Innovativ und weltweit vernetzt

Ob Airbag oder MP3-Format, Quantencomputer oder grüner Wasserstoff: Seit Jahrzehnten ist die Fraunhofer-Gesellschaft weltweit für Erfindungen und Forschung in Schlüsseltechnologien bekannt. 

Helikopter RACER
Fraunhofer IGCV mit Airbus

Wie groß die Fraunhofer-Gesellschaft ist, wird ­einem erst dann so richtig klar, wenn man eine Landkarte zur Hand nimmt. Im Grunde ist Fraunhofer überall – in Deutschland in Itzehoe nahe der Nordseeküste und auch ganz im Süden im oberbayrischen Holzkirchen, von wo man die Alpen sieht. 76 Institute und Dependancen sind es 2022 allein in der Bundesrepublik. Dazu kommen Standorte auf fast allen Kontinenten: in den USA und Brasilien genauso wie in Südafrika, Israel, China oder Indien. Die Fraunhofer-Gesellschaft (FhG) ist weltweit ­vernetzt und die größte Organisation für die ­angewandte Forschung in Europa. Bauphysik, ­Datenverarbeitung oder Photovoltaik, Biomedizin, Mechatronik oder Polymerforschung – es gibt wohl kaum ein ­naturwissenschaftliches oder technisches Thema, in dem die Gesellschaft nicht aktiv ist.

Viele Erfindungen aus den Instituten sind weltbekannt: der Airbag zum Beispiel oder das berühmte MP3-Format, mit dem man Musik zu kleinen Dateien komprimiert. Es stammt aus dem Fraunhofer-Institut für Integrierte Schaltungen IIS in Erlangen. Für die Entwicklung in den 1980er-Jahren hatten die Forschenden das bekannte Lied „Tom’s Diner“ von Suzanne Vega wegen seines klaren Rhythmus und seiner Schlichtheit genutzt. Es wurde zum ersten komprimierten Lied überhaupt. Auch die weiße LED ist eine weltbekannte Erfindung aus der Fraunhofer-Welt. Früher musste man das Licht blauer, grüner und roter LEDs mischen, um weißes Licht zu erzeugen. Das machte LED-Konstruktionen aufwendig und teuer. Im Jahr 1995 brachten Forschende des Fraunhofer-Instituts für Angewandte Festkörperphysik IAF in Freiburg dann erstmals einen einzelnen Elektrochip dazu, rein weißes Licht auszusenden. Damit begann der Siegeszug der LEDs. Heute erhellen sie Millionen von Büros und Wohnungen.

Woher dieser Erfindungsreichtum der rund 30.000 Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter kommt, erklärt der Präsident der Fraunhofer-Gesellschaft (FhG) Reimund Neugebauer: „Wir fokussieren uns auf zukunftsrelevante Schlüsseltechnologien. Dazu bewerten wir immer wieder innovative Geschäfts­felder und Technologietrends mit großem Markt­potenzial und gesellschaftlicher Relevanz und passen unsere Schwerpunkte entsprechend an.“ Zu den wichtigen Feldern, die die FhG derzeit bearbeitet, zählen unter anderem die Bioökonomie, die Intelligente Medizin, die Quantentechnologien oder auch die Künstliche Intelligenz und die Klimatechnologien. Die künftige Energieversorgung sei besonders wichtig, sagt Neugebauer: „Wir können noch so viele Quantencomputer produzieren oder Hochleistungsrechenzentren bauen – wenn wir uns nicht mehr sicher und souverän mit Energie versorgen können, bringt uns das nicht weiter. Das heißt, dass unsere Energiepolitik und auch unsere Lösungen für die Energieversorgung weiter vorangebracht werden müssen.“ Das Ziel sei es, energetische Souveränität gemeinsam mit den Nachbarn in der Europäischen Union zu erreichen.  

