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KIT-Kompakt - monatliche Pressenachrichten (Ausgabe 09/2016) |
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Sehr geehrte Journalistin, sehr geehrter Journalist,
heute erhalten Sie die aktuelle Ausgabe der monatlichen Pressenachrichten aus dem Karlsruher Institut für Technologie. Wir wollen Sie in kompakter Form über spannende Forschungsthemen informieren und würden uns freuen, wenn passende Nachrichten für Ihre redaktionelle Berichterstattung dabei sind. Gerne vermitteln wir Ihnen bei Bedarf weitere Informationen und Ansprechpartner. Um Beleg Ihrer Berichterstattung wird gebeten.
Freundliche Grüße
Ihre KIT-Pressestelle
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Photonik: Resonatoren auf dem Gummiband
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Licht ist ein wichtiges Werkzeug, etwa in Sensorchips, als Beleuchtung oder zur Datenübertragung. Es gezielt in mikroskopischen Bauelementen zu erzeugen und zu kontrollieren, bedarf innovativer Materialien und Strukturen. Im Journal Light: Science&Applications stellen Forscher des KIT nun mikrometergroße optische Resonatoren für Laserlicht vor, die dank des Einsatzes von elastischen Polymeren gezielt ge- und entkoppelt werden können.
„Polymere spielen neben Gläsern und Halbleitern zunehmend eine wichtige Rolle als photonisches Material“, erklärt Tobias Siegle vom Institut für Angewandte Physik des KIT. „Polymere lassen sich einfach prozessieren, erlauben komplexe dreidimensionale photonische Strukturen und sind mechanisch flexibel.“ Siegle nutzt diese Vorteile, um Licht zu manipulieren. Das Laserlicht wird in kelchförmigen optischen Resonatoren von rund zehn Mikrometern erzeugt, geführt und in dessen Rand für mehrere hunderttausend Umläufe gespeichert. Die Flexibilität des Polymers erlaubt es, den Umfang des Kelches gezielt zu verändern, um damit die Wellenlänge des Laserlichtes durchzustimmen. Stellt man weitere Resonatoren in die Nachbarschaft, kann das Licht von einem Kelch zum andern überspringen, wenn der Abstand passend im Nanometerbereich gewählt wird. Dazu dient das elastische Polymersubstrat der Kelche. Durch Verformung des Untergrunds kommen die optischen Resonatoren in die perfekte Position zur Interaktion. „Auf diese Art erreichen wir die Feineinstellung mit einer ähnlichen Präzision wie etwa mit Piezo-Systemen, aber haben den großen Vorteil, alle Resonatoren auf einem Chip platzieren zu können.“ Eine mögliche Anwendung solcher flexibel gekoppelter photonischer Bauelemente aus Polymeren ergibt sich etwa als Sensoren in mikroskopischen, biomedizinischen Laboren (Lab-on-a-Chip) oder auch in der Informations- und Kommunikationstechnologie zum Verlangsamen und kurzfristigem Speichern von Licht sowie zum präzisen Ausfiltern bestimmter Lichtwellenlängen.
Weitere Informationen:
aph.kit.edu/kalt/288.php
Veröffentlichung Light: Science & Applications (2016)
Veröffentlichung Light: Science & Applications (2015)
Bildunterschrift: Kelchförmige, optische Resonatoren von wenigen Mikrometern Höhe könnten die Basis von photonischen Bauteilen sein. (Bild: Siegle/KIT)
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Klimawandel: Ernten von Reis, Mais und Weizen könnten leiden
Um die wachsende Weltbevölkerung mit Lebensmitteln zu versorgen, bedarf es einer Steigerung der Lebensmittelproduktion. Allerdings könnten viele landwirtschaftliche Flächen, die heute zum Anbau der wichtigen Lebensmittel Reis, Mais und Weizen dienen, bis zum Jahr 2050 durch den Klimawandel beeinträchtigt werden. Wenn es nicht möglich ist, dies durch die Weiterentwicklung der landwirtschaftlichen Produktionstechnik zu kompensieren, würde es nötig werden, Ackerflächen in bislang ungenutzte Regionen auszuweiten, wie ein Team des KIT und der University of Birmingham nun in der Zeitschrift Nature Communications berichtet.
