Das BCDC setzt sich das ehrgeizige Ziel, die Chipdesign-Kompetenzen in Bayern weiter auszubauen und einen erleichterten Zugang für Unternehmen, insbesondere für Start-Ups und kleine und mittlere Unternehmen (KMU), zu Chipdesign und passenden Lieferketten zu bieten. Die jüngsten Herausforderungen in der deutschen Industrie haben die Abhängigkeit von internationalen Halbleiterunternehmen einmal mehr sichtbar gemacht und unterstreichen die besondere Relevanz eines starken Chipdesign-Zentrums.

»Chipdesign ist von strategischer Bedeutung. Wer die Halbleiter von morgen mitentwickelt, sichert sich Einfluss auf dem Weltmarkt. Genau das ist unser Ziel für Bayern. Zudem steckt im Design von Chips deutlich mehr Wertschöpfung als in der eigentlichen Produktion. Mit unserer Halbleiterpolitik setzen wir also auf den richtigen Schwerpunkt. Die Fraunhofer-Gesellschaft ist mit ihren drei beteiligten Instituten der richtige Partner für dieses Vorhaben. Wir haben als Staatsregierung bereits in den Vorjahren mit eigenen Halbleiter-Initiativen den Weg für das Bayerische Chip-Design-Center bereitet. Mit diesen weiteren 50 Millionen bekennen wir uns also ganz klar zur Halbleiterindustrie in Bayern«, sagt Hubert Aiwanger, Bayerischer Staatsminister für Wirtschaft, Landesentwicklung und Energie.

Die Förderzusage markiert einen Meilenstein in der Entwicklung des BCDC, das bereits 2022 mit einem ersten Förderbescheid über eine Million Euro ins Leben gerufen wurde. Die Fraunhofer-Institute für Angewandte und Integrierte Sicherheit AISEC, für Elektronische Mikrosysteme und Festkörper-Technologien EMFT und für Integrierte Schaltungen IIS treiben seit 2022 die inhaltlichen Forschungsarbeiten voran, identifizieren Schlüsselthemen und erarbeiten Konzepte, um mehr Fachkräfte für IC-Design zu qualifizieren und den Zugang zur Fertigung und zu den Lieferketten von ICs (Integrated Circuits, englisch für Integrierte Schaltkreise) sowie zu einem IC-Design-Ökosystem zu ermöglichen, das KMU und Start-Ups den Einstieg in die IC-Entwicklung erleichtert.

BCDC als Kompetenzzentrum für Chipdesign

Mit dem nun überreichten zweiten Förderbescheid des Bayerischen Staatsministeriums für Wirtschaft, Landesentwicklung und Energie kann das BCDC seine Forschungskompetenzen weiter ausbauen und sich gemeinsam mit weiteren Partnern, bestehend aus fünf bayerischen Hochschulen und Universitäten, zu einem führenden Kompetenzzentrum für Chipdesign in Bayern entwickeln.

Inhaltlich organisiert sich das Bayerische Chip-Design-Center in den identifizierten Kernthemen in drei Säulen:

• Das IC – Design Ecosystem leistet mit seinen thematischen Plattformen Unterstützung bei der Entwicklung von spezifischen Lösungen in den Themen Sensor-/Aktorsysteme und KI, Digital Signal Processing, Secure System on Chip sowie Chiplets, entwickelt hierfür IP-Portfolios für innovative und neuartige Technologien und untersucht Lösungen zur Minimierung von Obsoleszenz- und Chipknappheitsrisiken.
• Die Säule IC – Design Talents widmet sich dem Fachkräftemangel im Chipdesign durch Training-on-the-Job von Talenten.
• Die IC – Supply Chain unterstützt Unternehmen beim Zugang zur Fertigung von eigenen integrierten Schaltungen als Prototypen und Kleinserien.

Zusätzlich zum Ausbau der Forschungskapazitäten werden ein Netzwerk mit der Industrie aufgebaut und strategische Initiativen national wie auch auf EU-Ebene gezielt mit vorangetrieben. Das Bayerische Staatsministerium für Wirtschaft, Landesentwicklung und Energie unterstützt dabei durch einen dedizierten Teil des Projekts die Kofinanzierung einer geplanten deutschen Pilotlinie, eingereicht durch die Forschungsfabrik Mikroelektronik Deutschland (FMD) im Rahmen des European Chips Act.

Die Partnerinnen und Partner möchten dieses entgegengebrachte Vertrauen nutzen, um im Rahmen des auf fünf Jahre geförderten Projekts den Herausforderungen der Chipentwicklung und -produktion mit Kompetenz, Innovationskraft und Networking zu begegnen. Damit wird das BCDC einen wesentlichen Beitrag zur technologischen Souveränität und Wettbewerbsfähigkeit der bayerischen Wirtschaft leisten.

Von neuen Methoden der Bildgebung über neue Datenformate und -analysen bis hin zum Screening von Wirkstoffen und Biomaterialien: Das Potenzial von Synchrotronstrahlung auch für die anwendungsorientierte Forschung ist groß. Um dieses künftig noch besser einsetzen zu können, haben Fraunhofer, DESY, Hereon und EMBL eine strategische Partnerschaft vereinbart. Ziel ist es, eine strukturierte Zusammenarbeit zwischen den vier Forschungseinrichtungen zeitnah zu etablieren. Ein besonderes Augenmerk soll dabei auf der Nutzung der analytischen Infrastruktur auf dem DESY-Campus in Hamburg liegen, beispielsweise der Röntgenstrahlungsquelle PETRA III, aber auch der freien Elektronenlaser.

