Massachusetts Institute of Technology, Cambridge (USA)

Das Universum im Computer

Die Bildung kosmischer Strukturen ist ein zentrales Phänomen in der Kosmologie, das die Entstehung und Entwicklung des Universums prägt. Dieser Prozess beschreibt, wie Galaxien und andere Strukturen im Universum entstehen, hauptsächlich durch die Schwerkraftwirkung auf anfänglich gleichmäßig verteilte Materie nach dem Urknall. Dichte Regionen ziehen Materie an, Gaswolken kollabieren und bilden Galaxien, während größere Strukturen wie Galaxienhaufen und Superhaufen durch die Verschmelzung von Galaxien entstehen. Kosmologische Simulationen modellieren diese Prozesse, verbessern unser Verständnis der Galaxienentwicklung und liefern wichtige Einblicke in die Kosmologie.

Der Vortrag bietet einen Einblick in die Welt der kosmologischen Simulationen, die es ermöglichen, komplexe Phänomene im Universum zu verstehen. Beginnend mit den Grundlagen der Kosmologie werden numerische Methoden diskutiert, die die Entwicklung von Galaxien, Dunkler Materie und großen Strukturen modellieren. Es werden auch die Herausforderungen und Grenzen dieser Simulationen beleuchtet und wie Fortschritte in Rechenleistung und Simulationstechnik die Beantwortung fundamentaler Fragen der Kosmologie voranbringen.

Zur Person
Professor Vogelsberger wuchs in Deutschland auf und erhielt sein Physik-Diplom von der Universität Mainz sowie seinen Doktortitel von der Universität München und dem Max-Planck-Institut für Astrophysik im Jahr 2010. 2009 wurde er mit dem Rudolf-Kippenhahn-Preis für seine Doktorarbeit ausgezeichnet. Von 2009 bis 2012 war er Postdoktorand am Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics und von 2012 bis 2013 Hubble-Stipendiat. 2013 trat Dr. Vogelsberger der Physik-Fakultät des MIT bei. 2016 erhielt er ein Alfred-P.-Sloan-Stipendium in Physik und 2020 den Buchalter Kosmologie-Preis. Ende 2023 wurde ihm eine LOEWE-Spitzen-Professur an der Philipps-Universität Marburg zuerkannt.

Fraunhofer-Institut für Chemische Technologie (ICT)
Karlsruhe Institut für Technologie (KIT)

Redox-Flow-Batterien als Netzspeicher für die Energiewende

Für eine erfolgreiche Umsetzung der Energiewende werden Lösungen benötigt, um die Energie aus der Solar- und Windstromproduktion zu speichern und schwankende Produktionskapazitäten auszugleichen. Zentralisierte Lösungen wie zum Beispiel Pumpspeicherkraftwerke haben einen großen Platz- und Kapitalbedarf – besser wäre es, den Strom dezentral in Batterien zu speichern. Dabei stehen neben den etablierten Lithium-Ionen-Batterien vor allem die Redox-Flow-Batterien immer stärker im Fokus, deren Grundprinzip in der Speicherung der elektrischen Energie in flüssigen Elektrolytlösungen beruht. Der bekannteste Vertreter ist dabei die Vanadium-Redox-Flow-Batterie, aber auch andere Systeme wie Zink/Brom-, Eisen/Eisen-, Eisen/Chrom- und auf organischen Aktivmaterialien basierende Redox-Flow-Batterien befinden sich derzeit in der Entwicklung und kommerziellen Umsetzung. Redox-Flow-Batterien besetzen die Lücke zwischen den Lithium-Ionen-Batterien für den kurzfristigen Gebrauch beispielsweise in Pkws oder kleineren Heim- oder Netzspeichern und den Power-To-X-Projekten, also der Speicherung von überschüssigem Strom in Form von zum Beispiel grünem Wasserstoff, für einen Zeitraum über mehrere Tage und Wochen. Der Vortrag befasst sich mit dem Aufbau und der Funktionsweise von Redox-Flow-Batterien, diskutiert verschiedene Varianten und stellt mögliche Anwendungsbeispiele vor.

