FRAU NHOFER SOLUTI ON DAYS 2021 #WeknowSolutions Präsentation. Inspiration. Vision: Die erfolgreichen Fraunhofer Solution Days gehen in die nächste Runde. Freuen Sie sich auf die neuesten Technologie-Highlights und aktuelle Spotlights mit unseren Expertinnen und Experten – Thementage ab Mai online. Weil Wissen Perspektiven schafft. Weitere Infos unter: www.fraunhofer.de/solutiondays

1 | 21 Inhalt 10 Titel Im Klima-Stress Starkregen, Sturm, Hitze: Wie wir unsere Städte resilienter machen. 35 »Campus der Sinne« Wie Technik schmeckt, riecht und hört Neues von der Digitalisierung der Sinne – und wie sie die Praxis erreicht. 03 Editorial 35 Whisky, nüchtern betrachtet 06 Kurz gemeldet, Impressum Das Destillat ist Weltgetränk und Kult: Wie lassen sich Aroma und Geschmack entschlüsseln? 10 Im Klima-Stress 42 Brandgefährlich Die Wetter-Extreme nehmen zu. Doch es gibt Gegenmaßnahmen Die meisten Feuer brechen in der Küche aus. Jetzt lernt die Alarmtechnik das Riechen 22 »Schmidt. Schröder. Scholz.« 44 Wie wäre eine Welt ohne Geruch? Im Interview: Olaf Scholz, Kanzlerkandidat der SPD Corona hat uns gezeigt, wie gefährdet unsere Sinne sind. Eine Aromaforscherin und ein Sternekoch sprechen übers Genießen 26 Corona und die Frage: Was hätten wir besser machen können? So analysieren fünf Fraunhofer- Institute die Entscheidungen der Politik 48 3 × 3 Fragen Was wird uns die Digitalisierung der Sinne wirklich bringen? 28 Big Data – Big Privacy Die Medizin profitiert – aber wie schützen wir die Daten? 50 Ohren auf! Besser fernsehen, schöner shoppen, sicherer fliegen 22 »Schmidt. Schröder. Scholz.« Olaf Scholz hat sich als Erster zur Kanzlerkan- didatur bekannt – und verortet sich in einer Reihe mit erfolgreichen SPD-Politikern. Das Interview. 4

1 | 21 Kurz gemeldet Die Stadionbesucher sehen die reale Bandenwerbung, die TV-Zuschauer das, was der Sender will. Zielgruppengerecht werben Fußball-EM und die französischen TV-Zuschauer sehen im Endspiel eine andere Bandenwerbung als die deut- schen? Eine innovative Technologie des Fraunhofer-In- stituts für Intelligente Analyse- und Informationssysteme IAIS macht es möglich. Und so funktioniert sie: Die Anzeige der Werbung auf den LED-Banden wird um zwei Millisekunden verkürzt und stattdessen eine magentafarbene Fläche eingeblendet – zu kurz, um vom menschlichen Auge wahrgenommen zu werden. Aufnahmezeitpunkt und -dauer der TV-Kame- ra sind so eingestellt, dass sie nur den Magenta-Blitz auf- zeichnet. Jetzt kommt das etablierte, sogenannte Blue-Screen- Verfahren zum Einsatz: Im Bild, das die Kamera aus dem Stadion ins TV-Studio liefert, wird ein neuer Inhalt auf die Magenta-Farbfläche gesetzt. Auf diese Weise entsteht ein Werbestream, der sich nahtlos in das TV-Bild einfügt. »Die Technik ist inzwischen so ausgereift, dass auch wenn ein Sportler vor der Bande steht, keinerlei Säume, Farbverfälschungen oder Unschärfen entstehen«, sagt Ulrich Nütten, Leiter der Abteilung Media Engineering am Fraunhofer IAIS. Werden Felder zu stark gedüngt, belastet das nicht nur Böden und Gewässer, sondern schadet auch dem Klima. Düngemittel reduzieren Stickstoff-Dünger ist eine der Hauptquellen für Lachgas – ein Treibhausgas, 300-mal stärker als Kohlendioxid. Fraunhofer-Forschende haben ein präzises Messsystem entwickelt, mit dem sich auch sehr geringe Lachgas-Konzentrationen auf unterschiedlichen Böden exakt detektieren las- sen. Das Ziel: Düngemittel in Zukunft gezielter und sparsamer ausbringen zu können. Das innovative System für Feldmessungen von freigesetztem Lachgas des Fraunhofer-Instituts für Physikalische Messtechnik IPM basiert auf einer abstimmbaren Laser-Absorptionsspektro- skopie mit einem Quanten kaskadenlaser (QCL). Durch eine Langwegzelle mit 7,2 Metern optischem Weg wird eine hohe Empfindlichkeit erreicht. Die Auswertungssoftware ist speziell auf den gefor- derten Konzentrationsbereich und potenzielle Quer empfindlichkeiten ausgelegt. 6 Zurzeit wird das System zu einem mobilen Messgerät weiterentwickelt, um es künftig mit an- deren Sensoren auf einem Feldroboter einzusetzen. So kann eine wesentlich höhere Anzahl an Feld- messungen über eine Wachstumsperiode erfolgen. Die Daten lassen Rückschlüsse auf Dünger, Boden, Feuchtigkeit und weitere Parameter zu und er- möglichen eine effizientere Bodennutzung.

1 | 21 Ein Jahr Corona: »Impfen ist gut, Kontaktverzicht bleibt 2021 wichtiger« Über ein Jahr leben wir jetzt mit der Pandemie: ein Interview mit Prof. Anita Schöbel, Leiterin des Fraunhofer-Instituts für Techno- und Wirtschafts- mathematik ITWM in Kaiserslautern, zu Prognosen und Daten. Interview: Mandy Bartel Prognosen sind bekanntlich schwer, vor allem wenn sie die Zukunft betreffen. Welche Erfahrungen haben Sie gemacht? Mit unserem Vorhersage-Tool EpideMSE haben wir schon im April und Oktober 2020 erstaunlich gute Prognosen zum Verlauf der Epidemie und zur Wirksamkeit verschiedener Maßnahmen treffen können. Wir haben dadurch auch schon sehr früh eine zweite Welle prognostiziert. Als im Oktober der Teillockdown beschlossen wurde, war ich sehr enttäuscht, denn unsere Berechnungen zeigten klar, dass wir mit einem harten, aber kurzen Lock- down erfolgreicher gewesen wären. Dieses mathe- matische Modell entwickeln wir ständig weiter, momentan etwa mit Simulationen zu Impfquoten. Mit solchen Modellrechnungen unterstützen wir zum Beispiel die Stadt Kaiserslautern beim Krisen- management und liefern die wissenschaftliche Grundlage für politische Entscheidungen. Was wissen Sie über das Jahr 2021? Impfen ist gut, aber Kontaktverzicht bleibt bis Sommer 2021 wichtiger. Die Impfungen werden bis dahin noch nicht einen so großen Einfluss auf das Infektionsgeschehen haben wie allgemein an- genommen. Es gibt Modelle, um die Mindestanzahl der geimpften Personen zu errechnen, mit der wir wieder zur Normalität zurückzukehren könnten: in Deutschland derzeit 71,4 Prozent der Bevölkerung. Viel wirksamer werden deshalb die Kontaktbe- schränkungen bleiben. Die werden uns noch länger begleiten. Die gute Nachricht ist: Die Sterblichkeit wird sinken, da wir jetzt vor allem die Risikogrup- pen impfen und diese damit weniger schwere Ver- läufe haben werden. Verlässliche Prognosen brauchen vor al- lem belastbare Daten. Seit 2020 sind Sie Mitglied in der Nationalen Forschungsdateninfrastruktur e.V. (NFDI): Was ist Ihr Ziel? Wir wollen wissenschaftliche Daten strukturieren und systematisieren, damit man sie sinnvoll nut- zen kann. Uns leitet dabei das FAIR-Prinzip: Daten müssen »findable, accessible, interoperable und re- usable« sein. Bisher liegen sie meist dezentral vor, auf ein Projekt bezogen, mit unspezifischen Metada- ten oder temporär. Das Ziel ist eine Art digitaler Wis- sensspeicher mit einheitlichen Standards für Daten, Algorithmen und mathematische Modelle, um sie auch fächerübergreifend besser zu ver netzen. »Unsere Berechnun- gen zeigten klar, dass wir mit einem harten, aber kur zen Lockdown erfolg- reicher gewesen wären.« Für ihre Maske hat sich Prof. Anita Schöbel ihre Formeln selbst ausge- sucht. Sie entstammen verschiedenen Gebieten der angewandten Mathematik. 8

Titel Im Klima- Stress Hochwasser und Starkregen, Dürre und Stürme: Wie wir unsere Städte im Klimawandel resilienter machen. Von Dr. Janine van Ackeren Fotografie: Heinz Heiss 1010

1 | 21 E xtremwetterlagen nehmen zu: Seit 1980 hat sich die Zahl der klimabezogenen Kata- strophen mehr als verdrei- facht. Das ist auch in Deutschland deutlich spürbar. Jetzt im Frühjahr, aber auch im Herbst lassen Starkregenereignisse Flüs- se und Bäche häufig über die Ufer treten, überlasten die Kanalisation und setzen Keller unter Wasser. Im Sommer drohen Dürre und Wassermangel – mit Folgen für Landwirtschaft und Industrie. Es ist an der Zeit, unsere Städte auf die Auswirkungen des Klimawandels vorzu- bereiten. Wie schnell und konsequent Le- bensgewohnheiten geändert werden kön- nen, hat die Corona-Krise gezeigt. Dabei werden wir – so hart es auch klingen mag – mit jeder Krise besser darin, sie zu meis- tern. »Lassen Sie sich niemals eine gute Krise entgehen!«, formulierte es Winston Churchill. Die gute Nachricht: Die Maß- nahmen, die unsere Städte resilienter ge- gen den Klimawandel machen, haben einen entscheidenden Vorteil – sie machen sie auch lebenswerter. Stark gegen Starkregen und Dürre Wie das gehen kann, zeigen Resilienzfor- scherinnen und -forscher am Fraun hofer- Institut für System- und Innovations- forschung ISI. »Fokussieren wir uns auf Dürre und Starkregenereignisse, so ist die grundlegende Frage: Wie gestalten wir den urbanen Wasserkreislauf?«, sagt Dr. Susan- ne Bieker, Leiterin des Querschnittsthemas »Transformations- und Innovationssyste- me urbaner Räume« am Fraunhofer ISI. Bislang sind städtische Bereiche hoch- verdichtet, das Regenwasser kann auf Dächern, Straßen und Plätzen nicht ver- sickern. Stattdessen fließt es größtenteils in die Kanalisation, die jedoch überwiegend auf Abwasser ausgelegt und bei Starkregen schnell überfordert ist. Das Ergebnis sind überschwemmte Straßen und überflutete Keller. Auch für Trockenperioden ist es un- günstig, das Regenwasser in die Kanalisati- on einzuleiten. In der Natur ist die Wasser- bilanz ausgeglichen – im Wald versickern 50 Prozent des Regens, nur fünf Prozent des Wassers fließen ab. In einem Industriege- biet liegt der Versickerungsanteil lediglich 12 bei 20 Prozent, während 60 Prozent des Wassers in die Kanalisation fließen. Wird das Regenwasser jedoch dort gehalten, wo es fällt, kann es dort auch verdunsten und Kühlungseffekte entfalten. Machbar ist das etwa über Grünanlagen, begrünte Dächer oder Fassaden – man spricht dabei auch von grünen Infrastrukturen. Studien zufolge kann eine extensive Dachbegrü- nung – also Moose, Gräser und ähnliche Die Luft an der Erdoberfläche hat sich gegenüber der vorindustriellen Zeit im globalen Mittel um rund ein Grad Celsius erwärmt. Ein solches Tempera- turniveau gab es noch nie im Laufe der menschlichen Zivilisation. Pflanzen – 30 bis 70 Prozent des jährlichen Niederschlags zurückhalten, intensive Dachbegrünung mit Bäumen, Sträuchern und Stauden sogar fast bis zu 100 Prozent. Sinnvoll sind zudem blaue Infrastruktu- ren: Teiche, Seen und Kanäle. Außerdem Einstauflächen, also beispielsweise große Wiesen, auf denen sich das Wasser nach einem starken Regenguss 20 bis 30 Zenti- meter hoch sammeln kann. Und Zisternen: große unterirdische Wasserspeicher, die das Regenwasser für Trockenperioden spei- chern – und in trockenen Gebieten vielfach als Trinkwasserspeicher dienen. Umgesetzt werden solche blau-grünen Strukturen unter anderem im Projekt »Leipziger BlauGrün«, das vom Bundes- ministerium für Bildung und Forschung (BMBF) gefördert wird. Am ehemaligen Eutritzscher Freiladebahnhof sollen in den nächsten Jahren 2100 neue Wohnungen, ein Schulcampus und Gewerbegebäude entstehen – samt begrünten Dächern, Grünflächen, Zisternen und Co. Kernstück ist die robuste und effiziente Steuerung der blau-grünen Technologien. »Unsere intelligente Steuerung kombiniert Daten wie Füllstände von Zisternen, die Wasser- qualität oder auch Daten von Bodenfeuch- tesensoren mit extern verfügbaren Daten wie der Wettervorhersage«, erläutert Dr. Marius Mohr, Innovationsfeldleiter für Wassertechnologien und Wertstoffrück- gewinnung am Fraunhofer-Institut für Grenzflächen- und Bioverfahrenstechnik IGB. Kündigt die Wettervorhersage Stark- regen für die Region an, werden automa- tisch Wasserspeicher wie Zisternen entleert, um den neuen Regen aufnehmen zu kön- nen. Ebenso die Rigolen eines Retentions- Gründachs, das die Fraunhofer-Forscher derzeit mit der Firma OptiGrün in einem Pilotversuch auf einem Carport des Um- weltforschungszentrums aufbauen: Auf diesem Dach können nicht nur Pflanzen wachsen, sondern in integrierten Rigolen auch Wasser zwischengespeichert werden. Seit März 2021 steuert die Software diese Dachrigolen, parallel dazu werden die Projektergebnisse in die Planungen am Eutritzscher Freiladebahnhof integriert. Naturnaher Wasserkreislauf für 16 000 Quadratmeter Neubaugebiet Wie ein naturnaher Wasserkreislauf in städtischer Bebauung konkret aussehen kann, untersucht ein Forscherteam des Fraunhofer ISI im Projekt i.WET, kurz für Integriertes Wasser-Energie-Transi- tionskonzept. Es wird derzeit auf der Coers-Fläche im nordrhein-westfälischen Lünen umgesetzt, auf einem fast 16 000 Quadratmeter großen ehemaligen Ge- werbegebiet, das nun mit sieben Wohn- blöcken neu bebaut wird. Das Grauwas- ser aus Waschbecken, Badewannen und Duschen wird durch einen Wärme- m u i t r o s n o K a m i l K n e h c s t u e D m o v . g s r h , 0 2 0 2 . p e S , n e s s i w a m i l K : l e d n a w a m i l K m u z n e t k a F d n u n e h a Z l

