Technologie

Zukunft sichern – Innovationen für eine sichere Rohstoffversorgung

Im Rahmen dieser Ausschreibung werden innovative Forschungs- und Entwicklungstätigkeiten unterstützt, welche die Sicherung einer stabilen und nachhaltigen Versorgung mit Rohstoffen vorantreiben. Zur Förderung von kooperativen F&E-Projekten sowie zur Finanzierung von drei F&E-Dienstleistungen stellt das Bundesministerium für Finanzen (BMF) insgesamt 7,69 Millionen Euro zur Verfügung.

Ausschreibung: offen von 29.10.2024 12:00 bis 27.3.2025 12:00 Uhr

Nähere Informationen zur Ausschreibung finden Sie hier

Die EU-Missionen von Horizon Europe bringen neue Chancen für Österreich, die Lebensqualität der in Österreich lebenden Menschen und die Nachhaltigkeit unserer Ökosysteme weiter zu verbessern. Diese Veranstaltung dient dem Austausch von österreichischen Stakeholdern und als Auftakt für die nationale Umsetzung der fünf EU-Missionen.

Die Jahrestagung zur missionsorientierten FTI-Politik wird den Stand der Umsetzung der EU-Missionen in den Themenfeldern Krebs, Klimaanpassung, Städte, Wasser und Boden entlang von maßgeschneiderten österreichischen Aktionsplänen diskutieren. Die Konferenz wird einen Tag lang den Austausch von österreichischen Vertreter:innen aus Verwaltung, Wissenschaft, Wirtschaft und Gesellschaft ermöglichen, um den Mehrwert der missionsorientierten Zusammenarbeit über die Grenzen der jeweils eigenen Zuständigkeiten sichtbar zu machen. Die Tagung richtet sich an alle, die sich auf lokaler, regionaler oder nationaler Ebene für wirkungsvolle Aktivitäten zum gewünschten gesellschaftlichen Wandel engagieren.

Zusätzlich zu den Beratungen über die österreichischen Vorhaben zu den fünf EU-Missionen wird die Jahrestagung durch internationale und europäische Perspektiven der OECD, Europäischen Kommission und einiger EU-Mitgliedstaaten bereichert.

Termin: 12.12.2024, 10:00 - 17:00

Ort: Tech Gate Vienna Wissenschafts- und Technologiepark | Donau-City-Straße 1 | 1220 Wien

Weitere Informationen und die Möglichkeit zur Anmeldung finden Sie hier.

Gemeinsam mit der Standortagentur Tirol und der WISTO, freut sich die Plattform Industrie 4.0 Österreich, Sie zum 8. Summit Industrie 4.0 im Salzlager in Hall in Tirol willkommen zu heißen. Vorab haben Sie bereits am 25.11. die Möglichkeit an einer Führung bei den Tiroler Rohre um 16:00 - 17:30 Uhr teilzunehmen.

Wann: Dienstag, 26.11.2024 von 10:00 - 18:00 Uhr

Wo: Salzlager Hall in Tirol | Saline 18 | 6060 Hall in Tirol

Das Programm sowie die Möglichkeit zur Anmeldung finden Sie hier.

Sekundenschnell komplexe Probleme lösen, für die selbst moderne Supercomputer Jahrzehnte bräuchten – darin besteht das Versprechen von Quantencomputern. Doch so klar das Ziel vor Augen steht, so unklar ist der Weg dorthin. Denn bis heute konkurrieren mehrere Ansätze zur Realisierung von Quantencomputern miteinander. Und jeder hat hardware- wie softwareseitig spezifische Vor- und Nachteile, die sich von der Zuverlässigkeit über den Energieverbrauch bis hin zur Kompatibilität mit konventionellen Systemen erstrecken.

Unter der Koordination des Fraunhofer-Instituts für Angewandte Festkörperphysik IAF arbeitet ein Konsortium aus 28 Partnern im Projekt »SPINNING – Quantencomputer auf Basis von Spin-Qubits in Diamant daran, einen Quantencomputer auf der Grundlage von Spin-Photonen und Diamant zu entwickeln. Dieser soll sich durch geringeren Kühlbedarf, längere Operationszeiten und kleinere Fehlerraten als die anderen Quantencomputing-Ansätze auszeichnen. Das hybride Konzept des Spin-Photon-basierten Quantencomputers sieht darüber hinaus eine höhere Skalierbarkeit und Konnektivität vor, was eine flexible Verbindung mit konventionellen Computern ermöglicht.

Die Qubits werden mithilfe von Farbzentren im Diamantgitter erzeugt, indem ein Elektron wahlweise in einem von vier künstlich erzeugten Gitterdefekten (Vakanz-Zentren) gefangen wird, welche mit Stickstoff (NV), Silizium und Stickstoff (SiNV), Germanium (GeV) oder Zinn (SnV) dotiert werden. Der Elektronenspin koppelt sich durch magnetische Wechselwirkung mit fünf Kernspins benachbarter 13C-Kohlenstoffisotopen. Der zentrale Elektronenspin kann dann als adressierbares Qubit genutzt werden.