Grundstein für mehr Effizienz und Wettbewerbsfähigkeit

Prof. Axel Müller-Groeling, Vorstand für Forschungsinfrastrukturen und Digitalisierung der Fraunhofer-Gesellschaft, erklärte: »Die Unterzeichnung des Memorandum of Understanding legt den Grundstein für einen wichtigen Beitrag für mehr Effizienz und Wettbewerbsfähigkeit der deutschen Forschungslandschaft. In Zeiten wirtschaftlicher und gesellschaftlicher Herausforderungen ist es essenziell, Kompetenzen, Infrastrukturen und Wissen über die Grenzen der einzelnen Forschungseinrichtungen hinweg zu bündeln und planvoll und zielgerichtet in Innovationen umzusetzen. Auf diese Weise können wir zukünftig nicht nur neue Kundengruppen ansprechen, sondern auch die drängenden Fragen der Industrie noch effizienter beantworten sowie die Innovationszyklen verkürzen und unseren Erfolg steigern.«

Dr. Arik Willner, Chief Technology Officer von DESY, ordnete die Zusammenarbeit wie folgt ein: »Der Schritt für diese Zusammenarbeit mit einer beeindruckenden Vielzahl an Fraunhofer-Instituten als auch unseren Partnern Hereon und EMBL zeigt, wie relevant die Analytik von DESY nicht nur in der Grundlagenforschung, sondern auch für industrielle Fragestellungen und damit hoch relevant für Innovation ist.«

Prof. Matthias Rehahn, wissenschaftlicher Direktor des Helmholtz-Zentrums Hereon, erklärte: »Hereon betreibt seit vielen Jahren im Rahmen der Nutzerplattform GEMS erfolgreich Instrumente für materialwissenschaftlicheUntersuchungen an zwei von Europas leistungsfähigsten Synchrotronstrahlungs- und Neutronenquellen (PETRA III und FRM II) und stellt sie sowohl Nutzern aus dem akademischen Bereich als auch aus der Industrie zur Verfügung. Durch die engere Zusammenarbeit mit der Fraunhofer-Gemeinschaft bündeln wir die Expertise des Hereon in der Nutzung dieser Anlagen mit der Erfahrung der Fraunhofer-Zentren in der industriellen Forschung.«

Prof. Matthias Wilmanns, Leiter der EMBL-Niederlassung in Hamburg, sagte: »Wir freuen uns sehr, dass wir durch diese Partnerschaft unser Beamline-Portfolio für industrielle Anwendungen und biowissenschaftliche Fragestellungen erweitern können. Wir sind überzeugt davon, dass die Ziele der Fraunhofer-Gesellschaft, des Hereon, des DESY und des EMBL in hohem Maße übereinstimmen und dass uns die enge Zusammenarbeit mit diesen Einrichtungen neue Möglichkeiten im Hinblick auf die Umsetzung des EMBL-Programms ›Molecules to Ecosystems‹ (Von Molekülen zu Ökosystemen) eröffnen wird. Darin erforschen wir die molekularen Grundlagen des Lebens vor dem Hintergrund sich verändernder Rahmenbedingungen – mit dem Ziel, unser Verständnis vom Leben auf der Erde zu transformieren und mögliche Lösungen für einige der größten Herausforderungen der Gesellschaft aufzeigen, darunter den unwiederbringlichen Verlust der Artenvielfalt, Antibiotikaresistenzen, Umweltverschmutzung, Klimawandel, Ernährungssicherheit und neue Krankheitserreger.«

Die Zusammenarbeit der vier Partner soll zentrale Fragestellungen auf Seiten der Grundlagenforschung sowie der anwendungsorientierten Forschung adressieren mit dem Ziel, die technologische Leistungs- und Wettbewerbsfähigkeit von Forschung und Wirtschaft zu stärken. So soll Fraunhofer durch die avisierte Zusammenarbeit mit den DESY, Heron und EMBL beispielsweise einen maßgeschneiderten Zugang zu röntgenbasierter Analytik erhalten, um aktuelle industrierelevante Fragestellungen mit höchster Aussagekraft zu beantworten. DESY und deren Campuspartner wiederum erweitern durch eigene und gemeinsame Projekte ihr Analyseportfolio und greifen auf ein umfangreiches Präparations- und Datenauswerteportfolio bei Fraunhofer zurück. Darüber hinaus liefert Fraunhofer anwendungsnahe Fragestellungen, die die Basis für eine gemeinsame Vermarktung der analytischen Methoden und Portfolios gegenüber der Industrie sind.

Insgesamt werden zunächst 25 Fraunhofer-Institute mit den Expertinnen und Experten von DESY, Hereon und EMBL zusammenarbeiten.

Deutsches Elektronen-Synchrotron DESY
Das Deutsche Elektronen-Synchrotron DESY ist eine Stiftung. Das Forschungszentrum für Beschleunigertechnologien entwickelt und betreibt als Mitglied der Helmholtz-Gemeinschaft Deutscher Forschungszentren e. V. einige der brillantesten Röntgenquellen weltweit. Das Zentrum stellt diese Großgeräte der weltweiten wissenschaftlichen Community sowohl für Fragestellungen aus der Grundlagenforschung als auch für anwendungsnahe Forschung zur Verfügung.

Helmholtz-Zentrum Hereon
Das Helmholtz-Zentrum Hereon ist eine gemeinnützige Forschungseinrichtung in der Helmholtz-Gemeinschaft. Das wissenschaftliche Spektrum des Hereon umfasst Hochleistungswerkstoffe, Verfahren und umweltschonende Technologien für die Mobilität und neue Energiesysteme sowie Biomaterialien für die Medizin und zur Steigerung der Lebensqualität. Mithilfe von Forschung und Beratung begegnet das Hereon den dringenden gesellschaftlichen Herausforderungen lösungsorientiert.