1 | 21 »Wie gestalten wir den urbanen Wasser- kreislauf?« Dr. Susanne Bieker sucht am Fraunhofer ISI nach Antworten. Im Wald versickern 50% Prozent des Regens, nur fünf Prozent des Wassers fließen ab. 14 tauscher geschickt, um die Wärme für an- dere Anwendungen zurückzugewinnen, dann gemeinsam mit dem Regenwasser in einem Vorratsbehälter gesammelt und für die Toilettenspülung genutzt – auf diese Weise lässt sich vor allem in Dürreperio- den wertvolles Wasser sparen. Weiteres Regenwasser wird in drei Zisternen ge- speichert und zur Bewässerung der Grün- anlagen verwendet. Fällt darüber hinaus Grau- und Regenwasser an, läuft dieses in das Kernstück des naturnahen Was- serkreislaufs: einer bepflanzten »Grü- nen Allee«, die der Wasserreinigung und -retention dient. Hier sickert es zunächst durch einen grün bepflanzten Boden- filter, genauer gesagt eine Reinigungs- schicht mit Sand besonderer Körnung. Unter dieser Bodenschicht befindet sich ein Kanal, der das Wasser in einen offenen Graben und von dort aus weiter in einen kleinen Fluss abführt. »Auf diese Weise können wir das Regenwasser selbst bei Starkregen vollkommen von der Kanali- sation trennen und diese somit entlasten«, sagt Dr. Thomas Hillenbrand, Leiter des Geschäftsfelds Wasserwirtschaft. Die Be- grünung der Energieallee sorgt dazu für angenehme Kühle im Sommer und wertet das Umfeld auf. Wohin führt die Straße der Zukunft? Die Optimierung des Wasserkreislaufs ist auch ein Schwerpunkt im Projekt »Stra- ße der Zukunft« des Fraunhofer IGB und des Fraunhofer-Instituts für Arbeitswirt- schaft und Organisation IAO. In einem der beiden zugehörigen Reallabore in Ludwigsburg haben Mohr und sein Team unter der Straße eine Zisterne gebaut und in Betrieb genommen – in dieser sammelt sich das Regenwasser, das von Dächern und Autos tropft. Ein weiterer Ansatzpunkt, um Stark- regenereignissen und Dürren etwas ent- gegenzusetzen, liegt in den Bodenbelägen. Statt Straßen, Radwege und Bürgerstei- ge mit Asphalt oder Pflastersteinen zu versiegeln, experimentieren Experten- teams am Fraunhofer-Institut für Bau- physik IBP im Projekt »Bauphysik urba- ner Oberflächen« mit einer hydroaktiven Verkehrsflächengestaltung. »Unser

1 | 21 neu entwickeltes System lässt das Wasser nicht nur versickern, sondern speichert es überwiegend in unterirdischen Rigolen – Hohlraumstrukturen im Boden, die was- serdicht umschlossen sind«, erläutert Mi- chael Würth, Projektleiter für Klimasimu- lation. Bei Regen laufen diese Puffer voll und wirken somit Überschwemmungen entgegen, ebenso wie einer eventuell fol- genden Trockenheit. Denn dochtartige Ele- mente, die in den Rigolen integriert sind, transportieren das gespeicherte Wasser im Laufe der folgenden Wochen wieder an die Oberfläche und geben es dort via Verduns- tung mit gleichzeitig kühlender Wirkung an die Umwelt ab. Im Gegensatz zu han- delsüblichen Rigolen, die zu kubischen unterirdischen Wasserspeichern von meh- reren tausend Litern Speichervolumen zu- sammengeschaltet werden und daher eine große Grube benötigen, lässt sich das neu- artige, flächige System ohne nennenswer- te Mehrarbeit in den Straßenbau integrie- ren. »Wir ersetzen einfach eine oder meh- rere der nötigen Unterbauschichten durch unser flächiges Rigolensystem«, konkre- tisiert Würth. Bis zu 200 Liter Wasser pro Quadratmeter sollen die Systeme aufneh- men können, so die Planung der Forscher. Derzeit sind sie in der Erprobungsphase. Hitzeinseln kühlen 2020 war bisher das heißeste Jahr in Euro- pa. Problematisch sind vor allem in den Städten sogenannte Hitzeinseln: Durch wärmespeichernde Baumaterialien, dunk- le Fassaden und Dachflächen sowie ver- siegelte Flächen ist eine Aufheizung um bis zu zehn Grad Celsius möglich. »Wäh- rend eine bordeauxrote Fassade unter der Sonneneinstrahlung 80 Grad Celsius heiß werden kann, heizt sich eine gelbe Fassade nur auf etwa 65 Grad Celsius auf«, weiß Dr. Susanne Bieker vom Fraunhofer ISI. »Es gibt mittlerweile Fassadenfarben mit speziellen Zusätzen, die die Wärmestrah- lung stärker reflektieren und dafür sorgen, dass sich die Gebäude im Sommer nicht allzu sehr aufheizen. Und eine neuartige Farbe mit Beimischung von Calciumcar- bonat verspricht sogar Kühlung.« Generell gleichen die Ansätze, um Hitzeinseln aus- zumerzen, denen gegen Dürre und Stark- regen: Blaue Infrastrukturen wie Seen oder Springbrunnen steigern die Verduns- tung und kühlen die Umgebung. Grüne Infrastrukturen senken die Temperatur ebenfalls. Alleen und Bäume an Straßen können die empfundene Temperatur um bis zu 15 Grad Celsius drücken. Selbst im Haus macht sich der kühlende Effekt be- grünter Fassaden und Dächer bemerkbar: Die Zahl der Tage, an denen die Temperatur unter 0 Grad Celsius blieb, nahm seit den 1950er-Jahren in Deutschland von 28 auf 19 Tage pro Jahr ab. So senkt eine bodengebundene begrünte Fassade die Oberflächentemperatur der Innenwände um bis zu 1,7 Grad Celsius. Grüne Dächer, grüne Fassaden – und ein Roboter pflegt die Flächen Wie sich grüne Außenwände auf das Stadt- klima auswirken, hat Dr. Afshin Afshari am Beispiel von Abu Dhabi in einer mo- dellbasierten Analyse untersucht. Der Forscher baut derzeit am Fraunhofer IBP die Arbeitsgruppe »Stadtbauphysikalische Modellierung« auf. »Die Studie in Abu Dhabi zeigte: Würde man nahezu alle Fas- saden mit mittelmäßig belaubten Pflanzen begrünen, so würde die Temperaturerhö- hung in der Stadt um 25 Prozent sinken. Bei Pflanzen mit höherer Blattdichte könn- te man den Hitzeinseleffekt sogar nahezu halbieren«, sagt Afshari. Derzeit erstellt der Forscher eine ähnliche Studie für Berlin: Hier geht es um die Auswirkung begrünter Dächer. »In Berlin wird die Wirkung wahr- scheinlich geringer ausfallen, da es dort bereits viel Grün gibt«, vermutet Afshari. Grüne Fassaden brauchen jedoch aufwen- dige Pflege, üblicherweise sind dafür Ge- rüste, Hebebühnen oder Industriekletterer erforderlich. Forscherinnen und Forscher des Fraunhofer-Instituts für Produktions- technik und Automatisierung IPA haben in ihrer Machbarkeitsstudie »Green Wall Robot« eine einfachere Methode ersonnen. »Auf einem schienenbasierten Fassaden- system bewegt sich vollautomatisch ein Roboter und übernimmt alle Pflanz-, Pfle- ge- und Wartungsarbeiten – vom Schnitt der Pflanzen bis hin zum Austausch ein- zelner Pflanzmodule«, erklärt Kevin Breg- ler vom Fraunhofer IPA. Urbanes Grün ist also einer der Haupt- ansatzpunkte, um Städte gegen die Aus- wirkungen des Klimawandels zu schützen. Was genau naturnahe Lösungen leisten können, untersucht ein Konsortium mit zehn Städten im EU-Projekt »Urban Nature Labs«. Beteiligt ist auch das Fraunhofer IAO. »In drei Städten konnten bereits ei- nige Maßnahmen umgesetzt werden: im niederländischen Eindhoven, im finni- schen Tampere und im italienischen Ge- nua«, erklärt Sophie Mok, Wissenschaft- lerin am Fraunhofer IAO. In Eindhoven sind die Maßnahmen über die gesamte Stadt verteilt: Straßen und Plätze wurden begrünt und mit unterirdischen Wasser- speichern versehen, überbaute Flüsse »be- freit« und renaturiert. In Tampere wurden zwei Distrikte begrünt, unter anderem ein altes Industriegebiet, in dem die Pflanzen als Biofilter eingesetzt werden, um Schad- stoffe aufzunehmen und dadurch Wasser und Böden zu reinigen. Zudem wurden Gründächer mit intensiver Nutzung und urbane Gärten angelegt. Und in Genua wurde ein altes Militärgelände neu gestal- tet, hier lag der Fokus auf Entwässerung, Hochwasservorsorge und Begrünung. Erfolge nur, wenn alle Akteure sich beteiligen Das Fraunhofer IAO untersucht dabei: Wie kann der Transfer der Maßnahmen in andere Städte gelingen? »Eine One-size- fits-all-Lösung gibt es nicht. Unsere Erfah- rungen zeigen: Es ist wichtig, alle Akteure 16

Wasser auffangen? Dr. Marius Mohr vom Fraunhofer IGB plädiert für eine »robuste und effiziente Steuerung der blau-grünen Technologien«. 18

1 | 21 zu entwirren. Dieses Ziel verfolgten For- scherinnen und Forscher vom Fraunhofer ISI in einer Machbarkeitsstudie in Bochum. Das Team ist dabei auf eine große Woh- nungsbaugesellschaft zugegangen, der ver- schiedene Quartiere gehören. »Wenn wir verstehen, was dort genau gebraucht wird, haben wir ganz andere Möglichkeiten für einen Scale-up als über Privatleute«, sagt Bieker. Im Mittelpunkt stand ein Quartier, das bereits mit etwa 50 Gebäuden bebaut ist, nun allerdings – wie viele Quartiere im Ruhrgebiet – nachverdichtet werden soll. Sprich: In großen Gärten oder in Baulü- cken sollen neue Häuser entstehen und bestehende Gebäude aufgestockt werden. Dabei fallen jedoch zum Teil Freiflächen weg, es gilt daher, den Wasserkreislauf im Blick zu behalten. In der Machbarkeits- studie untersuchte das Forscherteam, un- ter welchen Rahmenbedingungen sich welche Maßnahmen im Zuge von Nach- verdichtungsmaßnahmen anbieten. 200 Quadratmeter grünes Dach können 500 Euro sparen Um den Partnern eine Möglichkeit zu ge- ben, die damit einhergehenden Kosten besser einschätzen zu können, haben die Forscher durchgerechnet. »Unsere Bei- spielrechnung ergab: Alleine durch eine 200 Quadratmeter große Dachbegrünung lassen sich in Bochum 450 bis 500 Euro pro Jahr sparen«, sagt Bieker. »Dazu kom- men nicht näher bezifferte Vorteile wie ein höherer Witterungsschutz für die Fas- sade und eine Kühlung für Umfeld und Innenräume.« Was sich im Projekt herauskristalli- sierte: Es gibt große Synergien zwischen Wohnungswirtschaft und Kommunen, die Interessen sind in vielen Punkten deutlich ähnlicher als erwartet. So bot die Kom- mune an, überschüssiges Regenwasser aus dem Quartier einem verrohrten Bach zu- zuleiten – der dann wiederum genügend Wasser führen sollte, um ihn freilegen zu können. »Es bringt also oft sehr viel, die Beteiligten an einen Tisch zu holen«, fasst Bieker zusammen. Einen ähnlichen Ansatz verfolgen For- scherinnen und Forscher im Projekt SMART ilience – an dem unter anderem die Universität Stuttgart beteiligt ist, die eng mit dem Fraunhofer IOA zusammen- arbeitet. Involviert sind zudem Drees & Sommer, malik, die HafenCity Universität Hamburg sowie die Städte Mannheim und Halle an der Saale. »Wir entwickeln ein Steuerungsmodell, das sämtliche Prozessschritte der Planung, Umsetzung und Bewertung umfasst und kommunale Entscheidungsträger beim Das Tempo des Temperatur- anstiegs hat in Deutschland, wie auch weltweit, in den vergangenen 50 Jahren deutlich zugenommen: Neun der zehn wärmsten Jahre seit 1881 sind nach dem Jahr 2000 aufgetreten. vorausschauenden, effizienten Klimahan- deln unterstützt«, sagt Rebecca Nell vom Fraunhofer IAO. »Dieses enthält unter an- derem Steckbriefe von möglichen Maß- nahmen wie Dachbegrünung, Links, Kon- taktdaten von Ansprechpartnern und Ver- weise auf ähnliche Projekte – und hilft so dabei, die nötigen städtischen Mitarbeiter ins Boot zu holen.« Auch ein Peer-to-Peer-Prozess wurde angestoßen, in dem sich die Kommunen austauschen können. Im Projekt »Zukunfts- stadt Konstanz« arbeitet das Fraunhofer IAO gemeinsam mit der Stadt Konstanz so- wie lokalen Partnern aus Wissenschaft und Wirtschaft daran, ein Quartier für die Zu- kunft zu entwickeln. Nach der Devise QUA- LITÄT STATT QUADRATMETER entsteht neue Lebensqualität aus dem Zusammen- spiel von Wohnraum, Sharing, Mobilität, Begrünung, Energie und Digitalisierung. Klimawandelanpassung – eine weltweite Frage Natürlich sind die Auswirkungen des Kli- mawandels nicht auf Europa begrenzt – ebenso wenig wie die Fraunhofer-Ansätze, dem Klimawandel etwas entgegenzuset- zen. Stark durch den Klimawandel betrof- fen sind beispielsweise die Städte Kochi in Indien und Saltillo in Mexiko. Im Projekt »Morgenstadt Global Smart Cities Initiati- ve« ersinnen Forscherinnen und Forscher des Fraunhofer IAO, des Fraunhofer IGB, des Fraunhofer ISI und des Fraunhofer IBP daher konkrete Handlungsmöglich- keiten. Finanziert wird das Projekt von der Internationalen Klimaschutzinitiative IKI des Bundesministeriums für Umwelt, Na- turschutz und nukleare Sicherheit BMU. »Wir nutzen unsere Erfahrung des Mor- genstadt-Netzwerks mit 40 Partnern aus Wirtschaft, Forschung und Kommunen sowie die Morgenstadt-Tools«, sagt Dr. Markus Schwegler. Dazu gehören drei wesentliche Schritte: Im ersten werden die Zusammenhänge in der Stadt ana- lysiert. Welche Probleme bestehen? Im zweiten Schritt sprechen die Forscher von Co-Creation – sie tüfteln gemeinsam mit allen Partnern und Assoziierten die ersten Projektideen aus und priorisieren die Ideen. Und im dritten Schritt steht die Umsetzung an. Im 600 000 Einwohner großen Kochi, einem der wichtigsten Häfen an der West- küste Indiens, herrschen vor allem Was- serprobleme vor. »Während der letzten Monsune gab es jeweils heftige Überflu- tungen, die viele Todesopfer forderten und das öffentliche Leben lahmlegten, so muss- te etwa der Flughafen geschlossen werden«, erläutert Dr. Marius Mohr vom Fraunhofer IGB. Die restlichen Monate dagegen sind von Wassermangel geprägt. »Die Lösungen für beide Probleme greifen ineinander«, sagt Mohr. »Denn speichert man einen Teil 20

1 | 21 1 | 21 22 22 Interview »Schmidt. Schröder. Scholz.« Er ist der Erste, der sich als Kandidat mit dem Willen zur Macht bekannt hat. Olaf Scholz will Bundeskanzler werden. Der Finanzminister und Vizekanzler verspricht, für Forschung und Wissen- schaft ein Ansprechpartner zu sein, der sich wirklich interessiert. Interview: Josef Oskar Seitz Olaf Scholz, 62, verortet sich in einer Reihe erfolgreicher SPD-Kanzlerkandidaten.

