Serie: Nachhaltigkeit

Recycling – eine Strategie mit der wir uns vermutlich alle schon einmal auseinandergesetzt haben, vor allem im Zusammenhang mit Abfallentsorgung. Recycling ist außerdem eine der zehn sogenannten »R-Strategien«, die in der Circular Economy oder auch »Kreislaufwirtschaft« zum Einsatz kommen. Mit Dr. Lydia Bühler, Gruppenleiterin im Bereich Supply Chain Services des Fraunhofer IIS, sprechen wir im Interview über die Bedeutung und Umsetzung der Smart Circular Economy und wie diese unter anderem auf das Sustainable Development Goal (SDG) 12 einzahlt.

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Viele Elektrogeräte fallen frühzeitig aus, weil ihre Chips versagen – und werden weggeworfen. Um elektronische Bauteile zuverlässiger und damit nachhaltiger zu machen, werden am Fraunhofer IIS die Kernkomponenten der Chips, die Transistoren, mit aufwändigen Prüfungen und Computermodellen getestet.

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Die fortschreitende Digitalisierung trägt wesentlich zur Weiterentwicklung innovativer Produkte und Geschäftsmodelle bei. Die digitale Transformation unserer Wirtschaft geht jedoch auch mit einem steigenden Energieverbrauch der Informations- und Kommunikationstechnologien (IKT) einher. Um diesen zu reduzieren, ist eine ressourceneffiziente Produktion, Anwendung sowie Entsorgung von IKT-Systemen notwendig. Sylvie Couronné ist IKT-Expertin am Fraunhofer IIS und beschäftigt sich mit genau diesem Thema: Green ICT. Sie stellt uns im Podcast Anwendungsmöglichkeiten und Beispiele für Green ICT vor.

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Durch die umfangreiche Analyse und Simulation von Energieverbräuchen lassen sich Liegenschaften deutlich klimafreundlicher machen. Das Team rund um Dr. Jan Bräunig am Fraunhofer IIS in Dresden entwickelte verschiedene Mess- und Analyseverfahren, mit denen sie die Betreiber komplexer Liegenschaften beim Gebäudemanagement unterstützen.

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Stillstand bei Maschinen und Anlagen in der Industrie kann sehr kostspielig sein. Daher sollten Teile erst dann ausgetauscht werden, wenn es wirklich notwendig ist – allerdings unbedingt bevor sie kaputt gehen. Hier setzt Predictive Maintenance an. Dr. Olaf Enge-Rosenblatt und Arthur Schimke vom Fraunhofer IIS befassen sich mit Verfahren zur datenbasierten Vorhersage des idealen Wartungszeitpunkts: Predictive Maintenance und dem eng verwandten Condition Monitoring. Mit Predictive Maintenance kann die Effizienz und Nachhaltigkeit in der Produktion verbessert werden. Damit steht das Verfahren in direktem Zusammenhang mit dem Sustainable Development Goal (SDG) 12, das sich mit nachhaltigem Konsum und Produktion beschäftigt. 

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„Die sauberste und billigste Energie ist die, die man nicht braucht“, sagt Dr. Andreas Wilde, Experte für Energiemanagement am Fraunhofer IIS. Gemeinsam mit seinen Kolleginnen und Kollegen arbeitet der Chief Scientist am Institutsteil Entwicklung Adaptiver Systeme am Projekt Smarte Heizungsanlagen-Optimierung (SHANGO). Darin geht es darum, Heizungsanlagen so zu optimieren, dass sie möglichst effizient arbeiten und Energie sparen. Damit leistet SHANGO vor allem einen Beitrag zu SDG 7: Bezahlbare und saubere Energie. Aber auch SDG 11, das für nachhaltige Städte und Gemeinden steht, wird durch die Arbeit von Andreas Wilde vorangetrieben.

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Der Energieverbrauch der 5G- und 6G-Netze könnte in Zukunft dramatisch ansteigen. Am Fraunhofer IIS erforscht deshalb ein Team, wie sich der Mobilfunk mit einem eigenen Schlafrhythmus ausstatten lässt. Network Energy Savings nennt sich das. Was steckt dahinter?

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Die Förderung der Kreislaufwirtschaft ist ein wichtiger Schritt auf dem Weg zu mehr Nachhaltigkeit. Bei einem Produkt, das heutzutage in fast jedem elektronischen Gerät steckt, ist dies ebenso komplex wie hockaktuell: Batterien. Vor allem in der Elektromobilität  werden aufgrund der Größe und Anzahl der verwendeten Batterien auch eine enorme Menge kritischer Rohstoffe (englisch: Critical Raw Materials, CRM) benötigt . Hier ist ein Fokus auf Recycling und Langlebigkeit besonders wirksam, um Ressourcen zu sparen. Das Fraunhofer IIS hat in Zusammenarbeit mit der Hochschule München das Forschungsprojekt »AIR« (Antriebsbatterieinspektion mittels Röntgen) ins Leben gerufen, um sich dieser Aufgabe anzunehmen.

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»Der Impact der Mikroelektronik in all seinen Facetten ist wirklich enorm«, erläutert Prof. Dr. Heinrich Milosiu. Er ist Chief Scientist für System- und Schaltungsoptimierung und Chipdesigner am Fraunhofer IIS sowie Professor an der Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU). Milosiu ist davon überzeugt, dass Chipdesign, ein Bereich der Mikroelektronik, nicht nur zur Weiterentwicklung von zukunftsrelevanten Technologien beiträgt, sondern auch einen nachhaltigen Beitrag zum Klimaschutz leistet.

