie- und Ressourceneffizienz. vorantreiben sowie ihren Transfer in die industrielle Nutzung
Herausforderungen Es entwickelt technologische Optionen für die Energiewende – ermöglichen.
Um der vom Menschen verursachten globalen Erwärmung ent- von den wissenschaftlichen Grundlagen bis zur Anwendung.
gegen zu wirken, bedarf es der Dekarbonisierung und des Um-
baus des Energiesystems hin zu erneuerbaren Quellen. Hieraus Das Programm Fusion (FUSION) erforscht und entwickelt die
leiten sich prioritäre Herausforderungen für die Forschungsthe- physikalischen und technischen Grundlagen für Auslegung und
men des Forschungsbereichs Energie ab: Bau eines Fusionskraftwerks. Es ist Teil der europäisch koordi-
Geplante Realisierung
• Ein nachhaltiges Energiesystem wird sich durch mehr nierten und geförderten Fusionsforschung. Im Programm Nuk-
Dezentralität, höhere Flexibilität sowie die Kopplung der leare Entsorgung, Sicherheit und Strahlenforschung (NUSAFE)
Sektoren Strom, Wärme, Verkehr und stoffliche Ressour- werden wesentliche Forschungsarbeiten zu Zwischen- und End- 2021ff
cen auszeichnen. Dies erfordert neuartige systemische lagerung, zum Rückbau kerntechnischer Anlagen, zur Sicher- FSE
Forschungsansätze, die technische mit gesellschaftlichen heit von Kernreaktoren sowie zur Strahlenforschung geleistet.
und ökonomischen Aspekten verbinden, zudem die Ent- 2023 - 2029
IFMIF-DONES
wicklung von digitalen Konzepten einer neuen Generation Entwicklung, Bau und Betrieb von Forschungsinfrastrukturen
(Energy 4.0) ermöglichen und auch europäische und bilden für die Aktivitäten des Forschungsbereichs Energie eine
globale Aspekte einbeziehen. wesentliche Voraussetzung. Sie machen ihn auch zum gefrag- 2024 - 2030
FlexiPlant
ten Partner für Forschungseinrichtungen aus aller Welt, für Uni-
• Neue Technologien werden entlang der gesamten Wert- versitäten im regionalen, nationalen und internationalen Um-
2027 - 2031ff
schöpfungskette benötigt – von der Erschließung der feld sowie für Unternehmen und Start-ups. ZRS
Ausgangsmaterialien und geeigneter Werkstoffe über die
Umwandlung, Speicherung und Verteilung der Energie bis Infrastrukturplanung
2026 - 2029
hin zu ihrer Anwendung. Die Energieeffizienz muss dabei Die Infrastrukturplanung ist entlang der großen Linien der Stra- CeRi2
entlang der gesamten Kette deutlich gesteigert werden. tegie des Forschungsbereichs ausgerichtet.
Zugleich gilt es, die Energienutzung in allen Sektoren zu 2025 - 2030
flexibilisieren. Dabei sind für die systemische Forschung im Programm ESD HPGL
notwendig: Das geplante High Power Grid Lab (HPGL), das
• er globale Charakter der Klima- und Energiefragen erfor-
D den Aufbau einer ganzheitlichen Power-Hardware-in-the-Loop- 2024 -2027
dert darüber hinaus auch alternative Lösungsmöglichkei- (PHiL)-Testumgebung und in Verbindung mit dem vorhandenen 4D-CAT
ten für eine langfristige, sichere und klimaneutrale Ener- Energy Lab 2.0 die Erprobung in intelligent verknüpften Ener-
gieerzeugung wie die Fusion, um technologische Optionen giesystemen ermöglicht. Das Forschungsschiff für Energiesys- 2023 - 2029
für die Zukunft zu generieren teme (FSE) wird zur Demonstration und Erprobung neuer Ener- GeoLaB
giesysteme für maritime Anwendungen dienen.
