RWTHT - JARA - Kompetenzen bündeln, Zukunft gestalten - RWTH Aachen ...
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RWTH
THEMEN
JARA – Berichte
Kompetenzen bündeln,
aus der
Rheinisch-
Westfälischen
Technischen
Hochschule
Aachen
Zukunft gestalten
Ausgabe 2 /2014
ISSn-nr.
0179-079X
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JARA –
Impressum
Herausgegeben im Auftrag des
Rektors der RWTH Aachen
Abteilung 3.1 –
Presse und Öffentlichkeitsarbeit
Templergraben 55
Kompetenzen bündeln,
52056 Aachen
Telefon 0241/80-94327
Telefax 0241/80-92324
pressestelle@zhv.rwth-aachen.de
www.rwth-aachen.de
AUS DEM Zukunft gestalten
INHALT Gemeinsam in JARA erfolgreich – Forschung neu definiert 8
Kooperation zwischen RWTH Aachen und
Redaktion: Forschungszentrum Jülich ist Vorbild in der Forschung
Sabine Busse
Angelika Hamacher
Titelfoto/Rücktitel: JARA-BRAIN
Peter Winandy, Aachen
Wenn das Fühlen und Denken verändert ist 14
Anzeigen: Verbundprojekt zum Thema „Schizophrenie“ im neuen
print´n´press, Aachen
jh@p-n-p.de bundesweiten Forschungsnetz zu psychischen Erkrankungen
Anzeigenberatung:
Liz Rüster Wenn Essen zur Qual wird 20
Telefon 06132/43 44 38
liz.ruester@web.de
Vergleichsstudie bei jugendlicher Magersucht
mit 180 Teilnehmerinnen
Gestaltung:
Kerstin Lünenschloß,
Aachen
JARA-ENERGY
Druck:
Druckerei und Prosumer-Haushalte als Schlüsselakteure 22
Verlagsgruppe Mainz GmbH, der Energietransformation
Aachen
Gedruckt auf Erneuerbare Energie rund um die Uhr 26
chlorfrei gebleichtem Papier
Neue Technologie für fortschrittliche Energiespeicherung
Das Wissenschaftsmagazin
„RWTH-Themen“ erscheint
einmal pro Semester. JARA-FAME
Nachdruck einzelner Artikel,
auch auszugsweise, nur mit Ge-
Auf der Suche nach Dunkler Materie 30
nehmigung der Redaktion. und kosmischer Antimaterie
Für den Inhalt der Beiträge
sind die Autoren verantwortlich.
Das AMS-Experiment auf der Internationalen Raumstation
Wintersemester 2014/2015
Auf der Suche nach der verschwundenen Antimaterie 36
JARA-FIT
Nanoswitches - Kleine Schalter, große Möglichkeiten 40
Graphen: 48
Vielseitiges Wundermaterial in zwei Dimensionen
JARA-HPC
Modellierung und 3D-Visualisierung neuronaler Netzwerke 52
in der Größenordnung des Gehirns
Supercomputer können auch „konstruieren“ 58
Das Simulationslabor „Highly Scaleable Fluids & Solids
Engineering“ entwickelt Methoden zur Formoptimierung
Namen & Nachrichten 60
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Vorwort
Die Jülich Aachen Research Alliance (JARA) ist mit der
Gründung der JARA-Institute, die durch das neue Hoch-
schulzukunftsgesetz des Landes Nordrhein-Westfalen
möglich geworden ist, einmal mehr Vorbild für die Koope-
ration einer Hochschule mit einer außeruniversitären For-
schungseinrichtung. Durch sie soll das Nebeneinander von
universitärer und außeruniversitärer Forschung und Lehre
überwunden werden, um komplexen Fragestellungen mit
vereinter Forschungskompetenz und -kapazität zu begeg-
nen. Die RWTH Aachen und das Forschungszentrum Jülich
verknüpfen in JARA gezielt Forschungsfelder, auf denen
sich ihre jeweiligen spezifischen Stärken wirkungsvoll ergän-
zen, und schaffen unter dem Motto „Kompetenzen bün-
deln, Zukunft gestalten“ ein wissenschaftliches Umfeld der
Spitzenklasse.
In den JARA-Instituten „Brain structure-function relation-
ships in normal and abnormal behavior“ und „Molecular
neuroscience & neuroimaging“ der Sektion JARA-BRAIN
steht die Erforschung des menschlichen Gehirns im Mittel-
punkt. Funktionen und Störungen des Gehirns zu verstehen
sowie neue Therapien und Diagnoseverfahren zu entwi-
ckeln, gehört hier zu den Zielsetzungen.
Die Sektion JARA-FIT konzentriert sich mit den beiden
JARA-Instituten „Green-IT“ und „Quantum Information“
auf die Entwicklung energieeffizienter Informationstech-
nologien. Umweltfreundlichkeit und geringer Verbrauch
werden die Informationstechnologie von morgen ebenso
bestimmen, wie große Speicherkapazitäten und hohe Re-
chenleistung.
Die Gründung der JARA-Institute hebt die Kooperation
des Forschungszentrums Jülich und der RWTH Aachen in
JARA somit auf eine ganz neue Stufe. Die Verbindung wird
6 gefestigt und eröffnet den JARA-Wissenschaftlern weitere
Perspektiven für Wissenschaft und Forschung.
Auf eine erfolgreiche Zusammenarbeit!
Univ.-Prof. Dr.-Ing. Univ.-Prof. Dr.-Ing.
Ernst Schmachtenberg, Wolfgang Marquardt,
Rektor der RWTH Aachen Vorstandsvorsitzender des
Forschungszentrums Jülich
Foto: Peter Winandy
Sabine Prall
Gemeinsam in JARA
Forschung
Kooperation zwischen RWTH Aachen und Forsch
D
Bild 1: Die hervorragenden Infrastrukturen der beiden Standorte Aachen
von der Pionierzeit der Wissen- Kompetenzen bündeln,
schaft. War der Fall eines simplen Zukunft gestalten
Apfels für Isaac Newton der An- Die Jülich Aachen Research Alli-
stoß zur Erforschung der grundle- ance, kurz JARA, unterstützt die
genden Gesetze der Schwerkraft, Forschungslandschaft Deutsch-
Der Mensch zeichnet sich durch sind heute vielfach komplizierte land, ist sie doch ein innovativer
seinen Verstand und den damit Apparaturen, wie Mikroskope, Weg der gemeinsamen For-
einhergehenden Forscherdrang Teilchenbeschleuniger und Hoch- schung von einer universitären
aus. In der Geschichte der leistungsrechner, nötig, um neue und einer außeruniversitären
Menschheit wurden daher schon wissenschaftliche Erkenntnisse Institution und widmet sich den
8 viele wichtige Fragen gestellt zu erhalten. Dementsprechend drängenden Fragen der Gesell-
und mit Hilfe von Forschung sind auch die Forschungsthemen schaft. Seit vielen Jahren besteht
und Wissenschaft beantwortet. weitaus komplexer als sie es ein reger wissenschaftlicher
Ohne diese Antworten wäre der beispielsweise noch zu Newtons Austausch zwischen der RWTH
technologische Fortschritt nicht Zeiten waren. Die Erhaltung der Aachen und dem Forschungszen-
möglich gewesen. Aus diesem Gesundheit, die Erforschung neu- trum Jülich. Im Rahmen des Zu-
Grund ist die wissenschaftliche er Energien und Informations- kunftskonzepts I der RWTH mit
Auseinandersetzung mit den phy- technologien, Mobilität, Nach- dem Titel „RWTH 2020: Meeting
sikalischen, chemischen und or- haltigkeit und Ernährungssicher- Global Challenges. The Integra-
ganischen Phänomenen der Welt heit sind einige Themen der ted Interdisciplinary University of
auch heute ein wichtiger Faktor, modernen Gesellschaft. Mit den Technology“ erhielt die Koopera-
um die Zukunft zu gestalten. Anforderungen und Themen der tion einen vertraglichen Rahmen.
