2018

Internationales Forscherteam vergleicht Simulationen von Plasmen

Die Vergleichbarkeit von Forschungsergebnissen wird seit vielen Jahren in der Wissenschaftsgemeinde diskutiert. Trotz identischer Versuchsanordnungen mit klar definierten experimentellen Parametern kommt es häufig zu unterschiedlichen Ergebnissen. Die Gründe dafür sind vielschichtig.

Selbst bei Computersimulationen werden erhebliche Abweichungen registriert. Dies zeigt eine aktuelle Studie sieben renommierter Forschungsinstitute und Universitäten aus Deutschland, Belgien, Frankreich, Spanien, China und den Niederlanden, an der auch Wissenschaftler des Leibniz-Instituts für Plasmaforschung und Technologie (INP) in Greifswald beteiligt waren. Thema war ein Vergleich von sechs Simulationscodes für positive Streamer-Entladungen. Diese Plasmen werden unter anderem zum Abbau von Schadstoffen oder zur Behandlung chronischer Wunden genutzt. Aufgrund der Komplexität stellt die Simulation von Streamer-Entladungen eine große Herausforderung dar.

Innerhalb der Studie verwendeten vier Gruppen einen selbst implementierten Code, zwei weitere Teams die kommerzielle Simulationssoftware COMSOL Multiphysics®. Simuliert wurden drei einfache Entladungssituationen in trockener Luft bei 1 bar und 300 K. Ebenso waren die verwendeten Transportkoeffizienten und Fluidmodelle identisch. Die Untersuchungen ergaben, dass die Ergebnisse in der Standard-Netzauflösung erheblich voneinander abweichen. Beim ersten Test mit einer relativ hohen Hintergrunddichte von Elektronen und Ionen ohne Berücksichtigung von Photoionisation wurden erhebliche Unterschiede bei den Streamer-Geschwindigkeiten und maximalen elektrischen Felder registriert. Erst die Verwendung feinerer Raster führte zu akzeptablen Übereinstimmungen zwischen den Codes.

Beim zweiten Testfall – mit einer niedrigen Hintergrundionisationsdichte – kam es zu abweichenden Streamer-Eigenschaften und numerischen Instabilitäten. Auch hier führte erst eine feinere Netzauflösung zu übereinstimmenden Ergebnissen. In einer dritten Untersuchung wurden verschiedene gängige Ansätze zur Modellierung der Photoionisation verglichen und bewertet. Hier wurde festgestellt, dass numerische Parameter, wie beispielsweise die Gitterauflösung, eine größere Rolle für Unterschiede in den Simulationsergebnissen spielen als das Photoionisationsmodell.

Mit dem Beitrag „Comparison of six simulation codes for positive streamers in air“ in Plasma Sources Science and Technology Vol. 27 Nr. 9 (2018) haben die Forscher jetzt detailliert die Berechnungszeiten, die verwendete Hardware und die numerischen Parameter für jeden Code beschrieben. Die Studie ist deshalb von großer Bedeutung, da sie ein Referenzbeispiel für die Vergleichbarkeit von Simulationen in der Plasmaphysik darstellt. Auf dieser Grundlage können künftig weitere mathematische Modelle und Simulationstools für Streamer-Entladungen untersucht werden.

Originalpublikation:
B. Bagheri, J. Teunissen, U. Ebert, M. M. Becker, S. Chen, O. Ducasse, O. Eichwald, D. Loffhagen, A. Luque, D. Mihailova, J. M. Plewa, J. van Dijk and M Yousfi (2018). Comparison of six simulation codes for positive streamers in air. Plasma Sources Sci. Technol. 27 (2018): 095002. https://doi.org/10.1088/1361-6595/aad768

Wissenschaftlicher Ansprechpartner:
Prof. Dr. Ronny Brandenburg
Leiter des Forschungsschwerpunkts "Plasmachemische Prozesse"
Tel.: +49 3834 554 3818
E-Mail: brandenburginp-greifswaldde

Kompetenzzentrum Diabetes Karlsburg startet mit innovativen Forschungsprojekten

Das Kompetenzzentrum Diabetes Karlsburg (KDK) ist eine Kooperationsinitiative des Klinikums Karlsburg und des Leibniz-Instituts für Plasmaforschung und Technologie (INP), um innovative Diagnostik- und Therapiemöglichkeiten auf dem Gebiet von Diabetes und Wundheilung zu entwickeln.

