Raus aus der Flaute

Für ein klimaneutrales Energiesystem braucht es die Windkraft – ohne sie werden wir unsere Klimaziele nicht erreichen. Trotzdem ist der Ausbau dieser erneuerbaren Energie zuletzt ins Stocken geraten. Woran liegt das und wie kommt wieder Schwung in die Branche? Das lesen Sie in der neuen Ausgabe unseres Magazins effzett.

Wasserstoff ist ein wesentlicher Bestandteil der Energiewende

Die Energiewende gehört zu den großen Herausforderungen der Gesellschaft: Deutschland und die Europäische Union streben an, bis zum Jahr 2050 klimaneutral zu werden. Dabei soll die Bevölkerung sicher mit Energie versorgt werden und die Industrie wettbewerbsfähig bleiben. Eine Schlüsselrolle spielen dabei Wasserstofftechnologien.

Corona und die Luftqualität im Rheinland

Wie wirkt sich der Shutdown als Folge der Corona-Pandemie auf die Luftqualität im Rheinland aus? Dieser Frage geht das Jülicher Institut für Troposphäre mit einer Messkampagne nach, die Anfang Mai vom Flughafen Bonn-Hangelar aus startet. Mit einem Zeppelin NT werden bei mehreren Flügen auf verschiedenen Routen Spurengase und Feinstaub gemessen.

Gemeinsam die Corona-Krise bewältigen

Die Zahl der SARS-CoV-2-Infektionen steigt in Deutschland und weltweit von Tag zu Tag dramatisch. Dies stellt die Gesellschaft und jeden Einzelnen vor immense Herausforderungen. Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler vom Forschungszentrum Jülich erforschen, ebenso wie viele andere Wissenschaftler in der Helmholtz-Gemeinschaft und weltweit das neuartige Corona-Virus.

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Aktuelles

Prof. Knut Urban

Kavli-Preis für Wegbereiter der modernen Elektronenmikroskopie

Der Kavli-Preis für Nanowissenschaften geht in diesem Jahr an Prof. Knut Urban vom Forschungszentrum Jülich. Der Wissenschaftler, ehemals Direktor des Instituts für Mikrostrukturforschung sowie des Ernst Ruska-Centrums für Mikroskopie und Spektroskopie mit Elektronen (ER-C), erhält die Auszeichnung zusammen mit Prof. Harald Rose (Universität Ulm), Prof. Maximilian Haider (CEOS GmbH, Heidelberg) und Prof. Ondrej Krivanek (Nion Company, Seattle/USA). Das gab die Kavli Foundation in Oslo bekannt.

Karte Starkregen

Digitales Informationssystem gibt Auskunft über Gefährdung durch Starkregen

Der Klimawandel sorgt dafür, dass Starkregen in Deutschland vermehrt auftritt. Die Folgen: vollgelaufene Keller und Tiefgaragen, reißende Bäche und Schlammlawinen. Das Bundesland Hessen ist besonders betroffen. Da eine Zunahme der Starkregenereignisse prognostiziert wird, hat das Hessische Landesamt für Naturschutz, Umwelt und Geologie im Auftrag des Hessischen Umweltministeriums das Projekt „KLIMPRAX Starkregen und Katastrophenschutz in Kommunen“ initiiert, an dem sich das Forschungszentrum Jülich beteiligt.

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Corona-Shutdown und Luftqualität

Themen- und Forschungsgebiete

Alzheimersche Demenz

Alzheimersche Demenz:

Identifizierung von Amyloid-beta-Oligomeren

Am Forschungszentrum gehen Wissenschaftler den molekularen Grundlagen der Alzheimerschen Demenz auf die Spur. Der Institutsbereich Strukturbiochemie (ICS-6) verbindet strukturbiologische Grundlagenforschung mit angewandter klinischer Forschung und entwickelt eine neuartige Therapie-Strategie mit einem eigenen Wirkstoffkandidaten. Der Institutsbereich Molekulare Organisation des Gehirns (INM-2) untersucht metabolische und neurochemische Prozesse, die unter anderem neurologischen Erkrankungen zugrunde liegen.