1 | 21 entscheidende Grundlagen unseres Wohlstands. Wir wollen den Wandel zu einer klimaneutralen Gesellschaft und die digitale Transformation erfolg- reich gestalten. Dazu brauchen wir bahnbrechende Innovationen. Die Politik muss für gute Forschungs- bedingungen, ausreichend Freiräume und eine ver- lässliche finanzielle Förderung sorgen. Das Beispiel Biontech zeigt, dass eine gezielte und nachhaltige Förderung von Innovationen erfolgreich ist. Ich will unsere öffentlichen Forschungseinrichtungen, zu denen die Institute der Fraunhofer-Gesellschaft zählen, darin unterstützen, ihre Ideen und Innova- tionen auf den Markt zu bringen. Und im Bundes- kanzler Olaf Scholz werden Forschung und Wissen- schaft stets einen Ansprechpartner haben, der sich für sie und ihre Belange wirklich interessiert. Bis zum Jahr 2025 will Deutschland 3,5 Prozent des Bruttoinlandsprodukts für Forschung und Entwicklung ausgeben. Ist das für einen Fi- nanzminister in der Krise zu viel und für einen Kan- didaten zur Kanzlerschaft der Zukunft zu wenig? Als Finanzminister bin ich fest überzeugt, dass sich solche Investitionen in unsere Zukunft doppelt auszahlen werden. Als Kanzler werde ich meinen Ehrgeiz daransetzen, dieses Niveau weiter zu er- höhen. Mehr als 60 Milliarden Euro des Konjunk- turprogramms, das wir im vergangenen Sommer aufgelegt haben, gehen in Bildung, Forschung und Innovation. Auch damit werden wir einen kräftigen Innovationsschub für Deutschland auslösen. China steckt zehn Milliarden Dollar in sein Quantenforschungszentrum. Das Quanten- computing-Programm der USA umfasst 1,2 Milliar- den Dollar für fünf Jahre. Die EU will eine Milliarde Euro in zehn Jahren für ihre Quantum-Flagship- Initiative aufbringen. Gerade hat der IBM-Quan- tencomputer auf deutschem Boden den Betrieb aufgenommen. Riskieren wir trotzdem, eine entscheidende Zukunftstechnologie nicht mit dem nötigen Nachdruck voranzutreiben? Die Quantentechnologie ist der nächste große Tech- nologiesprung. Es ist wichtig, dass Deutschland und Europa hier vorne dabei sind. Der Fraunhofer- Gesellschaft kommt dabei eine zentrale Rolle zu. Der Bund fördert die Entwicklung und Produktion von Quantentechnologien. Mit zusätzlichen zwei Milliarden Euro aus dem Konjunkturprogramm unterstützen wir unter anderem den Bau von min- destens zwei Quantencomputern. Woher wird der Staat sich die 180 Milliar- den neue Schulden zurückholen, die allein fürs Wahljahr 2021 geplant sind? »Mehr als 60 Milliarden Euro des Konjunktur- programms gehen in Bildung, Forschung und Innovation.« 24 Schwierige Rolle: Als Vizekanzler verantwortet Olaf Scholz die Politik der Großen Koalition mit – als Kanzler­ kandidat muss er gegen die Union Profil gewinnen. Unsere Haushaltspolitik der vergangenen Jahre hat dazu geführt, dass wir über die nötige Finanz- kraft verfügen, diese schwere Krise zu meistern. Deutschland wird danach eine geringere Schulden- quote in Bezug zur Wirtschaftsleistung haben als alle anderen G7-Staaten vor der Pandemie. Und wir werden mit Wirtschaftswachstum aus den Schul- den wachsen, genauso wie das nach der Finanz- krise 2009 gelungen ist. Klimafragen sind gerade etwas in den Hintergrund gerückt, doch das Problem bleibt. Worauf setzen Sie mehr: klassische Elektromobi- lität oder Wasserstoff? Wir sollten das eine tun, ohne das andere zu lassen. Der Kampf gegen den menschengemachten Klima- wandel zählt für mich zu den drängendsten Fragen unserer Zeit und ist auch in der Pandemie immer präsent. Das Konjunkturprogramm vom Sommer vergangenen Jahres hat sehr gezielt auch den Kampf gegen den Klimawandel adressiert, nachdem wir 2019 das ambitionierteste Klimaschutzpaket ge- schnürt hatten, das es hierzulande je gegeben hat. Wichtig ist mir: In den nächsten Jahren stehen zen- trale Weichenstellungen an, damit Deutschland wie geplant bis spätestens 2050 klimaneutral wirtschaf- ten kann und dann weiterhin über gute Arbeitsplät- ze, eine leistungsstarke Industrie und eine robuste

1 | 21 Was hätten wir besser machen können? Corona und die Frage der Fragen: Fünf Fraunhofer-Institute analysieren in einem gemeinsamen Projekt die Konsequenzen der politischen Entscheidungen während der Pandemie. Von Stefan Ruzas Wie eine Fieberkurve der Pandemie: die Zahl der sogenannten »Maßnahmen« in Deutschland im Verlauf. April 2020 A ngela Merkel macht in ihrer Neujahrsansprache Mut und Hoffnung, bevor sie über die Herausforderungen für Wirt- schaft und Gesellschaft redet. Bei einer Ansprache ihres österreichischen Amts- kollegen Sebastian Kurz fällt auf, wie er die eigene Leistung im Vergleich zu an- deren Ländern betont. Geplante Maß- nahmen sind das Lieblingsthema von Giuseppe Conte in seiner Zeit als Italiens Ministerpräsident. Ein eigenes »Codebook« mit 13 Über- kategorien und 125 einzelnen Kodizes wen- det aktuell das Fraunhofer-Institut für System- und Innovationsforschung ISI an, um Ansprachen von Regierungs- und Staatschefs während der Covid-19-Pan- demie zu erfassen und zu kategorisieren. Allgemeinere Aspekte wie »alarmierende Aussage« oder »Rechtfertigung der Maß- nahme mit Fallzahlen« gibt es genauso wie spezifische Themen. Verbesserungspotenziale ableiten Das Fraunhofer ISI ist am 25. November mit vier anderen Fraunhofer-Instituten in das Projekt KResCo (Krisenmanagement und Resilienz Corona) gestartet. Ein Jahr lang werden sie in Teamarbeit politische Entscheidungen und Krisenkommunika- tion während der Pandemie analysieren, vor allem mit Blick auf die Konsequenzen dieser Entscheidungen. In dem Projekt arbeiten die Institute und Zentren des Fraunhofer-Verbunds In- novationsforschung zusammen. Neben dem Fraunhofer-Institut für Naturwissen- schaftlich-Technische Trendanalysen INT als Gesamtkoordinator und dem Fraun- hofer ISI sind dabei: das Institut für Ar- beitswirtschaft und Organisation IAO, das Zentrum für Internationales Management und Wissensökonomie IMW sowie das In- formationszentrum Raum und Bau IRB. Jedes bringt für die insgesamt acht Arbeits- pakete eine eigene Sicht auf die Dinge mit. »Wir wollen für unterschiedliche Be- reiche unserer Gesellschaft Verbesserungs- potenziale ableiten – auch für künftige Pandemien: Was hätten wir besser machen können?«, erklärt Larissa Müller, Projekt- managerin beim Fraunhofer INT, eines der Ziele. Verglichen werden vor allem fünf Länder mit Covid-19-Fällen, nämlich Deutschland, Österreich, die Schweiz, Ita- lien und Schweden. Es geht dabei um jede Menge Fragen: Wie kommt ein föderales System mit Pan- 26

1 | 21 Big Data – Big Privacy Datenschutz ist wichtig und richtig – und er muss nicht auf Kosten der Qualität von Big-Data-Analysen gehen, belegt eine Studie des Fraunhofer-Instituts für Sichere Informationstechnologie SIT. Von Franziska Sell 28

1 | 21 DNA-Origami gegen Infektionen Die DNA kann mehr als Erbinformationen speichern. Sie ist auch ein idealer Baustoff für winzige filigrane Gerüste. Diese Konstrukte bilden die Basis für neue Therapien gegen Viren und antibiotikaresistente Keime. Von Christine Broll 30 Die DNA hat die Form einer Doppelhelix und ist schrauben- förmig gewunden – ähnlich wie eine gedrehte Leiter.

1 | 21 DNA – ein ganz besonderer Baustoff Ohne DNA gäbe es kein Leben. Die gesamte Erbinformation ist in ihr enthalten. Aus ihr lassen sich auch dreiarmige Gerüste bauen, die an Viren binden und sie so unschädlich machen. Die natürliche DNA besteht aus zwei einzelnen Strängen. An jedem Strang sitzen wie feine Zähne die vier verschiedenen Basen Adenin, Thymin, Guanin und Cytosin. Sie bilden die Buchstaben, mit denen der genetische Code geschrieben ist. Die Basen sorgen auch dafür, dass die beiden Stränge der DNA aneinanderhaften. Dabei verbin- det sich Adenin mit Thymin und Guanin mit Cytosin. Aufgrund der vorgegebenen Basenpaarung sind die beiden Stränge zueinander komplementär. Adenin Guanin Thymin Cytosin Der Automatismus, mit dem sich die passenden Basen miteinander verbinden, macht die DNA zu einem idea- len Baustoff. Man stellt Einzelstränge her und wählt die Sequenz so, dass sich komplementäre Stränge wie ein Reißverschluss in der gewünschten Form von alleine zusammenfügen. Dreiarmige DNA Dreiarmige DNA Peptid Rezeptor Die dreiarmige DNA bindet wie ein Dreizack an den Rezeptor eines Influenza-Virus. Da sie sich gleichzei- tig an drei Stellen anheftet, ist die Bindung beson- ders stark. Der Rezeptor des Virus wird blockiert und kann keine Zellen mehr infizieren. I Z I r e f o h n u a r F : o t o F ; e u s s i 2 : k i f a r g o f n I 32

1 | 21 »Angriffsflächen sind größer geworden« Cybersicherheitsforscherin Dr. Haya Shulman vom Fraunhofer-Institut für Sichere Informationstechnologie SIT erhält den achten Deutschen IT-Sicherheitspreis. Ihr »Cache Test« schützt sensible Internet-Infrastrukturen. Interview: Franziska Sell Interview Dr. Haya Shulman Frau Shulman, haben sich im Corona- Digitalisierungsschub Cyberattacken verändert? Durch das Homeoffice so vieler Menschen ist die Angriffsfläche deutlich größer geworden. Die Fire- walls der Mitarbeitenden zu Hause entsprechen nicht den Standards für Unternehmen. Sie werden nicht von Systemadministratoren konfiguriert. Das macht es sehr viel einfacher, in Firmennetze einzu- dringen. Da gibt es einiges nachzurüsten. Sie haben gerade den Deutschen IT-Sicher- heitspreis bekommen. Wo setzt Ihre Lösung an? Es geht um das bekannte Problem, dass sich Kom- munikation im Internet umleiten lässt. Wer sendet, braucht eine IP-Adresse. Dann wird die Kommuni- kation über verschiedene Knoten zum Empfänger geschickt. Dessen IP-Adresse liefern Domain-Name- Service-, kurz DNS-Server. Sie sind im Grunde die Gelben Seiten des Internets: Man schlägt eine Seite auf, sucht über den Namen die Anschrift, fährt vor- bei und liefert seinen Blumenstrauß ab. Angreifer at- tackieren genau diese DNS-Server und geben falsche IP-Adressen aus. So kann es passieren, dass Sie ohne es zu bemerken sensible Daten vom Passwort bis zur Geheimzahl an Kriminelle schicken – statt beispiels- weise an Ihre Hausbank. Mein Tool prüft DNS-Infra- strukturen automatisiert auf Schwachstellen. Was ist das Besondere an Ihrem »Cache Test«? Es ist wirklich eine Lösung für alle, die sich im Inter- net bewegen – vom Endnutzer bis zur Regierungsbe- hörde. Jeder kann seinen Dienstanbieter auf Sicher- heitslücken untersuchen, der Anbieter sich selbst ebenso – und das periodisch, schnell und unkompli- ziert. Dazu gibt mein Werkzeug gefälschte IP-Adres- sen an – für verschiedene Dienste, die ich aufgesetzt habe. Ich führe Angriffe für diese Dienste durch. Am Ende erhalten Sie einen Bericht, der Schwachstellen aufzeigt und Gegenmaßnahmen empfiehlt. Wie stehen die Chancen für den Markt? Sehr gut. Ich versuche, die Werkzeuge, die ich entwickle, immer möglichst automatisiert zu ge- stalten. Damit entfällt die Fehlerquelle Mensch. Und der Aufwand muss für den Nutzer so gering wie möglich sein. Bei Cache Test genügt ein Klick, damit die Untersuchung durchgeführt wird. Außer- dem leistet das Tool etwas ganz Neues: Es prüft Ser- ver, ob sie gefälschte IP-Adressen annehmen, bezie- hungsweise ob man gefälschte Adressen eingeben kann. Damit haben wir eine reale Chance, das Netz sehr viel sicherer zu machen. Sie sind eine der führenden Cybersicher- heitsforscherinnen weltweit, lehren als Gastpro- fessorin an der Universität, führen Ihre eigene Fir- ma – und entwickeln eine preisgekrönte Lösung für elementare IT-Probleme. Dazu sind Sie Mutter dreier Kinder. Wie schaffen Sie das? Ich habe das Glück, etwas zu tun, wofür ich mich begeistere. Sehen Sie, die Arbeit macht einen so großen Teil unseres Lebens aus, da ist es ungemein wichtig, sie zu genießen. Als ich noch keine Kinder hatte, brauchte ich Ruhe, um produktiv sein zu können. Heute kann ich mit meinen Kindern auf dem Schoß Papiere schreiben und Lösungen entwi- ckeln. Das ist großartig! 34 l i h e D h e d i r a F : o t o F

