HELMHOLTZ-ROADMAP FORSCHUNGSINFRASTRUKTUREN 2021
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HELMHOLTZ-ROADMAP FORSCHUNGSINFRASTRUKTUREN 2021
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HELMHOLTZ-ROADMAP FORSCHUNGSINFRASTRUKTUREN LISTE GEPLANTER NEUER FORSCHUNGSVORHABEN 2021
INHALT Vorwort.................................................................................................................................................................5 Roadmap-Prozess in der Helmholtz-Gemeinschaft..........................................................................................6 Helmholtz-Roadmap 2015 – Eine Bilanz............................................................................................................7 Liste geplanter, neuer Forschungsinfrastrukturen........................................................................................... 8 Forschungsbereich Energie ............................................................................................................................ 10 Forschungsbereich Erde und Umwelt............................................................................................................ 20 Forschungsbereich Gesundheit...................................................................................................................... 30 Forschungsbereich Information ..................................................................................................................... 38 Forschungsbereich Luftfahrt, Raumfahrt und Verkehr................................................................................. 44 Forschungsbereich Materie .............................................................................................................................50 Das Helmholtz-Symposium – Eine Zusammenfassung................................................................................. 64 ANHANG............................................................................................................................................................ 66 Die Nutzer-Anlagen der Helmholtz-Gemeinschaft......................................................................................... 66 Mitglieder der Helmholtz-Gemeinschaft........................................................................................................ 67 Impressum........................................................................................................................................................ 68 4
VORWORT
Die Bearbeitung anspruchsvoller wissenschaftlicher Fragestellungen verlangt angesichts zunehmend komple-
xer werdender Herausforderungen globaler und gesellschaftlicher Natur vielfach den Einsatz von großen und
umfassenden Forschungsinfrastrukturen. Ob Beschleunigeranlagen, detektorbasierte Teleskope, Satelliten,
Forschungsschiffe oder Höchstleistungsrechner – oft werden nur mit Hilfe modernster Großforschungsanla-
gen die Grenzen des Wissens verschoben und wissenschaftliche Fortschritte erzielt. Verbunden damit sind
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
Anwendungen im Bereich von Diagnose- und Therapieverfahren.
Konzeption, Bau und Betrieb großer Forschungsinfrastrukturen bilden ein wichtiges Element der Helmholtz-
Gemeinschaft – Deutschlands größte Wissenschaftsorganisation. Die Kooperation mit starken Partnern aus
dem nationalen und internationalen Umfeld spielt dabei eine entscheidende Rolle. Der Nutzerbetrieb von
Großforschungsanlagen ist ein Paradebeispiel für die Aufgabenteilung im deutschen Wissenschaftssystem
und die Kooperation von deutschen und ausländischen Partnern mit der Helmholtz-Gemeinschaft. Forscher-
gruppen aus Universitäten und außeruniversitären Wissenschaftseinrichtungen des In- und Auslands bilden
Kristallisationspunkte für große internationale Kooperationen und Netzwerke, die wesentlich dazu beitragen,
dass Deutschland als Standort für Forschung und Technologieentwicklung attraktiv ist. Davon profitiert nicht
zuletzt der wissenschaftliche Nachwuchs, der an diesen Anlagen die besten Forschungsmöglichkeiten und
Chancen auf eine umfassende und optimale Ausbildung erhält. Forschungsinfrastrukturen erzeugen überdies
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-
ragenden wissenschaftlichen Persönlichkeiten, kritischer Masse, interdisziplinärer Expertise, hoher System-
kompetenz und exzellenten Forschungsinfrastrukturen schafft besondere Voraussetzungen für erfolgreiche
Spitzenforschung.
Im Jahr 2021 jährte sich der Geburtstag des Namenspatrons der Helmholtz-Gemeinschaft zum 200. Mal:
Helmholtz hat das Wissenschaftssystem weltweit und nachhaltig geprägt wie kaum eine andere Forscher-
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 für neue Forschungsinfrastrukturen deshalb im Laufes des Jahres 2021 einer kritischen
Prüfung unterzogen werden, um thematische Schwerpunktsetzungen, die zeitliche Reihung der geplanten
Vorhaben sowie mögliche Lücken auszuleuchten und damit die Nutzerbedarfe und Sichtweisen der strategi-
schen und wissenschaftlichen Partner bestmöglich einzubeziehen. Letztlich soll dies auch dem Zuwendungs-
geber Hilfestellung geben, um ausgewogene forschungspolitische Entscheidungen und Weichenstellungen
treffen zu können, welche der vorgeschlagenen Forschungsinfrastrukturen in den kommenden Jahren ver-
folgt werden sollen.
Otmar D. Wiestler
Präsident der Helmholtz-Gemeinschaft
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ROADMAP-PROZESS IN DER
HELMHOLTZ-GEMEINSCHAFT
Konzeption, Bau und Betrieb von Großgeräten und komplexen, und internationale Aspekte eine wichtige Rolle. Mit den so
wissenschaftlichen Infrastrukturen sind Kernelemente der Mis- priorisierten Vorschlägen erstellt die Gemeinschaft eine Road-
sion von Helmholtz. Sie ermöglichen es der Gemeinschaft, lang- map, die eine langfristige Planung von Vorhaben innerhalb der
fristige Forschungsziele für Deutschland zu verfolgen, um den Forschungszentren, der Forschungsbereiche und der Gemein-
gesellschaftlichen Anforderungen nachzukommen und die Le- schaft ermöglichen soll und regelmäßig hinsichtlich aktueller
bensgrundlagen zu erhalten und zu verbessern. Die Helmholtz- Entwicklungen angepasst werden kann. Die Liste soll als eine
Gemeinschaft stellt ihre Großforschungsanlagen nationalen wie möglichst realistische Grundlage für die sich anschließenden
internationalen Partnern für die gemeinsame Forschung zur Ver- Diskussionen mit Forschungspartnern und Zuwendungsgebern
fügung. Die im Rahmen der Helmholtz-Roadmap erstellte Liste zur möglichen Umsetzung der einzelnen Projekte dienen.
geplanter, neuer Forschungsinfrastrukturen benennt diejenigen
Vorhaben, die in den kommenden Jahren für die strategische PHASE II. Aufnahme von Projekten auf die
Umsetzung des wissenschaftlichen Portfolios von Helmholtz Helmholtz-Roadmap
aus Sicht der Forschungszentren der Gemeinschaft wichtig Für die Vorhaben aus der Liste werden Anträge oder Design Re-
sind, sowohl für die eigene Forschung als auch die Bereitstellung ports ausgearbeitet und im Helmholtz-Verfahren begutachtet
von exquisiten Infrastrukturen für eine externe Nutzerschaft. und priorisiert. Die Bewertung folgt einer transparenten Metrik,
die das wissenschaftliche Potenzial des beantragten Vorha-
Die Liste der Vorhaben ist Ausgangspunkt für die Entschei- bens, die strategische Bedeutung für Helmholtz und den Wis-
dungen zu strategischen Ausbauinvestitionen innerhalb der senschaftsstandort Deutschland ebenso umfasst wie die tech-
Helmholtz-Gemeinschaft (Kategorie A) sowie zu Beiträgen zur nische Umsetzbarkeit, die finanziellen Rahmenbedingungen für
Nationalen Roadmap (Kategorie B) und europäischen bzw. in- Bau und Betrieb und eine „Lifecycle“-Analyse. Große Vorhaben
ternationalen Strategien (Kategorie C). Diese Liste beinhaltet mit einem Investitionsvolumen > 50 Mio. € durchlaufen diese
Projekte, zu denen in der Regel noch keine Finanzierungsent- Phase zunächst mit Voranträgen, die bei positiver Bewertung
scheidung getroffen wurde, allerdings Finanzierungskonzepte in die nationale Roadmap oder europäische bzw. multinationale
für Aufbau und Betrieb vorliegen. Prozesse eingebracht werden.