So ist es nur konsequent, dass die Forschung hat sich auch die For- JARA startete am 6. August 2007
Forschung in Deutschland einen schung an sich gewandelt: Große mit zunächst vier verschiedenen
hohen Stellenwert hat. Forschungsvorhaben sind heute Sektionen. Die Bewilligung des
nicht mehr von einer Institution Zukunftskonzepts II in 2012 be-
Globale Herausforderungen alleine tragbar, Wissenschaftler- stätigte den Erfolg der Koopera-
meistern innen und Wissenschaftler arbei- tion. Die strategische Partnerschaft
In der modernen, hochtechnolo- ten daher enger zusammen, um festigt die wissenschaftliche Z
gisierten Welt unterscheidet sich gemeinsam erfolgreich tätig zu usammenarbeit und ermöglicht
die Art der Forschung deutlich sein. ein attraktives Forschungsumfeld
erfolgreich –
neu definiert
ungszentrum Jülich ist Vorbild in der Forschung
und Jülich bieten den Wissenschaftlern die Möglichkeit, Forschung auf höchstem Niveau zu betreiben. Foto: Peter Winandy
für renommierte Wissenschaftler- tionalen Erforschung psychischer Thema, dem sich die Wissen- könnten. Die Informationstech-
innen und Wissenschaftler. In der und neurologischer Erkrankun- schaftler annehmen. nologie wird auf diese Weise zu-
Jülich Aachen Research Alliance gen. Hirntumore, Schizophrenie, Wie entstand das Universum künftig noch platz- und energie-
haben sowohl die RWTH Aachen Alzheimer und Magersucht sind und was geschah mit der Anti- sparender bei gleichwertiger be-
als auch das Forschungszentrum nur einige der Krankheitsbilder, materie? Zwei der grundlegenden ziehungsweise höherer Leistung.
Jülich ihre exzellenten Expertisen die im Fokus der gemeinsamen Fragen des irdischen Daseins. Höchstleitungen erbringen
wirkungsvoll ergänzt. Beide Part- Forschung stehen. Ziel ist es, so- Wissenschaftler der Sektion die Mitglieder der Sektion HPC
ner verfügen über eine herausra- wohl das Gehirn als auch die hier JARA-FAME (Forces and Matter (High Performance Computing)
gende wissenschaftlich-tech- verorteten Krankheiten, zu ver- Experiments) gehen diesen Fra- gleich in vielfachem Sinne, rech-
nische Infrastruktur. Durch die Ko- stehen, langfristig bessere und gen seit 2013 nach und versu- nen sie doch auf Hochleistungs-
operation JARA können die For- frühere Diagnosen stellen und chen zu klären, was genau nach computern und erstellen detail- 9
scher das Potenzial der Institutio- Therapien entwickeln zu können. dem Urknall geschah. Zudem sind lierte Simulationen. Computersi-
nen optimal nutzen. Ebenso sind Die Entwicklung von Technolo- die physikalischen Grundlagen mulationen bieten die Möglich-
viele Forschungsvorhaben sowie gien ist daher ebenso zentral, wie der Kern- und Teilchenphysik keit, Erkenntnisse zu erhalten,
die Einwerbung von Fördermitteln die Untersuchung neuer Behand- zentrale Themen der Sektion. die bisher aus technischen oder
und Forschungsgeräten erst durch lungsmethoden. Informationen bestimmen finanziellen Gründen verwehrt
die gemeinsame Forschungsar- Eine der brennenden Fragen das moderne Leben, ebenso wie blieben. Die 3D-Darstellungen
beit realisierbar. der Gesellschaft bezieht sich auf die Informationstechnologien. aus den HPC Simulationslaboren
die Energieversorgung der Zu- Mit Smartphone, Tablet oder lassen zum Beispiel tiefe Einblicke
Forschung auf höchstem Niveau kunft. JARA-ENERGY Mitglieder Notebook ausgestattet sind wir in das menschliche Gehirn zu
– Schwerpunkte der Kooperation forschen auf diesem Gebiet, um heute stets vernetzt. An der Wei- oder machen Vorhersagen über
Im Mittelpunkt der JARA stehen eine saubere, nachhaltige und terentwicklung der Informations- die Eigenschaften von Materialien
aktuell fünf Sektionen, die bereits sichere Energieversorgung zu technologien sind die Mitglieder möglich.
signifikante Beiträge zur Lösung realisieren. Neben weiteren The- von JARA-FIT (Fundamentals of Die Forschung an weicher
der globalen Herausforderungen men sind die Entwicklung neuer Future Information Technology) Materie (Soft Matter Science) soll
geliefert haben sowie eine neue Methoden der Energiegewinnung interessiert. Sie erforschen zum in diesem Jahr das wissenschaft-
Sektion, deren Gründung noch in sowie die Speicherung von Ener- Beispiel Materialien, die noch liche Portfolio der JARA ergänzen.
2014 geplant ist. gie mit Hilfe neuartiger Batterie- größere Speicherkapazitäten auf Im Gegensatz zur frühgeschicht-
Die Wissenschaftlerinnen technologie, Kernthemen der geringerem Raum aufweisen als lichen Eisenzeit steht die Moderne
und Wissenschaftler von JARA- Sektion. Zusätzlich ist auch die übliche Silizium-Chips oder die im Zeichen der weichen Materie.
BRAIN widmen sich der transla- Elektromobilität ein wichtiges flexible Displays möglich machen Polymere, kolloidale, amphiphile
Bild 2: Unter reinsten Bedingungen können in der Helmholtz Nanoelectronic Facility, kurz HNF, beispielsweise Materialien für die Nanotechnologie hergestellt und untersucht werden. Foto: Peter Winandy
Bild 3: Bereits während des Studiums lernen die Studierenden die Ausstattung und Großgeräte der RWTH Aachen und des Forschungszent-
rums Jülich in Projekten und Kursen kennen. So können Master-Studierende im Rahmen des JARA-FIT Lab Course erste Erfahrungen in der
Forschung im Nanobereich sammeln.
Foto: Peter Winandy
Strukturen und Emulsionen fallen In der Helmholtz Nanoelec- wissenschaftlichen Nachwuchses. gefestigt. Die Institute werden
unter diesen Begriff. Sie begeg- tronic Facility (HNF) steht den Die speziell zugeschnittenen Stu- zu gleichen Teilen an der RWTH
nen uns zum Beispiel in der Kunst- Wissenschaftlerinnen und Wis- diengänge und Förderprogramme Aachen und dem Forschungszen-
stoffindustrie und der Biotechno- senschaftlern ein modernstes bieten jungen Wissenschaftlerin- trum Jülich gegründet. Sowohl
logie. Die Wissenschaftler erfor- Reinraumzentrum für ihre For- nen und Wissenschaftlern die strategische Planung von
schen vor allem die Eigenschaften schung zur Verfügung. Ziel ist es, die Möglichkeit, sich auf hohem Forschung, Lehre und Infrastruk-
„weicher Materie“, um zum die Entwicklung auf dem Gebiet Niveau aus- und weiterzubilden. tur, als auch die finanziellen Be-
Beispiel Nanokapseln aus Poly- der Nanotechnologie entschei- Im Rahmen des „JARA-FIT Lab lange werden dabei gemeinsam
merstrukturen schaffen zu kön- dend voranzubringen. Hierzu bie- Course“ haben Studierende die geplant. Auf diese Weise stärken
nen, die Medikamente in feinste tet die HNF verschiedene Geräte Möglichkeit, in der HNF zu die Institute die Kooperation der
Äderchen bringen oder Autorei- zur Herstellung, Prozessierung lernen. Die Studierenden erhalten beiden Partner und verknüpfen
fen herzustellen, die besonders und Analyse kleinster Strukturen. einen Einblick in aktuelle For- die gemeinsame Forschung
gut am Straßenboden haften. Das unter dem Dach der schungsprojekte und können immer enger.