1 | 21 »Campus der Sinne« Säule, Aroma-Experte— Die Glaskapillare, 30 Meter lang und zu einem handlichen Ring gewickelt, trennt Geruchsstoffe in Leicht lösliches und Schwerlösliches auf. Was die Nase als Blumen und Honig wahrnimmt, wird hier dann schlicht zu 2-Phenylethanol, Nelke zu 4-Allyl-2- Methoxyphenol. Whisky, nüchtern betrachtet Das Destillat ist Genussstoff, spielt eine Kultrolle in ungezählten Filmen, Fachleute überbieten sich in phantasievollen Beschreibungen. Im »Campus der Sinne« macht sich Fraunhofer daran, Aroma und Geschmack zu entschlüsseln. Traum oder Albtraum? Ein Treffen von Experten. Von Josef Oskar Seitz Fotografie: Michela Morosini 36

Dr. Tilman Sauerwald, Physiker— Der Experte für Gasmesstechnik arbeitet seit 2020 im Fraunhofer IVV an der Detektion komplexer Gasgemische durch Sensorsysteme. Im »Campus der Sinne« beschäftigt sich Sauerwald als Projekt- leiter aktuell mit der Entschlüsselung von Whisky-Aromen. 1 | 21 38

1 | 21 Zwei Gegensätze nähern sich an: Stefan Gabányi als erfahrener Praktiker und Dr. Tilman Sauerwald als Naturwissenschaftler. Nüchtern betrachtet besteht die Kunst aus rund 40 Aroma- stoffen. die ihre letzten Jahre vor dem Ausschank noch in eigens importierten Portwein- oder Sherry-Fässern reifen. Er beschreibt die Unterschiede von europäi- scher Fasseiche, die mehr Tannine enthält, und der amerikanischen Eiche mit ihren Vanillearomen. Da- mit erklärt er, warum sich Liebhaber so sehr für Ein- zelfassabfüllungen begeistern, weil die so einzigartig sind und so exklusiv und unwiederholbar im Genuss, schließlich ist jedes Fass seine eigene limitierte Edi- tion, die nur 300 Flaschen hergibt – oder weniger. En- de Februar wurde in Schottland eine 0,75-Liter-Fla- sche »The Macallan 1926 Fine and Rare« versteigert, Zuschlag bei 1 157 000 Euro. Von dem Fass waren 1986 nur 40 Flaschen abgefüllt worden, nur 14 mit dem Fine-and-Rare-Etikett. Der Weltrekord für eine Fla- sche Whisky liegt noch um etwa die Hälfte höher, bei süffigen 1,5 Millionen Pfund. Nüchtern betrachtet besteht die Kunst aus rund 40 Aromastoffen. Das klingt überschaubar. 2-Phenyl- ethanol riecht nach Blumen und Honig. 2-Methoxy- phenol hat etwas rauchig Verbranntes. Gamma-No- nalacton erinnert an Kokos, 4-Allyl-2-Methoxyphenol an Nelke. Quercuslactone entstehen aus Inhaltsstof- fen des Eichenholzes. Komplex wird es durch die Wechselwirkungen. Außerdem verblüffen selbst chemisch nahe Verwandte immer wieder mit ihren Verschiedenheiten. Zur einen Substanz sagt die Nase noch: Holz. Zur anderen schon: Gummi. 40 Eines seiner Werkzeuge hat Dr. Sauerwald für die- sen Abend in die Bar mitgebracht. Es heißt Säule. Ei- ne Glaskapillare, hauchdünn und 30 Meter lang, ist zu einem Kreis von 30 Zentimetern Durchmesser ge- wickelt. Darin befindet sich fast flüssiger Kunststoff. Diese Säule wird im Ofen auf Temperatur gebracht, 250 bis 300 Grad. Gas wird eingeleitet, Leichtlösliches trennt sich vom Schwerlöslichen und kann zeitver- setzt über ein Y-Endstück parallel gerochen und ge- messen werden. Um das Konzert der Aromastoffe zu entschlüsseln, braucht es ein Konzert von Fachleuten. In Sauerwalds Team arbeiten Ingenieure und Psycho- logen, Lebensmittelchemiker und Neurowissenschaft- ler, um den Schlüssel zum Whisky-Aroma zu finden. »Wir brauchen diese Interdisziplinarität, gerade bei den Sinnen«, erklärt der Projektleiter. »Sie ist zwar eine sehr hohe Herausforderung, bis alle allein schon dieselbe Sprache sprechen, aber sie wird in der Wis- senschaft ganz sicher immer mehr an Bedeutung ge- winnen – und bei Fraunhofer durch die Vielfalt der Institute ohnehin.« Die Messdaten des Gaschromatographen addieren sich zu Aromaprofilen. Diese heute noch meist ma- nuelle Arbeit zu automatisieren, ist eines der Ziele von Tilman Sauerwald. Bisher analysiert sind Scotch Blends. Die Datenbasis der ausgelesenen schottischen Whiskys wird aktuell ergänzt um ausgewählte deut- sche Whisky-Sorten. Bis Jahresende soll auf dieser Basis eine Klassifikation entstehen, die durch ein humansensorisches Panel trainiert ist, also durch menschliche Tester. Dann wird sich zeigen, ob die Maschine neue Mischungen ebenso eingruppiert wie der Mensch. Sauerwald fasst zusammen: »Wir ver- suchen, den Geruch und den Geschmack maschinell messbar zu machen und damit den Kreativprozess des Blendens zu unterstützen.« Letztlich sollen die Blendmeister, die für die Geschmacksverlässlichkeit die großen Whisky-Marken mischen, ein Hilfsinstru- ment zur Aromavorhersage bekommen – und ein Werkzeug, um Fehlaromen rechtzeitig zu detektieren und zu vermeiden. 90 Prozent des Scotch gehen als Whisky-Blend über den Ladentisch. Da ist Verlässlich- keit wichtig: damit ein Johnny Walker immer nach Johnny Walker schmeckt und ein Chivas Regal nach Chivas Regal. »Mein Traum ist«, sagt Dr. Tilman Sauerwald, »dass wir Geruch und Geschmack eines Tages genauso mes- sen können wie die anderen Sinneseindrücke, wie Töne und Farben.« Ein Albtraum für Stefan Gabányi, den Whisky- mann? »Für die Hersteller wäre das eine große Hilfe«, antwortet er, »für die Industrie ist das wirklich hoch spannend.« Und er fügt hinzu: »Das Exklusive, das Kreative wird immer bleiben.«

1 | 21 Brand- gefährlich Aktuell fehlen Warngeräte für Rauch gerade an den bedrohtesten Stellen in der Wohnung. Geruchsexperten der Fraunhofer-Institute IIS und IVV arbeiten an einer Lösung – mit Sinn(en). Von Josef Oskar Seitz Die Nase erkennt Zigarrenrauch spontan. Wie aber kann Technik lernen, Genuss von Gefahr zu unterscheiden? Sebastian Hettenkofer, Mathematiker am Fraunhofer IIS, will Maschinen beibringen, Brandgerüche zuzuordnen. 42

Wie wäre eine Welt ohne Geruch? Corona hat gezeigt, wie gefährdet unsere Sinne sind. Zwei Fachleute aus Theorie und Praxis treffen sich zum Gespräch über Duft und Aroma – und über Genuss. Von Josef Oskar Seitz 1 | 21 »Ständig entdecken wir neue Geruchs- stoffe, die die Welt noch nicht kennt.« Prof. Andrea Büttner, Lebensmittelchemikerin und Aromaforscherin, leitet seit 2019 das Fraunhofer-Institut für Verfahrenstechnik und Verpackung IVV. www.ivv.fraunhofer.de i n i s o r o M a l e h c i M : s o t o F e l l A 44

1 | 21 Prof. Andrea Büttner und Tohru Nakamura in seinem »Salon Rouge« in der Münchner Altstadt. »Wie realisie- ren wir nach Corona die sichere und genussreiche Küche?« Prof. Andrea Büttner und testen die Varianz. Sie wären schockiert, wenn Sie sehen würden, wie unterschiedlich empfindlich Menschen in ihren Geruchsschwellen sind, die lie- gen mitunter in Zehnerpotenzen auseinander. Nakamura: Wenn ich für 30 Gäste koche, dann empfinden das 30 Gäste unterschiedlich. Und trotz- dem schaffen wir Abend für Abend in unserem Restaurant einen Grundkonsens – und ein kulina- risches Glückserlebnis. Büttner: Faszinierend. Nakamura: Aber die Frage bleibt – wie können wir das noch zuverlässiger lenken? Was von unseren Anstrengungen hinter den Kulissen bekommt der Gast überhaupt mit: im Geschmack, optisch, akus- tisch? Wie knusprig sollen Dinge sein? Wie sollen sie sich beim Essen anhören? Wir haben so viele Variablen, so viele Unbekannte! Was glauben Sie, von der Forschung, von Frau Büttner lernen zu können? Nakamura: Sehr viel. Unsere Art von Gastronomie lebt ja von Konstanz. Es ist unglaublich wichtig, dass wir das Sinnliche, dass wir das Emotionale, dass wir die Glücksmomente für unsere Gäste nicht nur schaffen, sondern auch reproduzieren können. Da stellt sich ganz klar die Frage: Mit welchen mul- tisensorischen Einflüssen können wir arbeiten, damit der Gast sich noch wohler fühlt und eine noch positivere Erinnerung nachhaltig abspeichert. Der Duft des Raumes, der Duft der Speisen – ich glaube, dass wir in der Gastronomie da noch ganz am Anfang stehen. Ich bin mir sicher, dass wir in der Sterne-Küche von der Wissenschaft noch viel lernen können. Büttner: Willkommen bei Fraunhofer! Genau sol- che Fragen treiben mich gerade um: Wie realisieren wir nach Corona die sichere und genussreiche Gas- tronomie? Da wird sich nicht nur das Raumklima der Zukunft ändern müssen. Dazu gehören Klimati- sierung und Luftumwälzung, Aeorosolausbreitung, proaktive Hygiene, Desinfektion und Dekontami- nation, Gerüche und Oberflächenbeschaffenheit von Innenausstattung, Küchenutensilien und Dar- reichungsformen wie Geschirr, Gläser, Anrichten und vieles mehr in der Wechselwirkung. Wie aber beeinflusst das unser sinnliches Empfinden? Ich glaube nicht, dass man auch nur die ideale Tempe- ratur für den vollkommenen Genuss spezifischer Gerichte schon vollständig versteht. In unserem Team arbeiten für solche Fragen auch Psychologen, Neurowissenschaftler – verschiedenste Disziplinen. Und viele verbindet das Kernthema multisensori- sche Integrationsprozesse. Herr Nakamura, wenn Genuss in Moleküle zerlegt wird und Geruch in Einzelkomponenten zerfällt, zerstört das für Sie den Zauber? Nakamura: Ganz im Gegenteil – genau da wird es doch spannend für uns in der Gastronomie. Auch wir müssen ja verstehen und erklären, was wir tun und wie wir den Gast möglichst intensiv erreichen. Bei aller technischen Betrachtung bleibt ja doch am Ende die Emotion – auch wenn ich weiß, dass es nur Moleküle sind, wird man schlussendlich immer diesen Zauber empfinden. Frau Büttner, Sie arbeiten daran, die Grenzen der technischen Sensorik zu verschieben. Büttner: Und nicht nur die … Der Mensch ist ein multisensorisches System mit all seinen Stärken und Schwächen. Analog entwickeln wir auch die technischen Systeme multisensorisch. Dabei ist aber elementar, dass wir sowohl die Schwächen des Menschen wie auch der technischen Systeme kennen. Allein einen Riechsensor zu bauen, ist in den allermeisten Fällen nicht sinnvoll. Manchmal muss man sich auch Tricks ausdenken. Ein Beispiel: Beim Schokoladeconchieren wollen immer alle den perfekten Zeitpunkt treffen, an dem saure und un- angenehm adstringierende Noten sich verlieren, aber die erwünschten Aromastoffe erhalten blei- ben oder sich intensivieren und sich die optimale Balance aus Bitterkeit, Süße und Mundgefühl ein- stellt. Mancher wünscht sich da die elektronische Nase, die das Optimum zuverlässig bestimmt. Dabei kann es viel praktikabler sein, die Masse beim Con- chieren zu beobachten und mit einem optischen oder mechanischen Sensor abzulesen, wann der Zeitpunkt erreicht ist. Und auch wenn viele das Pro- blem gern mit künstlicher Intelligenz lösen wollen, braucht es vor allem menschlichen Verstand, das 46