Am Mittwoch, dem 21. November 2018, informierten Prof. Dr. Klaus-Dieter Weltmann, Direktor und Vorstandsvorsitzender des INP Greifswald, Prof. Dr. Wolfgang Motz, Direktor des Klinikums Karlsburg, und Dr. Stefan Rudolph, Staatssekretär im Wirtschaftsministerium Mecklenburg-Vorpommern, in Karlsburg über die Umsetzung einer im Jahr 2013 entstandenen deutschlandweit einzigartigen Idee, die Expertenwissen und Erfahrungswerte aus unterschiedlichen Forschungsbereichen zu einem Projekt und somit praxisnaher Forschung und klinischer Behandlung unter einem Dach vereint.

Das starke wissenschaftliche Fundament des Zentrums bilden die disziplinübergreifenden Kompetenzen des Leibniz-Instituts und seiner Partner, insbesondere bei der Entwicklung von Plasmamedizin und Hygieneverfahren sowie weltweit führender Anwendungen. Das starke medizinische Know-how bietet der Standort Karlsburg. Das wegweisende Konzept steht auf drei Säulen: Forschung, Entwicklung und Transfer in die industrielle und medizinische Praxis. Es stellt den Rahmen dar, um bahnbrechende Lösungen für die Therapie und Diagnostik der Volkskrankheit Diabetes sowie weiterer Indikationen zu erarbeiten. In direkter Nachbarschaft findet künftig die klinische Behandlung der Diabetespatienten sowie eine interdisziplinäre und praxisnahe Forschung statt. Dadurch können Forschungsergebnisse im Zusammenspiel mit Unternehmen aus der Medizinbranche deutlich schneller in die klinische Anwendung übertragen werden, was den Patienten zugutekommt.

In Deutschland leiden derzeit acht Millionen Menschen an Diabetes mellitus, betonte Prof. Dr. Wolfgang Kerner, Direktor der Klinik für Diabetes und Stoffwechselkrankheiten in Karlsburg und Vorsitzender des Präsidiums des KDK, bei der Vorstellung des Zentrums. Ziel ist es, innovative Medizinprodukte und Verfahren zu entwickeln, die Diabetespatienten mit chronischen Wunden helfen. Hierzu zählt der diabetische Fußulkus, eine der schwerwiegendsten Komplikationen. Die charakteristischen chronischen Wunden, die meist von Infektionen begleitet werden, führen allein in Deutschland zu 45.000 Amputationen im Jahr, was die Lebensqualität der Betroffenen dramatisch eingeschränkt und mit hohen Kosten für das Gesundheitssystem verbunden ist. Die Therapiemöglichkeiten sollen nunmehr durch die am INP Greifswald entwickelten medizinischen Plasmageräte erweitert werden. „Das physikalische kalte Plasma hat eine desinfizierende und antibakterielle Wirkung – auch bei multiresistenten Keimen - und befördert die Wundheilung. Das haben zahlreiche Studien und praktische Erfahrungen auf dem Gebiet der Plasmamedizin ergeben. In einer weiteren großen klinischen Studie soll dies wissenschaftlich detaillierter erhärtet werden“, erklärte Prof. Weltmann. Klinikchef Prof. Motz fügte hinzu: „Ich freue mich, dass es gelungen ist, die bürokratischen Hürden für unsere gemeinsame Arbeit zu meistern. Der Diabetespatient wird in Karlsburg künftig von Innovationen profitieren, die weltweit führend sind.“

In den vergangenen Monaten wurde das Kompetenzzentrum Diabetes Karlsburg mit Laboreinrichtungen und wissenschaftlichen Geräten ausgestattet. Die Ausrüstung wurde vom Wirtschaftsministerium des Landes Mecklenburg-Vorpommern und der EU mit rund 2,5 Millionen Euro gefördert. Staatssekretär Dr. Stefan Rudolph sagte zum Forschungsstart: „Wir haben das Wachstumspotential der Gesundheitswirtschaft in Mecklenburg-Vorpommern bei weitem noch nicht ausgeschöpft. Durch unser Engagement hier in Karlsburg wird die Zusammenarbeit von Forschung, Wirtschaft, Medizin und Ingenieurskunst potenziert werden. Ich erwarte neue innovative Lösungen, Produkte und Dienstleistungen der Gesundheitswirtschaft, die sowohl marktfähig sind als auch mehr Wohlstand in unserem Land generieren. Nur das kann unser Anspruch sein.“