• .Im Bereich der nuklearen Entsorgung und Sicherheit be-
stehen wesentliche Herausforderungen in der Zwischen- Im Programm MTET sind für die Technologieentwicklung zur 2021 2022 2023 2024 2025 2026 2027 2028 2029 2030 2031
und Endlagerung radioaktiver Abfälle sowie im Rückbau Energiewende entlang der gesamten Innovationskette mehre- Legende:
kerntechnischer Anlagen. Da weltweit viele Länder weiter- re neue Forschungsinfrastrukturen erforderlich: Das generi- A – Helmholtz-Projekte, die im wettbewerblichen Verfahren der Helmholtz-Gemeinschaft über die strategischen Ausbauinvestitionen finanziert werden
hin auf die Kernenergie setzen, ist die Sicherheit von Kern- sche Untertagelabor Geothermal Laboratory in the Crystalline (15 bis 50 Mio. €).
reaktoren eine weitere Herausforderung. Basement (GeoLaB) ist als erster Reservoir-Simulator für An- B – Große nationale Projekte der Helmholtz-Gemeinschaft, die auf die nationale Roadmap aufgenommen und nur mit zusätzlicher Finanzierung durch Projektmittel
u. d. finanziert werden (> 50 Mio. €).
wendungen mit hohen Fließraten konzipiert und bietet somit
C – Helmholtz-Beteiligung an Internationalen Forschungsinfrastrukturen, die über die nationale Roadmap oder über die nationalen Vertreter in die ESFRI-Liste über-
führt werden oder sonstige internationale Beteiligungen umfassen.
D – Sonderfinanzierung außerhalb des Helmholtz-internen Wettbewerbs.
10 11
GEOLAB – GEOTHERMAL LABORATORY IN THE 4D-CAT - BRIDGING THE INNOVATION GAP IN
CRYSTALLINE BASEMENT CATALYST RESEARCH FOR ELECTRO-, PHOTO-
AND THERMOCATALYSIS
Kurzbeschreibung Strategische Bedeutung Kurzbeschreibung Strategische Bedeutung
Das generische Untertagelabor für Geothermie GeoLaB ist als Spitzenforschung für die Energiewende: Ein zentrales Element für ein klimaneutrales Energiesystem Ein Projekt wie 4D-CAT kann nur von einer führenden For-
erster Reservoir-Simulator für Anwendungen mit hohen Fließ- • Effizientes und sicheres Management geklüfteter sind neuartige Prozesstechnologien, die den effizienten und schungsorganisation mit starkem Infrastruktur-Fokus wie der
raten konzipiert und bietet somit ein weltweites Alleinstellungs- Reservoire durch kontrollierte Hochflussexperimente zur nachhaltigen Einsatz verfügbarer Rohstoffressourcen sicher- Helmholtz-Gemeinschaft mit ihren Partnern umgesetzt und
merkmal. Experimente im realen Maßstab adressieren einer- Entwicklung und Kalibrierung smarter Stimulationstech- stellen und den sektorenübergreifenden Einsatz von grünen betrieben werden. 4D-CAT hat das Potenzial, langfristig eine
seits die Entwicklung von Reservoirtechnologien speziell für nologien zur Minderung induzierter Seismizität. Wasserstofftechnologien ermöglichen. Für diese Innovations- Schlüsselrolle bei der Entwicklung von Produktionstechnolo-
die Geothermie, andererseits auch die Bohrlochsicherheit im • Multidisziplinäre THMC+ Spitzenforschung und Visuali- sprünge ist die Entwicklung aktiver, selektiver und langlebiger gien für katalytisch wirksame Funktionsmaterialien einzuneh-
kristallinen Gestein in der Nähe von geothermischen Hotspots. sierungskonzepte durch systematische Experimente zur Katalysatoren eine weltweit zentrale Aufgabe von Forschung men. 4D-CAT verbindet außerordentliche Synergien zu neuen
Dieses Gestein hat weltweit das größte geothermische Poten- Charakterisierung von Prozessen auf großer Skala. Dies und Entwicklung. Dies adressiert 4D-CAT über einen integ- bzw. geplanten Maßnahmen der beteiligten Forschungszen-
zial. GeoLaB umfasst einen etwa 1-2 km langen Zugangsstollen beinhaltet Big Data-Management, Benchmarking, Kalibrie- rierten Ansatz durch die Verknüpfung folgender Dimensionen: tren, wie das CatLab-Projekt mit Neubau am HZB, den Neu-
zu einzelnen Kavernen in der Nähe von Störungszonen. Auf die- rung und Fortschritte in der numerischen Simulation und (1) Design from Nano to Makro, (2) Operando, (3) Theory und bau des Instituts für Katalyseforschung und -technologie am
sen werden kontrollierte Hochfluss-Experimente in ca. 400 m Visualisierung von Reservoiren. (4) Lab to Fab. Der zentrale Mehrwert ist die Beschleunigung KIT und des Helmholtz-Instituts Erlangen-Nürnberg sowie das
Tiefe vorgenommen. Die Experimente werden durch Messun- • Entwicklung von umweltfreundlichen Strategien für von Innovationszyklen vom Materialdesign hin zur industriellen JoLIE Joint Lab am FZJ. Die resultierende wissenschaftlich-tech-
gen in fächerförmigen Bohrungen kontinuierlich überwacht. geothermische Installationen mithilfe von Tests der Si- Anwendung. Erreicht wird sie über die direkte Rückkopplung nologische Expertise erschließt und stärkt anwendungsnahe
Energie
Energie
Damit wird ein weltweit einzigartiger 4D-Benchmark-Datensatz cherheitsmaßnahmen von Bohrlochinstallationen unter der ermittelten funktionellen Eigenschaften in den Katalysator- Forschungskooperationen mit der Industrie und wird eine For-
geschaffen, der thermische, hydraulische, chemische und me- Reservoirbedingungen mit innovativen Überwachungs designprozess, gleichzeitig werden die Skalen von Labor- und schungs- und Entwicklungsumgebung für Partner bereitstellen.
