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Das Konzept des Digitalen Zwillings als Abbild eines physischen Gegenstücks befindet sich zurzeit in der Entwicklung und liefert erste vielversprechende Ergebnisse. Gleichzeitig unterscheiden sich die Ziele und die Definition Digitaler Zwillinge abhängig von Anwendungsbereich und Anwendungsfall teils deutlich voneinander. Die Beschreibungen und Konzepte Digitaler Zwillinge einer konkreten Anwendung lassen sich deshalb nicht einfach auf neue Anwendungsfelder übertragen. Unterdessen ist die Batteriezellfertigung eine Schlüsseltechnologie der Energie- und Mobilitätswende, die noch immer von hohen Kosten sowie Ausschussraten geprägt ist und enorm vom Einsatz Digitaler Zwillinge profitieren wird. Um eine Grundlage für die Entwicklung Digitaler Zwillinge in der Batteriezellfertigung zu schaffen, zeigt dieses Whitepaper, basierend auf bestehenden Arbeiten, eine einheitliche Definition für den Digitalen Zwilling in der Batteriezellfertigung auf. Dafür wurden drei Ausprägungen des Digitalen Zwillings identifiziert: der Gebäudezwilling, der Anlagenzwilling und der Produktzwilling. Jede dieser Ausprägungen gilt es im Detail zu betrachten, sodass Bestandteile der jeweiligen Ausprägungsformen identifiziert, exemplarische Anwendungsfälle aufgezeigt und konkrete Ziele und Herausforderungen definiert werden können. Basierend auf den in diesem Whitepaper beschriebenen Konzepten dient der Digitale Zwilling in der Batteriezellfertigung zukünftig zur Nachverfolgung, Optimierung und Steuerung von Produkten und Prozessen. Dies kann perspektivisch die Energie-, Rohstoff- und Kosteneffizienz in diesem wichtigen Zukunftsbereich deutlich verbessern.

Wasserstoff kann aus Koksofengas mittels Druckwechseladsorption gewonnen werden. Dafür ist eine vorgelagerte Sauerstoffentfernung wirtschaftlich vorteilhaft und bei Überschreitung der empfohlenen Sauerstoffkonzentration für die Trennanlage sogar ein sicherheitsrelevanter Prozessschritt. Im Rahmen dieser Arbeit wird die Entfernung des Spurensauerstoffs mittels nicht-thermischem Plasma untersucht, welches gegenüber thermischen Katalysatoren in der Regel weniger selektiv, dafür aber robuster gegenüber Spurenkomponenten ist. In experimentellen Untersuchungen wird eine Modellkoksofengasmischung in einem koaxialen Plasmareaktor mit dielektrisch behinderter Entladung behandelt und dessen Effekte auf die Gaszusammensetzung untersucht. Die Untersuchungen fokussieren sich dabei auf die grundlegende Machbarkeit des Verfahrens, den plasmachemischen Einfluss der einzelnen Gaskomponenten auf die Umsetzung sowie die Ermittlung von Stell- und Optimierungsgrößen zur Effizienz- und Umsatzsteigerung.

Die gesteigerte Bedeutung der Missionsorientierung in der Forschungspolitik ist für die Universitäten mit der zusätzlichen Aufforderung verbunden, die eigenen Aktivitäten stärker auf gesellschaftlich relevante Probleme, insbesondere mit Blick auf nachhaltigkeitsbezogene Themen, zu konzentrieren als dies in der Vergangenheit geschah (Bauer et al. 2018; Wickson et al. 2006). Während noch vor einigen Jahren die Legitimation durch wissenschaftliche Exzellenz im Vordergrund stand, legen nun immer mehr Fördermittelgeber und Evaluatoren den Schwerpunkt auf den Beitrag der Universitäten zur Lösung gesellschaftlicher Probleme und Nachhaltigkeit.

Im Beitrag wird zunächst die Rolle der Fraunhofer-Gesellschaft im Zusammenspiel zwischen Wissenschaft und Wirtschaft beschrieben sowie das Fraunhofer-Modell der Leistungszentren erläutert. Anschließend folgen zwei konkrete Beispiele für Transfer aus der Wissenschaft – zunächst ein Erfahrungsbericht aus dem Gebiet der Mikrosystemtechnik, der aufzeigen soll, welche Transferwege in der Praxis bis heute erfolgreich gelebt wurden, welche Hürden sich gegebenenfalls unterwegs auftun und welche Lehren sich daraus ziehen lassen. Zweites Fallbeispiel ist der Innovationscampus (iCampus) Cottbus, der erstmals die Kompetenzen der lokalen Universität BTU Cottbus-Senftenberg mit vier außeruniversitären lokalen Forschungseinrichtungen synergetisch auf dem Feld der Mikroelektronik zusammengeführt.

Das Trendsonar bietet eine Übersicht und Analyse wichtiger derzeitiger und zukünftiger Quanten-IKT. Für das neue ÖFIT-Trendsonar wurden einem mehrstufigen Prozess 33 Technologien aus dem Forschungsfeld identifiziert und durch qualitative und quantitative Daten ergänzt. Das Trendsonar enthält neben Kurzbeschreibungen der analysierten Technologien Einschätzungen von Expert:innen aus der Quanten-IKT-Forschung und -Entwicklung hinsichtlich Zukunftsfähigkeit, Reife-/Standardisierungsgrad sowie Angebot / Nachfrage. Zu jeder Technologie wurden zudem quantitative Indikatoren zu Forschungsförderprogrammen, wissenschaftlichen Publikationen, Gründungen, Patenten, Suchanfragen sowie Sichtbarkeit in den Medien erhoben. Das neue Trendsonar dient in einem hochkomplexen Themenfeld als Orientierung und kann durch den direkten Technologievergleich bei Entscheidungsprozessen hilfreich sein. Das Trendsonar Quanten-IKT als interaktive Version befindet sich Trendbereich.