Vorgestellt wurden am Mittwoch weitere große Forschungsschwerpunkte. Die Greifswalder Firma OT aktiv GmbH sucht nach telemedizinischen Lösungsansätzen, um dem diabetischen Fußulkus vorzubeugen. Der Orthopädietechnik-Spezialist aus MV, der Diabetespatienten seit vielen Jahren mit fachgerechtem Schuhwerk versorgt, hat es sich zum Ziel gesetzt, eine intelligente Einlegesohle zu entwickeln, die auf Temperaturerhöhungen des menschlichen Fußes und damit Anzeichen von entzündlichen Prozessen hinweist. Denn Diabetespatienten, die häufig auch unter einer Neuropathie leiden, haben ein geringes Schmerzempfinden und bemerken Druckläsionen oft viel zu spät, so dass sich Wunden ausbilden können. Das Projekt „Smart Shoe Insole“ umfasst den Datentransfer zur telemedizinischen Therapiekontrolle, die Visualisierung der Fußsohlentemperatur, ein Bewegungsmonotoring und eine Alarmfunktion. Alles darstellbar auf einer Smartphone-App.

Ein weiteres ambitioniertes Projekt wird im KDK gemeinsam mit dem Schweriner Unternehmen human med GmbH entwickelt. Fettstammzellen sollen zur besseren Wundheilung eingesetzt werden. Erste kleine Studien zum Einsatz des körpereigenen Fettes sind vielversprechend.

Wissenschaftliche Ansprechpartner:

Prof. Dr. Klaus-Dieter Weltmann
Direktor und Vorstandsvorsitzender des INP
Tel: +49 3834 554310
E-Mail: weltmanninp-greifswaldde

Prof. Dr. med. Wolfgang Motz
Ärztlicher Direktor des Klinikums Karlsburg
Tel.: +49 038355 701283
E-Mail: prof.motz@drguth.de

Innovatives Raumluftsystem reduziert Keimbelastung in Krankenhäusern

Patienten können sich in Krankenhäusern folgenschwere Infektionen zuziehen. An neuen technischen Lösungen zur Verbesserung der Raumluft in hochsensiblen Klinikbereichen wird seit Jahren gearbeitet. Forscher des INP haben jetzt eine innovative Plasmareinigungsstufe entwickelt, die modular eingebaut werden kann und eine deutliche Keimreduktion mit sich bringt.

Das Risiko, sich im Krankenhaus mit einem Erreger anzustecken, wenn der Körper durch die Folgen einer Operation oder Erkrankung geschwächt ist, ist nicht unbeträchtlich. So geht die Deutsche Gesellschaft für Krankenhaushygiene von jährlich 900.000 Infektionen bundesweit und 30.000 bis 40.000 Todesfällen aus. Am häufigsten treten bei den Betroffenen Atemwegs- und Harnwegsinfekte, aber auch Wundinfektionen oder Sepsis auf. Auslöser sind nicht immer mangelhafte Hygieneprozesse in Kliniken, häufig werden die Keime auch von Patienten oder Besuchern eingeschleppt.

Vor diesem Hintergrund haben das Leibniz-Institut für Plasmaforschung und Technologie (INP) in Greifswald, das Medizintechnikunternehmen Pneumatik Berlin sowie das Unternehmen Haustechnik Bachmann aus Steinberg in Sachsen innerhalb des Verbundprojektes „PlasClean“ ein intelligentes, modular aufgebautes Raumluftsystem für OP-Säle entwickelt, dessen Herzstück eine spezielle Plasmastufe darstellt. Dabei konnte in Laborexperimenten, aber auch in einer Pilotanlage unter Realbedingungen die Wirksamkeit dieses bereits patentierten Dekontaminationsverfahrens nachgewiesen werden. Das zweieinhalbjährige Vorhaben wurde vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie finanziell gefördert.

Durch modifizierte Elektrodenplatten, zwischen denen dielektrisch behinderte Entladungen (siehe Bild) erzeugt werden, gelang es den Forschern, die Belastung der Raumluft mit Mikroorganismen deutlich zu senken. Ebenso können chemische Stoffe auf diese Weise abgebaut werden. Bei sämtlichen Tests wurden die DIN-Anforderungen für intensivmedizinische Bereiche berücksichtigt: Das Plasma reinigte die Abluft auch bei den vorgeschriebenen hohen Luftumsätzen.