Die einzelnen Qubits bilden eine Matrixstruktur, das Qubit-Register. Der SPINNING-Quantencomputer soll aus mindestens zwei und später bis zu vier dieser Register bestehen, die wiederum auf weite Entfernungen von z.B. 20 m optisch gekoppelt werden, so dass ein übergreifender Informationsaustausch stattfinden kann. Die optische Kopplung zwischen den zentralen Elektronenspins und Registern wird durch einen optischen Router in Kombination mit einer Lichtquelle und einem Detektor zum Auslesen realisiert. Die einzelnen Zustände der Kernspins werden durch Hochfrequenzpulse gesteuert.

Der exemplarische Vergleich mit den Kennzahlen von Quantencomputern auf Basis supraleitender Josephson-Kontakte (superconducting Josephson junctions, SJJs), in deren Entwicklung bislang weltweit ein Vielfaches der Ressourcen investiert wurde, unterstreicht den Wert der im Projekt geleisteten Arbeit: Der bislang zwölf Qubits umfassende Spin-Photon-basierte Quantencomputer erreicht im Ein-Qubit-Gatter mit einer Fehlerquote von < 0,5 Prozent das gleiche Ergebnis wie die prominenten SJJ-Modelle Eagle (127 Qubits) und Heron (154 Qubits).

Bei der Kohärenzzeit übertrifft der Spin-Photon-basierte Quantencomputer mit einer Länge von über 10 ms die SSJ-Modelle (> 50 µs) deutlich, obwohl die Distanz bei der Verschränkung mit 20 m gegenüber wenigen Millimetern um ein Vielfaches größer ausfällt.

Laut der Internationalen Energieagentur (IEA) macht Wärme rund 50 Prozent des globalen Endenergieverbrauchs aus. Dennoch ist die Nutzung von Solarenergie in diesem Bereich im Vergleich zu fossilen Energiequellen nach wie vor gering. Ein zentrales Problem, das die umfassende Verwendung von Solarenergie einschränkt, ist die Unbeständigkeit ihrer direkten Verfügbarkeit. Eine vielversprechende Lösung bieten molekulare Energiespeichersysteme für Solarenergie. Während herkömmliche Methoden Energie nur für kurze Zeiträume speichern – beispielsweise in Form von heißem Wasser –, speichern diese Systeme Solarenergie in Form chemischer Bindungen, die über Wochen oder sogar Monate stabil bleiben. Die spezialisierten Moleküle, bekannt als "Photoschalter", absorbieren Sonnenlicht und geben die Energie bei Bedarf später als Wärme ab. Eine wesentliche Herausforderung für die aktuellen Photoschalter besteht jedoch darin, dass eine hohe Energiespeicherkapazität und eine effiziente Absorption von Sonnenlicht nicht gleichzeitig erreicht werden können, was die Gesamtleistung erheblich einschränkt. Dazu gibt es einen neuen innovativen Ansatz.

Eine neuartige Klasse von Photoschaltern wurde erstmals vorgestellt. Sie zeigt ein außergewöhnliches Potenzial zur Energiespeicherung, das mit dem von konventionellen Lithium-Ionen-Batterien vergleichbar ist. Zunächst war der Einsatz der Verbindungen jedoch auf die Aktivierung durch UV-Strahlung beschränkt, die lediglich einen kleinen Teil des Sonnenspektrums ausmacht. Die Forschungsteams haben nun eine indirekte Methode zur Lichtabsorption entwickelt, die der Energieaufnahme bei der Photosynthese durch den "Lichtsammelkomplex" ähnelt. Hierbei kommt ein zweites Molekül zum Einsatz, das hervorragende Eigenschaften zur Absorption von sichtbarem Licht aufweist, ein sogenannter Sensibilisator. Bei diesem Ansatz absorbiert der Sensibilisator Licht und überträgt anschließend die Energie auf den Photoschalter, der unter diesen Bedingungen nicht direkt angeregt werden kann. Diese neue Strategie hat die Effizienz der Solarenergiespeicherung um mehr als eine Größenordnung gesteigert und stellt einen bedeutenden Fortschritt für die Forschung im Bereich der Energieumwandlung dar. Die potenziellen Anwendungen dieser Systeme reichen von einfachen Hausheizungen bis hin zu groß angelegten Energiespeichern und bieten einen vielversprechenden Weg zum nachhaltigen Energiemanagement.

Die Ergebnisse wurden in der Zeitschrift Angewandte Chemie veröffentlicht, wo die Arbeit aufgrund außergewöhnlich positiver Bewertungen durch wissenschaftliche Gutachter als "Hot Paper" eingestuft wurde.

Wasserstoff soll im Energiesystem der Zukunft eine große Rolle spielen, als Energiespeicher, Brennstoff und wertvoller Rohstoff für die Chemie-Industrie. Denn Wasserstoff lässt sich nahezu klimaneutral durch Elektrolyse von Wasser erzeugen, sofern diese mit Strom aus Sonne oder Wind geschieht. Der Hochlauf der grünen Wasserstoffwirtschaft wird aktuell maßgeblich von zwei Systemen bestimmt: der protonenleitenden Membranelektrolyse (PEM) und der klassischen alkalischen Elektrolyse. Alkalische Membran-Elektrolyseure (AEM) kombinieren die Vorteile beider Systeme und benötigen beispielsweise keine seltenen Edelmetalle wie Iridium.