Wichtig ist dabei die interdiszipli- JARA betriebene Ernst Ruska- selbst Teil der Forschung sein. Die geplante Gründung der
näre Zusammenarbeit der Berei- Centrum ist ebenfalls den kleinen Der dazu passende Masterstudi- Sektion JARA Soft Matter Science
che Physik, Chemie, Biologie Dingen der Wissenschaft gewid- engang eröffnet die Option der ein weiterer Meilenstein der Jülich
und Verfahrenstechnik. met und beheimatet hochmo- Spezialisierung im Bereich der Aachen Research Alliance. Die
derne Mikroskope. Allen voran „Nanoelec-tronics“. Eine weitere Neugründung stellt nicht nur eine
Hightech Geräte für ermöglicht das Elektronenmikro- Spezialisierung bietet die German Erweiterung des Portfolios dar,
modernste Forschung skop PICO, mit einer Auflösung Research School for Simulation sondern bestätigt zusätzlich das
Die Wissenschaftler der Jülich von 50 Pikometern, einen sehr Sciences, hier werden Studie- attraktive Forschungsumfeld und
12 Aachen Research Alliance können genauen Blick auf die atomare rende durch das entsprechende macht JARA zu einem guten
ihre Forschung mit Hilfe hoch- Struktur von Materialien und Masterprogramm zu Experten Beispiel moderner Forschung auf
moderner Techniken und Gerät- Werkstoffen, um deren Eigen- auf diesem Wissenschaftsgebiet dem Weg zur Lösung globaler
schaften umsetzen. Eine beson- schaften besser zu verstehen. Ein ausgebildet. Herausforderungen.
dere Stellung nehmen hierbei die Pikometer entspricht dabei einem Für Doktoranden werden
Simulationslabore, die Helmholtz milliardstel Teil eines Millimeters. Graduiertenschulen angeboten,
Nanoelectronic Facility und das Sowohl die SimLabs, als JARA-Juniorprofessuren fördern
Ernst Ruska-Centrum ein. auch die HNF und das Ernst Rus- darüber hinaus junge promovierte
Durch die Simulationslabore ka-Centrum sind beeindruckende Wissenschaftler bei ihrem Einstieg
(SimLabs) ist es auch Forschern Beispiele für die gemeinsame in ihre wissenschaftliche Karriere.
anderer Disziplinen möglich, die infrastrukturelle Planung inner- JARA folgt damit der Prämisse,
Technologien und das Know-how halb der JARA. Die zusammen dass eine gute Ausbildung das
der HPC-Experten zu nutzen. erworbenen Großgeräte stärken Fundament einer erfolgreichen
Die Labore stellen auf diese Wei- die Position der beiden Partner wissenschaftlichen Karriere ist.
se eine zielführende Verbindung und locken hochkarätige Wissen-
zwischen beispielsweise den schaftlerinnen und Wissenschaft- Auch zukünftig exzellent
Neurowissenschaften und dem ler nach Jülich und Aachen. Zukünftig wird die Partnerschaft
hochparallel Rechnen her, um zwischen der RWTH Aachen und Autorin:
Lösungen für zentrale und Exzellente Ausbildung dem Forschungszentrum Jülich Sabine Prall ist Pressereferentin
komplexe Problemstellungen zu Ein weiteres zentrales Anliegen durch die Einrichtung von zu- der Jülich Aachen Research
liefern. der JARA ist die Ausbildung des nächst vier JARA-Instituten weiter Alliance.Anzeige Stahl für Windkraftanlagen. 15 Milliarden Umdrehungen für die Zukunft. Your Life. Our Steel. Sie müssen bei jedem Wetter, jeder Wind- stärke und sogar Offshore unter Salzwassereinfluss funktionieren: Getriebe in Windkraftanlagen. Die Deutschen Edelstahlwerke stellen Stahl her, der diese extrem wechselseitigen Anforderungen erfüllt. Das heißt: hohe Verschleiß- und Dauerfestigkeit für die Ober- flächen der Getriebe und hohe Zähigkeit im Kern für die schlagarti- ge Beanspruchung bei Windböen. 20 Rotorumdrehungen pro Minute werden in 2.000 Generatorumdrehungen übersetzt. Etwa 15 Milliarden Umdrehungen hält eine Generatorwelle. So wird aus Wind dauerhaft saubere und zukunftssichere Energie gewonnen. Machen Sie mit! SCHMOLZ + BICKENBACH GROUP www.dew-stahl.com
Volker Backes, Ilse Trautwein
Wenn das Fühlen und
Verbundprojekt zum Thema „Schizophrenie“
im neuen bundesweiten
Bild 1: Rund 800.000 Menschen
leiden allein in Deutschland an
einer schizophrenen Erkrankung.
In intensiven Gesprächen mit
dem behandelnden Arzt wird
für jeden Patienten die beste
Therapie bestimmt.
Foto: Peter Winandy
S
Schizophrenie ist keines- oder der Überschuss von Boten-
wegs selten. Mindestens eine stoffen im Gehirn zusammentref-
beziehungsweise einer von 100 fen, um eine Schizophrenie aus-
Erwachsenen erkrankt weltweit zulösen“, erläutert Prof. Dr. Dr.
in seinem Leben daran. Allein in Frank Schneider. Der Direktor der
Deutschland sind aktuell rund Klinik für Psychiatrie, Psychothe-
800.000 Menschen betroffen. rapie und Psychosomatik sieht in
Schizophrene Patientinnen und Das Bundesministerium für Bil- dem neuen Verbundprojekt nicht
Patienten haben sowohl mit ih- dung und Forschung, kurz BMBF, zuletzt aufgrund der Vielzahl und
rer Erkrankung als auch mit vielen fördert deshalb seit Sommer Qualität der beteiligten Partner –
14 Vorurteilen zu kämpfen. In Filmen 2014 im Rahmen eines neuen neben dem Forschungszentrum
oder Büchern werden sie als ge- Forschungsnetzes zu psychischen Jülich, die Universität Düsseldorf,
spaltene Persönlichkeiten, als Erkrankungen das Verbundpro- die Universität Köln sowie Klini-
„zwei Seelen in einem Menschen“, jekt „APIC – Antipsychotika- ken und niedergelassene Praxen
charakterisiert. Diese Darstellung induzierte strukturelle und funk- aus dem Rheinland – die Chance,
der Krankheit ist falsch. Trotzdem tionelle Gehirnveränderungen“. neue Erkenntnisse über die
hält sich das Bild – sehr zum Leid- Koordiniert wird das mit rund vier Schizophrenie zu erhalten. Diese
wesen der Betroffenen und ihrer Millionen Euro geförderte Projekt sollen langfristig dazu beitragen,
Angehörigen. Die Symptome der in JARA-BRAIN von der Klinik für die Krankheit effektiver und die
Schizophrenie sind vielfältig und Psychiatrie, Psychotherapie und Patientinnen und Patienten
unterscheiden sich von Patient zu Psychosomatik an der Uniklinik nebenwirkungsärmer behandeln
Patient. Sie reichen von Nervosi- RWTH Aachen. zu können.
tät, Reizbarkeit, Konzentrations-
schwäche und Schlafstörungen Groß angelegte Patientenstudie Krankheit und Behandlung
über das Hören von Stimmen, „Die Ursachen der Schizophrenie beeinflussendie Gehirnstruktur
die andere nicht hören, bis hin zu sind vielfältig. Nach dem heutigen APIC besteht aus vier Teilpro-
intensiven Erregungsmomenten Stand der Wissenschaft müssen jekten, die aufeinander abge-
und Verfolgungswahn. Die psy- verschiedene Aspekte wie bei- stimmt sind. Das größte Projekt
chische Erkrankung wird insbe- spielsweise eine biologische Ver- ist eine klinische Studie, an der
sondere mit Medikamenten und anlagung, einschneidende Le- 660 Patientinnen und Patienten
Psychotherapie behandelt. bensereignisse, Drogenkonsum teilnehmen werden. Unter dem
JARA-BRAINDenken verändert ist
Forschungsnetz zu psychischen Erkrankungen
Bild 2:
Foto: Uniklinik RWTH Aachen
Bild 3: APIC trägt dazu bei, neue
Erkenntnisse über die biologischen
Vorgänge im Gehirn bei Schizophrenie
zu gewinnen. Mit diesen lassen sich
langfristig Therapien weiter optimieren.