„Unser Konzept ist auch für andere Anwendungsbereiche zukunftsweisend und lässt sich auf Reinräume, Labore, Tierställe oder die Lebensmittellogistik übertragen“, sagt Dr. Manfred Kettlitz, Projektleiter im INP. Die Plasmastufe sei skalierbar, wodurch eine noch höhere Reduktion der Mikroorganismen erreicht werden könne. „Die technische Umsetzbarkeit muss jedoch im Rahmen weiterer Projekte erforscht werden“, betont er. Der Projektverantwortliche bei Pneumatik Berlin, Oliver Siegel, zieht folgendes Fazit: „Durch die Integration dieser neuen Systemlösung könnten keimbelastete Lufteinströmungen in Räumen mit hohen Anforderungen an die Keimarmut wie etwa ein Operationsraum zuverlässig unterbunden werden. Hiermit wird ein wertvoller Beitrag für das Hygienemanagement in Krankenhäusern geleistet“.

Wissenschaftliche Ansprechpartner:
Dr. Manfred Kettlitz
Projektleitung
INP Greifswald 
Tel. +49 3834 554414
E-Mail: kettlitzinp-greifswaldde

Oliver Siegel Pneumatik Berlin GmbH PTM
Tel. +49 30 92701071
E-Mail: siegelpneumatik-berlinde

Forscher und Unternehmer der Region Nord-Ost entwickeln Ideen für die Nutzung von grünem Strom für eine Zero-Emission-Schifffahrt auf der Ostsee

Christian Pegel, Minister für Energie, Infrastruktur und Digitalisierung, sieht in dem Forschungsvorhaben CAMPFIRE eine Chance für Mecklenburg-Vorpommern, lokale Wertschöpfung und Akzeptanz für die Energiewende zu steigern.

Stralsund. Im Forschungsvorhaben „CAMPFIRE: Brennstoffe aus Wind und Wasser - Energie- und maritime Mobilitätswende in der Region Nord-Ost“ veranstalteten das Institut für Klimaschutz, Energie und Mobilität, das Leibniz-Institut für Plasmaforschung und Technologie e. V. sowie die Hochschule Stralsund am 11. September 2018 einen Expertenworkshop im Ozeaneum in Stralsund. Rund 70 Vertreter aus Politik, Wirtschaft und Wissenschaft diskutierten gemeinsam den Einsatz neuer Technologien für eine maritime Mobilitätswende in der Region Nord-Ost in Mecklenburg-Vorpommern. Der Workshop war ein Höhepunkt auf dem Weg zu einem Forschungsvorhaben, in dem aus lokal erzeugtem Windstrom grüne Energieträger wie Ammoniak und Wasserstoff für die maritime Mobilität produziert werden sollen. In den Antrieben kommen dabei innovative Membrantechnologien aus der Region Nord-Ost zum Einsatz.

„Emissionsfreie Schiffsantriebe bieten eine große Chance für Mecklenburg-Vorpommern: Lokal erzeugter Windstrom wird genutzt, um die Schifffahrt klimafreundlich auszugestalten“, so Christian Pegel, Minister für Energie, Infrastruktur und Digitalisierung des Landes Mecklenburg-Vorpommern in seinem Grußwort. „Damit könnten zwei zentrale Wirtschaftsfelder – Erneuerbare Energien und maritime Wirtschaft - mehr Wertschöpfung für die Region und mehr Akzeptanz für die Energiewende bringen.“

Im Verlauf einer fünfjährigen Umsetzungsphase und darüber hinaus bis 2030 sollen in dem Forschungsvorhaben innovative Membrankomponenten den neuen Energietechnologien zum wirtschaftlichen Durchbruch verhelfen. Ferner sollen neuartige Schiffsantriebe entwickelt werden, in denen grüne Energieträger wie Ammoniak und Wasserstoff zum Einsatz kommen. Diese können klimafreundlich aus lokal erzeugtem Windstrom hergestellt werden und bilden einen ersten Pfad für die regionale Sektorenkopplung.