chanische Parameter umfasst, ein virtueller Zwilling erlaubt zu- methoden; Entwicklungen neuer Technologien zur Vermei- Pilotmaßstab verknüpft. Dies trägt der übergeordneten Zielstellung Rechnung, den tief-
dem weitere Untersuchungen. dung von Emissionen oder radioaktiven Ablagerungen. greifenden Wandel hin zu zukunftsfähigen chemischen Prozes-
• Transparente Interaktion mit der Öffentlichkeit durch Par- Wissenschaftliche Bedeutung sen entscheidend voranzubringen.
Wissenschaftliche Bedeutung tizipationskonzepte bis hin zu Citizen Science. 4D-CAT bietet die Infrastruktur zur Entwicklung von elektro-,
Mit den geplanten Experimenten sind bei hohen Fließraten erst- photo- und thermo-katalytisch wirksamen Funktionsmaterialien
malig experimentelle Bestimmungen und der Nachweis in 3D in schwerpunktmäßig auf Wasserstoff basierenden, CO2-neu-
von Hydrodynamik (z. B. Navier-Stokes Gesetze) und Hydrome- tralen Prozessketten. Dadurch gelingt die Herstellung chemi- Daten und Zahlen
chanik (z. B. Triggerung und Ausbreitung von Mikroseismizität) Daten und Zahlen scher Zwischenprodukte und Energieträger in einem nachhal-
Akronym: 4D-CAT
im geklüfteten kristallinen Grundgebirge auf einer 10-100 m Akronym: GeoLaB tigen Energiesystem. Die Skalierung von der mikroskopischen
Skala möglich. Ebenfalls erstmalig können dynamische und Funktionalität in Katalysatoren zum industriellen Prozess ent- Kategorie: A
gekoppelte Prozesse wie z. B. die Variabilität des Spannungs- Kategorie: A lang der TRL-Skala wird transdimensional verknüpft durch: Zeitraum der Realisierung: 2024 - 2027
feldes in Raum und Zeit und THMC-Prozesse experimentell Zeitraum der Realisierung: 2023 - 2029 (i) Synthesis Process Automation und Agile Scale-up für eine
Geschätzte Investition in Mio. €: 25,8
erfasst werden. Der Einsatz und die Entwicklung modernster beschleunigte Entwicklung in Richtung industrieller Anwendun-
Geschätzte Investition* in Mio. €: 49,8 (35)
Beobachtungs- und Auswertemethoden führen zu Erkenntnis- gen, (ii) Operando-Methoden zum Verständnis und zur Steuerung Geschätzte Betriebskosten
sen, die für eine sichere und ökologisch nachhaltige Nutzung Geschätzte Betriebskosten* der Prozesse auf allen relevanten Längen- und Zeitskalen, (iii) pro Jahr in Mio. €: 3
der Geothermie und des gesamten unterirdischen Raumes von pro Jahr in Mio. €: 1,3 High-Throughput-Experimentation sowie (iv) Digital Catalysis. Federführendes
großer Bedeutung sind. Federführendes 4D-CAT verknüpft integrativ neueste Synthese- und Processing Helmholtz-Zentrum: HZB
Helmholtz-Zentrum: KIT technologien mit weltweit führenden Entwicklungen bei der Weitere beteiligte
Weitere beteiligte Charakterisierung und nutzt dabei das Potenzial computer Helmholtz-Zentren: FZJ, KIT
Helmholtz-Zentren: GFZ, UFZ gestützter Methoden. Eine solch ganzheitliche Infrastruktur
existiert in Deutschland nicht und ist auch international einmalig.