Foto: Peter Winandy
Titel „Sind Medikamente auch
neuroprotektiv oder neuroto-
xisch?“ werden unter anderem
zwei verschiedene medikamentö-
se Therapieverfahren – die medi-
kamentöse Dauertherapie versus
bedarfsgesteuerter medikamentö-
ser Intervalltherapie – hinsichtlich
ihres Behandlungserfolgs und der
Veränderungen im Gehirn vergli-
chen.
„Funktionelle und struktu-
relle Veränderungen des Gehirns
wurden bislang meist als Ursache
oder Konsequenz einer psy-
chischen Erkrankung betrachtet.
Aber auch die medikamentöse
oder psychotherapeutische Be-
handlung selbst hat Auswirkung-
en auf die Struktur des Gehirns“,
berichtet Schneider. Im Rahmen
von APIC werden die Wissen-
schaftlerinnen und Wissenschaft-
ler in einer groß angelegten kli-ni-
schen Studie mögliche Hirnverän-
derungen im Zeitverlauf mit Hilfe
bildgebender Verfahren bei ver-
schiedenen Therapien untersu-
chen. „Wir wollen die Hypothese
überprüfen, dass die Intervallthe-
rapie im Vergleich zur Dauerthe-Bild 4: Professorin Ute Habel beschäftigt sich mit der Wechselwirkung zwischen Verhalten und Erleben und den gleichzeitig dazu ablaufenden Prozessen im Gehirn bei Schizophrenie. Foto: JARA
rapie mit einem geringeren Volu- rufen, selbst zu regulieren. Durch
menverlust der grauen Substanz dieses gezielte Gehirn-Training
einhergeht“, erläutert Prof. Dr. sollen die entsprechenden Hirn-
Gerhard Gründer, stellvertreten- netzwerke aktiviert werden.
der Klinikdirektor der Psychiatrie
in Aachen, der das größte APIC- Beeinflussen biologische
Teilprojekt federführend leitet. Faktoren das Ansprechen auf
Den großen Vorteil der Studie Therapien?
sieht Gründer darin, dass alle Das dritte Projekt beschäftigt sich
Daten an einem MR-Scanner er- mit der Frage, ob es möglicher-
hoben werden: „Dies ermöglicht weise biologische Faktoren gibt,
eine exakte Vergleichbarkeit der die den Erfolg einer medika-
erhobenen Patientendaten.“ mentösen Therapie vorhersagen
können. Hier wird eine Teilgruppe
Gezieltes Hirntraining soll der Patienten aus der klinischen
Symptome lindern Studie hinsichtlich des Stoffwech-
In einem weiteren APIC-Projekt sels eines spezifischen Neuro-
wird untersucht, inwiefern thera- transmitters (Dopamin) im Gehirn
peutische Effekte – unabhängig untersucht und deren Ansprechen
davon, ob sie medikamentös, auf die verschiedenen Therapien
verhaltenstherapeutisch oder mit beobachtet.
innovativen anderen Methoden Ein weiteres APIC-Projekt
bewirkt werden – vergleichbare versucht, eine vergleichbare
Veränderungen im Gehirn ver- Fragestellung zu beantworten,
ursachen wie medikamentöse analysiert aber hierfür nicht Neu-
Therapien. Halluzinationen sind rotransmitter, sondern Gehirnak-
ein häufiges Symptom bei Schizo- tivität und -vernetzung. Bisherige
phrenie. Betroffene Patientinnen Untersuchungen weisen darauf
und Patienten hören oftmals hin, dass die Vorhersagekraft be-
Stimmen oder leiden an Wahn- stimmter Marker für den Thera-
vorstellungen. Mit Hilfe eines pieerfolg geschlechtsspezifisch ist.
angeleiteten Neurofeedback-Trai- Das Besondere an dieser Studie ist
Bild 5: Professor Gerhard nings im Magnetresonanztomo- daher die differenzierte Betrach-
Gründer untersucht den Einfluss graphen lernen sie, die Prozesse tung von Männern und Frauen.
von Psychopharmaka auf den im Gehirn, die Stimmen hervor-
Verlauf einer Schizophrenie.
Im Fokus steht, wie erfolgreich
verschiedene Therapieverfahren
im Vergleich sind und welche
Veränderungen sie im Gehirn
hervorrufen.
Foto: Peter WinandyMethodische und können – möglicherweise ab- Bild 6: Die APIC Verbund-
neuroanatomische Kompetenz hängig vom Geschlecht des oder projektpartner können eine
Um die erhobenen Daten der der Betroffenen. Koordinator exzellente Infrastruktur im
Patientinnen und Patienten ver- Frank Schneider: „Das APIC- Bereich der modernen Bild-
gleichen zu können, müssen die Forschungsprojekt dokumentiert gebung und des Supercom-
klinischen Bewertungen des The- einmal mehr die Qualität der puting nutzen.
rapieverlaufs nach definierten Jülich Aachen Research Alliance. Foto: JARA
Standards erfolgen. Exzellente Die gebündelte Kompetenz im
neuroanatomische sowie metho- Bereich der Hirnforschung macht
dische Kompetenz in der Bild- Großprojekte dieser Art erst
gebung und des High Perfor- möglich.“
mance Computing sind ebenfalls
unabdingbar. Beides ist in APIC
gewährleistet: Ein zentrales Re- Autoren:
krutierungs- und Betreuungsteam Dr.rer.medic. Volker Backes ist
an allen beteiligten Standorten Geschäftsführer der Sektion
entscheidet, wann und wie hoch JARA-BRAIN,
die Medikamentengabe erfolgen Ilse Trautwein ist Koordinatorin
muss. Für die Auswertungen des der Klinik für Psychiatrie, Psycho-
umfangreichen Datenmaterials therapie und Psychosomatik der
der Studien sind neben dem Uniklinik RWTH Aachen.
JARA-Seniorprofessor Dr. Karl
Zilles und der früheren Aachener 19
Professorin Dr. Katrin Amunts
neurowissenschaftliche und IT-
Fachleute am Forschungszentrum
in Jülich kompetente Ansprech-
partner.
Das Forschungsprojekt APIC
soll dazu beitragen, unterschied-
liche Therapievarianten im Hin-
blick auf Therapieerfolg und Ver-
änderungen im Gehirn zu analy-
sieren. Außerdem erwarten die
JARA-BRAIN Wissenschaftlerin-
nen und Wissenschaftler neue
Erkenntnisse darüber, ob die Ge-
hirnveränderungen durch medi-
kamentöse Therapien ausgelöst
werden und ob es neurobiolo-
gische Faktoren gibt, die einen
Therapieerfolg vorhersagenKatharina Bühren, Beate Herpertz-Dahlmann
Wenn
Bild 1: Das auf Essstörungen
spezialisierte Team diskutiert
J
gemeinsam den Behandlungs-
verlauf bei den Patientinnen.
Foto: Peter Winandy
sind fehlgeschlagen. Sie weiß, ßenden mehrwöchigen Therapie
dass sie dringend intensive Hilfe in einer Tagesklinik. Abends und
braucht – kann sich aber nicht an den Wochenenden sind die
vorstellen, für eine lange Zeit im Patientinnen Zuhause. Julia be-
Julia ist 15 Jahre alt, 1,69 m groß Krankenhaus zu bleiben. schließt, diese Therapie zu ver-
und wiegt 42 Kilo. Sie isst pro Tag Der neue tagesklinische suchen. Der Erfolg ist enorm: In-
drei Scheiben Knäckebrot und Therapieansatz an der Klinik für nerhalb von fünf Monaten nimmt
zwei Äpfel. Mehr erlaubt ihr die Psychiatrie, Psychotherapie und die 15-Jährige zehn Kilogramm
Stimme der Magersucht in ihrem Psychosomatik des Kinder- und zu. In dieser Zeit stabilisiert sich
Kopf nicht. Sie ist häufig traurig, Jugendalters in der Uniklinik zudem ihre Stimmung. Und sie
streitet viel mit ihren Eltern und RWTH Aachen spricht Julia an. lernt, wieder gemeinsam mit ihrer
trifft ihre Freunde kaum noch. Er besteht aus einem kurzen sta- Familie Mahlzeiten einzunehmen,
Versuche, ihre Magersucht am- tionären Aufenthalt zu Beginn ihre Freundinnen zu treffen und
bulant in den Griff zu bekommen, der Therapie und einer anschlie- Hobbies nachzugehen.