Für die aktuelle Studie wurden die gängigen Klimamodelle mit Daten zur Produktivität von Anbauflächen verknüpft. Es zeigt sich, dass beim Mais über 40 Prozent, bei Weizen und Reis über 30 Prozent der Flächen vom Klimawandel betroffen sein werden. Besonders betroffen werden beispielsweise (sub-)tropische Gebiete in Südamerika oder dem südlichen Afrika sein, aber auch der Osten der USA. Umgekehrt könnten sich die Bedingungen in manchen Regionen der gemäßigten Breiten verbessern und für einen Ausgleich sorgen. Allerdings ist das Klima neben Bodenqualität und Wasserverfügbarkeit nur ein Faktor für die Steigerung von Ernteerträgen. In jedem Fall ist mit politischen, sozialen und kulturellen Auswirkungen zu rechnen, wenn sich die Landnutzung und die Lebensmittelhandelsbilanzen zwischen Staaten verschieben. Auch gilt es zu beachten, dass veränderte Landnutzung große Konsequenzen auf Ökosystemdienstleistungen wie Wasserqualität, Hochwasserschutz, Bodenbildung, Luftreinigung und Biodiversität haben können.
Weitere Informationen:
nature.com/ncomms/2016/160920/ncomms12608/full/ncomms12608.html
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Wasserstoff: Nachhaltiger Treibstoff aus Windkraft?
Die Jahresstromproduktion von 320 modernen Windrädern (knapp 1600 Gigawattstunden) konnte 2014 nicht ins Stromnetz eingespeist werden, da dessen Kapazität nicht ausreichte, um das wetterbedingte Angebot erneuerbarer Energien aufzunehmen. Mittels Elektrolyse könnte dieser Überschuss in Wasserstoff etwa für Autos und Busse umgewandelt werden. Wissenschaftler des KIT haben die Umweltverträglichkeit der Technologie untersucht und die Ergebnisse nun in der Fachzeitschrift Applied Energy veröffentlicht.
„Verglichen mit konventionellen Kraftstoffen ermöglicht der gewonnene Wasserstoff eine deutliche Klimagasreduktion um bis zu 90 Prozent pro gefahrenem Kilometer“, erklärt Jörg Burkhardt vom Institut für Technikfolgenabschätzung und Systemanalyse des KIT. Studienobjekt war eine in Berlin betriebene Wasserstofftankstelle, die den Wasserstoff vor Ort durch einen Elektrolyseur erzeugt, der seinen Strom aus dem Überschuss eines Windparks bezieht.
Der hohe energetische Aufwand beim Bau der Anlage und die vergleichsweise geringe Anlagenauslastung bei ausschließlichem Betrieb mit überschüssigem Strom führte jedoch zu einer für Wasserstoffsysteme schlechten Quote von 1,9 Kilogramm Kohlendioxid für die Produktion und Konditionierung von einem Kilogramm Wasserstoff. „Um die spezifischen Emissionen künftig zu reduzieren ist eine höhere Anlagenauslastung, eine Reduktion des Betriebsstoffverbrauchs, die bedarfsgerechte Anpassung der gespeicherten Wasserstoffmenge und die zeitliche Entkopplung von Elektrolyse- und Kompressor-Betrieb der Tankstelle erforderlich“, so Burkhardt, der die Studie in Zusammenarbeit mit dem Anlagenbetreiber, der Total Deutschland GmbH, durchführte.
Weitere Informationen:
itas.kit.edu/2016_044.php
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Faserverstärkte Kunststoffe: Auf dem Weg in Form gebracht
Leichte Bauteile aus faserverstärkten Kunststoffen (FVK) können im Auto, am Haus oder in Maschinen wichtige Funktionen übernehmen. Allerdings ist ihre Herstellung meist aufwendiger als bei vergleichbaren Metallteilen. Ein Forschungsverbund mit Beteiligung des KIT hat nun effizient die bisher getrennt ausgeführten Teilprozesse der Bauteil-Formung und der Handhabung kombiniert.