1 | 21 3×3 Fragen Intelligente Ohren für unseren Alltag Dr. Jens-E. Appell, Fraunhofer IDMT in Oldenburg Der Mensch hört hochindividuell Bernhard Fiedler, Fraunhofer IDMT in Ilmenau 1 Was reizt Sie persönlich besonders an der Digitalisierung der Sinne? Als Akustiker reizt es mich besonders, das menschliche Hören zu verstehen und in Modellen zu digitalisieren. Denn je genauer dieses Modell ist, desto realitätsnäher kann eine digitale Klangszene wiedergegeben werden. 2 Auf welches Ergebnis hoffen Sie? Ich hoffe, dass wir in Zukunft eine künstliche akusti- sche Immersion erreichen können, die von der Realität kaum noch zu unterscheiden ist. Insbesondere wird dies dabei helfen, alltägliche Lärmquellen besser simu- lieren, verstehen und schließlich modifizieren zu kön- nen. Denn weniger Schallemissionen schützen nicht nur die Umwelt, sondern auch die Gesundheit. 3 Was macht die menschliche Wahrnehmung im Vergleich zur Technik so einzigartig – und wo wird die Technik ihre Stärken ausspielen? Die menschliche Wahrnehmung ist nicht nur hoch an- passungsfähig, sondern auch hochindividuell. Zum Beispiel im Hinblick auf Geräusche: Was für den einen Menschen angenehm klingt, kann für einen anderen bereits nervig wirken. An dieser Stelle glaube ich, dass beispielsweise KI-basierte Technologien alltägliche Din- ge objektiver bewerten können, als es Menschen tun. 48 1 Was reizt Sie persönlich besonders an der Digitalisierung der Sinne? Für mich als Hörforscher spielt insbesondere die Unter- stützung von Menschen eine große Rolle. Der besonde- re Reiz liegt dabei darin, den durch die Evolution her- vorragend entwickelten Hörsinn des Menschen durch Technik zu unterstützen. Umgekehrt gelingt es uns aber auch, Maschinen das Hören beizubringen, damit sie sich selbst und ihre Umgebung akustisch erfassen und zum Beispiel Fehlfunktionen erkennen oder sich per Sprache bedienen lassen. 2 Auf welches Ergebnis hoffen Sie? Ich bin überzeugt, dass KI-unterstützte Hörsysteme die Kommunikation zwischen Menschen und unsere Inter- aktion mit unserer Umwelt wesentlich verändern wer- den und solche »intelligenten Ohren« in Zukunft einen festen Bestandteil unseres Alltags darstellen – sei es in der Industrie, der Mobilität, im Gesundheitswesen oder im Privaten. Sie werden Sprache oder Gefahrensituatio- nen akustisch erkennen und unerwünschte Geräusche ausblenden. Sie werden unsere Umgebung und unsere Gesundheit erfassen und uns entsprechend warnen und über das, was uns interessiert, informieren. 3 Was macht die menschliche Wahrnehmung im Vergleich zur Technik so einzigartig – und wo wird die Technik ihre Stärken ausspielen? Der Hörsinn ist unter unseren Sinnen vielleicht der Sinn, der am unmittelbarsten in der Lage ist, Emotionen bei uns auszulösen. Der Mensch nimmt nicht nur die Spra- che wahr, sondern unterscheidet auch Stimmen, Stim- mungen, Zwischentöne. Emotionale Verbindung wird uns Technik auf sehr lange Sicht nicht vermitteln kön- nen. Durch den Einsatz von KI ist sie jedoch immer bes- ser in der Lage, unsere Wahrnehmung zu unterstützen, unangenehme Ereignisse, wie Lärm, zu vermeiden und wichtige Ereignisse für uns in den Fokus zu rücken. i n i s o r o M a l e h c i M , ) 2 ( T M D I r e f o h n u a r F : s o t o F

1 | 21 Ohren auf! Auf den Spuren des Hörens: Wie akustische Wahrnehmung unser Leben sicherer und komfortabler macht – und sogar ganz neue Dimensionen erschließen kann. Von Moritz Schmerbeck Drohnengefahr beim Lande- anflug: Für die üblichen Radar- geräte sind die kleinen Flug- geräte kaum zu erkennen. Wenn Drohnen drohen Mehr als 120 Behinderungen durch Drohnen an deut- schen Flughäfen im Jahr 2019. Immer öfter werden Flughäfen gesperrt, entfallen Starts, werden Lan- dungen verschoben. Für herkömmliche Radargeräte sind die kleinen Fluggeräte kaum zu erkennen. Umso wichtiger werden neue Ansätze, den Luftraum über Flughäfen zuverlässig zu überwachen – um Gefah- ren für Flugzeuge und Fluggäste zu minimieren. Das Fraunhofer-Institut für Digitale Medientechnologie IDMT in Oldenburg hat ein mobiles Sensorsystem ent- wickelt, das mit acht Mikrofonen sogar dreidimen- sional Geräusche lokalisieren kann – für den Einsatz an Flughäfen. Die Erkennung basiert auf dem »akustischen Fin- gerabdruck«, einem spezifischen Muster im akusti- schen Signal, das von verschiedensten Drohnenmo- dellen ermittelt und in einer Datenbank abgelegt wird. Für die zuverlässige Identifikation reichen 25 Stunden Tonaufnahmen verschiedener Drohnen aus, um selbst zuvor nicht »gehörte« Drohnen zu erkennen. Die größte Herausforderung für die Forschenden am Institutsteil Hör-, Sprach- und Audiotechnologie sind Störgeräusche – etwa der Lärm der startenden und landenden Flugzeuge. Für die Lokalisation der Drohnen in Echtzeit nutzen die Sensoren den Ef- fekt, dass Schall in der Luft träge ist und somit an den unterschiedlichen Mikrofonen zeitversetzt an- kommt. So lässt sich die exakte Position im Raum berechnen. T M D I / l o s m o C , k c o t S e b o d A : s o t o F 50

1 | 21 Kollegen vernetzen »Gott, schenke uns Ohrenlider!« So lässt Kurt Tucholsky seufzen in seinem Roman »Schloss Gripsholm. Eine Sommergeschichte«. Tatsächlich kann der Mensch die Augen schließen, den Blick abwenden. Das Ohr nimmt immer auf – bis jetzt. Das Fraunhofer-Institut für Digitale Medientechnologie IDMT in Oldenburg entwickelt mit KI-gestützter Technologie einen intel- ligenten Gehörschutz in Ohrknopfgröße. Quelltrennungsalgorithmen sind bereits in der Lage, Lärm von Sprache zu unterscheiden. Ein Hear- able soll dann Sprache und Umgebungsgeräusche so aufeinander abstimmen, dass das gesprochene Wort verständlich bleibt und die Nebengeräusche hörbar sind, aber nie zu laut. Für natürlichen Klang im Ohr wird der Schall auch richtungsecht wiedergegeben. Damit bleibt die Orientierung im Raum vorhanden. Die Fraunhofer-Wissenschaftlerinnen und -Wis- senschaftler sehen den Einsatzbereich unter anderem an Lärmarbeitsplätzen – zum Beispiel in lauten Werks- hallen. Dabei kann das Hearable Kolleginnen und Kollegen miteinander vernetzen, die beispielsweise auf verschiedenen Seiten einer Maschine stehen und sich eigentlich gar nicht hören könnten. Den Kollegen hören, den Maschinenlärm ausblenden: So hilft KI dem Ohr an Lärmarbeitsplätzen. Fernsehen besser verstehen Es ist Sonntag. Es ist »Tatort«. Es ist Rekordquote. Gut ein Fünftel der Zusehenden tut sich als Zuhörer schwer, weil ihr Hörvermögen beeinträchtigt ist. Ein Dauerthema bei Beschwerden an die Fernseh- sender ist darüber hinaus, dass Musik und Hinter- grundgeräusche zu laut und die gesendete Sprache zu leise seien. Forschende des Fraunhofer-Instituts für Integrierte Schaltungen IIS haben daher eine KI-basierte Lösung entwickelt, die Dialoge verständ- licher macht – und dieses Dauerärgernis beim Fern- sehen behebt. Dazu untersucht ein Algorithmus das Audioma- terial und unterscheidet zwischen Sprache sowie Ge- räuschen, Ambiente und Musik. Die KI erkennt, wann gesprochen wird, trennt Dialog und Hintergrundge- räusche und senkt Letztere ab, wenn sie zu laut sind. In einer Studie in Zusammenarbeit mit einer öffent- lich-rechtlichen Rundfunkanstalt wurden 2000 Zu- schauerinnen und Zuschauer zu der neuen verständ- licheren Tonmischung befragt. Selbst die jüngeren Teilnehmenden fanden die Mög- lichkeit gut, dass zwischen zwei Tonspuren (normaler Mix und Dialog+) gewählt werden konnte. 46 Prozent aller Befragten präferierten die verständlichere Ton- spur, nur etwa ein Fünftel die Originalmischung. 52 r e t i n n a h o J / r e b e B d r a h r e G i , ) 3 ( k c o t S e b o d A : s o t o F

1 | 21 Stimme aus der Wirtschaft Peter Körte, 45, soll bei Siemens die Strategien für die Digitalisierung und das Internet der Dinge vorantreiben. 54 Willkommen in einem neuen Zeitalter! Das Internet der Dinge hat riesiges Potenzial – braucht allerdings auch Datensouveränität. Sie ist die Voraussetzung, um Wissens- und Datensilos kontrolliert zu öffnen. Ein Standpunkt von Peter Körte, Strategie-Chef der Siemens AG

1 | 21 Der Schatz, der in der Kälte ruht Die Umweltprobenbank des Bundes dokumentiert, wie sich die Chemikalienbelastung in der Umwelt im Laufe der Zeit verändert – in Pflanzen, Tieren und auch Menschen. Von Christine Broll 56

1 | 21 Probennahme-Gebiete in Deutschland Nationalpark Vorpommersche Boddenlandschaft Biosphärenreservat/ Nationalpark Wattenmeere Bornhöveder Seengebiet Greifswald Elbe Münster Rhein Solling National- park Harz Halle/Saale Dübener Heide Nationalpark Bayerischer Wald Saarländischer Verdichtungs- raum Biosphärenreservat Pfälzerwald Ulm Donau Oberbayerisches Tertiärhügelland Biosphärenreservat/ Nationalpark Berchtesgaden LEGENDE Forst-Ökosystem Marines Ökosystem Agrar-Ökosystem Fließgewässer-Ökosystem Naturnahes terrestrisches Ökosystem Standorte für Humanprobenahmen Ballungsraumnahes Ökosystem Quelle: Umweltbundesamt 58 »Die Zeitreihe in Münster ist die längste und älteste der Umwelt probenbank. Sie deckt ohne Unter- brechung einen Zeitraum von über 40 Jahren ab.« Dr. Dominik Lermen, Leiter der Arbeitsgruppe Biomonitoring und Biobanken des Fraunhofer IBMT. wollte ein verlässliches Instrument zum kontinuier- lichen Umweltmonitoring schaffen. Nach intensiven Planungen und Pilotstudien seit Ende der 1970er-Jahre startete Anfang der 1980er- Jahre der Aufbau der Umweltprobenbank des Bun- des. Seit 1985 wird sie als Daueraufgabe des Bundes vom Umweltbundesamt koordiniert, das Aufträge zum Sammeln, Archivieren und Charakterisieren der Proben an verschiedene Institutionen vergibt. Die Fraunhofer-Gesellschaft mit ihren beiden Insti- tuten IBMT und IME ist hierbei bereits ein langjäh- riger Begleiter. Die Probenarten und Sammelstellen für den Um- weltbereich sind so ausgewählt, dass sie den Zustand der Umwelt in ganz Deutschland möglichst genau ab- bilden. Gesammelt wird in der Nähe von Städten ge- nauso wie in Naturschutzgebieten. Die Sammelstellen sind seit Beginn fest definiert, damit die Ergebnisse der Analysen vergleichbar sind. An Nord- und Ostsee werden Blasentang, Miesmuscheln und die Eier von Silbermöwen beprobt. An Land gilt das Interesse Bu- chenblättern, Fichtentrieben und Regenwürmern. In Flüssen und Seen beprobt man Dreikantmuscheln und Brassen, karpfenartige Weißfische. Das Sammeln der Umweltproben hat die Projekt- gruppe Umweltprobenbank der Universität Trier über- nommen. Das Team um Prof. Martin Paulus und Prof. Roland Klein präpariert die Proben im mobilen Labor und friert sie noch vor Ort über flüssigem Stickstoff ein. So werden sie ans Fraunhofer IME nach Schmal- lenberg gebracht, wo sie ohne Unterbrechung der Kühl- kette zerkleinert und in einer speziellen Kryomühle zu feinem Pulver vermahlen werden. Abgefüllt in kleine Probengefäße werden sie dann in die Edelstahl-

1 | 21 »Eine enorm spannende Reise« Quantencomputing hierzulande zu etablieren, gilt als deutsches Mondlandungsprogramm. Nun hat der erste universelle Quantencomputer für Forschung und Industrie in Deutschland seinen Betrieb aufgenommen – initiiert von Fraunhofer gemeinsam mit IBM. Von Mandy Bartel Mit seinem Glasgehäuse aus Mailand macht der IBM Q System One auch optisch was her. Um mit ihm zu arbeiten, braucht man nur einen Webbrowser und einen Nutzervertrag mit Fraunhofer. 60

1 | 21 Teamarbeit nach Corona Wie lässt sich Zusammenarbeit in einer Zeit nach der Pandemie organisieren? Wie entsteht eine neue Normalität in der digitalisierten Arbeitswelt? Es sind diese Fragen, die aktuell viele Unternehmen beschäftigen. Das Fraunhofer-Institut für Arbeitswirt- schaft und Organisation IAO gibt die Antworten. Von Mehmet Toprak K atharina Dienes muss zurzeit viele Anfragen beantworten. Unternehmen suchen Rat, wie es mit den Mitarbeitenden weitergehen kann, wenn die Pandemie überstanden sein wird. Sollen und können dann einfach alle Mitarbeitenden aus dem Homeoffice wieder zurück ins Büro? Wie organisiert und strukturiert man die Zu- sammenarbeit von Teams in der Post-Co- rona-Ära, um mit innovativen Produkten oder Geschäftsideen weiterhin wettbe- werbsfähig zu bleiben? Wie erzeugt man eine neue Normalität in der digitalisierten Arbeitswelt und was macht eigentlich ein schlagkräftiges Team aus? Forschende am Fraunhofer-Institut für Arbeitswirtschaft und Organisation IAO in Stuttgart beschäf- tigen sich mit solchen Fragen – und das schon seit vielen Jahren und vor Corona. Einige der Antworten von Katharina Dienes finden sich in der Studie »Team- arbeit und ihre Arbeitsumgebung«, an der sie als Autorin beteiligt war. Für die Studie wurden von Mai bis Oktober 2019 rund 1200 Mitarbeitende aus Unternehmen be- fragt. Speziell auf das Thema Homeoffice während der Corona-Pandemie konzent- riert sich die aktuelle Studie »Homeoffice Experience«. Von Mai bis Juli 2020 inter- viewte das Fraunhofer IAO-Team rund 2100 Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter aus verschiedenen Branchen. Die gute Nachricht ist: »Die Menschen haben ihren Arbeitstag zu Hause so orga- nisiert, dass ihre Performance nicht ge- litten hat. Selbst wenn sie manchmal erst abends so richtig zum Arbeiten kamen oder das Notebook in der Küche aufstellen muss- ten«, stellt Dienes fest. Und das sind die Zahlen dazu: 43 Pro- zent der Befragten gaben an, im Home office genauso produktiv zu sein wie im Büro. Fast 40 Prozent der Befragten waren sogar der Meinung, sie seien zu Hause noch pro- duktiver. Das Arbeiten im Homeoffice hat sich also vor allem für die konzentrierte Einzelarbeit bewährt. Die Studie zeigt aber 43% der Befragten gaben an, im Homeoffice genauso produktiv zu sein wie im Büro. auch, wo die Probleme liegen. So wird der Informationsfluss zwischen Büro und Home office häufig zum Pro blem. Zwar füh- len sich 63 Prozent der Befragten gut in- formiert, aber tatsächlich bekommen le- diglich 40 Prozent zu Hause wichtige Nach- richten aus dem Unternehmen sofort mit. Noch fataler ist, dass die Kreativität des Teams leidet, wenn die Kollegen und Kol- 62