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Big Data

Big Data

Kabel und Module des Supercomputers QPACE

Der Einsatz von Big-Data-Techniken ist einer der wichtigen Trends im 21. Jahrhundert. Die Digitalisierung aller Lebensbereiche geht mit dem Aufkommen riesiger Datenberge einher. Wirtschaft und Industrie nutzen diese, um neue Informationen zu gewinnen – um neue Vorhersagen zu treffen, industrielle Prozesse zu optimieren oder Produkte zielgerichtet an Kundenbedürfnissen auszurichten.
In der Wissenschaft nimmt die Bedeutung von Big-Data-Problemen ebenfalls zu. Die Daten stammen oftmals aus unterschiedlichen Quellen. Entsprechende Datensätze sind typischerweise so groß und komplex oder so schwach strukturiert und unsicher, dass sie sich nicht mehr zufriedenstellend mit herkömmlichen Methoden bearbeiten lassen. Eine wichtige Rolle spielen Big-Data-Analysen etwa in der Medizin, wenn es darum geht, komplexe Zusammenhänge als Ursache für Erkrankungen zu entschlüsseln.

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Brennstoffzellen

Brennstoffzellen

eine weiße, flüssige Paste tropft aus einer Vorrichtung

Brennstoffzellen wandeln Wasserstoff oder wasserstoffreiche Brennstoffe durch elektrochemische Reaktionen in Elektrizität um – und sind damit umweltfreundliche und effiziente Stromquellen. Am Forschungszentrum Jülich werden drei Arten von Brennstoffzellen entwickelt: die Festoxidbrennstoffzelle (SOFC), die Hochtemperatur-Polymerelektrolyt-Brennstoffzelle (HT-PEFC) sowie die Direktmethanol-Brennstoffzelle (DMFC).

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Energiewende

Energiewende

Blaue Solaranlage auf Ziegeldach vor blauem Himmel

Die Lösung des globalen Energieproblems gilt als zentrale Herausforderung des 21. Jahrhunderts. Neben der Forschung an erneuerbaren Energien, Batterien und Brennstoffzellen und Wasserstoff als Energieträger gibt es in Jülich auch einige fachübergreifende Projekte.

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Informations­speicher

Informationsspeicherung und -verarbeitung

Resistive Speicher

Das Peter Grünberg Institut (PGI) verfolgt eine Reihe von Ansätzen, um Datenspeichertechnologien energieeffizienter, leistungsfähiger und schneller zu machen. Wissenschaftler untersuchen hierfür physikalische Phänomene und Eigenschaften von Materialien und Materialkombinationen im Nanobereich, wie beispielsweise in Halbleitern oder Oxiden. Die Arbeiten dienen der Grundlagenforschung für die Entwicklung von Bauelementen und Bauelemente-Designs für Computerchips. Die Wissenschaftler halten aber auch nach ganz neuen physikalischen Phänomenen in geeigneten Materialien Ausschau, die sich für die Speicherung von Daten nutzen lassen könnten.

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Klimawandel

Klimawandel

verschneiter Wald von oben fotografiert, Copyright: CC0 Public Domain

Umwelt-Prozesse, die mit dem Klimawandel in Verbindung stehen, erforschen Wissenschaftler an den Instituten für Energie- und Klimaforschung und Bio- und Geowissenschaften: Physikalische und chemische Prozesse in der Atmosphäre untersuchen Wissenschaftler des Instituts für Energie- und Klimaforschung. Was geschieht mit Spurenstoffen in der Atmosphäre aus unterschiedlichen Quellen wie Industrie, Verkehr oder von Pflanzen? Mit ihren experimentellen Erkenntnissen sowie Computersimulationen entwickeln Jülicher Forscher bestehende Klimamodelle weiter, wirken als Gutachter und erarbeiten Handlungsempfehlungen für politische Entscheidungsträger. Das Institut für Bio- und Geowissenschaften untersucht unter anderem, wie sich der Klimawandel auf Böden und auf Austauschprozesse zwischen Boden, Pflanzen und Atmosphäre auswirkt.

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Nachwachsende Rohstoffe

Nachwachsende Rohstoffe für die Bioökonomie

In der Pflanzenforschung setzen Wissenschaftler ein Oktokopter bzw. eine Vermessungsdrohne im Freien ein.

Bei der Bioökonomie geht es darum, Möglichkeiten zu schaffen, um eine wachsende Weltbevölkerung zu ernähren, Treibstoff aus geeigneter Biomasse herzustellen und industrielle Produktionsverfahren so umzustellen, dass sie möglichst ohne Erdöl auskommen. Hierfür müssen neue biobasierte Wertschöpfungsketten entwickelt werden. Gleichzeitig geht es aber auch um die Nutzung des Wissens über biologische Systeme, um neue Produkte für die Wirtschaft bereitzustellen. Hieran forschen die Wissenschaftler am Institut für Bio- und Geowissenschaften (IBG).