Zukunftsthema Wasserstoff

Aktuell ist deshalb vor allem der Wasserstoff ein ­großes Thema. Daran arbeiten laut Mario Ragwitz, dem Sprecher des Fraunhofer-Wasserstoff-Netzwerks, 35 Institute. „Das Schöne ist, dass wir die ­gesamte Wertschöpfungskette abdecken, von der ­Erzeugung des Wasserstoffs über den Transport bis zu den Verbrauchern“, sagt Ragwitz. So verfügt die FhG unter anderem über Elyktrolyselabors, in ­denen die Produktion von Wasserstoff aus Wasser ­optimiert wird. Hinzu kommen Labors für die Weiterentwicklung von Brennstoffzellen, die Wasserstoff in elektrischen Strom umwandeln. Die Teams erforschen auch, wie sich die Produktion von Brennstoffzellen automatisieren lässt. Denn noch werden diese meist von Hand gefertigt. Für den künftigen Masseneinsatz von Wasserstoff wäre das zu teuer und zu langsam. Um Lösungen zu entwickeln, hat das Fraunhofer-Institut für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik IWU in Chemnitz ein außergewöhnliches Forschungsgerät erschaffen: ein Auto mit dem Namen Silberhummel. Es basiert auf Entwürfen eines Rennwagens aus den 1940er-Jahren, der nie gebaut wurde. Die Forschenden haben das Auto jetzt auferstehen lassen und mit einem Brennstoffzellenantrieb versehen, mit dem sie neue Komponenten und Konzepte testen können.

Der bedeutendste Rohstoff Deutschlands war und ist der Erfindergeist seiner Menschen. Die Lösungen und Innovationen, die hier ­entwickelt werden, tragen wesentlich zu unserem Wohlstand bei und sind ein Exportschlager mit spürbaren Auswirkungen auf die globalen ­Wertschöpfungsketten.

Fraunhofer-Präsident Professor Reimund Neugebauer

Wo kann Wasserstoff bei der Energie­wende besonders helfen? Solche ganz praktischen Fragen haben die Fraunhofer-Forscherinnen und -Forscher immer im Blick. Für Mario Ragwitz ist es sinnvoll, den ­Wasserstoff dort einzusetzen, wo es sonst kaum grüne Alternativen gibt und wo sich der Kohlendioxidausstoß massiv reduzieren lässt. Das betrifft vor allem die Chemie- und Stahlindustrie, die Schifffahrt oder den Flug- und Schwerlastverkehr. In der Stahlindustrie etwa setzt man heute Unmengen von Kohle ein, um Roheisen zu schmelzen. ­Zusammen mit dem Stahlunternehmen Salzgitter AG und anderen Partnern entwickelt die FhG im Projekt SALCOS ein Verfahren, in dem Wasserstoff als Brennstoff dient.

Mario Ragwitz mahnt grundsätzlich mit Blick auf die Nutzung des Wasserstoffs: „Eine Wasserstoffwirtschaft funktioniert aber nur dann, wenn wir das Gas auch transportieren können.“ Und mit Blick auf die Fraunhofer-Gesellschaft fügt er hinzu: „Wir verfügen über die nötigen Kompetenzen – ­sowohl was die Planung der Infrastruktur angeht, als auch das materialwissenschaftliche Wissen.“

Die FhG gehörte in den vergangenen zehn Jahren stets zu den zehn bis 20 größten Patentanmeldern beim Deutschen Patent- und Markenamt. Aus vielen Patenten sind über die Jahre Geschäftskonzepte entstanden. Zahlreiche Firmen wurden ausgegründet, zudem ist die FhG Anfang 2022 an 86 Unternehmen beteiligt. Auf rund 2,9 Milliarden Euro beläuft sich das jährliche Forschungsvolumen der Fraunhofer-Gesellschaft – ein Großteil entfällt dabei mit 2,5 Milliarden Euro auf den Kernbereich der Vertragsforschung.

Der enge Kontakt mit der Industrie ist nicht nur wegen der Finanzierung enorm wichtig. Entscheidend ist auch, dass die Forschenden den Bedarf der Industriepartner bis in Detail kennen, um passende Lösungen zu finden. Zusammen mit Airbus zum Beispiel entwickelt das Fraunhofer-Institut für Gießerei-, Composite- und Verarbeitungstechnik IGCV in Augsburg den Hochgeschwindigkeits-Helikopter RACER, der es auf Fluggeschwindigkeiten von 400 Kilometern pro Stunde bringen soll und trotzdem sehr sparsam sein wird. Zum ­Vergleich: Übliche Hubschrauber schaffen nur 230 bis 260 Stundenkilometer. Das Institut stellt die Teile des RACER aus leichtem, kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff her. Außergewöhnlich an der Produktion ist, dass die Karbonfasern nicht per Hand, ­sondern von einem Roboter Schicht für Schicht übereinandergelegt werden. Das beschleunigt die Produktion.