Zur Person
Jens Tübke wurde am 06.05.1968 in Aschersleben geboren. Er studierte Chemie an der Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg und promovierte von 1994 bis 1997 in Halle auf dem Gebiet polymerbasierter Elektrolyte für Lithium-Ionen-Batterien. Von 1997 bis 2000 arbeitete er als Gastwissenschaftler an der Universität Kyoto an der Weiterentwicklung von Materialien für Lithium-Ionen-Batterien. 2000 ging er wieder zurück nach Deutschland und nahm eine Tätigkeit als Projektleiter am Fraunhofer Institut für Chemische Technologie (Fraunhofer ICT) in Pfinztal auf. Seit 2008 ist er dort Leiter des Bereichs „Angewandte Elektrochemie“. 2015 wurde Jens Tübke mit einer Professur für „Materialien und Prozesse für die elektrochemische Speicherung“ an das Karlsruher Institut für Technologie berufen. Sein Arbeitsgebiet am KIT am Institut für Mechanische Verfahrenstechnik und Mechanik (MVM) ist die Produktion und Verarbeitung von Batterie- und Brennstoffzellenmaterialien. Seit 2019 ist er mit der Planung und dem Aufbau einer Forschungsfertigung für Batteriezellen in Münster beschäftigt und wurde im Januar 2020 in die Institutsleitung der Fraunhofer Forschungsfertigung Batteriezelle (Fraunhofer FFB) berufen.

Universität des Saarlandes – Lehrstuhl für Messtechnik

Sensoren im Smartphone – Technologie und erweiterter Nutzen durch Sensordatenfusion

Das Smartphone stellt angesichts der enormen Stückzahlen heute den größten Treiber für die Entwicklung moderner Mikrosensoren dar. In einem typischen Smartphone sind etwa 20 Mikrosensoren ganz unterschiedlicher Art enthalten (Kameras, Mikrofone, Touchsensoren, Inertialsensoren, Magnetfeldsensoren, Luftdruck usw.), was nur mit extremer Miniaturisierung möglich ist, da Platz und vor allem Energie begrenzt sind. Der Vortrag wird die wichtigsten Sensoren darstellen und die zugrundeliegenden Technologien kurz betrachten. Das ist nicht nur von der Funktion her interessant, sondern auch wirtschaftlich, denn die Mikrosensorik ist nach wie vor eine Stärke der europäischen und besonders der deutschen Industrie mit Bosch und Infineon als Marktführern in ihren Bereichen. Der Vortrag wird aber auch darstellen, wie durch die sog. Sensordatenfusion Messaufgaben realisiert werden können, die nicht direkt messbare Größen umfassen, wobei dies vor allem durch entsprechende Modellbildung und intelligente Auswertung ermöglicht wird. Abschließend betrachtet der Vortrag kurz, welche weiteren Entwicklungen noch zu erwarten sind, um die künstlichen Sinnesorgane der Smartphones weiter zu vervollständigen.

Zur Person
Prof. Dr. Andreas Schütze studierte Physik und Mathematik an der RWTH Aachen und promovierte 1994 in angewandter Physik an der Justus-Liebig-Universität Gießen in der Arbeitsgruppe von Prof. Dr. Dieter Kohl im Bereich Gassensorik. Anschließend war er bei der VDI/VDE-IT GmbH, Teltow, insbesondere in der Projektförderung Mikrosystemtechnik tätig. 1998 erhielt er den Ruf auf die Professur Sensorik und Mikrosystemtechnik an der Fachhochschule Niederrhein in Krefeld. Seit 2000 leitet Prof. Dr. Andreas Schütze den Lehrstuhl für Messtechnik an der Universität des Saarlandes in der Fachrichtung Systems Engineering. Seine Forschungsschwerpunkte sind leistungsfähige Gasmesssysteme sowie smarte Sensorsysteme für industrielles Condition Monitoring. Prof. Schütze ist Gründungsmitglied des ZeMA Zentrums für Mechatronik und Automatisierungstechnik GmbH und Mitgründer der 3S GmbH – Sensors, Signal Processing, Systems, Saarbrücken. Prof. Schütze ist ehrenamtlich aktiv, u.a. als Vorsitzender des VDE Saar, im AMA Verband für Sensorik und Messtechnik und als Vorsitzender der Fachsektion Mess- und Sensortechnik der Dechema.