„Das Preforming für die Herstellung faserverstärkter Kunststoffe erfolgt nun automatisiert während des Transports und ist somit effizienter als konventionelle Preformingverfahren“, unterstreicht Sven Coutandin vom wbk Institut für Produktionstechnik des KIT. Die Forscher haben in Zusammenarbeit mit den Industrieunternehmen Schunk sowie J. Schmalz den Prototypen eines Drapier- und Greifsystems entwickelt, durch den zweidimensionale Textilien bereits auf dem Weg zur Infiltration mit Kunststoff dreidimensional umgeformt werden. Das System ist aus mehreren Sauggreifern aufgebaut, die unterschiedliche Längen und Lagen aufweisen können. Dadurch wird das flache Textil bereits beim Ansaugen sensorüberwacht in die gewünschte Form gebracht. Durch die dezentral gesteuerte, bedarfsgerechte Saugleistung konnte auch der Energieverbrauch im Vergleich zu bisherigen Anlagen um ein Drittel gesenkt werden.
Weitere Informationen:
maschinenmarkt.vogel.de/wertschoepfung-auf-dem-transportweg-a-549159
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Offshore-Windparks: Messflüge zu lokalem Klima gestartet
Mehr als 500 Offshore-Windenergieanlagen gingen allein 2015 in Deutschland ans Netz. Um zu klären, wie Windparks sich untereinander beeinflussen und sich möglicherweise auf das lokale Klima auswirken, fliegt das Forschungsflugzeug D-IBUF der TU Braunschweig Messflüge auf der Nordsee. Insgesamt sind vier Messkampagnen im Rahmen des vom KIT koordinierten Forschungsprojekts „WIPAFF – Windpark-Fernfeld“ zu verschiedenen Jahreszeiten und Wetterlagen geplant.
Durchgeführt werden die Flüge mit dem Flugzeugtyp Dornier Do 128-6 in geringer Höhe, bei klarer Sicht und genügend Wind, um die Windanlagen im Normalbetrieb zu beobachten. Für die jeweils einwöchige Messkampagne ab Wilhelmshaven sind etwa vierzig Flugstunden vorgesehen. Ziel ist Daten zu sammeln, um die Modellierung des Windfeldes für den Bereich zwischen 10 und 100 Kilometern hinter großen Windparks zu verbessern. Die Ergebnisse des Forschungsprojekts sollen dazu beitragen, den weiteren Ausbau der Windkraftnutzung in der Nordsee möglichst effizient und umweltverträglich zu gestalten. Es wird in den kommenden drei Jahren mit einer Gesamtsumme von 1,75 Millionen Euro durch das Bundesministerium für Wirtschaft und Energie gefördert.
Pressemeldung der TU Braunschweig zu den Flugmessungen:
magazin.tu-braunschweig.de/pi-post/wipaff
Pressemeldung des KIT zu WIPAFF:
kit.edu/kit/pi_2016_028_offshore-windparks-wechselwirkungen-und-lokales-klima.php
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Agrophotovoltaik: Ausweg aus dem Teller-Steckdosen-Dilemma
Die Energiewende führt zu einem Wandel des Landschaftsbilds und zunehmender Konkurrenz um knappe Flächen. „Wenn in absehbarer Zeit die Photovoltaikanlagen auf Äckern, Wiesen und Weiden auch ohne staatliche Hilfe wirtschaftlich werden, kann dies zu einem Teller-Steckdosen-Dilemma führen“, sagt Christine Rösch vom KIT, Expertin für Technikfolgenabschätzung. Agrophotovoltaik (APV), also die gleichzeitige Erzeugung von Solarstrom und Nahrungsmitteln auf ein und derselben Fläche, könnte ein möglicher Ausweg sein. Die größte APV-Forschungsanlage in Deutschland wurde nun in Heggelbach am Bodensee eingeweiht und soll in enger Zusammenarbeit mit Bürgerinnen und Bürgern vor Ort die Chancen der neuen Technologie austesten.
Die Anlage besteht aus in mehreren Meter Höhe über dem Acker aufgeständerten, teiltransparenten Solarmodulen, die so die landwirtschaftliche Nutzung am Boden nicht behindern. „Unsere Aufgabe im Projekt ist es, die Erwartungen und Befürchtungen der Bevölkerung sowie ihr Praxiswissen zu analysieren und für die weitere Entwicklung und Verbreitung der Technologie zu nutzen“, erklärt Rösch, die mit ihrem Team am Institut für Technikfolgenabschätzung und Systemanalyse des KIT Partner im Projekt in Heggelbach ist. Sozialwissenschaftliche Untersuchungen im Vorfeld ergeben ein vielschichtiges Bild: Zwar werde das Konzept der Doppelnutzung durchweg positiv gesehen. Die Meinungen zur Wirkung von APV-Anlagen im Landschaftsbild gehen jedoch weit auseinander.