JARA-BRAINEssen zur Qual wird
Vergleichsstudie bei jugendlicher
Magersucht mit 180 Teilnehmerinnen
Betroffene, die in den Städtischen mit einem dreiwöchigen statio- pen zeigte keine Unterschiede.
Kliniken Köln behandelt wurden, nären Aufenthalt. Hauptziel in Zudem hatten die Probandinnen,
teilnahmen. dieser Phase war, mit einem die tagesklinisch betreut wurden,
stufenweisen Nahrungsaufbau zu nach einem Jahr weniger psy-
Magersucht ist eine beginnen und somit den Organis- chische Probleme und eine alter-
psychische Störung mus zu stabilisieren. Gewichtszu- sentsprechendere psychosexuelle
Ob Modell, Sportlerin oder Schü- nahme und Normalisierung von Entwicklung als die vollstationär
lerin: Magersucht, Anorexia Blut- und Kreislaufparametern Behandelten. Auch volkswirt-
nervosa, ist eine gravierende psy- standen im Vordergrund. Außer- schaftlich war die neue Behand-
chische Erkrankung, die insbeson- dem erhielten die Patientinnen lungsalternative ein Erfolg:
dere bei jungen Mädchen auftritt. und ihre Eltern Informationen zur Die Kosten der tagesklinischen
Jedes 100. bis 200. Mädchen ist Erkrankung. Die Familie übte ge- Betreuung lagen um 20 Prozent
davon betroffen. 40 Prozent aller meinsame Essenssituationen ein. niedriger.
Neuerkrankungen finden als so Danach wurden die Stu- „Die Vergleichsstudie ist
genannte Pubertätsmagersucht dienteilnehmerinnen per Zufall ohne Vorbild. Aufgrund der
in der Jugend statt. Denn die Pu- zur Hälfte in eine tagesklinische Schwere der Magersuchtserkran-
bertät ist durch große körperliche, und in eine stationäre Behand- kung, die mit vielen körperlichen
psychische und soziale Verände- lungsgruppe aufgeteilt. In beiden Komplikationen verbunden sein
rungen gekennzeichnet. Die Gruppen wurde während der kann, wurde eine tagesklinische
Hirnreifung findet in Regionen nächsten Wochen und Monate Behandlung bisher noch nie
statt, die auch für Angst- und das gleiche Therapiekonzept um- systematisch erprobt“, berichtet
Essstörungen relevant sind. Der gesetzt. Die Patientinnen erhiel- Herpertz-Dahlmann. So beträgt
Anteil des Fettgewebes nimmt ten eine ausführliche Ernährungs- die Rückfallquote nach statio-
bei gesunden Mädchen auf fast beratung und einen individuali- nären Behandlungen zwischen
ein Viertel der Gesamtkörpermas- sierten Essensplan. Durch Koch- 30 bis 50 Prozent. Magersucht-
se zu. Dies steht jedoch im deut- gruppen und Essenstrainings Betroffene haben zudem ein
lichen Widerspruch zum aktuellen übten sie schrittweise ihr Essver- deutlich erhöhtes Risiko, an an-
Schlankheitsideal. Außerdem wird halten. Sie erarbeiteten außerdem deren psychischen Erkrankungen,
von den Jugendlichen während in regelmäßigen Einzelgesprächen vor allem an Depressionen, zu
der Adoleszenz zunehmend Ei- mit ihren Therapeuten ein indivi- erkranken und im Erwachsenen-
genständigkeit und Autonomie duelles Störungskonzept. alter nicht erwerbsfähig zu sein.
erwartet – für die häufig sozial In der Gruppentherapie Außerdem kommt es bei etwa
ängstlichen Mädchen mit nied- wurden essstörungsspezifische 20 Prozent der Patientinnen zu
rigem Selbstbewusstsein eine Themen, wie Bedeutung von Fi- einem chronischen Verlauf – mit
besondere Herausforderung. In gur und Gewicht für das Selbst- einer entsprechend hohen Morta-
dieser labilen Lebensphase kön- bewusstsein, gemeinsam mit litätsrate von bis zu 10 Prozent.
nen somit verschiedene Ereignis- anderen Betroffenen bearbeitet.
se eine Essstörung auslösen: Nicht-sprachliche Therapieange- Flächendeckende Routine-
Trennung der Eltern, Verlust einer bote wie Ergotherapie, Musik- behandlung ist Ziel
nahestehenden Person, Umzug, therapie oder angeleitete „kör- Der Erfolg der Vergleichsstudie,
Bemerkungen von anderen zu perbetonte“ Aktivitäten wie Rei- deren Ergebnisse in der renom-
Figur oder Gewicht oder eine ten oder Tanzen eröffneten den mierten Fachzeitschrift „The Lan-
strikte Diät. Patientinnen Erfahrungen, die cet“ publiziert wurden, bestätigt
„Häufig sind unsere Pati- ihr Leben, unabhängig von Figur den eingeschlagenen Weg. Die
entinnen sehr kluge und ehrgei- und Gewicht, bereicherten. beteiligten Kliniken praktizieren
zige Mädchen, die es allen recht Die angebotene Kunsttherapie dies bereits. Ziel ist es, die tages- 21
machen wollen“, berichtet Dr. gewährte einen anderen Zugang klinische Behandlung als eine
Katharina Bühren, Oberärztin der zu den eigenen Emotionen. Standardtherapie für magersüch-
auf Essstörungen spezialisierten Außerdem wurden mit Hilfe eines tige Patientinnen in Deutschland
Psychotherapie-Station der Klinik sozialen Kompetenztrainings zu etablieren.
für Psychiatrie, Psychotherapie die Selbstakzeptanz, die soziale
und Psychosomatik des Kinder- Kompetenz sowie das Selbstbe- Autorinnen:
„Jugendliche empfinden und Jugendalters an der Uniklinik wusstsein gestärkt. Univ.-Prof. Dr. Beate Herpertz-
stationäre Aufenthalte, die oft RWTH Aachen. „Wie alles im Dahlmann ist Inhaberin des
Wochen und Monate dauern, Leben ziehen sie auch das Ab- Die tagesklinische Behandlungs- Lehrstuhls für Kinder- und
als sehr belastend“, erläutert nehmen sehr konsequent durch alternative überzeugte Jugendpsychiatrie und – psycho-
Univ.-Prof. Dr. Beate Herpertz- und landen dann in einem Teu- Nach einem Jahr mit 15-wöchiger therapie und leitet die Klinik für
Dahlmann. Die Direktorin der felskreis von psychischen und tagesklinischer oder vollstatio- Psychiatrie, Psychotherapie und
Klinik für Psychiatrie, Psycho- körperlichen Auswirkungen, aus närer und anschließender ambu- Psychosomatik des Kinder- und
therapie und Psychosomatik des dem sie häufig alleine nicht wie- lanter Therapie zogen die betei- Jugendalters der Uniklinik RWTH
Kinder- und Jugendalters an der der herauskommen.“ ligten Wissenschaftlerinnen und Aachen.