Bedingt durch die steigenden Anforderungen zur Reduzierung des Kraftstoffs- oder Stromverbrauchs in der Automobilindustrie, hat es sich bewährt, durch den Einsatz von faserverstärkten Kunststoffen Gewicht einzusparen. Der langfaserverstärkte Thermoplasten-Direktprozess (LFT-D-Prozess) stellt eine Möglichkeit dar, größere Bauteile wie Stoßstange oder Frontendträger automatisiert und kostengünstig herzustellen. Der LFT-D-Prozess besteht aus einem gleichläufigen Zweischnecken-extruder (ZSE), welcher das Polymergranulat zu Schmelze verarbeitet und einem zweiten gleichläufigen Zweischneckengerät (ZSG), welcher die Schmelze mit den Endlosrovings zu einem langfaserverstärkten thermoplastischen Plastifikat verarbeitet. Der LFT-D-Prozess erweist sich als ein komplexer Prozess, welche bisher nicht sein volles Potential ausschöpft. Durch das Mischen (Compounding) von Faser und Polymer, mit gleichzeitigem Abscheren der Fasern, müssen Effekte abgewogen werden, die sich, je nach Parametereinstellungen ändern und dies bei einem Prozess, der hohe Streuungen aufweist. Um sich künftig mehr Klarheit im LFT-D-Prozess zu verschaffen, wird im Rahmen dieser Arbeit das Plastifikat, welches beim Prozess nach dem Compounding entsteht, charakterisiert. Hierfür wird eine Methode vorgestellt, welche das Volumen und somit die Dichte der Plastifikate bestimmt. Mithilfe dieser Erkenntnis wird die Dichte mit Prozess-parametern und anderen Messwerten in Zusammenhang gebracht, um Aussagen zur Beschaffenheit des Plastifikates zu bewerten. Aus Vorversuchen der Dichtemessung ergaben sich, dass das Volumen am effizientesten mit einem 3D-Scanner bestimmt wird. Das Volumen des Plastifikates steigt mit steigender Drehzahl des ZSG’s, da dem Plastifikat, durch die schnelleren Drehbewegungen der volumetrisch verdrängenden Schnecke, mehr Luft zugeführt wird. Die Dichte des Plastifikates steigt mit der Reduzierung des Fasermassenanteils, da die Formmasse im gemischten Zustand eine niedrigere Viskosität besitzt, wodurch sie weniger Luft aufnimmt. Die temperaturabhängige Viskosität der Matrix hat einen Einfluss auf die Dichte. Die temperaturabhängige Viskosität der Matrix bei verschiedenen Parametereinstellungen sollte zukünftig näher betrachtet werden, um den LFT-D-Prozess weitergehender zu charakterisieren. Unterstützend empfiehlt es sich die Zusammenhänge zwischen Dichte und Faserlänge zu untersuchen und zu bewerten.

Im Kontext des Markthochlaufs batterieelektrischer Pkw wird oft das Thema Ladeinfrastruktur diskutiert und dabei insbesondere die Frage aufgeworfen, wo und wie Personen ohne privaten Stellplatz zukünftig ein Elektroauto aufladen könnten. Eine mögliche Lösung für die Problemstellung sind urbane Schnellladeparks, dedizierte Parkplätze im städtischen Raum, die über mehrere, meist 4-6 Schnellladestationen mit 8-12 Ladepunkten für Elektrofahrzeuge verfügen. Das vorliegende Whitepaper legt dar, inwiefern diese Lademöglichkeit aus Nutzendensicht tatsächlich attraktiv ist, wie urbane Schnellladeparks heute genutzt werden und welche Anforderungen sie erfüllen müssen, um die Akzeptanz batterieelektrischer Fahrzeuge in Zukunft weiter zu erhöhen.

Die deutsche Normungsroadmap Circular Economy unterstützt den Weg von einer linearen in eine zirkuläre Wirtschaft, denn bei dem Vorhaben Stoffkreisläufe zu schließen und damit wertvolle Ressourcen zu sparen, spielen Normen und Standards eine wichtige Rolle. Die Normungsroadmap betrachtet Hemmnisse und Herausforderungen für die Transformation aus Normungsperspektive und benennt die Normungsbedarfe für sieben entscheidende Sektoren der deutschen Wirtschaft.

Die Endlichkeit fossiler Rohstoffe und der Anstieg von anthropogenem CO2 fordert die Entwicklung nachhaltiger Prozessrouten zur Erzeugung biobasierter Polymere aus nachwachsenden Rohstoffen. Vanillin stellt in der Wertschöpfungskette biobasierter Polymere ein potentielles Schlüsselintermediat dar. Elektrochemische Konversionen von Vanillin zu Polymeren und Polymerbausteinen sind aufgrund ihrer grünen Charakteristika von besonderem Interesse. Die vorliegende Arbeit behandelt die beiden elektrochemischen Synthesen von Vanillin zu Hydrovanilloin, einem bisphenolischen Polymerbausteinen, und von Divanillin zu Polyvanillin, einem komplett Vanillin-basierten Polymer. Beide Reaktionen nutzen dabei den Reaktionstyp der elektrochemischen Pinakolisierung zum kathodischen Molekulargewichtsaufbau aus. Es werden neue Erkenntnisse zum Reaktionsmechanismus und zu Einflussparameter der Vanillin-Reduktion und der Polyvanillinsynthese dargestellt. Ebenso werden die beiden Prozesse in einem ingenieurswissenschaftlichen Ansatz auf einen elektrochemischen Flowreaktor mit Rückführung übertragen, modelliert und Schlüsselparameter zur Bewertung der Performance der Prozess berechnet.