Nun haben Forschungsteams aus TU Berlin und HZB gemeinsam mit dem Institut für Mikrosystemtechnik (IMTEK) der Uni Freiburg und Siemens Energy erstmals einen Elektrolyseur vorgestellt, der fast genauso effizient Wasserstoff produziert wie ein PEM-Elektrolyseur. Statt auf Iridium setzten sie auf Nickel-Doppelhydroxidverbindungen mit Eisen, Kobalt oder Mangan und entwickelten ein Verfahren, um eine alkalische Ionenaustauschmembran damit direkt zu beschichten.

Während der Elektrolyse in der Zelle konnten sie operando-Messungen an der Berliner Röntgenquelle BESSY II an der LIXEdrom Endstation durchführen. Ein Theorie-Team aus Singapur und USA half dabei, die experimentellen Daten zu interpretieren.

Die Untersuchung hat das Verständnis der fundamentalen Katalyse Mechanismen der neuen Nickelbasierten Elektroden-Materialien signifikant erweitert. Außerdem verspricht das neu entwickelte Beschichtungsverfahren der Membranelektrode eine sehr gute Skalierbarkeit. Eine erste vollfunktionsfähige Kleinzelle wurde am IMTEK bereits getestet. Damit legen die Arbeiten die Grundlage für eine industrielle Evaluierung und demonstrieren, dass auch ein AEM-Wasserelektrolyseur hocheffizient sein kann.

Damit Ernteroboter, U-Boot-Greifer und autonome Rover auf fernen Planeten künftig universeller einsetzbar und selbstständiger werden, bringen Forschende des Fraunhofer-Instituts für Werkstoff- und Strahltechnik IWS aus Dresden ihnen das Fühlen bei: Sie arbeiten in verschiedenen Projekten gemeinsam mit Partnern aus Industrie und Forschung an künstlichen Greifern, die nach dem Vorbild der Natur konstruiert sind. Dabei hilft die Kombination von 3D- und Dispensdruck mit weiteren Technologien – eine wichtige Rolle spielen aber auch Fische.

Flexible Greifer aus dem 3D-Drucker erkennen mit Sensorhilfe, wie fest sie zupacken dürfen, ohne etwas zu beschädigen. Technische Systeme wie Roboter oder andere Maschinen sollen lernen, ähnlich wie eine menschliche Hand »einfühlsam« zu greifen. Künftige Einsatzmöglichkeiten sind Ernteroboter, die Erdbeeren pflücken, ohne sie zu quetschen, oder autonome Rover, die unbekannte Proben sicher bergen.

Im konkreten Fall machen sich die Projektpartner die Fähigkeit der Flossen bestimmter Fische zu Nutze, auf einen Druck nicht mit einer ausweichenden, sondern einer Gegenbewegung zu reagieren, also die angreifende Kraft zu umschließen. Die Fische selbst verwenden dies, um sich einfacher fortzubewegen. Dafür hat das Fraunhofer IWS zunächst eine Greifergrundstruktur – ähnlich dem Flossenskelett der Fische – aus flexiblem Polyurethan erzeugt. Zum Einsatz kam ein 3D-Drucker, der nach dem additiven Prinzip „Fused Filament Fabrication“ (FFF) arbeitet. Solche Geräte schmelzen Kunststoff von der Rolle auf und generieren aus der Schmelze dann schichtweise – nach einem Computermodell als Vorlage – die gewünschte Struktur.

Auf die Oberfläche des Greifers bringt danach ein Dispens-Drucker mit Kanülen feine Strukturen aus Silberpaste auf. Im Anschluss werden die so generierten Muster mittels Infrarotstrahlung funktionalisiert. Zu diesen Funktionsstrukturen gehört beispielsweise ein Mäander-Muster aus 250 Mikrometer schmalen Leiterbahnen. Biegt oder streckt sich der einzelne Finger, ändert sich der elektrische Widerstand des Mäanders. Dadurch lässt sich die Greiferkrümmung jederzeit ermitteln.

Der Drucker generiert auf den Greiferfingern auch übereinander geschichtete dünne Ebenen aus Silber und Isolatoren, sodass ein flacher Kondensator entsteht. Werden die beiden Silberebenen durch eine äußere Kraft zusammengepresst, ändert sich die Kapazität des Kondensators. So lässt sich die auf den Greifer wirkende Kraft ermitteln. Der Dispensdrucker kann zudem berührungssensitive und andere Oberflächensensoren herstellen. Kombiniert mit Mikrosystemen in der integrierten Steuer- und Auswerteelektronik lässt sich eine Vielzahl weiterer Funktionen der menschlichen Hand simulieren. Denkbar wäre etwa, durch ein leichtes Schütteln des gegriffenen Objektes dessen Gewicht abzuschätzen.

In der Verbindung aus Biologie und Technologie steckt noch viel Potenzial, denn die Kombination mehrerer additiver Verfahren eröffnet in der Bionik ganz neue Möglichkeiten.