Die Region Nord-Ost rund um die Städte Rostock, Stralsund, Greifswald und Neubrandenburg gehört zu den wichtigsten Zukunftsregionen für eine dekarbonisierte Energieversorgung. „Europaweit arbeiten Unternehmen an einem Netzwerk für Wasserstoffmobilität, um die Ziele des Pariser Klimaschutzabkommens zu erreichen“, sagte Jorgo Chatzimarkakis, Generalsekretär von Hydrogen Europe, dem europäischen Verband für Wasserstoff und Brennstoffzellen. „Mecklenburg-Vorpommern zeichnet sich durch eine große Windkapazität aus. Durch seine geographische Lage ist das Bundesland prädestiniert, eine Brücke zwischen Mitteleuropa und den Anrainern an der Ostsee zu schlagen.“ 

Um das Klima zu schützen, werden auch dringend Ansätze für den maritimen Sektor benötigt. Dieser war 2016 für 3,3 Prozent der globalen Treibhausgasemissionen verantwortlich. Das entspricht etwa den kompletten Treibhausgasemissionen Deutschlands in einem Jahr. Mit wachsendem Welthandel ist langfristig mit einem deutlichen Wachstum des globalen Seefrachttransports zu rechnen. Parallel dazu wachsen die Treibhausgasemissionen in diesem Sektor. Die Internationale Schifffahrts-Organisation der Vereinten Nationen (IMO) hat im April 2018 daher eine Strategie vorgestellt, die eine Dekarbonisierung des Seeverkehrs bis 2050 anstrebt. Hier setzt das Forschungsvorhaben CAMPFIRE an.

CAMPFIRE: Brennstoffe aus Wind und Wasser - Energie- und maritime Mobilitätswende in der Region Nord-Ost 

Insgesamt 26 Bündnispartner, darunter neun klein- und mittelständische Unternehmen, fünf Großunternehmen, sechs Forschungsinstitute und vier Hochschulen sind Teil des Forschungsvorhabens. CAMPFIRE ist eine Initiative des Förderprogramms „WIR! - Wandel durch Innovationen in der Region“ des Bundesministeriums für Bildung und Forschung. „Die Zahl der regionalen Bündnispartner ist stetig gewachsen und zeigt, dass in der Region großes Know-how und innovativer Unternehmergeist für die maritime Mobilitätswende vorhanden ist“, resümiert Dr. Angela Kruth, Projektkoordinatorin am Leibniz-Institut für Plasmaforschung und Technologie e.V. mit Sitz in Greifswald.

Der Expertenworkshop in Stralsund war für die Entwicklung des Projektes ein wichtiger Meilenstein: „Im Zentrum der Veranstaltung stand neben dem fachlichen auch der praktische Austausch über den Einsatz neuer Membrantechnologien und die künftige Ausgestaltung der Energie- und maritimen Mobilitätswende in der Region Nord-Ost“, erklärt Forscherin Kruth. „Während des Workshops wurde deutlich, wie stark der Rückhalt für das Vorhaben in der Region ist.“

Dies bestätigten auch der Oberbürgermeister der Stadt Greifswald, Dr. Stefan Fassbinder, sowie Heino Tanschus, Leiter des Ordnungsamtes und 2. Stellvertreter des Stralsunder Oberbürgermeisters, auf der Veranstaltung im Ozeaneum: „Die Energiewende und eine emissionsfreie Ostsee sind Themen mit hoher Bedeutung für unsere Region“, betonte Fassbinder. Die CAMPFIRE-Forschungsergebnisse können die Hansestädte als Forschungs- und Wirtschaftsstandorte stärken und neue, hoch qualifizierte Arbeitsplätze in der Region schaffen, hofft auch Tanschus.

Weitere Koordinatoren der Campfire Teilvorhaben sind das Institut für Klimaschutz, Energie und Mobilität sowie die Hochschule Stralsund mit den Projektleitern Simon Schäfer-Stradowsky und Prof. Johannes Gulden.

Kontakt:
Franziska Hagen
Event Management & Public Relations
Tel.: +49 3834 554 3886
franziska.hageninp-greifswaldde 

Region Nord-Ost entwickelt Energietechnologien der Zukunft

Partnerbündnis CAMPFIRE strebt Wandel in der Region durch ein neues Technologiefeld für den Ausbau erneuerbarer Energie an

An manchen Tagen könnte aus Wind, Wasser, Sonne und Biomasse theoretisch so viel erneuerbare Energie produziert werden, um den gesamten Bedarf in Deutschland abzudecken. Allerdings muss die Infrastruktur dringend ausgebaut werden, um diesen Ökostrom zur richtigen Zeit dorthin zu transportieren, wann und wo er benötigt wird. Es besteht somit ein hoher Innovationsbedarf in der Energiebranche. Einen Lösungsansatz stellt die Sektorenkopplung dar. Sie hat das Ziel, den Energiebedarf verschiedener Anwendungsfelder, beispielsweise in den Bereichen Verkehr, Wärme und Strom, zu bündeln und durch neue Technologien verfügbar zu machen. Membrane sowie mikro- und nanostrukturierte Materialien zählen dabei zu den Kernkomponenten zukünftiger Umwandlungs- und Speichertechnologien. Diese können in der Wasserstoff- und Batterietechnik eingesetzt werden.