Die Liste der Forschungsinfrastrukturen dient als Grundlage für Um die unterschiedlichen Anträge offen und wissenschafts-
• Diskussionen der strategischen Planungen mit den basiert zu beurteilen, hat die Gemeinschaft eine dedizierte
Zuwendungsgebern, insbesondere zur Erstellung der FIS-Kommission (Expertenkommission zur Bewertung von For-
Nationalen Roadmap, schungsinfrastrukturen der Helmholtz-Gemeinschaft) mit inter-
• Finanzierungsplanung des Aufbaus und Betriebs der nen und externen Mitgliedern einberufen, die die Evaluierung
Forschungsinfrastrukturen, der Vorschläge organisiert und den Entscheidungsgremien, d. h.
• konkrete Abstimmung mit den Nutzergemeinschaften. Mitgliederversammlung und Senat, konkrete Empfehlungen für
die einzelnen Anträge und ihre Priorisierung unterbreitet.
Die Liste ist eingebettet in den Prozess für die Helmholtz- Mit diesem umfangreichen Prozess stellt die Gemeinschaft
Roadmap. Dieser umfasst zwei Phasen: sicher, dass die Vorschläge eine Qualität und einen Reifegrad
aufweisen, die der avisierten Größe und Bedeutung der Vorha-
PHASE I. Auflistung geplanter, neuer Forschungs- ben gerecht werden.
infrastrukturen
Helmholtz-Wissenschaftlerinnen und -Wissenschaftler bringen Die Helmholtz-Gemeinschaft präsentierte in der Vergangenheit
Vorschläge ein, die in den Zentren und Forschungsbereichen in- bereits zweimal entsprechende Roadmap-Planungen. Die 2011
tensiv diskutiert werden. Im Mittelpunkt steht die Frage, welche und 2015 vorgestellten Listen umfassten Vorhaben, die in den
Infrastrukturen die Forschung benötigt, um im internationalen Folgejahren in die wettbewerblichen Prozesse innerhalb der Ge-
Umfeld Nutzerbedarfe zu decken und wissenschaftlich maß- meinschaft sowie auf nationaler und europäischer Ebene ein-
geblichen Einfluss zu erzielen. Diese Diskussion ist eng mit der gebracht werden konnten und von denen sich nunmehr viele in
strategischen Planung des Forschungsportfolios im Rahmen der Umsetzung befinden. In den Begutachtungen für die vierte
der Programmorientierten Förderung verbunden und berück- Programmperiode unterzogen hochrangig besetzte, internatio-
sichtigt die vorhandenen bzw. in der Umsetzung befindlichen nale Gutachtergruppen auch die Infrastrukturplanung einer kriti-
Vorhaben und Projekte. Dabei sind die Zeitskalen naturgemäß schen Prüfung. Damit ergibt sich ein guter Zeitpunkt, die Planun-
unterschiedlich: Ein neues Synchrotron bedarf einer längeren gen zu bündeln und mit den wissenschaftlichen Partnern aus
Planungs- und Bauzeit als eine Forschungsplattform für die Erd- Universitäten und anderen Forschungsorganisationen auf einem
systemforschung. Grundsätzlich umfasst der Planungszeitraum eintägigen Symposium zu erörtern. Als Ergebnis der Diskussion
die nächsten zehn Jahre. Bei allen Vorschlägen spielen nationale im Laufe des Jahres 2021 liegt diese neue Liste 2021 vor.
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HELMHOLTZ-ROADMAP 2015 – EINE BILANZ
Anspruchsvolle, hochkomplexe Großforschungsanlagen, eben- • Der Forschungsbereich Gesundheit verfolgt zurzeit eine
so wie über verschiedene Standorte verteilte zusammenhän- Reihe von Vorhaben, die sich im Bau befinden bzw. kurz
gende Infrastrukturen bilden ein Markenzeichen der Helmholtz- vor Projektabschluss stehen: Das Forschungs- und Ent-
Gemeinschaft. So betreibt die Gemeinschaft knapp zwei wicklungszentrum für Radiopharmazie (FER) in Heidel-
Dutzend Forschungsinfrastrukturen als Nutzer-Anlagen, die berg, das Centre for Individualized Infection Medicine
von Tausenden von externen Forscherinnen und Forschern (CIIM) in Braunschweig, und das Optical Imaging Center
für ihre Forschung in Anspruch genommen werden. Durch (OIC) in Berlin. Im Aufbau befinden sich am Standort Mün-
Ersatz-, Erweiterungs- und Ausbauinvestitionen werden chen ferner noch das Helmholtz Pioneer Campus (HPC)
diese Nutzer-Anlagen regelmäßig gewartet, modernisiert sowie das Enabling Technologies Center (ETC).
und teils auch sukzessive ausgebaut, um den stetig
wachsenden Ansprüchen der Wissenschaftsgemeinschaft ge- • Der Forschungsbereich Luftfahrt, Raumfahrt und Verkehr
nügen zu können. konnte seit der Roadmap-Planung 2015 an Standorten des
DLR drei Vorhaben realisieren: Die Forschungsplattform
Auch für die eigene Forschung betreibt die Helmholtz-Gemein- Inflight Systems & Technology Airborne Research (iSTAR),
schaft diese und weitere Forschungsinfrastrukturen. Darüber das Projekt zur Research Vehicle Next Generation Car
hinaus gibt es große internationale Vorhaben, die unter Betei- (NGC) und schließlich den Aufbau des Concurrent Certifi-
ligung oder in Federführung von Forschungszentren der Helm- cation Centre (C-Cube).
holtz-Gemeinschaft aufgebaut oder bereits betrieben werden,
wie zum Beispiel der European XFEL, der seit 2017 erfolgreich • Im Forschungsbereich Schlüsseltechnologien beziehungs-
in Betrieb ist, oder auch die Facility for Antiproton and Ion Re- weise Information sind zahlreiche Vorhaben zur Realisie-
search (FAIR), die sich noch im Bau befindet. rung gekommen: Das Jülich Short-pulsed Particle and
Radiation Centre (JuSPARC) ist umgesetzt, ebenso der
Auf der letzten vorgestellten Roadmap aus dem Jahre 2015 prä- Projektanteil der Helmholtz-Gemeinschaft am Aufbau der
sentierte die Helmholtz-Gemeinschaft zahlreiche neue Planun- European Facilities in Electron Microscopy (ER-C) in Jülich.
gen, die entweder an existierende Vorhaben anknüpften oder Auch die Helmholtz Data Federation (HDF) steht kurz vor
vollständig neue Projekte darstellten. Im Folgenden werden die dem Abschluss. Das Karlsruhe Center for Optics & Photo-
Projekte kurz benannt, die seitdem tatsächlich realisiert wur- nics (KCOP) ist noch in Bau. In den vergangenen Jahren
den bzw. sich seit 2015 und den Folgejahren in Realisierung hinzugekommen sind ferner noch die Computing-Projek-
befinden: te Infrastructure for the Helmholtz Earth System Science
(Tier-0/1) und das Helmholtz Quantum Center (HQC), bei-
• Im Forschungsbereich Energie wird der Living Lab Energy de ebenfalls am Standort Jülich.