Europäisches Laboratorium für Molekularbiologie EMBL
Das Europäische Laboratorium für Molekularbiologie EMBL ist Europas Forschungseinrichtung für Lebenswissenschaften. Als wissenschaftlicher Wegbereiter koordiniert es biowissenschaftliche Forschung in ganz Europa. Seine herausragende Grundlagenforschung sucht nach kooperativen und interdisziplinären Lösungen für einige der größten Herausforderungen der Gesellschaft. Sein Fokus liegt außerdem auf der Ausbildung von Studierenden und Forschenden, der (Weiter-)Entwicklung neuer Technologien und Methoden und auf der Bereitstellung einer hochmodernen Forschungsinfrastruktur mit einem breiten Angebot an Experiment- und Datendiensten. Das EMBL ist eine zwischenstaatliche Organisation mit 28 Mitgliedsstaaten, einem assoziierten Mitglied und zwei Mitgliedskandidaten. An sechs Standorten in Barcelona, Grenoble, Hamburg, Heidelberg, Hinxton bei Cambridge und Rom erforscht es das Leben in seinem natürlichen Kontext, von Molekülen bis hin zu Ökosystemen.

• Deutsches Elektronen-Synchrotron DESY
• Helmholtz-Zentrum Hereon
• Europäisches Laboratorium für Molekularbiologie EMBL

Die Additive Fertigung gehört zu den mächtigsten Trends der Industrie. Im 3D-Druck entstehen individuelle Produkte mit innovativer Formgebung aus Kunststoff, Keramik oder Metall – bei weniger Ressourceneinsatz, da während der Herstellung kaum Abfälle entstehen. Dementsprechend entwickelt sich auch der Markt: Im Jahr 2022 ist der globale Markt für Additive Fertigung auf einen Höchstwert von 9,53 Milliarden Euro gewachsen, das sind 14,4 Prozent mehr als im Vorjahr. Das geht aus dem aktuellen Marktreport des Strategieberatungsunternehmens AMPOWER hervor.

Das ganze Spektrum möglicher Anwendungen zeigt alljährlich die Messe FORMNEXT in Frankfurt am Main. Vom 7. bis 10. November 2023 präsentieren sich 800 Aussteller. Mehr als 30 000 Fachbesucher werden erwartet.

Von der Materialauswahl bis zur Endbearbeitung: 12 Institute zeigen die Vielfalt in der Additiven Fertigung

Während der Messe zeigen 12 Fraunhofer-Institute auf einem großen Gemeinschaftsstand bis ins kleinste Detail, was heute schon möglich ist. Die Fraunhofer-Gesellschaft ist seit Langem ein wichtiger Akteur im Bereich der Additiven Fertigung. Die Ursprünge des Laser Powder Bed Fusion und des Laserauftragschweißens sind nicht nur zentrale Technologien und Anwendungen, sondern wurden von Fraunhofer-Instituten in Deutschland entwickelt.

Über die Vorstellung unterschiedlicher Technologien, Prozesse und Prozessketten hinaus geben die Fraunhofer-Expertinnen und -Experten interessierten Messegästen individuelle Einblicke in die Vielfalt der generativen Fertigungsverfahren und zugehörige Endbearbeitungsschritte. Dem Messepublikum zeigen die kooperierenden Institute damit erstmals eine vollständige Fertigungsprozesskette von der Materialauswahl bis zu den fertigen Bauteilen. Denn die Additive Fertigung entfaltet ihr volles Leistungspotenzial erst, wenn sie ganzheitlich in die Fertigung integriert wird und Aspekte wie Designfreiheit, Fertigungsqualität sowie eine effizient organisierte Prozesskette nahtlos miteinander verbunden sind.

Claus Aumund-Kopp, Gruppenleiter Additive Fertigung am Fraunhofer-Institut für Fertigungstechnik und Angewandte Materialforschung IFAM, sagt: »Die Fraunhofer-Forschung umfasst die komplette Bandbreite möglicher Verfahren und der damit zusammenhängenden Prozessketten. Unser Fokus liegt dabei immer auf der wirtschaftlichen und nachhaltigen Umsetzbarkeit im industriellen Umfeld. Das macht die Fraunhofer-Gesellschaft zu einem wichtigen Partner für Unternehmen, und das wollen wir auf der FORMNEXT zeigen.«

Ausgewählte Exponate

Remobilisierung von Fingergelenken mit »FingerKIt«
Verliert ein Fingergelenk durch Unfall oder Erkrankung seine Funktion, so sind die Behandlungsmethoden sehr eingeschränkt. Meist wird das Gelenk künstlich versteift, jedoch beeinträchtigt dies Patientinnen und Patienten in ihrem Alltag. Das »FingerKIt«, das in einem Konsortium aus fünf Fraunhofer-Instituten entwickelt wird, zeigt auf der Messe an einem Prototypen, wie anhand von Künstlicher Intelligenz individualisierte Gelenksimplantate im 3D-Druck-Verfahren hergestellt werden können. Die voll funktionsfähigen künstlichen Fingergelenke werden möglicherweise schon bald erkrankte natürliche Gelenke ersetzen.

Kleinsatellit ERNST für die Erdbeobachtung
Das Fraunhofer-Institut für Kurzzeitdynamik, Ernst-Mach-Institut, EMI entwickelt den Nanosatelliten ERNST, der das Potenzial modular aufgebauter Kleinsatelliten für die Erdbeobachtung aufzeigt: Additive Fertigung unterstützt das ambitionierte Ziel, in den 236 mal 236 mal 340 Kubikmillimeter großen und nur 20 Kilogramm schweren Satelliten, der in Kleinserie mit Additiven Verfahren gefertigt wird, alle wichtigen Komponenten unterzubringen.  

»Schildkröte« zeigt Nachbearbeitungsverfahren
Additive Technologien bieten Designfreiheit, Leichtbaupotenzial und Materialeffizienz, doch oft erfordern sie Nachbearbeitungen hinsichtlich der Oberflächengüte oder es müssen Stützstrukturen entfernt werden. Anhand einer additiv gefertigten Schildkröte zeigt der Fraunhofer-Verbund Produktion erstmals auf der FORMNEXT an einem Gesamtexponat, welche unterschiedlichen Nachbearbeitungsverfahren für Addditiv gefertigte Bauteile genutzt werden können: Jedes Teil der Schildkröte – der Kopf, vier Füße und sieben Panzersegmente – steht dabei für einen von insgesamt neun Nachbearbeitungsprozessen für Kunststoff, Metall oder Hybridbauteile.