*) Davon der Anteil von Helmholtz in Klammern.
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HPGL – HIGH POWER GRID LAB CERI2 – CENTER FOR RESOURCE PROCESS
INTENSIFICATION AND INTERFACE STUDIES
Kurzbeschreibung Strategische Bedeutung Kurzbeschreibung Strategische Bedeutung
Elektrische Netze werden sich auf allen Spannungsebenen Mit dem HPGL kann sich die Helmholtz-Gemeinschaft europa- In der Hightech-Strategie der Bundesregierung wie auch in der CeRI2 stärkt in enger Verzahnung mit dem HIF den Schwer-
mittel- und langfristig zu vermaschten Netzen entwickeln, die weit an die Spitze solcher Testinfrastrukturen bringen. Dadurch Rohstoffinitiative der EU spielt die ressourceneffiziente Kreis- punkt Ressourcentechnologien und mündet in einer weltweit
von Leistungselektronik dominiert sind, und die gekennzeich- wird die Sichtbarkeit von Helmholtz auf dem Gebiet der Tech- laufwirtschaft eine herausgehobene Rolle. Energieeffiziente führenden Rolle der Helmholtz-Gemeinschaft auf diesem Ge-
net sind durch eine dezentrale Erzeugung und Speicherung von nologien, die für eine erfolgreiche Energiewende notwendig Ressourcentechnologien sind hierfür ein Schlüsselelement. biet. Mit der durch CeRI2 ermöglichten einzigartigen Kombi-
Energie sowie einem bidirektionalem Leistungsfluss. Für die sind, nachhaltig gestärkt. Diese Technologien nutzen oft turbulente Mehrphasenströmun- nation von High-End-Messtechnik für Prozesse auf allen Län-
Untersuchung des Systemverhaltens der dafür notwendigen gen für die Wertstoffgewinnung. Zentrale Prozesse in solchen genskalen, angewandt auf flexible, modulare Reaktoren bis zur
elektrischen Betriebsmittel und deren Rückwirkungen auf die Die wissenschaftliche Zielsetzung und Ausstattung des HPGL Mehrphasenströmungen wie das Anhaften von Wertstoff-Parti- Umsetzung in den Pilotanlagen des HIF übernimmt das HZDR
elektrischen Netze stellt das High Power Grid Lab (HPGL) eine wird vom KIT und seinen Partnern auf Basis der Erkenntnisse keln an Blasen sind nach wie vor weitgehend unverstanden. eine strategisch führende Rolle. Die Position Sachsens als
europaweit einzigartige Forschungs- und Testinfrastruktur im im Programm Energy System Design (ESD) geplant und ermög- Die optische Intransparenz derartiger Mehrphasenströmungen Rohstoffregion mit starken Partnern in Polen wird signifikant
Multi-MW-Bereich zur Verfügung. Durch die Kombination der licht die Untersuchung neuartiger Netzbetriebsmittel im Um- mit hohem Feststoff- und Gasgehalt lässt kaum Messungen mit gestärkt. Auch die Industriekooperationen werden nachhaltig
Echtzeitsimulation und -regelung des Netzes mit der Untersu- feld zukünftiger Netzstrukturen und Nutzungsszenarien. Mögli- klassischen Techniken zu. An beiden Problemen setzt das Cen- ausgebaut und erweitert. Das seit 2019 vom HZDR koordinier-
chung von Netzbetriebsmitteln im Realbetrieb ermöglicht das che Nutzer des HPGL sind neben Forschungseinrichtungen vor ter for Resource Process Intensification and Interface Studies te EU-Projekt FineFuture zu Breakthrough-Konzepten bei der
HPGL den Aufbau einer ganzheitlichen Power-Hardware-in-the- allem Netzbetreiber und Hersteller von Netzbetriebsmitteln. (CeRI2) an. Es untersucht die für die Wertstoffgewinnung rele- Feinpartikel-Flotation ist mit acht wissenschaftlichen und acht
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Loop-(PHiL)-Testumgebung. In Verbindung mit dem Energy Lab vanten mikro- und mesoskopischen Längenskalen von Mehr- Industriepartnern eine starke Basis für diesen Anspruch. Beste
2.0 ermöglicht sie so in idealer Weise die Erprobung von Tech- phasenströmungen. Es entwickelt außerdem Messtechnik für Bedingungen für die Anwendung modernster KI-Methoden bie-
nologien für die Energiewende. diese Strömungen sowie Werkzeuge für die Intensivierung von tet zudem die enge Verbindung des HZDR zum deutsch-polni-
Prozessen. Für die Prozessoptimierung wird stark auf die Ein- schen Center for Advanced Systems Understanding (CASUS).