Campus (LLEC) in Jülich umgesetzt. Ferner ist in Karlsruhe,
Jülich und Dresden-Rossendorf die Forschungs- und Ver- • Im Forschungsbereich Materie werden in internationaler
suchsplattform zur Entsorgung radioaktiver Abfälle und Zusammenarbeit die Modifikationen der Detektoren am
zum Rückbau kerntechnischer Anlagen (HOVER) im Auf- Large Hadron Collider (LHC) am CERN umgesetzt (LHC De-
bau. Im Nachgang der Vorstellung der Roadmap-Planung tector Upgrades). Der Variable Pulse Length Storage Ring
2015 wurde überdies an verschiedenen Standorten die (BESSY-VSR) in Berlin ist in der Demonstrationsphase.
Helmholtz Energy Materials Foundry (HEMF) realisiert. Schließlich konnte auch die Accelerator Technology HElm-
holtz iNfrAstructure (ATHENA) zur Realisierung gebracht
• Im Forschungsbereich Erde und Umwelt steht die Modular werden. Fertiggestellt wurde überdies der Aufbau der
Observation Solutions for Earth Systems (MOSES) kurz Helmholtz International Beamline for Extreme Fields at the
vor der Fertigstellung. Im Nachgang der Roadmap-Pla- European XFEL (HIBEF), ein internationales Vorhaben an
nung 2015 sind gemeinsam mit dem Forschungsbereich der „Freie-Elektronen-Laser“-Anlage, wobei der Rückzug
Schlüsseltechnologien überdies Aktivitäten zum High Per- des chinesischen Kooperationspartners allerdings eine
formance Computing System for Climate and Earth Sys- Ersatzinvestition erforderlich macht, weswegen das Vor-
tem Modelling in Kooperation mit dem Deutschen Klima- haben auf der aktuellen Roadmap-Planung nochmals auf-
rechenzentrum (DKRZ) erfolgreich begonnen worden. scheint.
Die Liste der seit 2015 fertiggestellten oder in Realisierung be-
findlichen strategischen Ausbauvorhaben zeigt eindrucksvoll
die Vielfalt und Dynamik, die mit der Planung und Umsetzung
der Forschungsinfrastrukturen verbunden sind.
7
LISTE GEPLANTER, NEUER
FORSCHUNGSINFRASTRUKTUREN 2021
Helmholtz- Davon
Kate- Invest insg. Davon deutscher
Vorhaben Akronym Zentrum Realisierung Helmholtz
gorie in Mio € Anteil in Mio €
Koord. & Beteiligung in Mio €
Geothermal Laboratory in the
GeoLaB KIT GFZ, UFZ A 2023 - 2029 49,8 49,8 35
Crystalline Basement
Bridging the innovation gap in catalyst
research for electro-, photo- and 4D-CAT HZB FZJ, KIT A 2024 -2027 25,8 25,8 25,8
thermocatalysis
High Power Grid Lab HPGL KIT A 2025 - 2030 20 20 20
Center for Resource Process Intensifi-
CeRI2 HZDR A 2026 - 2029 16 16 16
Energie
cation and Interface Studies
Zentrum für Radioökologie
ZRS HZDR A 2027 - 2031ff 28 28 28
und Strahlenforschung
Pilotanlage zur adaptiven
FlexiPlant HZDR B 2024 - 2030 66,7 66,7
Aufbereitung komplexer Rohstoffe
International Fusion Materials
Irradiation Facility - Demo Oriented IFMIF-DONES KIT C 2023 - 2031 551 79,5
Neutron Source
Forschungsschiff für
FSE DLR A 2021ff 36 36
Energiesysteme
Marine Umweltrobotik und -sensorik MUSE AWI GEOMAR, Hereon A 2023 - 2029 46,8 29,7 29,7
Beobachtungsplattformen für
AWI, DLR, GFZ,
Echtzeitdatenerfassung im Terra-Lab FZJ A 2024 - 2028 30 30 30
Hereon, KIT, UFZ
terrestrischen System
SMART Cables And Fibre-optic Sensing
SAFAtor GFZ GEOMAR, Hereon A 2025 - 2029 300 30 30
Amphibious Demonstrator
Erde und Umwelt
AWI, DLR, FZJ,
Sensing the Atmosphere ATMOSense KIT GEOMAR, GFZ, A 2026 - 2030 35 35 35
Hereon
FZJ, GFZ, Hereon,
Urban Environmental Observatories UrbENO KIT A 2027 - 2031ff 30 30 30
UFZ
AWI, GEOMAR,
Atmosphären- und Klimasatellit AtmoSat FZJ, KIT B 2023 - 2028 165,5 152,5
GFZ
From sensing to sustainable land AWI, DLR, GFZ,
TerraNet FZJ B 2024 - 2028 100 54
use and management Hereon, KIT, UFZ
Gravity Recovery and Climate
GRACE-I GFZ DLR C 2022 - 2032ff 510,9 211,5
Experiment (mit ICARUS-Nutzlast)
Klinisches Forschungsnetzwerk für
KFNE DZNE A 2023 - 2028 30,6 30,6 30,6
neurodegenerative Erkrankungen
3R Preclinical Cancer Trial Center 3R PCTC DKFZ A 2024 - 2030 35 35 35
Gesundheit
Berlin Cell Hospital BCH MDC A 2025 - 2031ff 48 48 48
Comprehensive Environmental Health
CEC HMGU A 2026 - 2031ff 35 35 35
Exposure Center
Protonentherapie der nächsten
PT2030 HZDR A 2027 - 2031ff 35 35 35
Generation: Online-Adaptiv
Nationale Allianz für Pandemie-
NA-PATH HZI B 2021ff 105 105
Therapeutika
8
Helmholtz- Davon
Kate- Invest insg. Davon deutscher
Vorhaben Akronym Zentrum Realisierung Helmholtz
gorie in Mio € Anteil in Mio €
Koord. & Beteiligung in Mio €
Upgrade der Jülicher Nutzer-Infrastruk-
JUNIQ FZJ A 2023 - 2025 25 25 25
tur für Quantencomputing
Information
In-situ-Innovationsplattform für multi- DESY, FZJ, HZB,
InnoMatSy Hereon A 2024 - 2028 27 25 27
funktionale Materialsysteme HZDR, KIT
The Karlsruhe Nuclear Magnetic
KNMR KIT B 2024 - 2029 93 93
Resonance facility
Exascale Supercomputer ESC FZJ C 2022 - 2023 277 277
Satellitenmission zur Überwachung
Raumfahrt u. Verkehr
AWI, FZJ, GFZ,
dynamischer Prozesse auf der Tandem-L DLR B 2022- 2030 771 771
UFZ
Erdoberfläche
Luftfahrt,
Forschungsplattform für die
ASTAR DLR B 2024-2029 76 76
Atmosphärenforschung
Campus für Medizin und Informatik in
CMI DLR A 2023-2028 43 43 43
Luft- und Raumfahrt
GSI (HI Jena),
Distributed Detector Laboratory DDL DESY A 2023 - 2027 31,6 31,6 31,6
HZB, KIT
Upgrade of the Grid Computing Centres
TIER-Upgrade KIT DESY, GSI A 2025 - 2028 33 33 33
for the HL-LHC
Upgrade der Synchtrotronstrahlungs-
PETRA IV DESY Hereon B 2023 - 2027 670,8 670,8
quelle PETRA III
Dresden Advanced Light Infrastructure DALI HZDR B 2023 - 2029 200 200
Berliner Elektronenspeicherring für
BESSY III HZB B 2026 - 2031 550 550
Synchrotronstrahlung III
Materie
ACcelerator-Driven multipurpose ion
ACDC HZDR GSI B 2024 - 2028 94 94
beam Complex
IceCube-Generation 2 IceCube-Gen2 DESY KIT C 2024 - 2031 285 40
Dark Matter WIMP Search with Liquid
DARWIN KIT C 2025 - 2030 175 44
Xenon
Einstein Telescope, a 3rd Generation
ET DESY HZDR, KIT C 2026-2031ff 1736 k. A.