Die Themen im Überblick

• Design Additiv und Generativ gefertigter Bauteile
• Materialentwicklung: Kunststoffe, Keramiken, Metalle und Legierungen
• Prozesse für unterschiedliche Materialien
• Multi-Material
• Entwicklung von Laserstrahlquellen
• Prozessentwicklung für die Additive und Generative Fertigung
• Vor- und nachgelagerte Fertigungsprozesse
• Messtechnik und Qualitätssicherung additiver Fertigungsprozesse und -prozessketten

Fraunhofer-Institute auf der FORMNEXT (Hall 11, Stand D31)

• Fraunhofer-Institut für Fertigungstechnik und Angewandte Materialforschung IFAM,   Bremen
• Fraunhofer-Institut für Gießerei-, Composite- und Verarbeitungstechnik IGCV, Augsburg
• Fraunhofer-Institut für Lasertechnik ILT, Aachen
• Fraunhofer-Institut für Werkstoff- und Strahltechnik IWS, Dresden
• Fraunhofer-Institut für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik IWU, Dresden
• Fraunhofer Fraunhofer-Institut für Keramische Technologien und Systeme IKTS,    Dresden
• Fraunhofer-Institut für Kurzzeitdynamik, Ernst-Mach-Institut EMI, Freiburg
• Fraunhofer-Institut für Grenzflächen- und Bioverfahrenstechnik IGB, Stuttgart
• Fraunhofer-Institut für Graphische Datenverarbeitung IGD, Darmstadt
• Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung IPA, Stuttgart
• Fraunhofer-Einrichtung für Wertstoffkreisläufe und Ressourcenstrategie IWKS, Alzenau
• Fraunhofer-Institut für Werkstoffmechanik IWM, Freiburg
• Fraunhofer Kompetenzfeld Additive Fertigung
• Fraunhofer Verbund Produktion

Mehr als 30 000 Mitarbeitende an 76 Instituten in ganz Deutschland erforschen in enger Zusammenarbeit mit Universitäten, Wirtschaft und Politik zukunftsrelevante Technologien, die die Wettbewerbsfähigkeit der deutschen und europäischen Wirtschaft stärken. Um sich einen Überblick über die Belange von Mitarbeitenden und externen regionalen Partnern zu verschaffen, wird Prof. Holger Hanselka, der Mitte August als 11. Präsident die Führung der Forschungsgesellschaft übernommen hat, zunächst fünf Fraunhofer-Standorte besuchen: Freiburg (28./29. September), Stuttgart (4. Oktober), Erlangen (16./17. Oktober), Darmstadt (29. November) und Aachen (11./12. Dezember).

Zuhören, lernen, diskutieren

»Erfolg kann nur durch offenen Dialog erreicht werden. Davon bin ich überzeugt. Ich freue mich daher darauf, einen tieferen Einblick in die Bedürfnisse, Anliegen und Ideen der Mitarbeitenden und Führungskräfte an den Fraunhofer-Instituten zu gewinnen und werde viele Fragen stellen«, betont Hanselka. »Mir ist es wichtig, die Kultur des ehrlichen Miteinanders bei Fraunhofer auszubauen und zu stärken, denn Zuhören ist für mich die Basis jeder konstruktiven Veränderung.«

Zur Sprache werden auch die Pläne des neuen Präsidenten für die Weiterentwicklung der Fraunhofer-Gesellschaft kommen. Eine Priorität liegt etwa darauf, die Governance krisenfest und zukunftssicher weiterzuentwickeln: »Ein klares Regelwerk, Transparenz in Strukturen und Aufgaben innerhalb der Organisation sind notwendig, um das erfolgreiche Fraunhofer-Modell zu stärken«, sagt der Ingenieur und Wissenschaftsmanager. »Ich möchte Bürokratiehürden abbauen und wünsche mir eine Ermöglichungskultur, die den Menschen wieder mehr Freiräume gibt und ihre Eigenverantwortung stärkt. Wie das gelingen kann, darüber möchte ich mit den Kolleginnen und Kollegen an den Fraunhofer-Instituten diskutieren.« Darüber hinaus wird sich Prof. Hanselka in Labor-Touren und Präsentationen auch über die Forschungsschwerpunkte der Institute informieren, die von Quantentechnologien über Wasserstoff und Fusionsforschung bis hin zu Automobiltechnologie und Weltraumanwendungen reichen.

Weitere Termine in Ost- und Norddeutschland geplant

Am Rande der Dialogtour werden auch Gespräche mit regionalen Vertretern von anderen Forschungseinrichtungen, aus Wirtschaft und Politik stattfinden. Die Tour wird auf den Social-Media-Kanälen der Fraunhofer-Gesellschaft und der besuchten Institute begleitet. Nach den ersten fünf Terminen in Süd- und Westdeutschland in diesem Jahr wird Prof. Holger Hanselka seine Dialogreise 2024 an weiteren ost- und norddeutschen Fraunhofer-Standorten fortsetzen. 

Vorstand vor Ort

Die Antrittsreise des neuen Fraunhofer-Präsidenten fügt sich in das regionale Dialogformat »Vorstand vor Ort« ein, in dessen Rahmen der Fraunhofer-Vorstand verschiedene Institute besucht. Dort diskutieren die Vorständinnen und Vorstände mit den Mitarbeitenden und Führungskräften Fragen aus den Bereichen Strategie und Ausrichtung der Fraunhofer-Gesellschaft, Kultur, Herausforderungen, Vision und Mission – und stehen Rede und Antwort zu weiteren relevanten Themen.

Wind- und sonnenreiche Länder mit hohem Potenzial für die Produktion von günstiger erneuerbarer Energie könnten künftig den europäischen Bedarf nach Wasserstoff weitgehend decken und den Wasserstoff in die europäischen Gegenden liefern, wo wirtschaftliche Potenziale im Vergleich zur künftig erwartbaren Nachfrage nicht ausreichend vorhanden sind, wie in Deutschland oder den Niederlanden. Doch die dort getätigten Investitionen sind aktuell im Vergleich zu Deutschland gering. Stärkere Kooperation auf EU-Ebene könnte helfen, die Investitionen in die richtige Richtung zu lenken.