Wissenschaftliche Bedeutung Daten und Zahlen beziehung von Methoden der Künstlichen Intelligenz gesetzt.
Ziel des HPGL ist die Erforschung des Systemverhaltens neu- Akronym: HPGL
artiger Netzbetriebsmittel (z.B. Stromrichter für DC-Netze) in Wissenschaftliche Bedeutung
deren möglichst realer Netzumgebung. Diese wird in Kopplung Kategorie: A Das Ziel besteht in der Entwicklung von energie- und ressour-
mit der Echtzeitsimulation im Energy Lab 2.0 emuliert. Im Ge- Zeitraum der Realisierung: 2025 - 2030 ceneffizienten Technologien zur Wertstoffgewinnung. Ressour- Daten und Zahlen
gensatz zu bereits existierenden oder geplanten Anlagen dieser centechnologien basieren auf einer enormen Bandbreite von Akronym: CeRI2
Geschätzte Investition in Mio. €: 20
Art soll dabei auch die Rückwirkung des Betriebsmittels auf das komplexen physikalisch-chemischen Phänomenen. Die für die
Netz präzise berücksichtigt werden. Nur dann sind realistische Geschätzte Betriebskosten Wertstoffgewinnung relevanten Prozesse erstrecken sich über Kategorie: A
Aussagen möglich, ob alle Anforderungen an die Stabilität und pro Jahr in Mio. €: 1,5 eine Längenskalenhierarchie von zehn Dekaden: von der Parti- Zeitraum der Realisierung: 2026 - 2029
Resilienz des Gesamtsystems gewährleistet werden können. Federführendes keloberfläche im Nanometer-Bereich, über die Mikrometerska-
Geschätzte Investition in Mio. €: 16
Das HPGL ermöglicht damit eine ganzheitliche Betrachtung der Helmholtz-Zentrum: KIT la charakteristischer Wirbel bis hin zur Meterskala industrieller
Betriebsmittel – von deren Modellierung und Dimensionierung Anlagen. CeRI2 untersucht die für die Wertstoffgewinnung rele- Geschätzte Betriebskosten
Weitere beteiligte
bis hin zum Test der Hardware in realistischen Szenarien. vanten mikro- und mesoskopischen Längenskalen. In enger Zu- pro Jahr in Mio. €: 0,3
Helmholtz-Zentren: Keine
sammenarbeit mit den Forschungen im Pilotmaßstab am Helm- Federführendes
holtz-Institut Freiberg für Ressourcentechnologie (HIF) wird am Helmholtz-Zentrum: HZDR
HZDR damit eine weltweit führende F&E-Kapazität mit vielen Weitere beteiligte
Industriekooperationen geschaffen. Helmholtz-Zentren: Keine
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ZRS – ZENTRUM FÜR RADIOÖKOLOGIE UND FLEXIPLANT – PILOTANLAGE ZUR ADAPTIVEN
STRAHLENFORSCHUNG AUFBEREITUNG KOMPLEXER ROHSTOFFE
Kurzbeschreibung Strategische Bedeutung Kurzbeschreibung (Schrotte) detailliert beschreiben, werden kombiniert mit den
Kernanliegen der Radioökologie und Strahlenforschung sind Das ZRS eröffnet die Möglichkeit, ein wissenschaftliches Feld Die Schließung von Stoffkreisläufen ist eine der gesellschaft- physikalischen Modellen der Grundoperationen. Dies ermög-
die Erfassung, Erklärung und gesundheitsrelevante Bewertung von großer gesellschaftlicher Relevanz zu besetzen, welches bis- lichen Herausforderungen unserer Zeit und die Voraussetzung licht die Vorhersage, Optimierung und Steuerung komplexer
der Effekte von Radionukliden auf biologische Prozessketten. her in der Helmholtz-Gemeinschaft nicht vertreten ist. Interna- für eine nachhaltige Kreislaufwirtschaft (CE). Hierfür ist es not- Prozessketten für Materialströme aller Art, um eine effiziente
Die an Proteinen gewonnenen experimentellen Daten werden tional ist eine Konkurrenzfähigkeit mit dem Studienzentrum für wendig, eine neue Generation adaptiver Aufbereitungssysteme und nachhaltige Rückgewinnung aller verfügbaren Wertstoffe
durch quantentheoretische Analysen mittels Molekulardyna- Kernenergie SCK CEN in Belgien und dem französischen Institut zu etablieren: Mit Hilfe von Industrie 4.0 und IoT werden sie zu erreichen.