Gravitational Wave Detector
Global Cosmic Ray Observatory (GCOS) GCOS KIT C 2028 - 2031ff 390 40
Helmholtz International Beamline for
HIBEF 2.0 HZDR GSI A* 2023 - 2025 28 28 28
Extreme Fields 2.0
Helmholtz-Projekte, die im wettbewerblichen Verfahren der Helmholtz-Gemeinschaft über die strategischen Ausbauinvestitionen
Kategorie A
finanziert werden (15 bis 50 Mio. €).
Große nationale Projekte der Helmholtz-Gemeinschaft, die auf die nationale Roadmap aufgenommen und mit zusätzlicher Finan-
Kategorie B
zierung durch Projektmittel finanziert werden (> 50 Mio. €).
Helmholtz-Beteiligung an internationalen Forschungsinfrastrukturen, die über die nationale Roadmap oder über die nationalen
Kategorie C
Vertreter in die ESFRI-Liste überführt werden oder sonstige internationale Beteiligungen umfassen.
Der Aufbau von HIBEF 1.0 am European XFEL ist nahezu abgeschlossen, allerdings macht der Rückzug des chinesischen Koope-
A*
rationspartners aus übergeordneten Gründen eine Ersatzinvestition erforderlich.
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FORSCHUNGSBEREICH ENERGIE
Energie
Profil Strategie
Eine klimaneutrale Energieversorgung, die ökonomisch und Mit seiner wissenschaftlichen Schwerpunktsetzung in vier Pro-
gesellschaftlich tragbar ist – daran arbeitet der Forschungsbe- grammen begegnet der Forschungsbereich Energie diesen He-
reich Energie. Die Wissenschaftler:innen gestalten die Energie- rausforderungen: Das Programm Energiesystemdesign (ESD)
wende in Deutschland mit und treiben auch den nachhaltigen verfolgt einen ganzheitlichen Ansatz. Es bündelt systemana-
Umbau der Energieversorgung weltweit an: Dafür erforschen lytische, sozialwissenschaftliche und ökonomische Kompeten-
und entwickeln sie innovative Wandlungs-, Verteilungs-, und zen zum Design der Energiesysteme der Zukunft. Neben der
Speichertechnologien und erarbeiten Lösungen für ein sek- Analyse von Energiesystemen stehen auch deren Digitalisie-
torenübergreifendes Energiesystem. Der Forschungsbereich rung sowie die Entwicklung von Systemtechnologien im Fokus.
entwirft ganzheitliche Konzepte, die alle relevanten Ketten zur Das Programm Materialien und Technologien für die Energie-
Energiewandlung systemisch einbeziehen sowie zukunftssiche- wende (MTET) forscht in einem interdisziplinären Ansatz an
re technologische Optionen umfassen. Materialien und Technologien zur Energieerzeugung, -wandlung
und -speicherung sowie zur Energie- und Ressourceneffizienz.
Herausforderungen Es entwickelt technologische Optionen für die Energiewende –
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-
nierten und geförderten Fusionsforschung. Im Programm Nuk-
• in nachhaltiges Energiesystem wird sich durch mehr
E leare Entsorgung, Sicherheit und Strahlenforschung (NUSAFE)
Dezentralität, höhere Flexibilität sowie die Kopplung der werden wesentliche Forschungsarbeiten zu Zwischen- und End-
Sektoren Strom, Wärme, Verkehr und stoffliche Ressour- lagerung, zum Rückbau kerntechnischer Anlagen, zur Sicher-
cen auszeichnen. Dies erfordert neuartige systemische heit von Kernreaktoren sowie zur Strahlenforschung geleistet.
Forschungsansätze, die technische mit gesellschaftlichen
und ökonomischen Aspekten verbinden, zudem die Ent- Entwicklung, Bau und Betrieb von Forschungsinfrastrukturen
wicklung von digitalen Konzepten einer neuen Generation bilden für die Aktivitäten des Forschungsbereichs Energie eine
(Energy 4.0) ermöglichen und auch europäische und wesentliche Voraussetzung. Sie machen ihn auch zum gefrag-
globale Aspekte einbeziehen. ten Partner für Forschungseinrichtungen aus aller Welt, für Uni-
versitäten im regionalen, nationalen und internationalen Um-
• Neue Technologien werden entlang der gesamten Wert- feld sowie für Unternehmen und Start-ups.
schöpfungskette benötigt – von der Erschließung der
Ausgangsmaterialien und geeigneter Werkstoffe über die Infrastrukturplanung
Umwandlung, Speicherung und Verteilung der Energie bis Die Infrastrukturplanung ist entlang der großen Linien der Stra-
hin zu ihrer Anwendung. Die Energieeffizienz muss dabei tegie des Forschungsbereichs ausgerichtet.
entlang der gesamten Kette deutlich gesteigert werden.
Zugleich gilt es, die Energienutzung in allen Sektoren zu Dabei sind für die systemische Forschung im Programm ESD
flexibilisieren. notwendig: Das geplante High Power Grid Lab (HPGL), das
den Aufbau einer ganzheitlichen Power-Hardware-in-the-Loop-
• er globale Charakter der Klima- und Energiefragen erfor-
D (PHiL)-Testumgebung und in Verbindung mit dem vorhandenen
dert darüber hinaus auch alternative Lösungsmöglichkei- Energy Lab 2.0 die Erprobung in intelligent verknüpften Ener-
ten für eine langfristige, sichere und klimaneutrale Ener- giesystemen ermöglicht. Das Forschungsschiff für Energiesys-
gieerzeugung wie die Fusion, um technologische Optionen teme (FSE) wird zur Demonstration und Erprobung neuer Ener-
für die Zukunft zu generieren giesysteme für maritime Anwendungen dienen.
• Im Bereich der nuklearen Entsorgung und Sicherheit be- Im Programm MTET sind für die Technologieentwicklung zur
stehen wesentliche Herausforderungen in der Zwischen- Energiewende entlang der gesamten Innovationskette mehre-
und Endlagerung radioaktiver Abfälle sowie im Rückbau re neue Forschungsinfrastrukturen erforderlich: Das generi-
kerntechnischer Anlagen. Da weltweit viele Länder weiter- sche Untertagelabor Geothermal Laboratory in the Crystalline
hin auf die Kernenergie setzen, ist die Sicherheit von Kern- Basement (GeoLaB) ist als erster Reservoir-Simulator für An-
reaktoren eine weitere Herausforderung. wendungen mit hohen Fließraten konzipiert und bietet somit
10Energie
ein weltweites Alleinstellungsmerkmal. 4D-CAT bietet die Das Zentrum für Radioökologie und Strahlenforschung (ZRS)
Infrastruktur zur Entwicklung von elektro-, photo- und thermo- fördert die Strahlenforschung im Programm NUSAFE und ist
katalytisch wirksamen Funktionsmaterialien in auf Wasserstoff auch forschungsbereichsübergreifend aktiv.
basierenden, CO2-neutralen Prozessketten zur Herstellung che-
mischer Zwischenprodukte und Energieträger. Das Center for Das Programm Fusion wird durch die Beteiligung an der Inter-
Resource Process Intensification and Interface Studies (CeRI²) national Fusion Materials Irradiation Facility - Demo Oriented
wird die Entwicklung von energie- und ressourceneffizienten NEutron Source (IFMIF-DONES) entscheidend vorangebracht.