Die Studie vergleicht zwei Szenarien für verschiedene Anwendungsbreiten von Wasserstoff in Europa mit den regionalen Potenzialen für eine möglichst günstige Produktion von grünem Wasserstoff. Bei der Analyse fokussiert sich die Studie auf die Politikmaßnahmen der EU sowie auf Daten zur Förderung von Wasserstoffproduktion und -anwendungen in EU-Ländern. Fragen zur Infrastruktur (Lagerung und Transport) waren nicht Teil dieser Untersuchung.

Europa hat das Potenzial, sich künftig mit Wasserstoff selbst zu versorgen
Die Analyse zeigt, dass Europa seinen künftigen Wasserstoffbedarf zu wettbewerbsfähigen Preisen größtenteils aus heimischer Produktion decken könnte Somit besteht die Chance, die europäische Industrie unabhängiger von Importen aus Drittstaaten zu machen. Laut Studie ist das technische Potenzial für die Produktion von erneuerbarem Strom in Europa (EU plus Norwegen, Schweiz und Großbritannien) im Jahr 2050 bei Kosten von bis zu 40 Euro pro MWh selbst bei breiter Anwendung von Wasserstoff hoch genug, um die gesamte Elektrizitätsnachfrage einschließlich der Elektrizitätsnachfrage zur Wasserstoffherstellung zu decken.

Besonders Regionen mit hohem Potenzial für Solar- und Windenergie wären bei der Wasserstoff-produktion von zentraler Bedeutung. Die größten Potenziale für die Produktion von erneuerbarer Energie im Jahr 2050 haben hier Norwegen (über 1900 TWh), Spanien (über 1760 TWh), Frankreich (über 1700 TWh). Diese Staaten haben selbst bei starker heimischer Nutzung von Wasserstoff mehr Potenzial als sie selbst für ihre eigene Nachfrage benötigen würden. Länder mit höherem Bedarf als eigenem Potenzial, also einem Defizit, müssen den benötigten Wasserstoff importieren.

Deutschland wird trotz hoher Elektrolyse-Ausbauziele auf Wasserstoffimporte angewiesen sein
Frankreich plant aktuell sechseinhalb Gigawatt Elektrolyse-Kapazität bis 2030, Spanien erhöhte sein Ausbauziel erst kürzlich von vier Gigawatt auf elf Gigawatt und nimmt somit aktuell den Spitzenplatz in Europa ein. Die nationale Wasserstoffstrategie der deutschen Bundesregierung sieht bis 2030 eine Elektrolyse-Kapazität zur Herstellung von Wasserstoff in Höhe von zehn Gigawatt vor. Trotz dieser Ziele wird Deutschland seinen Bedarf nicht allein decken können.

Das deutsche Potenzial für den Ausbau erneuerbarer Energien ist laut der Studie nicht einmal halb so groß wie die künftige Nachfrage. Im Jahr 2050 könnte Deutschland innerhalb der EU das Defizitland mit der größten absoluten Versorgungslücke sein: Hier würden sogar bei geringer Anwendungsbreite über 550 TWh an erneuerbarer Energie fehlen, so die Forschenden (siehe Grafik). Fazit: Deutschland ist langfristig auf Importe von Energie und Wasserstoff angewiesen, um die heimische Wirtschaft zu versorgen. Weitere Länder mit größeren Versorgungslücken sind die Niederlande, Belgien, und Tschechien.

Investitionen in Wasserstoff sind nicht optimal verteilt
Die Europäische Union schöpft das von der Studie aufgezeigte Potenzial nicht voll aus, um die Ziele für die Produktion von grünem Wasserstoff zu erreichen. Die Investitionen in Wasserstoffproduktion und -anwendungen lassen einige der vielversprechendsten Regionen außen vor, so die Forschenden. Deutschland, Frankreich und Großbritannien investieren aktuell am stärksten in den Aufbau einer Wasserstoffindustrie. Zwar sind auch in Spanien aktuell einige Projekte geplant, beim Investitionsvolumen auf nationaler Ebene fällt das sonnenreiche Land hier aber weit hinter seinem Potenzial zurück. Die Studie bemängelt außerdem, dass die aktuellen Förderprogramme der EU wie z.B. der EU-Innovationsfonds dieses Ungleichgewicht noch verstärken würden.

Die Studie zeigt eine Reihe an Vorschlägen auf, die helfen könnten, die Investitionen in Europa besser zu verteilen und den Markthochlauf der Wasserstoffindustrie in den Ländern mit hohem Potenzial gezielter zu fördern:

• Empfehlung 1: Höhere EU-Subventionen für Wasserstoffprojekte etablieren, sowohl bezogen auf Produktion als auch auf Anwendungen (beispielsweise grüne Produktionsmethoden für Chemieprodukte auf Wasserstoff-Basis statt fossiler Energieträger). Dabei sollte eine Kumulierung mit nationalstaatlichen Fördermitteln vermieden werden, wie es bei der bald startenden EU-Wasserstoffausschreibung bereits umgesetzt wurde.
• Empfehlung 2: Grenzüberschreitende Auktionen für grünen Wasserstoff ermöglichen. Das Auktionsmodell »Auctions-as-a-Service« (AaaS), welches die EU als zusätzliche Option im Rahmen ihrer Wasserstoffausschreibungen propagiert, sollte um bilaterale, grenzüberschreitende Auktionen der Mitgliedstaaten erweitert werden, um so gezielt die wettbewerbsfähigsten Projekte und den innereuropäischen Wasserstoffhandel zu unterstützen.
• Empfehlung 3: Nationale Ausbauzielpfade für Elektrizität aus erneuerbaren Energien in allen EU-Staaten etablieren. Darüber kann die EU sicherstellen, dass der Ausbau von erneuerbaren Energien für die Wasserstoffproduktion nicht die Dekarbonisierung der nationalen Energiesysteme verlangsamt und gleichzeitig besonders ambitionierte Regionen zusätzlich unterstützen, beispielsweise durch vereinfachte Nachweispflichten bei der Vermarktung von erneuerbarem Wasserstoff.
• Empfehlung 4: Entwicklung von bilateralen oder regionalen Wasserstoffpartnerschaften zwischen Überschuss- und Defizit-Ländern. Die EU-Regulierung erlaubt bei der Zielanrechnung von Wasserstoff und Wasserstoff-Derivaten eine flexible Aufteilung zwischen Produktions- und Nutzungsland. Bilaterale oder regionale Partnerschaften können hier die Grundlage für eine Kooperation zwischen Überschuss- und Defizit-Ländern schaffen.
• Empfehlung 5: Fokus der Wasserstoffnutzung in Defizitländern auf die Sektoren, die am schwierigsten zu elektrifizieren sind (»hard-to-electrify«). In gewissen Bereichen der energieintensiven Industrie, des Flugverkehrs und der Schifffahrt gilt die zukünftige Wasserstoffnutzung als no-regret-Option. Um die Versorgungslücken der Defizitländer und damit die Gesamtnachfrage nach Wasserstoff möglichst klein zu halten, können sowohl nationale als auch EU-weite Förderungen des Markthochlaufs auf diese Sektoren beschränkt werden.

Ein großes Problem ist die hohe Komplexität der aktuellen EU-Regulierungen und Unterstützungsprogramme, kritisieren die Forschenden. Im Vergleich dazu seien die steuerbasierten Förderprogramme der US-Regierung durch den US Inflation Reduction Act viel attraktiver für Investoren. Studienautor Prof. Dr. Rainer Quitzow vom RIFS Potsdam sagt dazu: »Die EU kann nicht die Steuervergünstigungen der US-Regierung replizieren. Mit dem neuen Auktionskonzept für die Fördermittelvergabe hat die EU ein zugängliches Instrument geschaffen. Dies muss nun aber auch mit einer umfangreichen Finanzierung ausgestattet werden. Bilaterale Kooperation zwischen Mitgliedstaaten könnte weitere Impulse geben, damit die Potenziale in weniger finanzstarken Mitgliedsländern gehoben werden können.«

Dr. Eva Schmid, HyPat-Projektleiterin bei der Deutschen Energie-Agentur (dena), bewertet die Situation: »Bis 2030 sollen in Deutschland 10 Gigawatt Elektrolyse-Kapazität installiert sein. Das ist eine enorme Aufgabe, bei der es keine Zeit zu verlieren gilt. Das betrifft neben Erzeugung und Transport auch den Aufbau der dafür notwendigen Wertschöpfungsketten. Außerdem müssen bis zu 70 Prozent des deutschen Wasserstoffbedarfs importiert werden. Für beide Herausforderungen wird die Zusammenarbeit mit internationalen und insbesondere auch europäischen Partnern immer wichtiger. Die vorgestellte HyPat Studie gibt dafür wichtige neue Impulse.«

Studienautor Dr. Jakob Wachsmuth vom Fraunhofer ISI zieht ein Fazit: »Wasserstoff wird in den kommenden Jahren ein knappes Gut sein. Um den Bedarf der europäischen Wirtschaft nach Wasserstoff zu decken, wird mehr Kooperation zwischen den Ländern nötig sein. Besonders in den großen Industrieländern wie Deutschland könnte dies ein Problem werden, wenn nicht frühzeitig die politischen und finanziellen Weichen für innereuropäischen Handel gestellt werden. Bei der Nutzung von Wasserstoff kann eine klare Prioritätensetzung auf bestimmte Anwendungsbereiche helfen, die vorhandenen, begrenzten Potenziale effizient einzusetzen.«

Hintergrund: Das HyPat-Projekt
Das Projekt HyPat wird vom Bundesministerium für Bildung und Forschung BMBF gefördert und durch den Projektträger Jülich betreut. Neben der Projektleitung durch das Fraunhofer ISI sind acht weitere Partner am Projekt beteiligt: Fraunhofer IEG, Fraunhofer ISE, die Ruhr-Universität Bochum, die Energy Systems Analysis Associates – ESA² GmbH, das German Institute of Development and Sustainability IDOS, das RIFS Potsdam, die GIZ Deutsche Gesellschaft für Internationale Zusammenarbeit sowie die Deutsche Energie-Agentur (dena).

Hildegard Müller, Vorsitzende des Senats der Fraunhofer-Gesellschaft e.V.:

»Nach der schon erfolgten Aufhebung des Vertrags von Prof. Dr. Reimund Neugebauer haben die durch den Senat angestoßenen weiteren Prüfungen dazu geführt, dass Sachverhalte bekannt wurden, die der Senat auf Grundlage einer umfassenden rechtlichen Prüfung auch als schwerwiegende Pflichtverletzungen durch Herrn Prof. Dr. Kurz zu Lasten der Fraunhofer-Gesellschaft bewertet. In Folge dieser Erkenntnisse hat der Fraunhofer-Senat Herrn Prof. Dr. Kurz mit sofortiger Wirkung als Vorstand abberufen.«

Der Senat der Fraunhofer-Gesellschaft beschloss darüber hinaus, Schadenersatzansprüche gegen Herrn Prof. Dr. Alexander Kurz und auch gegen den ehemaligen Präsidenten, Herrn Prof. Dr. Reimund Neugebauer, zu prüfen, ggf. geltend zu machen und nötigenfalls auch gerichtlich durchzusetzen.

»Das Fraunhofer ITMP ist eine beispielhafte Kooperation von Wissenschaft, Wirtschaft und Politik. Die Fraunhofer-Gesellschaft und die Goethe-Universität, der Bund und das Land Hessen haben mit dem Neubau ein Meisterstück für die medizinische Forschung abgeliefert. Das Engagement ist beispielhaft dafür, dass die Akteure aus Wissenschaft, Politik und Wirtschaft eng zusammenarbeiten. Ich danke im Namen der gesamten Landesregierung allen, die zum Gelingen des Projekts beigetragen haben«, sagte der hessische Ministerpräsident Boris Rhein.