mik komplementiert. Für noch komplexere Systeme, wie leben- für Strahlenschutz und nukleare Sicherheit IRNS erreichbar, flexibel Rohstoffe aller Art aus komplexen Materialströmen
de Organismen und mikrobielle Gemeinschaften, wird neueste womit Führungspositionen in Verbünden wie der European zurückgewinnen können. FlexiPlant ist ein solches System Strategische Bedeutung
hochsensitive Kalorimetrie benötigt, um Radionuklideffekte auf Radioecology ALLIANCE möglich werden. Die zukunftsorien- im Pilotmaßstab, mit ihm können wissenschaftliche Modelle, Bei der Evaluierung des aktuellen Programms hoben die Gut-
deren Stoffwechsel zu quantifizieren. Das Immunsystem von tierten Arbeiten des ZRS sind unabhängig von der Reaktorsi- Methoden und Technologien entwickelt und erprobt werden. achter:innen die Forschung zur nachhaltigen Nutzung von Roh-
Pflanzenzellen soll dabei als Modellsystem genutzt werden, um cherheits- oder Endlagerforschung und stellen eine Weiterent- Das setzt eine konsequente Digitalisierung und die Anbindung stoffen und zur Schließung von Stoffkreisläufen als ein aufstre-
die Stressantworten von Zellen auf Radionuklide (zum Beispiel wicklung des Helmholtz-Programms NUSAFE dar. Forschung adaptiver und flexibler Ressourcentechnologien voraus. Die Er- bendes und strategisch wichtiges Forschungsgebiet hervor. Sie
Bildung von Metaboliten) auf molekularer und zellulärer Ebene zur Auswirkung von Strahlung auf den Menschen und von forschung solcher Technologien findet in Europa bisher nur im empfahlen ausdrücklich, dass der Forschungsansatz deutlich
zu verstehen. freigesetzten Radionukliden auf die Umwelt, Geothermie oder Labor oder kleintechnischen Maßstab statt. Es gibt weder eine gestärkt werden sollte. FlexiPlant greift genau diese Forderung
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durch Unfälle ist absolut notwendig und passt hervorragend Forschungsinfrastruktur, um die Technologien zu testen, noch auf. Als einzigartige Infrastruktur im Pilotmaßstab wird Flexi-
Wissenschaftliche Bedeutung zur Mission der Helmholtz-Gemeinschaft. eine Möglichkeit, ihre Kombination zu erproben. FlexiPlant Plant zukünftig ein globaler Anziehungspunkt für Kooperations-
Die Auswirkungen von Radionukliden (RN) auf die Umwelt stellt daher eine weltweit einmalige Forschungsinfrastruktur partner aus Wissenschaft und Wirtschaft sein. Die Forschungs-
werden bisher überwiegend mit statistischen Methoden unter- im Pilotmaßstab dar, die weit über den derzeitigen Stand der infrastruktur verfolgt damit direkt die gesellschaftspolitischen
sucht. Das Zentrum für Radioökologie und Strahlenforschung Technik hinausgeht. Als offene Transferplattform eröffnet sie Vorgaben zum Klimaschutz und zur Energiewende.