Weitere Informationen:
itas.kit.edu/projekte_roes15_apvres.php
Presseinformation des Fraunhofer ISE
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Prävention im Bauwesen: „Statt teuren Instandsetzungen sollte Vorbeugung der Schlüssel sein, um unsere Infrastruktur fit zu halten und den Investitionsstau abzubauen“, findet Andreas Gerdes vom Institut für Funktionelle Grenzflächen am KIT. Das gilt vor allem für die Bereiche Verkehr, Energie, Wasser oder kommunale Infrastruktur. Prävention im Bauwesen ist trotz der Relevanz ein noch schwach entwickeltes Forschungsfeld, hat aber ein hohes Marktpotenzial für Unternehmen mit innovativen Technologien und Dienstleistungen. Weitere Informationen: pkm.kit.edu/kit_experten_gerdes.php
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Gestensteuerung: „Wir machen Augmented Reality endlich nutzbar“, sind sich die Gründer des KIT-Spinoffs Kinemic sicher. Mittels Sensorarmband können beliebige Computer und Mobilgeräte gesteuert werden. Die intelligente Software analysiert Hand- und Armbewegung und erkennt Muster, aus denen Steuerbefehle oder Schrift abgeleitet werden. Einsatzgebiet ist überall da, wo es wichtig ist, freihändig zu arbeiten und dennoch mit einem Computersystem zu interagieren, etwa in der Produktion, Logistik, Wartung oder Qualitätssicherung. In Kombination mit tragbaren Computersystemen, sogenannten Wearables wie Smartwatch oder Smartglass, können weitere Anwendungen erschlossen werden. Weitere Informationen: www.kit-gruendernews.de/gesten-erobern-industrieprozesse
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Vortrag "Das Bundesverfassungsgericht im Rechtsprechungsdreieck Karlsruhe-Straßburg-Luxemburg - Konflikt und Kooperation“
Doris König, Richterin des Bundesverfassungsgerichts
29. September 2016, Landgericht Karlsruhe, Hans-Thoma-Straße 7
junge-juristen.de/safe-the-date
Konferenz „Regionaler Klimawandel REKLIM“
5. Oktober 2016, Karlsruhe
Themen: Extremereignisse, Klimawandel, Modellierung
reklim.de/aktuelles-und-aktivitaeten/reklim-veranstaltungen/konferenz-2016-karlsruhe.html
Tagung „Karlsruher Tage Holzbau“
6. bis 7. Oktober 2016, Karlsruhe
Themen: Brettsperrholz, Statik, Verbindungstechnik
holz.vaka.kit.edu/359.php
Kunstprojekt „Cosmic Revelation“
Bis zum 9. Oktober, Stuttgart
Themen: Astroteilchenphysik, kosmische Strahlung
imachination.net/cosmicrevelation
Tagung „Resiliente Produktion durch Industrie 4.0“
13. Oktober 2016, KIT-Campus Süd
Themen: Störfestigkeit, Produktionssysteme, Anwendungsbeispiele
herbsttagung.de
Konferenz „Engineering and Life“
19. bis 21. Oktober 2016, Hannover
Themen: Biomaterialien, Bioelektronik, Medizintechnik
engineeringand.life
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Das Karlsruher Institut für Technologie (KIT) verbindet seine drei Kernaufgaben Forschung, Lehre und Innovation zu einer Mission. Mit rund 9 300 Mitarbeiterinnen und Mitarbeitern sowie 25 000 Studierenden ist das KIT eine der großen natur- und ingenieurwissenschaftlichen Forschungs- und Lehreinrichtungen Europas.
KIT – Die Forschungsuniversität in der Helmholtz-Gemeinschaft
Kontakt:
Monika Landgraf
Pressesprecherin
Kosta Schinarakis
Themenscout
Kaiserstraße 12
76131 Karlsruhe
Tel.: +49 721 608-41956
Fax: +49 721 608-43658
E-Mail: schinarakis@kit.edu
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