Die Förderung des naturwissenschaftlich-technischen Nachwuchses ist Prof. Schütze ein besonderes Anliegen. Er hat 2006 das Schülerlabor SinnTec gegründet und ist Gründungsmitglied von LernortLabor e.V., dem Bundesverband der Schülerlabore. Mit dem Landkreis Saarlouis hat er 2015 das Schülerforschungszentrum Saarlouis gegründet und leitet seitdem den dortigen Förderverein. Seit einigen Jahren führen VDE und VDI im Saarland unter seiner Federführung den „Tag der Technik“ fort, bei dem Schülerinnen und Schüler modernste Technik in Workshops sowie einer interaktiven Ausstellung hands-on erleben können. Seit Ende 2022 hat der Tag der Technik @ School mit ganztätigen Angeboten an Gymnasien für alle Altersstufen über 4000 Schülerinnen und Schüler sowie Lehrkräfte erreicht.

Fachbereich Experimentalphysik, Universität des Saarlandes, Saarbrücken

Biophysikalische Experimente im Spannungsfeld zwischen Modellsystem und Anwendung: Wie beginnt die Biofilmbildung – an Zähnen, Kathetern und in Petrischalen?

Warum dauert es manchmal so lange, bis Erkenntnisse aus dem Labor zum Patienten kommen? Am Beispiel mikrobieller Biofilme werden Erfolge und Hürden dieses langen Weges dargestellt sowie die Freuden und Herausforderungen interdisziplinärer Zusammenarbeit.
Mikrobielle Biofilme sind im Alltag häufig anzutreffen, können aber vor allem bei Patienten in Krankenhäusern zu ernsthaften Gesundheitsproblemen führen. Um einen Biofilm auf Oberflächen zu bilden, müssen sich die Mikroben zunächst an diese Oberflächen anlagern. Mit Hilfe moderner physikalische Methoden wie die auf der Rasterkraftmikroskopie basierende Einzelzell-Kraftspektroskopie können wir die grundlegenden Prinzipien der Adhäsion von Proteinen und Mikroben beschreiben. Doch wann wird daraus eine „Handlungsanweisung“ oder gar ein neues Produkt? Kann die Physik generelle Regeln finden in solchen komplexen, lebenden Systemen?

Zur Person
Prof. Dr. Karin Jacobs studierte Physik an der Universität Konstanz. Ein Auslandsaufenthalt am Weizmann Institute of Science in Israel motivierte sie, Oberflächenphysik und Polymerchemie in einer Dissertation zu verbinden. Nach der Promotion 1997 an der Universität Konstanz wechselte sie an das MPI für Kolloid- und Grenzflächenforschung (damals Berlin, heute Potsdam), dann 1999 an die Universität Ulm. 2001 ging sie dann als Projektleiterin in die Industrie zur Bayer AG nach Leverkusen in die Zentrale Forschung. 2003 folgte sie einem Ruf auf eine Professur in der Physik an der Universität des Saarlandes, wo sie – nach Ablehnung mehrerer Rufe – seitdem eine experimentelle Forschergruppe im Zentrum für Biophysik leitet. Karin Jacobs koordinierte das Schwerpunktprogramm „Nano- und Mikrofluidik“, ist Mitglied im Vorstand des Sonderforschungsbereiches SFB 1027 zur Modellierung biophysikalischer Systeme, ist Fellow der Max Planck School „Matter to Life“, war Mitglied im Wissenschaftsrat und ist derzeit auch Vizepräsidentin der Deutschen Forschungsgemeinschaft DFG.