(ZRS) soll das Thema dagegen über naturwissenschaftliche Daten und Zahlen vielfältige Forschungsmöglichkeiten für verschiedenste Partner
Grundlagenforschung erschließen und Prozesse auf moleku- Akronym: ZRS aus Wissenschaft und Wirtschaft.
larer und zellulärer Ebene aufklären. Die Aktivitäten der For- Daten und Zahlen
schungsbereiche Energie, Materie und Gesundheit am HZDR Kategorie: A Wissenschaftliche Bedeutung Akronym: FlexiPlant
werden miteinander verbunden, inklusive aller radioaktiven Zeitraum der Realisierung: 2027 - 2031ff Drei grundlegende Ziele definieren die wissenschaftliche
Kontrollbereiche, S1-Labore und der Rossendorf Beamline an Bedeutung für FlexiPlant: a) Schließen der Kreisläufe von Roh- Kategorie: B
Geschätzte Investition in Mio. €: 28
der ESRF. Zudem wird durch die angedachte, inhaltlich intensive stoffen, b) Maximierung der Energie- und Ressourceneffizienz, Zeitraum der Realisierung: 2024 - 2030
Zusammenarbeit mit dem UFZ übergreifend wissenschaftliche Geschätzte Betriebskosten c) Digitale Transformation der Rohstoffindustrie.
pro Jahr in Mio. €: 2 Geschätzte Investition in Mio. €: 66,7
Expertise aus den Bereichen ‚Erde und Umwelt’ und ‚Energie’
zusammengeführt. Dies macht die enormen Vorteile der Inter- Federführendes Um diese Ziele zu erreichen, ist ein Paradigmenwechsel in der Geschätzte Betriebskosten
disziplinarität des Zentrums und der Helmholtz-Gemeinschaft Helmholtz-Zentrum: HZDR rohstoffverarbeitenden Industrie erforderlich. Der Weg führt pro Jahr in Mio. €: 2,2
international sichtbar. Weitere beteiligte weg von Prozessketten, die in einem einzigen Prozessoptimum Federführendes
Helmholtz-Zentren: Keine variable Einsatzstoffe verarbeiten, hin zu flexiblen und adap- Helmholtz-Zentrum: HZDR
tiven Aufbereitungstechnologien mit innovativen Sensorsyste- Weitere beteiligte
men. Diese sollen künftig Rohstoffe bis ins geforderte Detail Helmholtz-Zentren: Keine
erkennen – unter Einbeziehung von Digitalisierung und Automa-
tisierung im Kontext von Industrie 4.0. Die so erhaltenen Echt-
zeitdaten, die das in der FlexiPlant aufgegebene Rohmaterial
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IFMIF-DONES – INTERNATIONAL FUSION FSE – FORSCHUNGSSCHIFF FÜR ENERGIE
MATERIALS IRRADIATION FACILITY - SYSTEME
DEMO ORIENTED NEUTRON SOURCE
Kurzbeschreibung Strategische Bedeutung Kurzbeschreibung Strategische Bedeutung
Die International Fusion Materials Irradiation Facility - Demo Fusion als globales Element der Energiewende wird in inter- Aufgebaut wird ein weltweit einmaliges Forschungsschiff für Der CO2-Ausstoß der Schifffahrt soll nach europäischen Vor-
Oriented NEutron Source (IFMIF-DONES) ist eine beschleuni- nationaler Kooperation vorangetrieben und in der Helmholtz- Energiesysteme (FSE), das der Demonstration und Erprobung gaben bis 2050 auf die Hälfte des heutigen Wertes gesenkt
gergetriebene Neutronenquelle mit Intensitätsmaximum bei Gemeinschaft als langfristiges Ziel verfolgt. Die EUROfusion- neuer Energiesysteme für maritime Anwendungen dient, inklu- werden. Durch das Forschungsschiff erhalten das DLR und
14,1 MeV, also der Energie der bei der D-T-Fusion freigesetzten Roadmap sieht die Inbetriebnahme eines DEMO-Kraftwerks sive deren Zertifizierung. Zusätzlich werden Sensoren und Ak- externe Anwender die Möglichkeit ihre entwickelten energie-
Neutronen. Sie wird der Prüfung, Validierung und Qualifizierung bis 2050 vor, was die Qualifizierung der benötigten Materialien toren installiert, die für die Entwicklung einer digitalen Steue- effizienten Systeme zu testen und zu verifizieren. Dadurch
von Werkstoffen dienen, die im Neutronenfeld von Fusionsre- nach Neutronenexposition in IFMIF-DONES in den 2030er Jah- rung und für die Erprobung des autonomen Fahrens nutzbar kann die Wertschöpfung bei Ausrüstern und Reedereien
aktoren verwenden werden, außerdem auch für Grundlagen- ren voraussetzt. KIT hat bei der Vorbereitung u. a. der Testein- sind. Die generierten Daten ermöglichen die Digitalisierung und im deutschen Schiffsbau unterstützt werden. Die Entwick-
untersuchungen und der Bestätigung von Rechenmodellen richtungen von IFMIF-DONES Beiträge von hoher internationa- Visualisierung des Schiffsbetriebs. Abnormale Bedingungen lung eines autonomen Betriebes soll die Verkehrssicherheit
genutzt werden können und auch der Qualifizierung von Re- ler Sichtbarkeit geleistet, an die es nun anzuknüpfen gilt. können so schnell, sicher und kostengünstig erprobt werden. auf dem Seeweg erhöhen. Das Schiff bietet zudem anderen
aktormaterialien für die nukleare Lizenzierung dienen. IFMIF- Helmholtz-Zentren die Möglichkeit, Messtechnik für die Küs-
DONES ist 2018 in die europäische ESFRI-Roadmap aufgenom- Das Schiff wird eine See-Zulassung im IMO Register haben. ten- und Meeresforschung.