In der Region Nord-Ost entsteht eine Zukunftsregion der Energiewende. Sie umfasst die Küstenstädte Rostock, Stralsund und Greifswald sowie Neubrandenburg im Landkreis Mecklenburgische Seenplatte. Es sind Standorte mit einer langjährigen Tradition in der Erforschung, Entwicklung und Anwendung von Innovationen für die Energieerzeugung sowie mit einer hohen Bedeutung für Wissenschaft, Wirtschaft und Gesellschaft. Mit dem Vorhaben CAMPFIRE erarbeiten die derzeit rund 20 Bündnispartner Lösungswege für einige der größten Herausforderungen der Energiewende. Unter der Leitung des Leibniz-Instituts für Plasmaforschung und Technologie (INP), des Instituts für Klimaschutz, Energie und Mobilität (IKEM) und des Instituts für Regenerative EnergieSysteme an der Hochschule Stralsund (IRES) werden die Einsatzmöglichkeiten des Technologiefeldes untersucht und in der Region angewendet.

Die Bündnispartner erarbeiten technische, konzeptionelle und transformative Lösungen für die Region auf der Basis von Nanomembranen, die in der Regel dünner als der Millionstel eines Meters sind. Die Entwicklung von Herstellungsverfahren für derartige Nanomembranen zählt zu den Schlüsseltechnologien der Innovationen für die Energiewende. Durch einen Transfer dieses wissenschaftlichen Know-hows in die zukünftige Energieverfahrenstechnik ist für die Region ein bahnbrechender wirtschaftlicher und gesellschaftlicher Durchbruch zu erwarten – etwa in den Bereichen Elektrolyse, Brennstoff- und Solarzelle. Neben den bereits erwähnten Verbundpartnern bringen auch das Leibniz-Institut für Katalyse (LIKAT) sowie das Zentrum für Brennstoffzellentechnik GmbH (ZBT) in Duisburg und das Institut für Kompetenz in Automobilität GmbH (IKAM) in Magdeburg ihr Wissen in CAMPFIRE ein. Somit wird durch die regionalen Unternehmen ein Nukleus von Pionierarbeit aufgebaut. Die Projektbeteiligten vereinen Kompetenzen in der Plasmaphysik, Nanotechnologie, Maschinen- und Anlagenbau, Modellierung, Energietechnik, Betriebswirtschaft sowie Material-, Rechts- und Politikwissenschaft.

Während einer kommenden Konzeptphase werden durch die CAMPFIRE-Partner Anwendungsfelder mit den größten wirtschaftlichen und gesellschaftlichen Potenzialen für das neue Technologiefeld erarbeitet und daraus eine Roadmap für die sich anschließende Umsetzungsphase entwickelt. So können elektrokeramische Dünnschichtmembranen eingesetzt werden, um den Wirkungsgrad und die Lebensdauer von Power-to-Gas-Anlagen zu erhöhen, in denen Ökostrom zu Wasserstoff oder Methangas umgewandelt wird. „Mit unseren Dünnschichtmembranen könnte deutlich mehr grüner Brennstoff aus überschüssigem Strom produziert werden“, sagt der Bündniskoordinator und stellvertretende Direktor des INP, Prof. Dr. Dirk Uhrlandt. Er hofft auf einen wirtschaftlichen Schub für die Region Nord-Ost, die bundesweit zu den größten Produzenten erneuerbarer Energien zählt. „Hier könnte eine völlig neue Branche entstehen, die zum Beispiel Wasserstoff als Energieträger der Zukunft nutzt. Die Erforschung neuer Technologien ist entscheidend für das Gelingen der Energiewende und den Ausstieg aus dem Zeitalter fossiler Brennstoffe.“