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Eine gute gesundheitliche Versorgung ist grundlegend für die Verbesserung der Lebensqualität von Menschen in Deutschland und auf der ganzen Welt. Dafür benötigt es valide Forschung im Medizinsektor, welche nach stichhaltigen Studien mit einer ausreichend hohen Anzahl an Probanden verlangt. Die Umsetzung erfordert in der Regel einen hohen Zeitaufwand, weshalb Studien häufig nicht schnell genug durchgeführt werden können. Christian Weigand, Gruppenleiter des Mobile Health Lab am Fraunhofer IIS, stellt sich in seinem Projekt DPM.research (Digitaler Patienten Manager) dieser Herausforderung. Er beschäftigt sich damit, wie Patientendaten während laufenden Forschungsprojekten übertragen und gemanagt werden können. 

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Künstliche Intelligenz (KI), kognitive Systeme und lernende Maschinen spielen eine entscheidende Rolle in der künftigen Transformation von Wirtschaft und Gesellschaft. Das Training von KI-Modellen allerdings ist ein energieaufwendiger Prozess. Datenakquise, Modelltraining und Produktivbetrieb von Künstlicher Intelligenz bedeuten zusätzlichen Ressourcenbedarf durch hohe Rechenzeit und viel Speicherleistung oder auch den langfristigen Einsatz von Domänen- und KI-Experten. Wenn es gelingt, die KI selber ressourcenschonend zu gestalten, ist ein großer Schritt in Richtung Nachhaltigkeit getan.

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Vor dem Hintergrund des Klimawandels stellt sich die Frage: Wie findet man Pflanzen, die besonders hitzetolerant und trockenheitsresistent sind, die gleichzeitig mit möglichst wenig Dünger und Herbiziden bzw. Pestiziden auskommen und die schließlich Erträge für eine gesunde und ausreichende Ernährung liefern? Ein wirksamer Ansatz ist die Phänotypisierung – die Bestimmung von Pflanzenmerkmalen mithilfe von Röntgentechnik.

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Radio Schooling, also der Fernunterricht via Digitalradio, ist ein innovativer Ansatz, der dazu beitragen kann, Bildung preisgünstig und flächendeckend in alle Ecken der Welt zu bringen.

Die Bildung per Digitalradio zahlt damit auf das SDG 4 »Quality Education« ein.

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Das Projekt »Cast Control« zeigt, dass die neuesten Entwicklungen auf diesem Gebiet längst keine Vision mehr sind, sondern schon bald in zahlreichen Produktionsprozessen eingesetzt werden könnten.

Im Podcast* erklärt Dr. Steven Oeckl, was sein Team bei der Entwicklung neuer Ansätze bei der Röntgenprüfung antreibt, welche Rolle Machine Learning-Methoden spielen und ob es überhaupt sinnvoll ist, die vollständig ausschussfreie Produktion zu erreichen.

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Die Agenda 2030 für nachhaltige Entwicklung, die 2015 von allen Mitgliedstaaten der Vereinten Nationen angenommen wurde, ist ein gemeinsames Konzept für Frieden und Wohlstand für alle Menschen und für unseren Planeten. Ihr Kernstück sind die 17 Ziele für nachhaltige Entwicklung, die Sustainable Development Goals SDGs, die einen dringenden Aufruf zum Handeln darstellen.

Das Fraunhofer IIS betreibt angewandte Forschung zum Wohl der Gesellschaft und zur Stärkung der deutschen und europäischen Wirtschaft. Eine wichtige Aufgabe dabei ist der Wandel zu einer nachhaltigen Wertschöpfung. Unser Ziel sind leistungsfähige und effiziente Technologien, die in Einklang stehen mit einer nachhaltigen Welt und auf die Sustainable Development Goals einzahlen.

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Die wachsende Anzahl vernetzter Anwendungen und Geräte wird als Gegenspieler der Nachhaltigkeit wahrgenommen. Dass beides aber auch Hand in Hand gehen kann, sieht man am innovativen und stromsparenden RFicient®-Chip, der neue Chancen für die Vernetzung von Sensorknoten eröffnet. Wie genau das möglich ist, lesen Sie im folgenden Beitrag.

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Das Fraunhofer-Institut für Integrierte Schaltungen IIS versteht sich als einer der Innovationstreiber innerhalb der strategischen Forschungsfelder der Fraunhofer-Gesellschaft. Mit unserer Forschung in den unterschiedlichen Forschungsbereichen am Fraunhofer IIS unterstützen wir die moderne Agrarwirtschaft und fördern so die nachhaltige Gestaltung von Gesellschaft, Wirtschaft und Umwelt. Moderne kognitive Sensorsysteme sind längst nicht nur Hightech-Fabriken vorbehalten. Mit Dr. Norman Uhlmann Bereichsleiter des Fraunhofer Entwicklungszentrums Röntgentechnik EZRT, klären wir im Interview, warum solche Systeme künftig auch zum Handwerkszeug für Landwirte und Züchter werden.

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In diesem Interview spricht Albert Heuberger über die aktuellen Herausforderungen auf dem Gebiet einer Green ICT und die Beiträge, die die angewandte Forschung hier leisten kann. Zudem gibt er einen Einblick, an welchen Themen die Forschungsfabrik Mikroelektronik Deutschland, deren Lenkungskreisvorsitzender er ist, arbeitet und welche Entwicklungen das Fraunhofer IIS aktuell vorantreibt.

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Alexander Ennen leitet die Abteilung »Anwendungsspezifische Methoden und Systeme« am Entwicklungszentrum Röntgentechnik EZRT des Fraunhofer-Instituts für Integrierte Schaltungen IIS. Die Röntgensysteme, die er mit seinem Team entwickelt, sind für den Einsatz an Förderbändern konzipiert – beim Recycling von Elektroschrott genauso wie im Bergbau oder bei der Detektion von Fremdkörpern in Lebensmitteln.

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