Technologien zur Wertstoffgewinnung entscheidend voranbringen. Denn IFMIF-DONES wird erstmals unter anwendungsnahen
Bedingungen Strukturmaterialdaten für einen Fusionsdemons-
Die Pilotanlage zur adaptiven Aufbereitung komplexer Rohstof- trationsreaktor liefern und ist somit unabdingbare Vorausset-
fe (FlexiPlant) wird in einzigartiger Weise die Entwicklung und zung für dessen Realisierung.
Vernetzung adaptiver und flexibler Ressourcentechnologien
vorantreiben sowie ihren Transfer in die industrielle Nutzung
ermöglichen.
Geplante Realisierung
2021ff
FSE
2023 - 2031
IFMIF-DONES
2024 - 2030
FlexiPlant
2027 - 2031ff
ZRS
2026 - 2029
CeRI2
2025 - 2030
HPGL
2024 -2027
4D-CAT
2023 - 2029
GeoLaB
2021 2022 2023 2024 2025 2026 2027 2028 2029 2030 2031
Legende:
A – Helmholtz-Projekte, die im wettbewerblichen Verfahren der Helmholtz-Gemeinschaft über die strategischen Ausbauinvestitionen finanziert werden
(15 bis 50 Mio. €).
B – Große nationale Projekte der Helmholtz-Gemeinschaft, die auf die nationale Roadmap aufgenommen und mit zusätzlicher Finanzierung durch Projektmittel
finanziert werden (> 50 Mio. €).
C – Helmholtz-Beteiligung an internationalen Forschungsinfrastrukturen, die über die nationale Roadmap oder über die nationalen Vertreter in die ESFRI-Liste
überführt werden oder sonstige internationale Beteiligungen umfassen.
11GEOLAB – GEOTHERMAL LABORATORY IN THE
CRYSTALLINE BASEMENT
Kurzbeschreibung Strategische Bedeutung
Das generische Untertagelabor für Geothermie GeoLaB ist als Spitzenforschung für die Energiewende:
erster Reservoir-Simulator für Anwendungen mit hohen Fließ- • Effizientes und sicheres Management geklüfteter
raten konzipiert und bietet somit ein weltweites Alleinstellungs- Reservoire durch kontrollierte Hochflussexperimente zur
merkmal. Experimente im realen Maßstab adressieren einer- Entwicklung und Kalibrierung smarter Stimulationstech-
seits die Entwicklung von Reservoirtechnologien speziell für nologien zur Minderung induzierter Seismizität.
die Geothermie, andererseits auch die Bohrlochsicherheit im • Multidisziplinäre THMC+ Spitzenforschung und Visuali-
kristallinen Gestein in der Nähe von geothermischen Hotspots. sierungskonzepte durch systematische Experimente zur
Dieses Gestein hat weltweit das größte geothermische Poten- Charakterisierung von Prozessen auf großer Skala. Dies
zial. GeoLaB umfasst einen etwa 1-2 km langen Zugangsstollen beinhaltet Big Data-Management, Benchmarking, Kalibrie-
zu einzelnen Kavernen in der Nähe von Störungszonen. Auf die- rung und Fortschritte in der numerischen Simulation und
sen werden kontrollierte Hochfluss-Experimente in ca. 400 m Visualisierung von Reservoiren.
Tiefe vorgenommen. Die Experimente werden durch Messun- • Entwicklung von umweltfreundlichen Strategien für
gen in fächerförmigen Bohrungen kontinuierlich überwacht. geothermische Installationen mithilfe von Tests der Si-
Energie
Damit wird ein weltweit einzigartiger 4D-Benchmark-Datensatz cherheitsmaßnahmen von Bohrlochinstallationen unter
geschaffen, der thermische, hydraulische, chemische und me- Reservoirbedingungen mit innovativen Überwachungs
chanische Parameter umfasst, ein virtueller Zwilling erlaubt zu- methoden; Entwicklungen neuer Technologien zur Vermei-
dem weitere Untersuchungen. dung von Emissionen oder radioaktiven Ablagerungen.
• Transparente Interaktion mit der Öffentlichkeit durch Par-
Wissenschaftliche Bedeutung tizipationskonzepte bis hin zu Citizen Science.
Mit den geplanten Experimenten sind bei hohen Fließraten erst-
malig experimentelle Bestimmungen und der Nachweis in 3D
von Hydrodynamik (z. B. Navier-Stokes Gesetze) und Hydrome-
chanik (z. B. Triggerung und Ausbreitung von Mikroseismizität) Daten und Zahlen
im geklüfteten kristallinen Grundgebirge auf einer 10-100 m Akronym: GeoLaB
Skala möglich. Ebenfalls erstmalig können dynamische und
gekoppelte Prozesse wie z. B. die Variabilität des Spannungs- Kategorie: A
feldes in Raum und Zeit und THMC-Prozesse experimentell Zeitraum der Realisierung: 2023 - 2029
erfasst werden. Der Einsatz und die Entwicklung modernster
Geschätzte Investition* in Mio. €: 49,8 (35)
Beobachtungs- und Auswertemethoden führen zu Erkenntnis-
sen, die für eine sichere und ökologisch nachhaltige Nutzung Geschätzte Betriebskosten*
der Geothermie und des gesamten unterirdischen Raumes von pro Jahr in Mio. €: 1,3
großer Bedeutung sind. Federführendes
Helmholtz-Zentrum: KIT
Weitere beteiligte
Helmholtz-Zentren: GFZ, UFZ
*) Davon der Anteil von Helmholtz in Klammern.
124D-CAT - BRIDGING THE INNOVATION GAP IN
CATALYST RESEARCH FOR ELECTRO-, PHOTO-
AND THERMOCATALYSIS
Kurzbeschreibung Strategische Bedeutung
Ein zentrales Element für ein klimaneutrales Energiesystem Ein Projekt wie 4D-CAT kann nur von einer führenden For-
sind neuartige Prozesstechnologien, die den effizienten und schungsorganisation mit starkem Infrastruktur-Fokus wie der
nachhaltigen Einsatz verfügbarer Rohstoffressourcen sicher- Helmholtz-Gemeinschaft mit ihren Partnern umgesetzt und
stellen und den sektorenübergreifenden Einsatz von grünen betrieben werden. 4D-CAT hat das Potenzial, langfristig eine
Wasserstofftechnologien ermöglichen. Für diese Innovations- Schlüsselrolle bei der Entwicklung von Produktionstechnolo-
sprünge ist die Entwicklung aktiver, selektiver und langlebiger gien für katalytisch wirksame Funktionsmaterialien einzuneh-
Katalysatoren eine weltweit zentrale Aufgabe von Forschung men. 4D-CAT verbindet außerordentliche Synergien zu neuen
und Entwicklung. Dies adressiert 4D-CAT über einen integ- bzw. geplanten Maßnahmen der beteiligten Forschungszen-
rierten Ansatz durch die Verknüpfung folgender Dimensionen: tren, wie das CatLab-Projekt mit Neubau am HZB, den Neu-
(1) Design from Nano to Makro, (2) Operando, (3) Theory und bau des Instituts für Katalyseforschung und -technologie am
(4) Lab to Fab. Der zentrale Mehrwert ist die Beschleunigung KIT und des Helmholtz-Instituts Erlangen-Nürnberg sowie das
von Innovationszyklen vom Materialdesign hin zur industriellen JoLIE Joint Lab am FZJ. Die resultierende wissenschaftlich-tech-
Anwendung. Erreicht wird sie über die direkte Rückkopplung nologische Expertise erschließt und stärkt anwendungsnahe
Energie
der ermittelten funktionellen Eigenschaften in den Katalysator- Forschungskooperationen mit der Industrie und wird eine For-
designprozess, gleichzeitig werden die Skalen von Labor- und schungs- und Entwicklungsumgebung für Partner bereitstellen.