Uniklinik RWTH Aachen initiierte Wissenschaftler Bilanz. „Unsere Dr. Katharina Bühren ist Ober-
eine randomisierte Vergleichsstu- Vergleichsstudie mit Hoffnung hat sich im vollsten Um- ärztin der Klinik für Psychiatrie,
die, an der rund 180 Patientinnen 180 Teilnehmerinnen fang erfüllt“, erläutert Herpertz- Psychotherapie und Psychosoma-
der Unikliniken Aachen, Freiburg, Die Therapie begann für alle 180 Dahlmann. Die Gewichtszunah- tik des Kinder- und Jugendalters
Würzburg und Berlin sowie Studienteilnehmerinnen zunächst me in beiden Behandlungsgrup- der Uniklinik RWTH Aachen.Reinhard Madlener, Paul Thomes
Prosumer-Haushalte als
Schlüsselakteure der
P
22
Produzent und Konsument zu-
gleich ist der „Prosument“, auch
„Prosumer“) genannt. Dadurch
bildet er eine aktive statt passive
Einheit in der Wertschöpfungs-
kette, welche traditionell eine
Domäne der Produzenten be-
ziehungsweise Unternehmen
darstellt. Der Prosument weicht
damit die Idee einer klaren Ar-
beits- und Rollenteilung zwischen
Produzieren und Konsumieren
auf und schafft Raum für interak-
tive Lösungsansätze. Als Phäno-
men der post-industriellen Ära
entwickelt sich der Prosument
derzeit als vielversprechender
Marktteilnehmer weiter, unter an-
derem auch in der Energiewirt-
schaft, und hat längst das Interes-
se in mehreren wissenschaftlichen
Disziplinen geweckt. Bereich des „Web 2.0“ und der in Lehre und Forschung sowie Haushalten“. Die Möglichkeiten,
Aus dem Blickwinkel der Informations- und Kommunikati- neue Ausbildungsbedarfe und selbst dezentral Strom zu erzeu-
wirtschaftswissenschaftlichen Pro- onstechnologien (IKT) allgemein Berufsbilder. gen, sind vielfältiger geworden
sumenten-Forschung lässt sich eröffnet vielen Wirtschaftsberei- und reichen immer tiefer in die
der Prosument als eine ökono- chen und -subjekten neue Pers- Der Energie-Prosument klassischen Bereiche der zentra-
misch motivierte Einheit definie- pektiven und Möglichkeiten, das In zunehmendem Maße treten lisierten Energieversorgung mit
ren, welche beispielsweise Ener- Konzept des Prosumenten umzu- private Haushalte heute nicht zumeist nach wie vor fossilen
gie konsumiert, produziert und setzen. Mit Blick auf die Energie- mehr nur als reine Konsumenten, Energieträgern hinein. Dies be-
speichert und Entscheidungen branche ergeben sich beispiels- sondern auch als Anbieter von trifft nicht nur Energielieferungen,
bezüglich der Energienutzung weise innovative alternative innovativ und oftmals regenerativ sondern in Zukunft auch zuneh-
ökonomisch optimiert. Gera- Marktlösungen und damit auch erzeugtem Strom in Erscheinung: mend Systemdienstleistungen,
de die jüngere Entwicklung im neue Themenschwerpunkte sie werden mithin zu „Prosumer- beispielsweise Reserveenergie.
JARA-ENERGYEnergietransformation
Bild 1: Zwei Demo-Häuser der
Internationalen Bauausstel-
lung 2013 (Algenhaus*, Soft
House**) am Inselpark im
Hamburger Stadtteil Wilhelms-
burg.
Zum gegenwärtigen Zeit-
punkt sind allerdings noch zahl-
reiche grundsätzliche Fragen
rund um das Potenzial und die
Restriktionen des Prosumenten
als einem neuen beziehungsweise
wiederentdeckten und zuneh-
mend wichtigen Marktteilnehmer
offen; dasselbe gilt auch für seine
Rolle und Bedeutung im zukünfti-
gen „Energiesystem der Zukunft“,
welches überwiegend aus erneu-
erbaren Energien gespeist werden 23
wird.
Die Unsicherheit bezüglich
der Motivation und des Verhal-
tens von Prosumer-Haushalten im
Energiesystem spiegelt sich auch
in den gegenwärtig zur Politikbe-
ratung eingesetzten makro- und
energieökonomischen Modellen
Aber nicht nur deshalb tralen Energiesystem der Zukunft gungssystems. Dies bietet aber wider. Sie können die neue Rolle
werden private Haushalte für die erweitert sich somit das mögliche auch Chancen zur Lösung der Haushalte weder auf der Er-
Energieversorger, Netzbetreiber Funktionsspektrum beträchtlich, anstehender Probleme, die etwa zeugungs- noch auf der Nachfra-
und Energiedienstleister immer innerhalb dessen Prosumer- durch die stochastischen Fluktua- ge- beziehungsweise Verbrauchs-
wichtiger. Da die Energieerzeu- Haushalte Energie erzeugen, tionen von Wind- und Solarener- seite adäquat abbilden. Dies liegt
gung und -nutzung der privaten nutzen oder speichern werden. gie entstehen (an bestimmten unter anderem daran, dass die für
Haushalte mit Hilfe von IKT-Lö- Gleichzeitig erhöhen sich damit Tagen übersteigt das Angebot eine solche Berücksichtigung un-
sungen zumindest teilweise „in- die Dynamik der Veränderungen, von Wind- und Solarenergie in verzichtbare empirisch validierten
telligent“ steuerbar ist, können die Komplexität des gesamten Deutschland bereits die Strom- Basis zu diesem Thema bislang
sie zukünftig auch wichtige Netz- Energiesystems und die Anforde- nachfrage, was zu zeitweise erst in Ansätzen existiert. Darüber
und Systemdienstleistungen rungen an die Resilienz (Schock- negativen Preisen an den Strom- hinaus führt die veränderte Rolle
erbringen. Im viel stärker dezen- resistenz) des Energieversor- börsen führt). der Haushalte im Energiesystemmöglicherweise nicht nur zu einer
Veränderung des Marktgefü-
ges und seiner Akteursstruktur,
sondern auch zu veränderten
Governance- und Steuerungs-
formen. Damit verbunden sind
auch soziale beziehungsweise
gesellschaftliche Fragen, denn der
Aspekt der lokalen oder individu-
ellen „Energieautarkie“ hat lang-
fristig auch Auswirkungen auf
die Energieversorgungssicherheit,
Energiepreise und Verteilungs-
wirkungen des sich entwickeln-
den neuen Energiesystems (und
der vorherrschenden Fördersys-
teme während des Transformati-
onsprozesses).
Historische Perspektive
Alwin Toffler hat den Prosumen-
ten-Ansatz in den 1980er Jahren
Bild 1: als Alternative zum Massenkon-
Foto: Peter Winandy sum propagiert. Im Mittelpunkt
des Konzepts steht die „pro-
duction for use“ und nicht wie
heute üblich die „production for
exchange“1. Es stellt sich dabei
allerdings die Frage, inwieweit ein
solcher Ansatz auch in der Ener-
giewirtschaft zielführend ist. Tat-
sächlich ist das individuelle Sein
als reiner, (das heißt passiver)
Energiekonsument ein vergleichs-
weise junges Phänomen und
beschränkt sich zudem auf die
hochentwickelten Volkswirtschaf-
ten. Global betrachtet existieren
derzeit sicherlich mehr Menschen
als Energieprosumenten denn als
-konsumenten.
Ein historischer Rückblick
zeigt, dass die Menschen auch in
Europa bis weit ins 20. Jahrhun-
dert hinein vielfach in Einklang
mit der Natur lebten und wirt-
schafteten, das heißt dezentral
für den Energiebedarf und in
Einklang mit den natürlichen
Gegebenheiten produzierten. Mit
den Hühnern aufstehen und ins
Bett gehen bedeutete Unabhän-
gigkeit von anderen Lichtquellen
als der Sonne, während der
übrige Energiebedarf mit Hilfe
regenerativen Energien in Form
von Wind und Wasser, mensch-
licher und tierischer Kraft, Holz
und ähnlichem in kleinsten Erzeu-
gungs- und Verbrauchseinheiten
und unter Einsatz lokaler Ressour-
cen realisiert wurde. Wind- und
Wassermühlen sind fast so alt wie
die sesshafte Menschheit; auch
Sonnentrockner (Wäscheleine)
oder das Waschen im Fluss mit
natürlichem Energieeinsatz, um
nur einige von vielen Varianten
1
Zum ursprünglichen Konzept vgl. A. Toffler,
The Third Wave. The Classic Study of Tomorrow,
New York 1980, 266 ff.; für einen aktuellen
Überblick siehe Blättel Mink, B. / K.-U. Hellmann
(Hgg.), Prosumer Revisited. Zur Aktualität einer
Debatte, Wiesbaden 2009; interessant auch die
Publikationen von P. Kottler aus den 1980er
Jahren.