Die Grundlage für das Fraunhofer ITMP bildet das durch das Land Hessen geförderte LOEWE-Zentrum Translationale Medizin und Pharmakologie (TMP). An seinen mittlerweile fünf Standorten in Frankfurt am Main, Hamburg, Göttingen, Penzberg/München und Berlin werden innovative Wege zur Früherkennung, Diagnose und Therapie von Erkrankungen in Folge gestörter Funktionen des Immunsystems erforscht. In dem geplanten Neubau wird sich das Fraunhofer ITMP der Überführung medizinischer Erkenntnisse in innovative Therapien und Medikamente widmen.

Dr. Sandra Krey, Vorständin für Finanzen und Controlling der Fraunhofer-Gesellschaft, erklärte: »Die Gesundheitswirtschaft zählt zu den tragenden Säulen der deutschen und europäischen Wirtschaft. Als anwendungsorientiert forschende und stark interdisziplinär operierende Organisation nimmt die Fraunhofer-Gesellschaft hier eine zentrale Rolle ein. Unser Ziel ist es, einen maßgeblichen Beitrag für gesellschaftliche Zukunftssicherung, technologische Souveränität, Resilienz und – insbesondere – für eine bezahlbare Gesundheit für alle zu leisten. Der Schlüssel dafür liegt in unserer sogenannten 4D-Strategie. Diese führt die bislang häufig getrennt entwickelten Felder Drugs, Devices, Diagnostics und Data zusammen, sodass Fraunhofer-Forscherinnen und -Forscher disziplinübergreifend kostenintelligente Systemlösungen für die Gesundheitsversorgung entwickeln können. Das Fraunhofer ITMP leistet hierzu als eines der Leitinstitute einen maßgeblichen Beitrag. Dabei ist die dezentrale Aufstellung des Instituts eine hervorragende Basis für den deutschlandweiten Aufbau lokaler Gesundheitsnetzwerke mit der Industrie. Dieser gelebte interdisziplinäre und internationale Austausch spiegelt sich auch in dem Neubau wider, für den wir heute das Richtfest feiern. Unter einem Dach wird hier künftig an den drei Forschungsschwerpunkten des Instituts gearbeitet: Drug Discovery, präklinische Forschung und klinische Forschung. Die offene Struktur gewährleistet eine offene Kommunikation zwischen den einzelnen Abteilungen.«

Prof. Gerd Geißlinger, Institutsleiter des Fraunhofer ITMP, unterstrich in seiner Präsentation die Wichtigkeit der translationalen Forschung und hob die Synergien hervor, die der Neubau dem Institut bieten wird: »Durch die transdisziplinäre Gesundheitsforschung, die durch das Zusammenwirken von Ärzten, Ingenieuren, Naturwissenschaftlern und Data Scientists innerhalb der Fraunhofer-Gesellschaft und am Fraunhofer ITMP möglich ist, können einerseits Patientinnen und Patienten von Innovationen schnell profitieren, und andererseits wird ein wichtiger Beitrag zu einer kostenintelligenten Gesundheitsversorgung geleistet werden.«

Der Einzug der Forscherinnen und Forscher in den Neubau des Fraunhofer ITMP ist für das vierte Quartal 2024 geplant.

• Fraunhofer-Institut für Translationale Medizin und Pharmakologie ITMP (itmp.fraunhofer.de)

Spätestens seit der Veröffentlichung von ChatGPT ist das disruptive Potenzial von generativen KI-Systemen klar. Die zu erwartenden wirtschaftlichen und gesellschaftlichen Auswirkungen sind enorm – daher ist ein schneller und sicherer Zugang zu den bestehenden Systemen für große Forschungsorganisationen essenziell, um weitergehende Erkenntnisse aus erster Hand zu erlangen, technologische Entwicklungen voranzutreiben und Innovationskraft beizubehalten. Die Fraunhofer-Gesellschaft hat nun für ihre Mitarbeitenden den KI-Chatbot FhGenie freigeschaltet. Er basiert auf dem Azure OpenAI Service von Microsoft, durch den Organisationen die neuesten Technologien für generative KI von OpenAI wie GPT-3.5 oder GPT-4, Codex, ChatGPT und DALL-E 2 aus der Microsoft Azure Cloud nutzen können.

»Es freut mich sehr, dass es gelungen ist, in kürzester Zeit mit Microsoft ein speziell an die Anforderungen der Fraunhofer-Gesellschaft angepasstes KI-Chatsystem zu entwickeln«, sagt Prof. Ingo Weber, Direktor Digitalisierung und IuK-Infrastruktur der Fraunhofer-Gesellschaft. »Wir haben festgestellt, dass viele Kolleginnen und Kollegen schon Chat-basierte KI im Rahmen ihrer Arbeit und zu Forschungszwecken nutzen möchten. Für die dienstliche Verwendung sind die bisherigen öffentlichen Angebote allerdings problematisch, unter anderem aus Gründen des Datenschutzes, der Vertraulichkeit und der Informationssicherheit.« Mit FhGenie haben Fraunhofer-Mitarbeitende von Forschung über Management bis zur Verwaltung die Gelegenheit, Erfahrungen zu sammeln: »Der Azure OpenAI Service von Microsoft, auf dem FhGenie basiert, ermöglicht es den Angestellten von Fraunhofer, das Potenzial generativer KI-Systeme für die eigene Arbeit zu nutzen. Vor dem Hintergrund der rasanten technologischen Entwicklung ist es wichtig, sich mit den bereits bestehenden Lösungen vertraut zu machen und die Vorteile für sich zu nutzen«, fasst Alexander Britz, Leiter des Geschäftsbereichs Public Sector bei Microsoft Deutschland zusammen.