Multi-Megawatt-Labor
In einem Multi-Megawatt-Labor widmen sich Forscher den Voraussetzungen für eine stabile ­Stromversorgung.
Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE

Weltweit bestens vernetzt

Die Fraunhofer-Gesellschaft wurde am 26. März 1949 gegründet. Gerade einmal 103 Mitglieder hatte sie damals. Welche Größe sie einmal erreichen würde, war wohl kaum vorstellbar. Heute ist die Gesellschaft längst nicht mehr nur in Deutschland, sondern weltweit tätig – insbesondere über ihre acht Auslandsgesellschaften, die sich unter ­anderem in den USA, in Chile und in Singapur befinden. Insofern sind internationale Projekte ­Alltagsgeschäft. Die FhG beteiligt sich auch an ­etlichen Projekten der Europäischen Union – etwa dem Projekt GreenCarbon, in dem zusammen mit Partnern aus anderen Ländern erforscht wurde, wie sich aus Bioabfällen Carbonfasern gewinnen lassen.

Ein weiteres Beispiel für die internationale Zusammenarbeit ist das Projekt QuTech, das sich mit der Entwicklung von Quantentechnologie ­befasst. Darin kooperiert Fraunhofer mit der ­Forschungsgesellschaft TNO, dem niederländischen FhG-Pendant, und mit der TU Delft. Die Quantentechnologie gehört aktuell zu den wichtigsten Forschungsfeldern bei Fraunhofer. Weltweit wird an der Entwicklung des Quantencomputers gearbeitet, der bestimmte Aufgaben viel schneller als herkömmliche Rechner erledigen wird. Mit ihm sollen sich anspruchsvolle mathematische Probleme lösen lassen. Chemie- und Pharmaunternehmen könnten mit seiner Hilfe komplexe neue ­Molekülstrukturen entwickeln und erforschen. Die Quantenkommunikation wiederum eignet sich insbesondere, um die Datenübertragung bei Banken und Versicherungen abzusichern, weil sie automatisch registriert, ob Informationen von Hackern abgefangen werden.

30.000 Menschen ­arbeiten bei Fraunhofer weltweit an Schlüssel­technologien der Zukunft.

Zukunftsweisender Quantencomputer

Bei Fraunhofer werden dafür aktuell viele Grund­lagen gelegt; unter anderem in einer Kooperation mit IBM. Das Unternehmen hat im Jahr 2019 mit dem IBM Q System One den ersten Quantencomputer vorgestellt, der außerhalb von Laborumgebungen nutzbar ist. Ein Konsortium aus sieben Fraunhofer-Instituten betreibt ihn seit einigen Monaten in Deutschland. „Wir wollen herausfinden, für welche Anwendungen er sich eignet“, sagt Manfred Hauswirth, Institutsleiter am Fraunhofer FOKUS in ­Berlin. „Denn sicher ist, dass er herkömmliche Computer nicht völlig ersetzen wird – er wird spezielle komplexe Probleme lösen.“ Zunächst einmal müssten dafür die richtigen Algorithmen entwickelt werden, um den Quantencomputer im Alltag überhaupt programmieren und nutzen zu können. Den Quantencomputer einsatzbereit zu machen sei eine Riesenaufgabe, bei der viele Partner zusammenspielen müssten.

Zusammenarbeit mit dem Deutschen Krebsforschungszentrum
Zusammenarbeit mit dem Deutschen Krebsforschungszentrum: Quantenrechner soll Daten für Therapien auswerten.
Schwerdt/DKFZ

„In Deutschland sind wir dafür sehr gut aufgestellt“, betont Andreas Tünnermann, Leiter des Fraunhofer-Instituts für Angewandte Optik und Feinmechanik IOF in Jena. „Eine Besonderheit hierzulande ist die Verbundforschung, die die Entwicklung neuer Technologien über viele Jahre fördert“ – insbesondere von Technologien, deren Erfolg noch nicht abzusehen sei. Kleinere und mittlere Unternehmen könnten ein solches Risiko allein nicht tragen – im Verbund aber arbeiten sie dank staatlicher Unterstützung mit Forschungseinrichtungen zusammen. Die FhG war bis heute an vielen dieser Verbundprojekte beteiligt. „Und das über lange Zeit“, sagt Tünnermann. „Solche Verbundprojekte können mehr als zehn Jahre dauern – und dann großartige Ergebnisse liefern.“

Dank dieser Ausdauer sind in mehr als 70 Jahren seit der Gründung der Gesellschaft 1949 viele Fraunhofer-Ideen zum Erfolg geworden – so wie das MP3-Format, dessen Entwicklung sich über viele Jahre erstreckte und das sich schließlich als weltweiter Standard durchsetzen konnte.     

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