1 | 21 Aus Wald wird neu Höher, schneller, weiter: Holzbau boomt. Tokio will einen 350-Meter-Wolkenkratzer – und auf dem ehemaligen Flughafengelände von Berlin-Tegel soll das weltgrößte Stadtquartier in Holzbauweise entstehen. Von Beate Strobel D ass er mit dem Thema Holz quasi auf Gold gestoßen war, wurde Prof. Holger Kohl erstmals vor drei Jahren bewusst. Damals hatte der stellver- tretende Leiter des Fraunhofer-Instituts für Pro- duktionsanlagen und Konstruktionstechnik IPK versucht, Vertreter unterschiedlicher Branchen für ein Holzbau-Projekt an einen Tisch zu bekom- men: Architekten und Planer, Politiker, Bauunter- nehmer, Forstwirte. »Ich habe gestaunt über das Echo. Holzbau bewegt aktuell Gesellschaft, Wirt- schaft und Politik«, sagt der Wirtschaftsingenieur. Verblüfft hat ihn aber auch: »Jeder arbeitet nur in- nerhalb seiner Profession daran. Niemand hat bis- lang das Thema so systemisch gedacht wie wir.« Effizient, günstig und vor allem nachhaltig: Der Rohstoff Holz ist auf dem besten Weg, zur Planke in die Stadt der Zukunft zu werden. In der Hamburger Hafencity entsteht gerade das mit 65 Metern höchste Holzhochhaus Deutsch- lands. Rotterdam plant bereits einen 140-Meter- Turm in Holz-Hybrid-Technik, das australische Sydney will mit 180 Metern noch höher hinaus. Und Tokio? Arbeitet an einem 350 Meter hohen Wolkenkratzer aus dem Naturbaustoff Baum. Voraussichtliche Fertigstellung: 2041. 64 i e k k e S n e k k N i : g n u r e i s i l a u s i V 90 Prozent Holz, nur zehn Prozent Stahl – so sieht die Ökovariante von einem Wolkenkratzer aus, wie er bis 2041 in Tokio entstehen soll.

»baut die Industrie bis heute noch weitgehend so wie vor 100 Jahren«. Dabei hat das Bauen mit Bäumen eigentlich nur Vorteile: Holz muss nicht – wie Stahl, Ziegel oder Beton – energieintensiv hergestellt werden, sondern wächst einfach mithilfe von Licht, Luft, Erde und Wasser empor. Dabei entzieht es der At- mosphäre auch noch das Treibhausgas Kohlendi- oxid. Jeder Kubikmeter Holz kann etwa eine Ton- ne CO2 dauerhaft speichern. Wird es verbaut, bleibt das CO2 gebunden, während zugleich Raum für neue Bäume entsteht. Wer mit Holz baut, der pflanzt also einen zweiten Wald. Nur eben in der Stadt und in Form von Häusern. In der Hamburger Hafencity entsteht gerade das mit 65 Metern höchste Holz- hochhaus Deutschlands. 1 | 21 Doch Holz kann nicht nur hoch, sondern auch breit. Auf dem Gelände des ehemaligen Berliner Flughafens Tegel (TXL) soll mit dem Schumacher Quartier ein ganzes Stadtviertel vorwiegend aus dem Rohstoff entstehen, den die Wälder Branden- burgs produzieren. Mit gut 5000 Wohnungen wird es bei Fertigstellung nicht nur um ein Vielfaches größer sein als der aktuelle deutsche Rekordhal- ter in dieser Disziplin – der Münchner Prinz-Eu- gen-Park mit knapp 600 Wohnungen –, sondern gleich das weltweit größte Stadtquartier in Holz- bauweise. Ebenfalls auf dem TXL-Gelände geplant ist ein Forschungs- und Industriepark für Zukunfts- technologien. Und in diese »Urban Tech Re- public« zieht dann auch die Bauhütte 4.0 ein: ein Cluster für innovativen Holzbau, der vom Fraunhofer IPK, der TU Berlin und der Tegel Projekt GmbH entwickelt wird. Analog zum historischen Namenspaten – der Dombauhüt- te als Werkstattverband – will die Bauhütte 4.0 eine Art Ideenschmiede sowie hochinnovative Produktionsstätte für den Holzbau sein: Exper- ten aus Forschung und Forstwirtschaft, aus dem Software-Bereich, aus Bauindus- trie und Stadtentwicklung sollen hier zusammenkommen, um nachhaltiges Bauen mit Holz zu industrialisieren und so zum neu- en Must-have für Kommunen zu machen. Oder wie es Holger Kohl ausdrückt: »Wir holen den Wald in die Stadt.« Im vergangenen Vierteljahr- hundert ist der prozentuale Anteil der neu gebauten Wohngebäude aus Fichte, Lär- che, Buche & Co. in Deutschland auf 18,7 Prozent gestiegen; das Umsatzplus der Handwerksbetrie- be in diesem Segment stieg zwischen 2016 und 2019 um gut 16 Prozent. Doch das schwedische Blockhaus am See und die Architektenvilla für den öko-bewussten Akademikerhaushalt reichen langfristig nicht aus. Ohne ein Umdenken im städ- tischen Wohnungsbau wird die EU ihr ehrgeiziges Ziel – Klimaneutralität bis 2050 – nicht erreichen, darüber sind sich Experten einig. Denn etwa 38 Prozent der globalen Kohlendioxid-Emissionen entfallen auf den Bau- und Gebäudesektor. Die Herstellung von Zement trägt hier rund acht Pro- zent bei, auf die Stahlerzeugung entfallen weite- re sechs bis acht Prozent. Trotzdem, so Holger Kohl, 66 »Wir holen den Wald in die Stadt.« Prof. Holger Kohl, stellvertretender Leiter des Fraunhofer IPK Dass die Wohnungsnot in den Metropolen schneller wächst als der deutsche Wald, ist dabei nicht zu befürchten: Alleine in den Brandenburger Forsten entstehe innerhalb von 50 Tagen ausrei- chend Holz für 17 000 neue Wohnungen jährlich, rechnet die Deutsche Holzindustrie vor. Die sich hartnäckig haltende Sorge, Holzhäuser seien wort- wörtlich brandgefährlich, ist ebenfalls längst wis- senschaftlich entkräftet. Prof. Stefan Winter etwa, der sich an der TU München auf Brandschutz spe- zialisiert hat, attestiert Holzbauten das »exakt glei- che Sicherheitsniveau« wie jedem anderen Gebäude. Forscher am Fraunhofer-Institut für Holzfor- schung, Wilhelm-Klauditz-Institut WKI konnten zudem belegen, dass Holzbauten sogar dem Klimawan- del standhalten werden: Bei Be- rücksichtigung der prognostizier- ten klimatischen Bedingungen bis 2115 sei man zu dem Schluss ge- kommen, »dass die Änderungen des Klimas keine negativen Auswirkungen auf das Bauen mit Holz haben«, so Projektleiter Norbert Rüther. Langlebig ist das Material überdies: Das älteste Holzhaus Europas, ein Blockhaus in der Schweiz, wurde 1175 gebaut und bis 1980 auch bewohnt. Dass sich Bäume als Baustoff trotz all dieser Pluspunkte bislang nur zögerlich durchsetzen, liegt vor allem am Preis: Der Holzbau ist derzeit noch rund zehn Prozent teurer als konventionelle Verfahren. Das aber, so die Hoffnung der Bauhüt- te-4.0-Verantwortlichen, ließe sich ändern durch ein Plus an Digitalisierung, Automatisierung und Standardisierung im Holzbau. So wie einst Indus- trie 2.0 das Automobil erschwinglich machte für 38 % der globalen Kohlendioxid- Emissionen entfallen auf den Bau- und Gebäudesektor. i x a t r e d n e r / t k e o r P j l e g e T , R b G s r e n t r a P d n a y h p r u M r e m r ö t S : n e g n u r e i s i l a u s i V

1 | 21 Serie: Gründen mit Fraunhofer Quanten- kommunikation aus der Steckdose Mit Quantum Optics Jena geht das erste Quanten - techno logie-Spin-off von Fraunhofer an den Start. Mit verschränkten Lichtquanten will das junge Team die Sicherheit der Kommuni kation revolutionieren und Quantenkommunikation alltagstauglich machen. Von Mandy Bartel D as richtige Timing ist für Gründer einer der wichtigs- ten Erfolgsfaktoren – das gilt besonders für Zukunftstech- nologien. Ist man zu früh dran, fehlt der Markt, kommt man zu spät, ist er schon aufgeteilt. »Im Falle der Quantentechnolo- gien tut sich gerade sehr viel. Die Struktur des Start-up-Ökosystems bildet sich jetzt heraus«, erklärt Kevin Füchsel, einer der Köpfe und kaufmännischer Geschäfts- führer von Quantum Optics Jena. Die Zeit scheint also genau richtig für das Spin-off des Fraunhofer-Instituts für Angewandte Optik und Feinmechanik IOF in Jena mit Fokus auf Quantenkommunikation. Spione aufspüren mit verschränkten Photonen Die Idee des Gründerteams basiert auf einem komplexen Verfahren: Um Kom- munikationsnetze durch Quantenver- schlüsselung sicherer zu machen, nutzt 68

1 | 21 Nervenzellen vom Fließband 1,6 Millionen Menschen in Deutschland leiden an Demenz. Es fehlt an Arzneien. Die StemCellFactory verarbeitet Blutproben zu Körperzellen, um die Wirkung von Medikamenten schneller zu erproben. Von Dr. Monika Offenberger W enn Oma nicht mehr allei- ne nach Hause findet, wenn sie ihre Enkel verwech- selt, scheint der Fall klar: Die Dame ist dement. Von 1,6 Millionen Menschen mit Demenzerkrankungen in Deutschland berichtete die Deutsche Alzheimer Gesellschaft im vergangenen Jahr. Prognose: Bis 2050 werde sich die Krankenzahl auf 2,4 bis 2,8 Millionen Menschen erhöhen. Was tun? Aktuell unterstützen verschiedene Präparate die Funktion der Nervenzellen oder lindern die psychischen Begleiterscheinungen. Es fehlt an Arzneien, die das Schwinden der geistigen Leistungsfähigkeit aufhal- ten. Die Suche nach potenten Wirkstof- fen dauert Jahre und endet häufig ohne Erfolg. »Dieser Prozess ließe sich deutlich verkürzen, wenn man die Medikamente nicht erst an den Betroffenen selbst, son- dern schon frühzeitig an ihren krankhaft veränderten Nervenzellen testen würde«, sagt Bastian Nießing vom Fraunhofer In- stitut für Produktionstechnologie IPT in Aachen: »So könnte man in wenigen Wo- chen herausfinden, welcher Wirkstoff in welcher Dosis diese Veränderungen posi- tiv beeinflusst – und diesen dann in wei- teren Testsystemen genauer untersuchen.« Die Idee klingt bestechend. Doch wie kommen die Forschenden an Omas Ner- venzellen? Die Antwort lautet: über ihr Blut. Denn mit speziellen Biomolekülen lassen sich ausgereifte rote Blutkörperchen in unreife Stammzellen und anschließend in Nervenzellen oder beliebige andere Kör- perzellen umprogrammieren. Das Rezept für diese induzierten pluripotenten Stammzellen, kurz iPS-Zellen, brachte sei- nem Erfinder Shinya Yamanaka den Me- dizin-Nobelpreis 2012. »Über den Umweg der iPS-Zellen lassen sich nun auch spezi- fische Erkrankungen von Organen erfor- schen, von denen man nicht einfach Pro- ben entnehmen und Zellkulturen anlegen kann«, betont Oliver Brüstle, Professor am Institut für Rekonstruktive Neurobiologie der Universitätsklinik Bonn. Wie sich ein Gen reparieren lässt Beispiel Gehirn. Sämtliche Genverände- rungen, die eine Demenz zur Folge haben, finden sich auch in Nervenzellen, die aus umprogrammierten Blutzellen gewonnen wurden. »Am besten wäre es, wenn wir die kranken Zellen einer Person mit gesunden Zellen derselben Person vergleichen könn- ten«, sagt Prof. Brüstle und erklärt, wie das gehen soll: »Wir kennen eine Reihe von Genen, die mit neurologischen oder psy- chiatrischen Krankheiten assoziiert sind. Und wir können in kultivierten Zellen ein einzelnes fehlerhaftes Gen reparieren. So- mit können wir zwei Zelllinien desselben Patienten vergleichen, die entweder das fehlerhafte oder das reparierte Gen besit- 70 Der Uhrentest gehört zur klassischen Demenztestung: Die Zahlen sollen »wie auf einer Uhr« angeordnet werden, um dann eine vorgegebene Zeit mit den Zeigern darzustellen. e n i l n O 1 F / y s k c o t S : o t o F

1 | 21 Ich glaub, ich bin im Film! In einem volumetrischen Studio in Babelsberg ent- stehen lebensechte dreidimensionale Filmbilder – mit der Technologie des Fraunhofer-Spin-offs Volucap. Von Stefan Ruzas D as Kino der Zukunft ist gleich schräg gegenüber der Marlene-Dietrich-Hal- le. Mit 5400 Quadratmetern war sie früher Europas größtes Filmatelier. 1927 drehte hier der legendäre Fritz Lang den Sci- ence-Fiction-Film »Metropolis«, seine Produktion mit Mehrfachbelichtungen und Stop-Motion- Technik gilt immer noch als revolutionär. Für eine Umwälzung der Medienproduktion braucht das Babelsberger Unternehmen Volucap heute nicht mehr als 170 Quadratmeter. In der Mitte des Studios ist eine vier Meter hohe Rotun- de, an den weißen Wänden sind auf drei Ebenen 16 Stereo-Kamerapaare installiert, dazu knapp 250 LED-Panels. Mithilfe spezieller Software und Filmtechnik entstehen in der Kuppel Scans von Menschen oder Dingen, aus denen fast in Echtzeit dreidimensionale Bilder errechnet werden. Jede Mimik, jede Gestik und jede Falte wirken auch in der 360-Grad-Perspektive lebensecht. »Bis jetzt sehen 3D-Figuren immer aus wie 3D-Figuren, weil unser Gehirn sofort merkt, ob das Geschaffene echt ist oder nicht«, erklärt Volucap-Geschäfts- führer Sven Bliedung. »Mit dem volumetrischen Verfahren gibt es erstmals die Möglichkeit, einen Menschen oder Dinge wie mit einer normalen Ka- mera aufzunehmen, ohne dass das Natürliche und Bewegliche verloren geht.« Volumetrie ist ein räumliches Messverfahren. Ein volumetrisches Video ist also eine auf Holo- grammen basierende Technologie, die Filmszenen für Zuschauer problemlos begehbar macht. Ob in der Unterhaltungsindustrie, Medizin, Mode oder 72 »Es ist für uns als Start-up wirklich eine sehr fruchtbare Kooperation mit Fraunhofer.« Sven Bliedung, Volucap-Geschäftsführer