Pilotmaßstab verknüpft. Dies trägt der übergeordneten Zielstellung Rechnung, den tief-
greifenden Wandel hin zu zukunftsfähigen chemischen Prozes-
Wissenschaftliche Bedeutung sen entscheidend voranzubringen.
4D-CAT bietet die Infrastruktur zur Entwicklung von elektro-,
photo- und thermo-katalytisch wirksamen Funktionsmaterialien
in schwerpunktmäßig auf Wasserstoff basierenden, CO2-neu-
tralen Prozessketten. Dadurch gelingt die Herstellung chemi- Daten und Zahlen
scher Zwischenprodukte und Energieträger in einem nachhal-
Akronym: 4D-CAT
tigen Energiesystem. Die Skalierung von der mikroskopischen
Funktionalität in Katalysatoren zum industriellen Prozess ent- Kategorie: A
lang der TRL-Skala wird transdimensional verknüpft durch: Zeitraum der Realisierung: 2024 - 2027
(i) Synthesis Process Automation und Agile Scale-up für eine
Geschätzte Investition in Mio. €: 25,8
beschleunigte Entwicklung in Richtung industrieller Anwendun-
gen, (ii) Operando-Methoden zum Verständnis und zur Steuerung Geschätzte Betriebskosten
der Prozesse auf allen relevanten Längen- und Zeitskalen, (iii) pro Jahr in Mio. €: 3
High-Throughput-Experimentation sowie (iv) Digital Catalysis. Federführendes
4D-CAT verknüpft integrativ neueste Synthese- und Processing Helmholtz-Zentrum: HZB
technologien mit weltweit führenden Entwicklungen bei der Weitere beteiligte
Charakterisierung und nutzt dabei das Potenzial computer Helmholtz-Zentren: FZJ, KIT
gestützter Methoden. Eine solch ganzheitliche Infrastruktur
existiert in Deutschland nicht und ist auch international einmalig.
13HPGL – HIGH POWER GRID LAB
Kurzbeschreibung Strategische Bedeutung
Elektrische Netze werden sich auf allen Spannungsebenen Mit dem HPGL kann sich die Helmholtz-Gemeinschaft europa-
mittel- und langfristig zu vermaschten Netzen entwickeln, die weit an die Spitze solcher Testinfrastrukturen bringen. Dadurch
von Leistungselektronik dominiert sind, und die gekennzeich- wird die Sichtbarkeit von Helmholtz auf dem Gebiet der Tech-
net sind durch eine dezentrale Erzeugung und Speicherung von nologien, die für eine erfolgreiche Energiewende notwendig
Energie sowie einem bidirektionalem Leistungsfluss. Für die sind, nachhaltig gestärkt.
Untersuchung des Systemverhaltens der dafür notwendigen
elektrischen Betriebsmittel und deren Rückwirkungen auf die Die wissenschaftliche Zielsetzung und Ausstattung des HPGL
elektrischen Netze stellt das High Power Grid Lab (HPGL) eine wird vom KIT und seinen Partnern auf Basis der Erkenntnisse
europaweit einzigartige Forschungs- und Testinfrastruktur im im Programm Energy System Design (ESD) geplant und ermög-
Multi-MW-Bereich zur Verfügung. Durch die Kombination der licht die Untersuchung neuartiger Netzbetriebsmittel im Um-
Echtzeitsimulation und -regelung des Netzes mit der Untersu- feld zukünftiger Netzstrukturen und Nutzungsszenarien. Mögli-
chung von Netzbetriebsmitteln im Realbetrieb ermöglicht das che Nutzer des HPGL sind neben Forschungseinrichtungen vor
HPGL den Aufbau einer ganzheitlichen Power-Hardware-in-the- allem Netzbetreiber und Hersteller von Netzbetriebsmitteln.
Energie
Loop-(PHiL)-Testumgebung. In Verbindung mit dem Energy Lab
2.0 ermöglicht sie so in idealer Weise die Erprobung von Tech-
nologien für die Energiewende.
Wissenschaftliche Bedeutung Daten und Zahlen
Ziel des HPGL ist die Erforschung des Systemverhaltens neu- Akronym: HPGL
artiger Netzbetriebsmittel (z.B. Stromrichter für DC-Netze) in
deren möglichst realer Netzumgebung. Diese wird in Kopplung Kategorie: A
mit der Echtzeitsimulation im Energy Lab 2.0 emuliert. Im Ge- Zeitraum der Realisierung: 2025 - 2030
gensatz zu bereits existierenden oder geplanten Anlagen dieser
Geschätzte Investition in Mio. €: 20
Art soll dabei auch die Rückwirkung des Betriebsmittels auf das
Netz präzise berücksichtigt werden. Nur dann sind realistische Geschätzte Betriebskosten
Aussagen möglich, ob alle Anforderungen an die Stabilität und pro Jahr in Mio. €: 1,5
Resilienz des Gesamtsystems gewährleistet werden können. Federführendes
Das HPGL ermöglicht damit eine ganzheitliche Betrachtung der Helmholtz-Zentrum: KIT
Betriebsmittel – von deren Modellierung und Dimensionierung Weitere beteiligte
bis hin zum Test der Hardware in realistischen Szenarien. Helmholtz-Zentren: Keine
14CERI2 – CENTER FOR RESOURCE PROCESS
INTENSIFICATION AND INTERFACE STUDIES
Kurzbeschreibung Strategische Bedeutung
In der Hightech-Strategie der Bundesregierung wie auch der Mit der durch CeRI2 ermöglichten einzigartigen Kombination
Rohstoffinitiative der EU spielt die ressourceneffiziente Kreis- von High-End-Messtechnik für Prozesse auf allen Längenska-
laufwirtschaft eine herausgehobene Rolle. Energieeffiziente len, angewandt auf flexible, modulare Reaktoren bis zur Um-
Ressourcentechnologien sind hierfür ein Schlüsselelement; setzung in den Pilotanlagen des HIF übernimmt das HZDR eine
ihre Weiterentwicklung ist jedoch mit großen Herausforderun- strategisch führende Rolle in Europa und wird konkurrenz-
gen verknüpft. Vielfach werden turbulente Mehrphasenströ- fähig zu großen australischen Initiativen. Die Position Sachsens
mungen für die Wertstoffgewinnung genutzt, die aufgrund ihres als Rohstoffregion mit starken Partnern in Polen wird signifi-
hohen Feststoff- und Gasgehalts optisch intransparent und da- kant gestärkt, Industriekooperationen werden nachhaltig aus-
mit einer Messung mit klassischen Techniken nicht zugänglich gebaut und erweitert. Das seit 2019 vom HZDR koordinierte
sind. Zentrale Prozesse in solchen Mehrphasenströmungen EU-Projekt „FineFuture“ zu Breakthrough-Konzepten bei der
wie das Anhaften von Wertstoff-Partikeln an Blasen sind daher Feinpartikel-Flotation ist mit acht wissenschaftlichen und acht
nach wie vor weitgehend unverstanden. An beiden Problemen Industriepartnern eine starke Basis für diesen Anspruch. CeRI2
setzt CeRI2 an. Es untersucht die für die Wertstoffgewinnung verbindet Grundlagenforschung mit anwendungsorientierter
Energie
relevanten mikro- und mesoskopischen Längenskalen von Forschung und Industriekooperationen im Technikumsmaß-
Mehrphasenströmungen. Es entwickelt Messtechnik für diese stab und stärkt so nachhaltig den Transfer in die Industrie.