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Nitrat

Nitrat

umgepflügter Ackerboden mit Bäumen im Hintergrund

Deutschland hat ein Problem: zu viel Nitrat im Grundwasser, aber auch in der Nord- und Ostsee. Die Ursache ist in den meisten Fällen die Landwirtschaft, die zu viel Gülle und Mineraldünger auf die Felder aufbringt. Um die Nitratbelastung in einem Bundesland effizient zu senken, muss das Zusammenspiel von überschüssigem Dünger in landwirtschaftlich genutzten Böden sowie den hydrologischen und geologischen Standortbedingungen analysiert werden. Jülicher Agrosphärenforscher haben zu diesem Zweck Computermodelle entwickelt, mit denen berechnet werden kann, wie stark das Grundwasser sowie die Oberflächen- und Küstengewässer in unterschiedlichen Regionen Deutschlands belastet sind – und wie Nitrate dorthin gelangen.

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Photovoltaik

Photovoltaik

Künstliche Photosynthese

Photovoltaik ist eine unerschöpfliche, saubere Energiequelle. Noch allerdings sind die Wirkungsgrade relativ niedrig – insbesondere für Solarzellen, wie sie in herkömmlichen Dach- und Feldanlagen eingesetzt werden. Am Institut für Energie- und Klimaforschung, Bereich Photovoltaik (IEK-5) wird an einer Reihe von Alternativen zu den weitverbreiteten Standard-Silizium-Solarzellen geforscht. Dazu gehören vor allem alternative Materialien für sogenannte Dünnschichtzellen, sowie für den Einsatz in Kombination mit Silizium-Wafer-Zellen. Ein weiterer Forschungsschwerpunkt ist die künstliche Photosynthese: Mithilfe einer Kombination von Solarzelle und Elektrolyseur werden Brennstoffe wie Wasserstoff aus erneuerbaren Energien erzeugt.

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Quantencomputer

Quantencomputer

Detailaufnahme des OpenSuperQ

Quantentechnologie wird unsere Welt verändern – in Wissenschaft, Industrie, Wirtschaft und Alltag. Doch damit sich die hohen Erwartungen an diese revolutionäre Technologie erfüllen, braucht es die optimale Synthese von theoretischem Wissen und praktischer Kompetenz. Eine Herausforderung, die perfekt zum Forschungszentrum Jülich passt, denn hier kann es seine besondere Stärke auf dem Gebiet der nutzeninspirierten Grundlagenforschung ausspielen. So vereint Jülich die Grundlagenforschung in den Bereichen Quantenmaterialien und Quantencomputing mit konkreter Anwendungsentwicklung.

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Schlaganfall

Schlaganfall

ag_rehabilitation of cognitive impairments

Der Schlaganfall ist in Europa und USA seit vielen Jahren die wichtigste Ursache einer dauerhaften Behinderung. Laut der Deutschen Gesellschaft für Neurologie erleiden pro Jahr in Deutschland etwa 260.000 Patienten einen Schlaganfall. Am Institut für Neurowissenschaften und Medizin, Bereich Kognitive Neurowissenschaften (INM-3), erforschen mehrere Arbeitsgruppen, wie sich ein Schlaganfall auf die Struktur und Funktion des Gehirns auswirkt. In Zusammenarbeit mit der Klinik für Neurologie der Universität zu Köln untersuchen sie, wie man das Gehirn unterstützen kann, durch einen Schlaganfall verlorene Funktionen zu kompensieren und sich neu zu organisieren.

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Supercomputer

Supercomputer

JUWELS blau beleuchtet in der Rechnerhalle des JSC, fotografiert aus der Froschperspektive

Das Jülich Supercomputing Centre betreibt Computer der höchsten Leistungsklasse, darunter die Supercomputer JUWELS und JURECA, die mit einer maximalen Rechenleistung von jeweils über 5 Billiarden Rechenoperationen pro Sekunde zu den aktuell leistungsfähigsten Superrechnern der Welt gehören. Simulationen auf Superrechnern werden beispielsweise benötigt, um wissenschaftliche Modelle in der Physik und Klimaforschung oder den Neurowissenschaften zu überprüfen. Gleichzeitig vermitteln sie neue Einblicke in die Eigenschaften und Struktur von Materialien und Biomolekülen oder in den Ablauf biologischer und chemischer Prozesse.

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Wasserstoff

Wasserstoff als Energiespeicher

Ekolyser-Prototyp

Die Energiewende gehört zu den großen Herausforderungen der Gesellschaft: Deutschland und die Europäische Union streben an, bis zum Jahr 2050 klimaneutral zu werden. Dabei soll die Bevölkerung sicher mit Energie versorgt werden und die Industrie wettbewerbsfähig bleiben. Eine Schlüsselrolle spielen dabei Wasserstofftechnologien: Sie müssen entwickelt und in großem Maßstab marktgängig gemacht werden.

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