1 | 21 D ie Nachricht kam an einem Freitagnachmittag. Dr. Simon Fichtner saß im Homeoffice bei der Durchsicht seiner E- Mails. »Als ich die Nachricht las, dass die Jury des Hugo-Geiger-Preises mir für mei- ne Dissertation den ersten Preis verliehen hatte, da ging schon ein breites Grinsen über mein Gesicht.« Erhalten hat Fichtner den Preis für sei- ne Entdeckung, dass das Dünnfilmmate- rial Aluminiumscandiumnitrid (AIScN) ferroelektrische Eigenschaften besitzt. Sei- ne Dissertation hat Fichtner an der Kieler Christian-Albrechts-Universität (CAU) durchgeführt – in enger Anbindung an Projekte des Fraunhofer-Instituts für Si- liziumtechnologie ISIT. Möglich wird dies durch die intensive Kooperation zwischen der CAU und dem Fraunhofer ISIT. »Unser Ziel war ursprünglich, die Leis- tung des piezoelektrischen Materials AIScN zu steigern«, erklärt Fichtner. Diese Mate- rialien können Bewegungen in elektrische Spannung umwandeln oder umgekehrt beim Anlegen elektrischer Spannungen einen Bewegungsimpuls erzeugen. Genutzt werden die Komponenten etwa für Hör- geräte, Mikrofone, Handylautsprecher oder Kopfhörer. Den Forschenden erschien AIScN als vielversprechender Kandidat für eine Leistungssteigerung. Im Labor ver- änderten Fichtner und sein Team deshalb immer wieder die chemische Zusammen- setzung von AIScN und legten dann elek- trische Spannungen an. Sie wollten sehen, ob die damit erzeugte Dehnung von AIScN linear zur Spannung ansteigt und das Ma- terial kontrollierbar bleibt – insbesondere unter sehr hohen Spannungen. Es zeigte sich eine unvorhergesehene Reaktion, als die Fraunhofer-ISIT-For- schenden den Scandium-Anteil in AIScN auf über 40 Prozent anhoben. Die Deh- nung war bei einem bestimmten Span- nungsniveau plötzlich nicht mehr linear zur angelegten Spannung. »Diese zu- nächst kleine Anomalie weckte sofort unser Interesse. Ferroelektrizität stand aber bereits relativ früh als eine mögliche These im Raum«, erinnert sich Fichtner. Zahlreiche weitere unabhängige Versuche unterstützten diese These schließlich sehr eindeutig. Damit war klar: AIScN-Kristal- 74 1. Preis: Dr. Simon Fichtner Ferroelektrisches Material für Next Generation Computing Die Entdeckung, dass Aluminiumscandiumnitrid ferroelektrische Eigenschaften besitzt, hat für Aufsehen in der Fachwelt gesorgt. Das Forschungsprojekt von Dr. Simon Fichtner kann einen enormen Leistungssprung bei Elektronikbauteilen für das Next Generation Computing ermöglichen. Bei den Messergebnissen von Dr. Simon Fichtner glaubten Experten anfangs an einen Fehler. U A C , n n a m k e i S a i l u J : s o t o F r e n t h c i F n o m S : i d l i b p o k s o r k M i

1 | 21 2. Preis: Dr. Annelie Schiller Holographische Vermessung bewegter Objekte Der Fraunhofer-Forscherin Dr. Annelie Schiller ist es gelungen, bewegte Objekte holographisch zu vermessen. Durch dieses Projekt eröffnen sich neue Anwendungsfelder in der Qualitäts- kontrolle: Die Prüflinge müssen während der Messung nicht mehr wie bisher angehalten werden. D ie digitale Holographie wird bereits zur Qualitätskontrol- le in der industriellen Ferti- gung eingesetzt. Dafür muss bisher das zu prüfende Teil allerdings absolut stillstehen. In einem Projekt des Fraun hofer-Instituts für Physikalische Messtechnik IPM in Freiburg sollte das geändert und die Vermessung bewegter Objekte möglich gemacht werden – egal ob linear bewegt oder rotierend. Daran arbeitete die direkt von der Albert-Lud- wigs-Universität Freiburg kommende Wissenschaftlerin Annelie Schiller. Das Ergebnis ihrer Arbeit wurde jetzt mit dem 2. Platz des Hugo-Geiger-Preises ausge- zeichnet. Zur Erfassung eines Objekts mittels digitaler Holographie wird das Objekt mit kohärentem Laserlicht flächig beleuchtet. Referenzlicht überlagert das von dort re- flektierte oder gestreute Licht. So entsteht ein zweidimensionales Interferenzbild, das eine Digitalkamera aufzeichnet. Aus die- sem Bild lässt sich die Topographie-Infor- mation der Oberfläche berechnen. Das geht nicht nur sehr präzise, sondern auch sehr schnell: Bis zu zehn Millionen 3D-Punkte lassen sich in 100 Millisekunden mikro- metergenau aufnehmen. »Das Team und ich vermuteten von Anfang an, dass auch die Messung bewegter Objekte möglich ist«, erinnert sich Annelie Schiller. »Zuerst haben wir bewegte Münzen und andere linear bewegte Objekte gemessen. Dann 76 Dr. Annelie Schiller, Wissenschaftliche Mitarbeiterin am Fraunhofer IPM. »Bis zu zehn Millionen 3D-Punkte lassen sich in 100 Millisekunden mikrometergenau aufnehmen.« wurde der Fokus auf rotierende Zylinder gelegt.« Ausführlich beschrieben hat sie das Projekt in ihrer im Januar 2020 abge- gebenen Doktorarbeit. Schritt für Schritt hat Schiller den Ein- fluss der Objektbewegung auf eine Mes- sung erkundet und mit ihrem Team ein Messkonzept entwickelt. Essenziell hierbei ist die Bewegungsrichtung: Während der Messung ist eine Bewegung lateral mög- lich, axial ist die Bewegung zunächst aber störend. Mit dem selbstkonzipierten Sen- sor kann Schiller zum einen die Höhen- information aus einem einzigen Kamera- bild rekonstruieren und zum anderen durch eine aktive Kompensation die stö- rende axiale Bewegungskomponente eli- minieren. Da das Objekt nicht mehr bei der Messung angehalten werden muss, ge- nügt es, einen kleinen Bereich des Objekts zu beleuchten und aufzunehmen. Die Ein- zelmessungen werden dann zu einer Ge- samtmessung kombiniert. Mit Erfolg: »Es ist uns gelungen, sowohl linear bewegte als auch rotierende Objekte holographisch zu vermessen. Das Konzept funktioniert«, erklärt Schiller. Für rotierende Bewegungen konnte Schiller einen überraschenden Zusam- menhang beweisen: Die störende axiale Bewegungskomponente ist unabhängig vom Radius des Objekts. Sie hängt allein von zwei Größen ab: von der Rotations- geschwindigkeit und von der Sensorposi- tion. Dies ist essenziell für die Vermessung komplexer Teile wie z. B. Zahnräder. Gerade Zahnräder sind wichtige und sicherheitsrelevante Bestandteile in Ma- schinen, bei denen es auf höchste Qualität ankommt, beispielsweise bei Flugzeug- antrieben oder auch im Getriebe von Elek- troautos. Die hier verbauten Zahnräder müssen exakt gefertigt sein, um Funktions- fähigkeit, Effizienz und niedrige Geräusch- entwicklung zu garantieren. Die Forschung des Fraunhofer IPM macht es möglich, Produkte mit einer Genauigkeit von unter einem Mikrometer zu vermessen: schnell, präzise und flächig. Der Industrie eröffnet die holographische Messung bewegter Ob- jekte neue Chancen für die Qualitätskon- trolle in der Produktion: Die Durchsätze können erhöht und neue Anwendungs- gebiete erschlossen werden.

1 | 21 Sparsamer Funkverkehr Milliarden kleiner Elektrogeräte sind heute im »Internet der Dinge« über Funk miteinander verknüpft. Ihr Energieverbrauch ist enorm. Von Tim Schröder Dringend gesucht: energieeffiziente Sensorknoten. Acht Fraunhofer- Institute forschen gemeinsam daran. 78

1 | 21 CHILE Nachhaltige Abfall entsorgung in der Lachszucht Jedes Jahr verschmutzen an die 300 000 Tonnen Fäkalien, Futterreste und Antibiotika aus Aquakulturen chilenische Gewässer. Eine Ausgrün- dung aus Fraunhofer Chile hat zusam- men mit der Firma Novatech das System Biolift zur nach haltigen Abfall- entsorgung in der Lachsindustrie ent- wickelt. Biolift fängt einen Großteil der or- ganischen Abfälle auf und verhindert, dass sich die Sedimente auf dem Grund von Meer und Seen ablagern. Dort führen sie zu Überdüngung, er- höhtem Bakterienwachstum und, in- folgedessen, zu Sauerstoffmangel und totem Gewässergrund. Auch Medika- mentenrückstände filtert das System zuverlässig. Am Boden des Zuchtkäfigs instal- liert, hebt Biolift die organischen Ab- fälle über ein Saugsystem sanft an die Oberfläche, bevor sie auf den Grund gelangen. Der so zurückgehaltene Schlamm wird noch vor Ort dehydriert und an Land gebracht. Aus dem ent- wässerten Abfall kann Energie gewon- nen werden oder es können neue Pro- dukte entstehen, zum Beispiel Dünge- mittel. Nur ein Bruchteil der Ablage- rungen landet auf einer Deponie. Chile ist, nach Norwegen, der weltweit zweitgrößte Exporteur von Zuchtlachs. 80 Fraunhofer international Europa Barcelona Singapur Tansania Chile Mehr Infos: www.fraunhofer.de/international TANSANIA Schnelltest für Augen- infektion Trachom Ein Trachom ist die weltweit häufigste Ursache für Erblindung. Fraunhofer- Forschende haben jetzt einen chip- basierten Test entwickelt, der eine schnelle Diagnose und frühzeitige Behandlung ermöglicht. Für den molekularbiologischen DjinniChip des Fraunhofer-Instituts für Zelltherapie und Immunologie IZI ist kein Labor nötig, die Testauswertung kann ohne Geräte und mit bloßem Auge erfolgen. Ein Trachom wird durch Bakterien verursacht und ist hochan- steckend. Vor allem in tropischen Regi- onen ist die Erkrankung verbreitet. Das Fraunhofer-Team entwickelte den Test Dr. Natalia Sandetskaya vom Fraunhofer IZI (l.) und eine Feldkrankenschwester vom KCMC bei der Feldstudie in Tansania. in Kooperation mit dem Kilimanjaro Christian Medical Centre in Tansania, das über eine umfangreiche Proben- sammlung von Augenabstrichen ver- fügt. Der DjinniChip lieferte bei den Proben schnell Ergebnisse. Zudem kostet er nur einen Bruchteil der her- kömmlichen Testmethoden. Die etwa 40 Millionen Trachom- Betroffenen werden bisher vor allem durch Massenmedikation therapiert. Tritt die Erkrankung in einem Dorf gehäuft auf, werden alle Bewohner präventiv mit Antibiotika behandelt. Das verursacht unter anderem ver- meidbare Antibiotika-Resistenzen.

1 | 21 Zum Wegwerfen zu schade Eine Welt ohne Abfall, in der alles in einem ewigen Kreislauf wieder und wieder verwertet wird – Utopie oder machbar? Von Dr. Sonja Endres D ie Natur kennt keine Abfäl- le. Was sie in Perfektion be- herrscht, lernt der Mensch gerade. Dabei haben der deut- sche Chemiker Michael Braungart und der US-amerikanische Architekt William McDonough bereits Ende der 1990er-Jahre das »Cradle-to-Cradle«-Konzept einer kon- sequenten Kreislaufwirtschaft entwickelt. Danach sollen Produkte entweder voll- ständig biologisch abbaubar sein oder sich endlos weiterverwenden lassen – von der Wiege zurück zur Wiege (»Cradle-to-Cra- dle«) statt zur Bahre. Dabei gehe es nicht, so schreibt Braungart 2009 in der ZEIT, um Verzicht. Kreislaufwirtschaft gilt heute als Schlüsselstrategie, mit der sich Wohlstand sichern, Ressourcen erhalten und die Kli- maziele erreichen lassen. Die Europäische Union verabschiedete zuletzt im März 2020 einen Aktionsplan Kreislaufwirtschaft als zentrales Element des Green Deals. Dass der Wandel von einer linearen Wirtschaft des »Nehmen – Nutzen – Weg- werfen« hin zu einer zirkulären, biobasier- ten keine Utopie bleiben muss, zeigen Fraun- hofer-Wissenschaftlerinnen und -Wissen- schaftler im Projekt EVOBIO. 19 Institute aus unterschiedlichen Forschungsbereichen sind mit an Bord – von Bioverfahrenstech- nik über Bauphysik und Mikrotechnik bis hin zur angewandten Polymerforschung. Viele Teilprojekte sind miteinander verbun- den. »Wir wollen die industrielle Wertschöp- fungskette neu denken«, sagt Dr. Markus Wolperdinger, Leiter des Fraunhofer-In- stituts für Grenzflächen- und Bioverfah- renstechnik IGB in Stuttgart, das EVOBIO koordiniert. Dafür hat die Fraunhofer-Ge- sellschaft außerplanmäßig im Corona-Kri- senjahr 2020 finanzielle Mittel bereitgestellt. Das Ziel: Die Kompetenzen der Institute zu bündeln für einen Modernisierungsschub, der den Strukturwandel der Industrie for- ciert. Innerhalb eines halben Jahres ent- wickelten die Forscherinnen und Forscher neue Ideen, Konzepte und technische Lö- sungen – Fortsetzung garantiert. 82 k c o t S e b o d A : o t o F