Strömungen und Werkzeuge für die Intensivierung von Prozes-
sen. Für die Prozessoptimierung wird stark auf die Einbezie-
hung von Methoden der Künstlichen Intelligenz gesetzt.
Wissenschaftliche Bedeutung
Das Ziel besteht in der Entwicklung von energie- und ressour-
ceneffizienten Technologien zur Wertstoffgewinnung. Ressour- Daten und Zahlen
centechnologien basieren auf einer enormen Bandbreite von Akronym: CeRI2
komplexen physikalisch-chemischen Phänomenen. Die für die
Wertstoffgewinnung relevanten Prozesse erstrecken sich über Kategorie: A
eine Längenskalenhierarchie von zehn Dekaden: von der Parti- Zeitraum der Realisierung: 2026 - 2029
keloberfläche im Nanometer-Bereich, über die Mikrometerskala
Geschätzte Investition in Mio. €: 16
charakteristischer Wirbel bis zur Meterskala industrieller Anla-
gen. Während die Infrastruktur FlexiPlant am Helmholtz-Institut Geschätzte Betriebskosten
Freiberg für Ressourcentechnologie (HIF) sich auf die integrale pro Jahr in Mio. €: 0,3
Wertstoffgewinnung fokussiert, untersucht CeRI2 Schlüssel- Federführendes
prozesse der Wertstoffgewinnung in turbulenten Mehrphasen- Helmholtz-Zentrum: HZDR
strömungen auf mikro- und mesoskopischen Längenskalen. In Weitere beteiligte
enger Zusammenarbeit mit dem HIF wird am HZDR damit eine Helmholtz-Zentren: Keine
weltweit führende F&E-Kapazität mit vielen Industriekoopera-
tionen geschaffen.
15ZRS – ZENTRUM FÜR RADIOÖKOLOGIE UND
STRAHLENFORSCHUNG
Kurzbeschreibung Strategische Bedeutung
Kernanliegen der Radioökologie und Strahlenforschung sind die Das ZRS eröffnet die Möglichkeit, ein wissenschaftliches Feld
Erfassung, Erklärung und gesundheitsrelevante Bewertung der von großer gesellschaftlicher Relevanz zu besetzen, welches bis-
Effekte von Radionukliden auf biologische Prozessketten. Die her in der Helmholtz-Gemeinschaft nicht vertreten ist. Interna-
an Biomolekülen gewonnenen experimentellen Daten werden tional ist eine Konkurrenzfähigkeit mit dem Studienzentrum für
durch quantentheoretische Analysen mittels Molekulardyna- Kernenergie SCK CEN in Belgien und dem französischen Institut
mik komplementiert. Für noch komplexere Systeme, wie leben- für Strahlenschutz und nukleare Sicherheit IRNS erreichbar,
de Organismen und mikrobielle Gemeinschaften, werden in- womit Führungspositionen in Verbünden wie der European
novative Kopplungstechniken benötigt, um Radionuklideffekte Radioecology ALLIANCE möglich werden. Die zukunftsorien-
auf deren Stoffwechsel zu quantifizieren. Das Immunsystem tierten Arbeiten des ZRS sind unabhängig von der Reaktorsi-
von Pflanzenzellen soll dabei als Modellsystem genutzt werden, cherheits- oder Endlagerforschung und stellen eine Weiterent-
um die Stressantworten von Zellen auf Radionuklide (zum Bei- wicklung des Helmholtz-Programms NUSAFE dar. Forschung
spiel Bildung von Metaboliten) auf molekularer und zellulärer zur Auswirkung von Strahlung auf den Menschen und von frei-
Ebene zu verstehen. gesetzten Radionukliden auf die Umwelt, durch Bergbau, Geo-
Energie
thermie oder Unfälle ist absolut notwendig und passt hervor-
Wissenschaftliche Bedeutung ragend zur Mission der Helmholtz-Gemeinschaft.
Die Auswirkungen von Radionukliden (RN) auf die Umwelt
werden bisher überwiegend mit statistischen Methoden unter-
sucht. Das Zentrum für Radioökologie und Strahlenforschung
(ZRS) soll das Thema dagegen über naturwissenschaftliche Daten und Zahlen
Grundlagenforschung erschließen und Prozesse auf moleku- Akronym: ZRS
larer und zellulärer Ebene aufklären. Die Aktivitäten der For-
schungsbereiche Energie, Materie und Gesundheit am HZDR Kategorie: A
werden miteinander verbunden, inklusive aller radioaktiven Zeitraum der Realisierung: 2027 - 2031ff
Kontrollbereiche, S1-Labore und der Rossendorf Beamline an
Geschätzte Investition in Mio. €: 28
der ESRF. Zudem wird durch die angedachte, inhaltlich intensive
Zusammenarbeit mit dem UFZ übergreifend wissenschaftliche Geschätzte Betriebskosten
Expertise aus den Bereichen ‚Erde und Umwelt’ und ‚Energie’ pro Jahr in Mio. €: 2
zusammengeführt. Dies macht die enormen Vorteile der Inter- Federführendes
disziplinarität des Zentrums und der Helmholtz-Gemeinschaft Helmholtz-Zentrum: HZDR
international sichtbar. Weitere beteiligte
Helmholtz-Zentren: Keine
16FLEXIPLANT – PILOTANLAGE ZUR ADAPTIVEN
AUFBEREITUNG KOMPLEXER ROHSTOFFE
Kurzbeschreibung Eigenschaften etc.) mit einer an den spezifischen Stoffstrom
Die Schließung von Stoffkreisläufen ist eine der großen ge- ideal angepassten Weiterverarbeitung, ermöglicht eine weitge-
sellschaftlichen Herausforderungen unserer Zeit und die ent- hend vollständige Rückgewinnung der am Lebensende in den
scheidende Voraussetzung für eine nachhaltige Kreislaufwirt- Produkten enthaltenen Rohstoffe, insbesondere auch der Tech-
schaft (CE). Nur so können bereits absehbare Engpässe in der nologiemetalle. Durch die vollautomatisierte Erfassung und
Rohstoffversorgung vermieden und der technologische Wandel (Vor-)Sortierung der Wertstoffströme in der FlexiPlant bereits
(u. a. Elektromobilität, digitale Transformation) vorangetrieben vor der Weiterverarbeitung beispielsweise im Technikum Me-
werden. Hierfür ist eine neue Generation adaptiver, flexibler tallurgie sollen technologisch bedingte Verluste weitestgehend
und vor allem digitalisierter Aufbereitungsprozesse zu entwi- vermieden und dadurch bis zu 90 % der bisherigen Rohstoffver-
ckeln, mittels derer es gelingt, alle enthaltenen Rohstoffe (u. a. luste dem Stoffkreislauf wieder zugeführt werden.
Seltene Erden) auch aus komplexen Systemen energieeffizient
und funktionserhaltend, d. h. möglichst ohne Downcycling, Strategische Bedeutung
zurückzugewinnen. Die zunehmende Komplexität der global Als einzigartige digitalisierte Infrastruktur im Pilotmaßstab
erzeugten Stoffströme stellt dabei eine fundamentale Her- wird FlexiPlant zukünftig ein globaler Anziehungspunkt für
Energie
ausforderung für Ressourcentechnologie-Entwicklungen dar. Kooperationspartner aus Wissenschaft und Wirtschaft sein.