2
Varchmin, J. / J. Radkau, Kraft, Energie und
Arbeit. Energie und Gesellschaft, Hamburg 1981.
Bild 2: Fassadenansicht
eines zwei Demo-Hauses
der Internationalen Bauaus-
stellung 2013 (Algenhaus*,
Soft House**) am Inselpark
im Hamburger Stadtteil
Wilhelmsburg.zu nennen, gehören dazu.2 Und um sorglose Erzeugungs- und dem Prosumenten-Thema (www.
um ein Beispiel aus der zweiten Verbrauchsmuster zu verfesti- eme.rwth-aachen.de). Beide
Hälfte des 20. Jahrhunderts zu gen. Spätestens seit den 1970er Professoren bilden in gemein-
nennen, der Mensch der sams- Jahren jedoch dämmerte der samen Seminaren auch gezielt
tags den Badeofen mit Holz heizt, Menschheit im Kontext von Studierende auf diesem Themen-
welches er zuvor selbst gefällt Ölkrisen, Erderwärmung, Ozon- gebiet aus. Prof. Madlener ist
und gehackt hat, ist ebenfalls loch und Unglücksfällen in Atom- zudem Verbundkoordinator eines
Prosument. kraftwerken, dass dem Wachs- vom BMBF in der Förderlinie
Andererseits beginnt die tum Grenzen gesetzt sein könn- Sozial-ökologische Forschung/
Entwicklung zum Energiekonsu- ten. Seither läuft ein wenn auch FONA geförderten mehrjährigen
mismus in Europa an der Wende zäher Umdenkungsprozess. Es Forschungsprojektes „Prosumer-
vom 18. zum 19. Jahrhundert gilt die in rund zwei Jahrhunder- Haushalte“ (4/2013 – 3/2016).
im Zuge der Industrialisierung ten verfestigten kulturellen und Unter Beteiligung von Jülicher
der Wirtschaft (Anm.: in der vor- institutionellen Pfadabhängigkei- und Aachener Kollegen ist derzeit
industriellen Zeit war der Prosu- ten aufzuweichen beziehungs- auch ein neuartiges „Virtuelles
ment das vorherrschende Wirt- weise zu durchbrechen, und zwar Institut Energietransformation
schaftssubjekt). Seinerzeit be- in Bezug auf die Erzeugung und NRW“ im Aufbau, in dem auch
gann die Gasbeleuchtung und den Verbrauch von Energie. Ein das Prosumer-Thema die ihm
-beheizung zumindest in den im wahrsten Wortsinne nachhal- gebührende Beachtung finden
Städten das Leben und Arbeiten tiges Konzept muss in der Tat an wird.
von den natürlichen Gegebenhei- beiden Facetten anpacken, wo-
ten zu lösen. Licht und Wärme bei wir von der Annahme ausge-
auf Knopfdruck, wenn man so hen, dass sich Eigenerzeugung Autoren:
möchte. Parallel dazu erfolgte der und Verbrauchssensibilität direkt Univ.-Prof. Dr.rer.soc.oec.
Übergang von erneuerbaren auf wechselwirksam beeinflussen. Reinhard Madlener ist Inhaber
fossile Energiequellen auf Koh- So gesehen könnte der Prosu- des Lehrstuhls für Wirtschafts-
lebasis in Form isolierter lokaler mentenansatz als „production wissenschaften insbesondere
Versorgungsnetze. Die Entde- for use“ auf der Basis hochent- Energieökonomik, Leiter des
ckung und Nutzung der Elektrizi- wickelter effizienter, nachhalti- Institute for Future Energy
tät öffnete eine neue Dimension ger Technik durchaus einer von Consumer Needs and Behavior
von Komfort und vor allem völlig mehreren Schlüsseln zur Lösung (FCN) und Vize-Direktor der
neue Anwendungen. Gleichzeitig sein, auf dem Weg zurück in eine Sektion JARA-Energy.
vernetzten sich lokale Insellö- umweltschonende Zukunft. Univ.Prof. Dr.phil. Paul Thomes
sungen und der einstige Prosu- leitet das Lehr- und Forschungs-
ment mutierte zum von der Er- Prosumer-Forschung im Rahmen gebiet Wirtschafts-, Sozial-,
zeugung entfremdeten Konsu- von JARA-Energy und Technologiegeschichte.
menten. Der Strom kam schlicht Aktuell befasst sich eine Forscher-
aus der Steckdose, ständig preis- gruppe „Energy, Mobility, and
werter dazu, während die Ener- Environment (EME)“ der Fakultät
giebasis Kohle, und seit dem 20. für Wirtschaftswissenschaften der
Jahrhundert Erdöl, unerschöpflich RWTH Aachen, an der die Pro-
schienen. Die Verheißungen der fessoren Madlener und Thomes
Atomtechnik taten ein Übriges, maßgeblich beteiligt sind, mit 25
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fortschrittliche Energiespeicherung
Bild 1: Derzeitiger Stand der
Entwicklung unterschiedlicher
Batterien für den mobilen
Bereich (Reichweite bei
normierter Masse der Batterie)
im Vergleich zur Projektion
zukünftiger Batterietechno-
logien.
Quelle: P. Bruce et al.,
Nature Mater. 11, 19 (2012)
M
verschiedener Speicheranwen-
dungen sind auch die verwende-
ten Speichertechnologien. Eine
vielversprechende Technologie
stellen hier (elektro-)chemische
Speicher dar.
Mobile Energiespeicher –
Elektromobilität
26 Für die Elektromobilität eignen
sich elektrochemische Speicher –
Batterien – aufgrund ihrer ver-
Mit zunehmendem Anteil rege- gleichsweise hohen Energie- und
nerativ erzeugter Energie steigt Leistungsdichte besonders gut.
die Notwendigkeit der Energie- Dabei zeichnete sich in Bezug auf
speicherung signifikant an. Dies ihre Anschaffungskosten die
ist auf die fluktuierende Natur Entwicklung von Lithium-Ionen-
der Verfügbarkeit von Wind und batterien in den letzten Jahren
Sonneneinstrahlung zurückzufüh- durch eine hohe Dynamik aus.
ren. Geothermie, Biomasse und Die derzeitige Technik basiert
Wasserkraft sind dagegen zwar allerdings immer noch auf der
grundsätzlich immer verfügbar, Verwendung organischer Flüssig-
lassen sich in Deutschland jedoch elektrolyte, die sowohl in Bezug
nicht beliebig skalieren. auf Lebensdauer als auch Sicher-
Grundsätzlich existieren heit die weitere Entwicklung der
hier verschiedene Szenarien für Lithium-Ionentechnologie be-
mobile und stationäre Anwen- grenzen. Eine derzeit stark beach-
dungen sowie für kurz- und lang- tete Weiterentwicklung von
fristigen Bedarf. Genauso unter- Lithium-Ionenbatterien bezieht
schiedlich wie die Anforderungen sich auf die Verwendung von
JARA-ENERGYd um die Uhr
Bild 2: Prognostizierte Kosten unterschiedlicher elektrochemischer Speichertechnologien
für Anwendungen im stationären Bereich mit unterschiedlichen Zeitskalen.