DSGVO-konformer interner Chatbot

Die generative Text-KI FhGenie basiert auf dem OpenAI-Sprachmodell GPT-3.5-turbo und soll schnellstmöglich um das leistungsstärkere und multimodale GPT-4.0 erweitert werden, das auch Bilder verarbeiten kann. Derzeit besteht FhGenie aus einer Web-Applikation mit einem Framework auf Basis der Programmiersprache Python und der JavaScript-Laufzeitumgebung Node.js und ist für Mitarbeitende nach der SSO-Authentifizierung per Smartcard einfach über den Browser erreichbar. Um Datensicherheit zu gewährleisten, wurde die Instanz in einer europäischen, Fraunhofer-eigenen Azure-Subscription – also einem abgeschlossenen Bereich innerhalb der Cloud-Plattform von Microsoft – konfiguriert.

Die Anfragen über den ebenfalls dediziert in der Fraunhofer-Subscription implementierten Azure OpenAI Service erfolgen per API Prompt – also einer angepassten Schnittstelle, die die Befehle an das KI-System weitergibt. Via Completion (Auto-Vervollständigen der Antworten) erhalten die Nutzenden ihre Ergebnisse. Alle eingegebenen Daten verbleiben bei der Fraunhofer-Gesellschaft und werden nicht zum Training der KI verwendet. Abgesehen von einem automatisierten Filterprogramm, das auf missbräuchliche Nutzung prüft, erfolgt keine inhaltliche Kontrolle oder Speicherung der eingegebenen Inhalte.

Die DSGVO-konforme Azure-OpenAI-Service-Anwendung kann derzeit mit Zustimmung des Betriebsrats Fraunhofer-weit eingesetzt werden, wobei die Zugangsberechtigungen dezentral von den IT-Verantwortlichen der einzelnen Fraunhofer-Institute und -Einrichtungen vergeben werden. Aktuelle Nutzungszahlen zeigen die Offenheit der Fraunhofer-Belegschaft für das neue Angebot: Stand heute sind bereits über 19 200 der über 30 000 Fraunhofer-Mitarbeitenden für den Dienst registriert, von denen etwa 6500 als aktive User gelten.

Vom Berichtswesen bis zum Wissensmanagement: vielfältige Anwendungsmöglichkeiten

Einsatzmöglichkeiten für den KI-Chatbot gibt es zahlreiche – in ihrer ganzen Bandbreite werden sie wohl erst in Zukunft sichtbar werden. Schon heute bietet FhGenie Fraunhofer-Mitarbeitenden nicht nur Unterstützung beim Erstellen und Verbessern von Texten und Präsentationen z.B. für interne Berichte, sondern kann auch zur schnelleren Entwicklung von Software, Prototypen oder Daten-Analyse-Scripts beitragen. Potenzial liegt auch in der Weiterentwicklung des internen Wissensmanagements, etwa in Form eines »dialogfähigen Intranets«. Forschende der Fraunhofer-Institute können den geschaffenen Experimentierraum nutzen, um schnell bereits vorhandenes Know-how zu erweitern und gemeinsam mit Kunden KI-Modelle zu testen.

Die jeweilige individuelle Nutzung bleibt den Usern selbst überlassen, allein personenbezogene Daten dürfen aus rechtlichen Gründen nicht mit FhGenie verarbeitet werden. »Wir befinden uns derzeit in einer Übergangs- und Experimentierphase, in der es uns wichtig war, schnell eine gut nutzbare Lösung anzubieten, um bei den rasanten technologischen Entwicklungen mit an der Spitze zu stehen«, erklärt Prof. Weber. »Natürlich gibt es noch viele offene Fragen, etwa zum Urheberrecht oder der Haftung für fehlerhafte Ergebnisse. Wir haben daher die Verantwortlichen gebeten, in ihren jeweiligen Instituten und Abteilungen ein Bewusstsein dafür zu schaffen, dass alle Nutzenden für die Qualität der KI-generierten Ergebnisse selbst verantwortlich sind und diese überprüfen müssen.«

KI-Sprachmodelle und Fraunhofer: Access, Adapt, Advance

Zahlreiche Fraunhofer-Institute sind bereits in Initiativen und Projekten rund um die Erforschung und Anwendung von Generativer KI und Foundation Models aktiv – zu nennen ist beispielsweise das Konsortium OpenGPT-X zur Entwicklung großer europäischer KI-Sprachmodelle. Auch aus diesem Grund hat eine Taskforce des Fraunhofer-Verbunds IUK nach der Veröffentlichung von ChatGPT Handlungsempfehlungen für den Umgang mit KI-Sprachmodellen für die Fraunhofer-Gesellschaft entwickelt. Die Freischaltung von FhGenie liegt dabei innerhalb der ersten Stufe eines Dreischritts aus Zugang zu (Access) sowie Anpassung (Adapt) und Weiterentwicklung (Advance) von großen KI-Modellen, wobei weitere Hersteller als Kooperationspartner für die Fraunhofer-Gesellschaft gewonnen werden sollen.

»Große Sprachmodelle und Generative KI ermöglichen neue Produkte und machen unsere Arbeitswelt entscheidend produktiver. Als anwendungsorientierte Forschungseinrichtung mit interdisziplinärer Aufstellung und starken Verbindungen zur Industrie verfügt die Fraunhofer-Gesellschaft über eine hervorragende Ausgangsposition, um diese Innovationen effektiv in die Praxis umzusetzen. Schon jetzt ist entsprechende Technologie bei Unternehmen – etwa der Finanz- und Gesundheitsbranche – im täglichen Einsatz und realisiert Effizienzgewinne von bis zu 50 Prozent. Mit FhGenie sorgen wir gleichzeitig dafür, dass alle bei Fraunhofer sofort und sicher diese Potenziale nutzen und für unsere Kunden und Partner erschließen können«, sagt Prof. Dr. Stefan Wrobel, stellvertretender Vorsitzender des Fraunhofer-Verbunds IUK-Technologie und Institutsleiter am Fraunhofer-Institut für Intelligente Analyse- und Informationssysteme IAIS.