FlexiPlant ist eine weltweit einmalige Forschungsplattform im Die Forschungsinfrastruktur verfolgt damit direkt die gesell-
Pilotmaßstab (am Ende des Ausbaus bis TRL 6-9), mit der wis- schaftspolitischen Vorgaben zum Klimaschutz und zur Energie-
senschaftliche Modelle, Methoden und Technologien für jed- wende. Stichworte sind hier das Energieforschungsprogramm
weden Rohstoffstrom entwickelt und erprobt werden können. der Bundesregierung sowie der Green Deal der EU, der eine
ökologische Wende hin zur Klimaneutralität anstrebt.
Wissenschaftliche Bedeutung
Drei grundlegende Ziele definieren die wissenschaftliche Be- Daten und Zahlen
deutung für FlexiPlant: a) Schließen der Stoffkreisläufe von
Akronym: FlexiPlant
komplexen Rohstoffen, b) Maximierung der Energie- und
Ressourceneffizienz, c) Digitale Transformation der Rohstoff- Kategorie: B
industrie und damit die drastische Reduzierung des derzeitigen Zeitraum der Realisierung: 2024 - 2030
CO2-Fußabdruckes.
Geschätzte Investition in Mio. €: 66,7
Um diese Ziele zu erreichen, ist ein Paradigmenwechsel in der Geschätzte Betriebskosten
rohstoffverarbeitenden Industrie erforderlich. Der Weg führt pro Jahr in Mio. €: 2,2
weg von Prozessketten, die in einem einzigen Prozessopti- Federführendes
mum variable Einsatzstoffe verarbeiten, hin zu flexiblen, auto- Helmholtz-Zentrum: HZDR
matisierten und digitalisierten Aufbereitungstechnologien, die Weitere beteiligte
jederzeit mit apparativen Neuentwicklungen ergänzt und ver- Helmholtz-Zentren: Keine
schaltet werden können. Die Kombination einer genauen Roh-
stoffcharakterisierung (Form, Farbe, physikalisch-chemische
17IFMIF-DONES – INTERNATIONAL FUSION
MATERIALS IRRADIATION FACILITY -
DEMO ORIENTED NEUTRON SOURCE
Kurzbeschreibung Strategische Bedeutung
IFMIF-DONES ist eine beschleunigerbasierte Neutronenquelle Fusion als globales Element der Energiewende wird in inter-
mit Intensitätsmaximum bei 14,1 MeV, also der Energie der nationaler Kooperation vorangetrieben und in Helmholtz als
bei der D-T-Fusion freigesetzten Neutronen. Sie wird der Prü- Langfrist-Option verfolgt. Die EUROfusion-Roadmap sieht die
fung, Validierung und Qualifizierung der im Neutronenfeld von Inbetriebnahme eines DEMO-Kraftwerks bis 2050 vor, wobei
Fusionsreaktoren zu verwendenden Werkstoffe dienen, von die Qualifizierung unterschiedlicher Kraftwerksmaterialien bei
Grundlagenuntersuchungen und der Bestätigung von Rechen- fusionstypischen Bedingungen in IFMIF-DONES in den 2030er
modellen bis hin zur Qualifizierung von Reaktormaterialien Jahren die Grundvoraussetzung für ein genehmigungsfähiges
für die nukleare Lizenzierung. IFMIF-DONES ist 2018 auf die Kraftwerk schafft. KIT hat bei der Entwicklung von zentralen
europäische ESFRI-Roadmap aufgenommen worden; Vorarbei- Elementen wie u. a. der Testeinrichtungen essenzielle Beiträge
ten mit EU-Förderung laufen bereits. Ab 2022 wird das Pro- von hoher internationaler Sichtbarkeit für IFMIF-DONES geleis-
jekt in Granada, Spanien realisiert werden. Es wird erstmals tet, und verfügt über einzigartige Kompetenzen zur Nachunter-
Strukturmaterialdaten unter anwendungsnahen Bedingungen suchung und Qualifizierung neutronenexponierter Proben. Die
für einen Fusionsdemonstrationsreaktor (DEMO) liefern und Beteiligung an IFMIF-DONES soll den Zugriff auf solche Proben
Energie
ist unabdingbare Voraussetzung für dessen Realisierung. Ein und somit weiterhin die führende Rolle bei der Qualifizierung
Konsortium, das als Rechtsperson für die Errichtung vor Ort von neutronenresistenten Fusionsmaterialien sichern.
verantwortlich sein wird, wurde am 09. Juni 2021 gegründet.
Wissenschaftliche Bedeutung
Das harte Spektrum von D-T-Fusionsneutronen (14,1 MeV im Daten und Zahlen
Vergleich zuFSE – FORSCHUNGSSCHIFF FÜR ENERGIE
SYSTEME
Kurzbeschreibung Strategische Bedeutung
Aufgebaut wird ein weltweit einmaliges Forschungsschiff für Der CO2-Ausstoß der Schifffahrt soll nach europäischen Vor-
Energiesysteme (FSE), das der Demonstration und Erprobung gaben bis 2050 auf die Hälfte des heutigen Wertes gesenkt
neuer Energiesysteme für maritime Anwendungen dient, inklu- werden. Durch das Forschungsschiff erhalten das DLR und
sive deren Zertifizierung. Zusätzlich werden Sensoren und Ak- externe Anwender die Möglichkeit ihre entwickelten energie-
toren installiert, die für die Entwicklung einer digitalen Steue- effizienten Systeme zu testen und zu verifizieren. Dadurch
rung und für die Erprobung des autonomen Fahrens nutzbar kann die Wertschöpfung bei Ausrüstern und Reedereien
sind. Die generierten Daten ermöglichen die Digitalisierung und im deutschen Schiffsbau unterstützt werden. Die Entwick-
Visualisierung des Schiffsbetriebs. Abnormale Bedingungen lung eines autonomen Betriebes soll die Verkehrssicherheit
können so schnell, sicher und kostengünstig erprobt werden. auf dem Seeweg erhöhen. Das Schiff bietet zudem anderen
Helmholtz-Zentren die Möglichkeit, Messtechnik für die Küs-
Das Schiff wird eine See-Zulassung im IMO Register haben. ten- und Meeresforschung.
Ein dieselelektrischer Antrieb gewährleistet stets das sichere
Fahren. Das Forschungsschiff kann mehrere 20-Zoll Container
Energie
in Querrichtung aufnehmen. Diese enthalten neu entwickelte
Elektrosysteme, die Energie als Ersatz der standardmäßigen Daten und Zahlen
Energieversorgung des Schiffes liefern. Akronym: FSE
Wissenschaftliche Bedeutung Kategorie: A
Um den CO2-Ausstoß des Schiffsverkehrs bis 2050 zu re- Zeitraum der Realisierung: 2021ff
duzieren und einen wesentlichen Beitrag zur Einhaltung der
Geschätzte Investition in Mio. €: 36
weltweiten Klimaziele zu leisten, bedarf es der Entwicklung
alternativer Energiesysteme. International gibt es bislang kein Geschätzte Betriebskosten
Forschungsschiff, auf dem unterschiedliche Brennstoffe und pro Jahr in Mio. €: k. A.
Wandlersysteme für die Schifffahrt getestet werden können. Federführendes
Um dies zu leisten ist Forschung und Entwicklung notwendig Helmholtz-Zentrum: DLR
in den Bereichen Weitere beteiligte
• alternative Brennstoffe, sowie deren Handling, Helmholtz-Zentren: Keine
Lagerung und Nutzung,
• Energiekonverter zur Stromerzeugung für
elektrische Antriebe,
• Weiterentwicklung von Zwischenspeichern
für einen optimierten Betrieb,
• verbesserte Medienversorgungen mit Wärme,
Kälte und Strom,
• Sicherheitskonzepte für die Zulassungsfähigkeit.
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