1 | 21 Mit Abwasser gezüchteter Kopfsalat. Sensoren überwachen kontinuierlich den Stickstoff­Gehalt. »Stoffströme müssen verringert und es muss eine konsequente Produkt­ politik implementiert werden, damit mehr Rohstoffe im Kreislauf geführt werden können.« Prof. Vera Susanne Rotter, Sachverständigenrat der Bundesregierung für Umweltfragen, Mai 2020 Der Klärschlamm wird in einem Faulturm von Bakterien zu Biogas umgewandelt, mit dem sich Strom und Wärme erzeugen lassen. 84 ) 2 ( B G I r e f o h n u a r F , i m o k W E O S I : s o t o F

1 | 21 verschlingt viel Energie. Da ist der Auf- wand für eine gute Verpackung sicher gerechtfertigt«, sagt Dr. Cornelia Stramm, die am Fraunhofer IVV die Abteilung Ma- terialentwicklung leitet. Aus Reststoffen lassen sich, davon sind sie und ihr Team überzeugt, hochwertige Verpackungen herstellen und gleichzeitig fossile Mate- rialien ersetzen. Nicht nur mit Raps, auch mit Molke- und Kartoffelproteinen hat Stramm schon experimentiert, bald sind Ackerbohnen dran. »Im Prinzip haben al- le Proteine eine Sperrwirkung gegenüber Sauerstoff, aber sie lassen sich nicht gleich gut aus den Reststoffen extrahieren«, er- klärt sie. Mit Pflanzenwachsen wollen sie in der Verpackung zusätzlich eine Wasserdampfbarriere schaffen. Eugenol, ein Bestandteil von Thymianöl, soll die Lebensmittel vor Bakterien und Verderb schützen. Doch ätherische Öle verflüchti- gen sich leicht. Um Eugenol in die Verpa- ckungsmaterialien einbringen zu können, muss es mikroverkapselt werden. Thymianöl im Kunststoff Dabei helfen Dr. Alexandra Latnikova und ihre Kolleginnen und Kollegen vom Fraunhofer-Institut für Angewandte Po- lymerforschung IAP. Sie sind Spezialisten für die Mikroverkapselung von Additiven, also Zusatzstoffen, die die Eigenschaften des Trägermaterials beeinflussen. Ad- ditive sorgen beispielsweise dafür, dass Kunststoff besonders biegsam wird oder weniger leicht entflammbar ist. In vielen Fällen können Additive nicht pur in das Polymer eingebracht werden – sie brau- chen eine schützende Hülle, weil sie oft instabil sind oder zu schnell freigesetzt werden. Steuern lässt sich die Freisetzung unter anderem durch das Material und den Aufbau der Kapsel. Latnikova und ihr Team arbeiten daran, synthetische Ad- ditive durch natürliche zu ersetzen. Sie experimentieren mit ätherischen Ölen, Enzymen und Phenolen, die zum Beispiel als Abfallprodukt bei der Weinherstel- lung, aber auch bei der Bioölproduktion in der »Kläranlage der Zukunft« anfallen. »Additive haben die meisten Menschen 86 »Die Bereitschaft ist da, neue Wege zu gehen.« Dr.-Ing. Ursula Schließmann, Fraunhofer IGB nicht auf dem Schirm, wenn es um eine nachhaltige Alternative zu erdölbasier- ten Kunststoffen geht. Dabei machen Ad- ditive manchmal bis zu 50 Prozent des Materials aus. Ohne biobasierte Additi- ve keine biobasierten Kunststoffe«, stellt Latnikova klar. Auch Dr. Michaela Müller vom Fraun- hofer IGB will synthetische Inhaltsstoffe durch natürliche ablösen. Sie untersucht, wie man Funktionstextilien wasserabwei- send und atmungsaktiv herstellen kann ohne herkömmliche, umweltschädliche Fluorkohlenwasserstoffe. Erfolgreich ex- perimentieren sie und ihr Team mit Chi- tosan, einem Biopolymer, das unter ande- rem aus den Schalen von Krustentieren gewonnen wird. In der EU fallen jährlich rund 250 000 Tonnen Schalenabfälle an, weltweit mehr als 6 Millionen – eine er- giebige Rohstoffquelle. Auch Insektenhäu- te und -panzer, ein häufiger Reststoff bei der Tierfutter-Produktion, enthalten Chi- tin, aus dem Chitosan hergestellt wird. Müller bringt Chitosan in Kombina- tion mit einem speziellen Protein auf den Stoff auf, das wegen seiner wasserabwei- senden Eigenschaft Hydrophobin genannt wird und unter anderem in Pilzsporen zu finden ist. »Wir konnten mit Chitosan in den letzten Jahren bereits einige Erfah- rungen sammeln. Durch einen physikali- schen Trick ist es uns jetzt gelungen, es hydrophob zu machen und trotzdem At- mungsaktivität zu gewährleisten. Das kriegt man mit pflanzlichen Wachsen nicht hin, die haben keine Wasserdampfdurch- lässigkeit«, erklärt Müller. Sie und ihre Kol- legen arbeiten gerade daran, die chemische Verbindung zwischen Chitosan und Hy- drophobin zu optimieren. Die Kombina- tion soll nicht nur die wasserabweisenden Eigenschaften verstärken, sondern das Ge- webe auch möglichst ölabweisend machen. Grüne Mode liegt im Trend – das In- teresse der Textilunternehmen an nach- haltigen Alternativen ist groß. In einer Umfrage von Statista aus dem Jahr 2019 gaben 57 Prozent der Verbraucher an, dass die Nachhaltigkeit/Recyclingfähigkeit ih- nen beim Kauf von Mode wichtig sei. So setzen Müller und ihr Team ihre Forschun- gen seit dem Auslaufen der EVOBIO-För- derung Ende Dezember 2020 mit Geldern aus der Industrie fort. Auch für die »Kläranlage der Zukunft« ist bereits klar, dass es weitergeht. Zahl- reiche Unternehmen aus unterschiedlichs- ten Branchen wollen sich beteiligen – An- lagenbauer, Lebens- und Futtermittelher- steller, Chemie- und Energie-Konzerne, Sensorik-, Automatisierungs- und IT-Start- ups. »Die Bereitschaft ist da, neue Wege zu gehen. Die Firmen sehen einen Markt«, ist Dr. Ursula Schließmann vom Fraunhofer IGB überzeugt. — 10. internationale Konferenz »Life Cycle Management« Virtuelles Event, 5. – 8. September 2021. Veranstalter: Fraunhofer IBP, Universität Stuttgart, Festo und DGNB. Weitere Infos: www.lcm2021.org

1 | 21 Mit Lebensmittel abfälle reduzieren Rund 12 Millionen Tonnen Lebensmittel landen jährlich allein in Deutschland im Müll. Intelligente Algorithmen helfen, die Verschwendung zu beenden. Von Andrea Pletz D er Löwenanteil der Lebensmittelabfälle ent- steht in Privathaushalten, eine erhebliche Menge jedoch bereits bei der Herstellung. Die Gründe dafür sind vielfältig: Die Ver- arbeitungsketten sind komplex, Bedarfsschwankungen schwer zu prognostizieren und aus der unzureichenden Kenntnis der Verbrauchernachfrage resultiert Überpro- duktion. Im Forschungsprojekt REIF (Resource-efficient, Economic and Intelligent Foodchain) sucht Fraunhofer Lösungen. »Die Herausforderung besteht darin, zwischen Landwirt, Produktion und Verbraucher eine Verbindung zu schaffen, um die Lebensmittelverschwendung zu re- duzieren und gleichzeitig die Wirtschaftlichkeit beizu- behalten oder zu steigern«, erklärt Philipp Theumer vom Fraunhofer-Institut für Gießerei-, Composite- und Ver- arbeitungstechnik IGCV. Daran arbeiten insgesamt 30 Partner aus Forschung und Industrie. Das gemeinsame Ziel: der Aufbau eines KI-Ökosystems mit einer Vernetzungsplattform, die die Lebensmittelverschwendung eindämmen soll. Dazu ge- hört unter anderem die KI-basierte Berechnung von Ab- satzprognosen, die sowohl für den Lebensmittelhandel als auch für die vorgelagerte Produktion interessant sind. Zudem werden zukünftig auch die Produktionsanlagen mithilfe von KI optimiert. REIF konzentriert sich auf drei Wertschöpfungsnetzwerke: die Herstellung von Backwa- ren, Molkerei- und Fleischprodukten. Hier sind die Pro- duktionsprozesse komplex, fallen mit hohen Verlustraten besonders ins Gewicht und weisen einen vergleichswei- se großen ökologischen Fußabdruck auf. 88 52% der Lebensmittel- abfälle entstehen in privaten Haushalten. Backwaren gehören zu den Lebensmitteln, die am häufigsten weggeworfen werden.

1 | 21 Foto & Fraunhofer Fraunhofer auf dem Mars 472 Millionen Kilometer Anreise. Reisedauer 205 Ta- ge. Parkplatz: Jezero-Krater. Hier hat der Mars-Rover Perseverance im Marsstaub seine Arbeit aufgenom- men. Mit 23 Kameras und zwei Mikrofonen schickt die Marsmission faszinierende Eindrücke zur Erde. Mit an Bord: ein optischer Interferenzfilter des Fraun- hofer-Instituts für Schicht- und Oberflächentechnik IST. Der Filter arbeitet in einem Sensor zur Staubcha- rakterisierung. Vor dem Start war der Filter 3000 Mal einem schnellen Temperaturwechsel ausgesetzt wor- den, um sicherzustellen, dass er auch auf dem Mars bei Temperaturen bis zu minus 120 Grad Celsius zu- verlässig arbeitet. Die Sensorik für Strahlungsbelas- tung und Staub befindet sich an der Oberseite des Ro- vers. »Die Aufgabe des Filters ist es, nur Licht im ›nahen‹ Infrarot-Bereich durchzulassen«, erklärt Projektleiter Stefan Bruns. »Dabei geht es darum, den Staub auf der Oberfläche des Mars zu erkennen.« Foto: NASA/JPL-Caltech/USGS 90

1 | 21 92 Interview Nico Rosberg, 35— war 2016 mit Mercedes Formel-1-Weltmeister geworden. Wenige Tage nach dem Titelgewinn kündigte er seinen Rück - tritt als Rennfahrer an. Inzwischen fordert er den Umstieg der Formel 1 auf Elektromotoren – und engagiert sich als Investor für Nachhaltig- keit und E-Mobilität.

1 | 21 Er hat sein Ticket schon gekauft: Investor Nico Rosberg vor einem Flugtaxi, wie es in Singapur bald starten soll. »Vielen Dank übrigens, mir helfen da auch die Strategiepapiere und Studien von Fraunhofer.« Sind Sie ein schwieriger Beifahrer – dann, wenn ein Mensch und nicht die Maschine den Wagen steuert? Also meine Frau Vivian ist meistens ganz zufrieden mit mir. Als Investor setzen Sie auf Höhenflüge. Sie meinen die Flugtaxis? Tatsächlich habe ich in Volocopter und Lilium investiert, zwei vielver- sprechende deutsche Start-ups in diesem Bereich. Die autonom fliegenden Lufttaxis werden, davon bin ich fest überzeugt, nicht nur den Verkehr in den Städten umkrempeln. Sie werden unser ganzes Leben in den Städten verändern – sie eröffnen neue Möglichkeiten des Pendelns, entlasten die Straßen, steigern die Mobilität und machen damit letztlich unsere Städte lebenswerter. Unser Fraunhofer-Institut für Arbeitswirt- schaft und Organisation IAO hat in Kooperation mit der Volocopter GmbH eine Akzeptanzstudie dazu erstellt. Die große Mehrheit der in einem Prototypen Befragten begrüßt die Alternative zum Autoverkehr – auch wenn 72 Prozent dann doch die Notlande- funktion noch »sehr wichtig« ist. Autonomer Stadt- verkehr im Flugtaxi ist also nicht nur Science-Fiction? Also ich habe mein Ticket schon gekauft, für Singa- pur. Und ich bin davon überzeugt, dass die ersten Flugtaxis auch hierzulande in den nächsten Jahren abheben werden. 94 Wer in unserer Gesellschaft Gutes in die Breite bringen will, der muss zeigen, dass sich da- mit auch gutes Geld verdienen lässt. Was sind die Faktoren? Es geht tatsächlich um wirtschaftlichen Erfolg. Dafür allerdings müssen Sie für möglichst viele Menschen einen möglichst großen Nutzen schaffen. Sehen Sie, ich habe früh in TIER investiert, die Elektro-Scooter, die unsere Großstädte verändert haben. Sie haben eine neue Form von Mobilität ermöglicht, die Freude und Nutzen ideal verbindet. Da gehen wir übrigens gerade den nächsten großen Schritt. Die TIER-Nutzer können künftig die Akkus selbst in Ladestationen aufladen und bekommen dafür eine Gutschrift. Durch diesen Vorteil profitieren die Kunden. Da- durch profitiert auch das Unternehmen, das seine Kosten relevant senkt. Und dadurch profitiert auch die Umwelt, weil das nächtliche Aufsammeln der Roller mit dieselbetriebenen Transportern wegfällt. Wie unterscheidet sich das Leben des Unter- nehmers Rosberg von dem des Leistungssportlers? Ich lerne, geduldiger zu sein. Diese unglaubliche Verdichtung aller Anspannung in ein Rennwo- chenende gibt es natürlich nicht mehr. Stattdessen werden Verträge ausgehandelt, und das über Wo- chen und Monate. Wobei: Die Liebe zum Detail und das Wissen, dass echter Erfolg nur in einem Team zu schaffen ist – das ist mir auch in meinem Wirt- schaftsleben geblieben. Was ist heute Ihre Motivation? Die Welt besser zu machen. Dabei hilft mir übrigens die Prominenz sehr, die ich meiner Zeit in der For- mel 1 zu verdanken habe. Sie öffnet mir Türen und ermöglicht Kontakte – und so bringt der Rennsport meine Nachhaltigkeitsanliegen voran. Sie sind sicher für viele Fans mit Benzin im Blut vom Saulus zum Paulus geworden. Werden Sie deshalb häufig angefeindet? Klar, das kommt vor. Aber Gegenwind ist mir ver- traut. Das kenne ich doch auch aus meiner Zeit als Rennfahrer. Tempo erleben Sie inzwischen in ganz anderer Form. Sie spielen aufs Speedreading an? Tatsächlich fas- zinieren mich Methoden, schneller zu lesen und Wissen effektiver aufnehmen zu können. Nebenbei: Diese Form von Geschwindigkeit ist völlig klima- neutral. g r e b s o R o c i N m a e T : o t o F

»Es ist wichtig, alle Akteure zusammenzubringen, um wissens- basierte Lösungen zu erarbeiten.« Sophie Mok, Fraunhofer IAO