Festkörperelektrolyten, die neben Betriebsfensters. Allerdings wer- werden hierzu Technologien, die
verbesserter Sicherheit und Le- den durch stark angestiegene je nach Anwendung von leis-
bensdauer zusätzlich eine erhöhte Produktionsstückzahlen für die tungsstarken Speichern für den
volumetrische Energiedichte ve- nächsten Jahre signifikante Preis- Kurzzeitbetrieb zur Netzstabili-
rsprechen, was für den mobilen senkungen prognostiziert, die sierung, bis hin zur großskaligen
Anwendungsbereich ein zentrales einen wirtschaftlichen Betrieb saisonalen Speicherung reichen.
Argument darstellt. von Lithium-Ionenbatterien in Der Bereich deckt damit sowohl
Aussicht stellen. Eine alternative Speicher, die Produktionsspitzen
Post Lithium-Ionenbatterien Strategie besteht darin, sowohl von Windenergieanlagen oder
Kommerzielle Lithium-Ionen- die Kosten der Ausgangsmateri- Photovoltaikfeldern abpuffern 27
batterien besitzen derzeit nur alien als auch die der Produktion können, als auch Anlagen, um
eine Energiedichte von etwa 0.2 durch Verwendung häufig in der Überschussstrom aus Photovol-
Wattstunde pro Kilogramm. Ein Erdkruste vorkommender Ele- taikanlagen für Einfamilienhäuser
Elektroantrieb, dessen Effizienz mente, welche nicht unter zu speichern, ab.
potenziell viermal so hoch ist, wie Trockenraumbedingungen pro- Aufgrund dieser diversen
der eines Verbrennungsmotors, zessiert werden müssen, zu sen- Anforderungen wird sich kein
hätte trotz des geringeren Ge- ken. In diesem Zusammenhang universelles Konzept durchset-
wichts eine deutlich eingeschränk- stehen derzeit sowohl Natrium- zen, sondern eher eine für jede
tere Reichweite. Eine signifikante und Magnesium-Ionenbatterien Anforderung speziell optimierte
Erhöhung der Speicherdichte wird als auch Metall-Luftbatterien Technologie, siehe Bild 2. In die-
nur durch grundsätzlich neue auf Basis von Aluminium, Zink, sem Zusammenhang unterschei-
Batterietechnologien möglich, Silizium oder Eisen im Fokus der den sich Kurzzeitspeicher für ge-
wie etwa der Lithium-Schwefel- Forschung. ringe Energiemengen, was hohe
batterie oder der Lithium-Luft- Zyklenzahlen bedingt, von sai-
batterie, siehe Bild 1. Stationäre Energiespeicherung sonalen Langzeitspeichern auf
Neben der elektrochemischen der Ebene des Elektrizitätssystems
Post-Lithiumbatterien Energiespeicherung zur Elektro- mit großen Energiemengen für
Die Kosten für Lithium-Ionen- mobilität spielt die stationäre geringe Zyklenzahlen. Die Kosten
batterien liegen derzeit noch Energiespeicherung eine mindes- für einen Speicher ergeben sich
oberhalb eines wirtschaftlichen tens ebenso große Rolle. Benötigt dabei hauptsächlich aus den Kos-Bild 3: Typische Zeit- und Größenskalen unterschiedlicher Speichertechnologien für elektrische Energie (LIB - Lithium-ionen batteries,
LAB - Lead-Acid batteries, PHS - pumped hydro storage, P2F - Power-to-Fuels, CAS - compressed air storage, SMES superconducting
magnetic energy storage).
ten des Speicherprozesses und trium-Schwefel oder als Redox- Langfristige stationäre Power-to-Gas
weniger aus der Speicherung Flow Batterien erhältlich. Bei der Energiespeicherung Wasserstoff als Speichermolekül
selbst. Dementsprechend müssen Natrium-Schwefel-Batterie lie- Die größte Herausforderung zur lässt sich durch Wasser-Elektro-
Speicher, bei denen die Frequenz gen sowohl Natrium als auch Energiespeicherung besteht im lyse vergleichsweise einfach her-
von Ladung und Entladung nie- Schwefel als Schmelze vor. Die Bereich saisonaler Speicher, für stellen. Durch das Anlegen einer
drig ist, geringe spezifische Inves- Betriebstemperatur liegt bei 300 Energiemengen in einer Größen- elektrischen Spannung wird
titionskosten besitzen, da die bis 350° Celsius, sodass solche ordnung, mit der längere Wind- Wasser in Wasserstoff und Sauer-
Investitionskosten auf die Zyklen- Batterien nur für relativ hohe flauten und geringe Sonnenein- stoff gespalten. Der Energieinhalt
zahl umgelegt werden. Bei Spei- Zyklenfrequenzen geeignet sind. strahlung überbrückt werden von Wasserstoff liegt bei 120
chern, die häufig be- und ent- Ansonsten würde der Energiever- können. Bei einem Jahresbedarf Megajoule pro Kilogramm. Ob-
laden werden, stellen sich die Ver- brauch zur Aufrechterhaltung der von etwa 600 Terawattstunden wohl Wasserstoff als sehr flüch-
hältnisse dementsprechend um- Betriebstemperatur die Effizienz sind Speicher mit Kapazitäten tiges Gas mit hoher Mobilität
gekehrt dar. erheblich senken. Redox-Flow- in der Größenordnung von 100 bekannt ist, lässt es sich in Salz-
Batterien haben den Vorteil, dass Gigawattstunden erforderlich. kavernen gut speichern. Drei
Kurzfristige stationäre Leistung und Energiedichte unab- Da für stationäre Langzeitanwen- große Speicher mit Volumina von
28 Energiespeicherung hängig voneinander skaliert wer- dungen die Speicherkosten von jeweils mehreren Hunderttausend
Zur kurzfristigen Speicherung den können. In der am weitesten Natrium-Schwefel oder Redox- Kubikmetern sind weltweit an
von Produktionsspitzen oder zur verbreiteten Vanadium-Redox- Flow-Batterien oberhalb von 30 Raffinerie- und Chemiestandor-
Regulierung der Netzfrequenz Flow-Batterie wird die Reduktion Cent pro Kilowattstunde liegen, ten in Betrieb so in Teeside (UK),
sind Lithiumbatterien aufgrund von fünfwertigem Vanadium zu sind diese für einen wirtschaft- Clemens Dome (USA) und in
ihrer hohen Leistungsdichte bes- vierwertigem Vanadium in einer lichen Betrieb derzeit noch zu Moss Bluff Dome (USA). Der
tens geeignet. Da für stationäre Halbzelle mit der Oxidation von hoch. In Bezug auf Speicherkos- Wasserstoff wird hier bei Drücken
Anwendungen die gravimetrische zweiwertigem Vanadium zu ten wäre die altbekannte Blei- zwischen etwa 50 und 135 bar
Energiedichte kein wesentliches dreiwertigem Vanadium in der batterie sogar eine günstigere gespeichert; Leckraten liegen
Kriterium darstellt, geringe Spei- anderen Halbzelle kombiniert. Alternative. unter 0,01 Prozent pro Jahr.
cherkosten jedoch im Fokus Das weiche Schwermetall Vana- Das wesentliche Problem bei der
stehen, stellen auch hier Post- dium befindet sich dabei in Vor- Chemische Energiespeicher Speicherung elektrischer Energie
Lithiumkonzepte eine vielverspre- ratstanks in wässeriger Lösung, Eine derzeit viel diskutierte in Form chemischer Verbindun-
chende Entwicklung dar. wobei die Größe der Tanks über Alternative zu elektrochemischen gen liegt in der niedrigen Effizienz
Alternativ zu den Lithium- die Speicherkapazität entscheidet. Speichern stellt die Speicherung der entsprechenden Prozesse zur
Ionenbatterien sind kommerzielle Die Reaktion findet an einer Elek- von Energie in Form chemischer elektrochemischen Energiewand-
Batteriespeicher mit Kapazitäten trode statt, deren Fläche über die Moleküle dar. lung. Die Effizienz kommerzieller
im Bereich von 10-100 Mega- Leistung der Redox-Flow-Batterie Anlagen liegt typischerweise auf
wattstunden in Form von Na- entscheidet. der Ebene der Gesamtanlage beiSie können auch lesen