men worden; Vorarbeiten mit EU-Förderung laufen bereits. Ab Ein dieselelektrischer Antrieb gewährleistet stets das sichere
2021 wird das Projekt in Granada, Spanien, realisiert werden. Daten und Zahlen Fahren. Das Forschungsschiff kann mehrere 20-Zoll Container
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Es wird erstmals Strukturmaterialdaten unter anwendungs- Akronym: IFMIF-DONES in Querrichtung aufnehmen. Diese enthalten neu entwickelte
nahen Bedingungen für einen Fusionsdemonstrationsreaktor Elektrosysteme, die Energie als Ersatz der standardmäßigen Daten und Zahlen
(DEMO) liefern und ist unabdingbare Voraussetzung für dessen Kategorie: C Energieversorgung des Schiffes liefern. Akronym: FSE
Realisierung. Zeitraum der Realisierung: 2023 - 2029
Wissenschaftliche Bedeutung Kategorie: D
Geschätzte Investition* in Mio. €: 470 (54)
Wissenschaftliche Bedeutung Um den CO2-Ausstoß des Schiffsverkehrs bis 2050 zu reduzie- Zeitraum der Realisierung: 2021ff
Das harte Spektrum von D-T-Fusionsneutronen (14,1 MeV im Geschätzte Betriebskosten* ren und einen wesentlichen Beitrag zur Einhaltung der weltwei-
pro Jahr in Mio. €: 50 (1,5) Geschätzte Investition in Mio. €: 36
Vergleich zu < 2 MeV in Spaltreaktoren) weist Querschnitte ten Klimaziele zu leisten, bedarf es der Entwicklung alternativer
für Kernreaktionen auf, die zu Transmutation und zur Bildung Federführendes Energiesysteme. International gibt es bislang kein Forschungs- Geschätzte Betriebskosten
signifikanter Mengen an H und He führen und damit zu einer Helmholtz-Zentrum: KIT schiff, auf dem unterschiedliche Brennstoffe und Wandlersys- pro Jahr in Mio. €: K. A.
derzeit unbestimmten Degradation von Strukturmaterialien im Weitere beteiligte teme für die Schifffahrt getestet werden können. Um dies zu Federführendes
Betrieb. Bisher existiert keine experimentelle Möglichkeit, die Helmholtz-Zentren: Keine leisten ist Forschung und Entwicklung notwendig in den Be- Helmholtz-Zentrum: DLR
Neutronenschädigung in einem relevanten Spektrum zu unter- reichen Weitere beteiligte
*) Davon der Anteil von Helmholtz in Klammern.
suchen. IFMIF-DONES schafft diese Möglichkeit mittels eines • alternative Brennstoffe, sowie deren Handling, Helmholtz-Zentren: Keine
kontinuierlichen Deuteron-Beschleunigers (5 MW), der mit Lagerung und Nutzung,
einem rechteckigen Strahlquerschnitt auf ein flüssiges Li-Tar- • Energiekonverter zur Stromerzeugung für
get trifft und einen Neutronenfluss von 1018 m-2 s-1 bei 14 MeV elektrische Antriebe,
erzeugt. • Weiterentwicklung von Zwischenspeichern
für einen optimierten Betrieb,
• verbesserte Medienversorgungen mit Wärme,
Kälte und Strom,
• Sicherheitskonzepte für die Zulassungsfähigkeit.
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