Hintergrund

Das regionale CAMPFIRE-Vorhaben ist eine Initiative im Rahmen des Förderkonzepts "WIR! – Wandel durch Innovationen in der Region" des Bundesministeriums für Bildung und Wissenschaft (BMBF) zur Steigerung der Innovationsfähigkeit in den strukturschwachen Regionen. Zunächst werden Vorhaben in Ostdeutschland gefördert, in einer nächsten Etappe auch in Westdeutschland. Im Anschluss an die Konzeptphase, die im April startet und über einen Zeitraum von sieben Monaten durchgeführt wird, werden ausgewählten Bündnissen bis zu 8 Millionen Euro für die Umsetzungsphase durch das BMBF zur Verfügung gestellt. Die Bündnispartner von CAMPFIRE hoffen auf eine positive Evaluation und streben für Anfang 2019 den Beginn der Umsetzungsphase an.

Greifswalder Wissenschaftler forschen an neuer Krebstherapie

Das Greifswalder Leibniz-Institut für Plasmaforschung und Technologie (INP) beschreitet neue Wege im Kampf gegen Krebs. Ein sechsköpfiges Wissenschaftlerteam des zugehörigen Zentrums für Innovationskompetenz (ZIK) plasmatis will im Rahmen eines vom Bundesministerium für Bildung und Forschung geförderten Projektes herausfinden, ob Tumore durch eine Plasmabehandlung eingedämmt werden können. Dazu starten jetzt erste Tierversuche, bei denen unterschiedlich zusammengesetzte physikalische Plasmaquellen zum Einsatz kommen.

„Unser Ziel ist, Krebszellen mit einem gut verträglichen Therapieverfahren zu eliminieren. Gleichzeitig wollen wir erforschen, wie das körpereigene Immunsystem aktiviert werden kann“, erläutert Dr. Sander Bekeschus, Leiter der Forschergruppe „Plasma-Redox-Effekte“, die Know-how aus der Medizin, Biologie und Physik vereint. Bis Ende 2020 sollen erste Ergebnisse vorliegen.
Von großer Bedeutung seien reaktive Stickstoff- und Sauerstoffverbindungen, sagt Bekeschus. Viele dieser Moleküle kommen im menschlichen Organismus vor und sind auch im Plasma enthalten. Wenn es gelänge, mithilfe dieser freien Radikale die Tumorzellen zu schädigen und wieder für die Immunabwehr sichtbar zu machen, könnten plasmabasierte Verfahren die etablierten Therapien ergänzen, erklärt der Immunologe. „Das wäre für uns ein Durchbruch.“ Durch eine Stimulierung des körpereigenen Abwehrsystems sei es überhaupt erst möglich, Metastasen wirksam zurückzudrängen. An diesen Tochtergeschwülsten sterben 90 Prozent der Krebspatienten.

„Die an unserem Institut entwickelten medizinischen Plasmageräte werden bereits in vielen Kliniken zur Behandlung von Wundinfektionen und Hauterkrankungen eingesetzt. Jetzt wollen wir mit weiteren Forschungsleistungen dazu beitragen, dass Krebspatienten eine noch wirksamere Therapie erhalten“, sagt Klaus-Dieter Weltmann, Vorstandsvorsitzender und wissenschaftlicher Direktor des INP.

Aktuelle Forschungsergebnisse stehen auch im Mittelpunkt des internationalen Workshops „Plasma zur Krebsbehandlung“, der am 20. und 21. März erstmals in der Hansestadt Greifswald stattfindet. 

Gastgeber sind das INP und die Universitätsmedizin Greifswald. Die Organisatoren erwarten rund 120 Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler aus 21 Ländern. In den vergangenen Jahren fanden die Tagungen in Paris, Washington und in Nagoya statt.

Über das INP:

Plasma ist nach fest, flüssig und gasförmig der vierte Aggregatzustand, den Materie annehmen kann. Das elektrisch leitfähige Teilchengemisch aus Atomen, Ionen, Elektronen und Molekülen entsteht dann, wenn einem neutralen Gas weiter Energie zugeführt wird. Dieses natürliche Phänomen findet man in Blitzen, in der Sonne oder in Polarlichtern. Am Leibniz-Institut für Plasmaforschung und Technologie, der größten außeruniversitären Forschungseinrichtung für Niedertemperaturplasmen in Europa, forschen rund 200 Mitarbeitende an Technologien, die zur Beschichtung von Oberflächen, Dekontamination von Lebensmitteln, Reinigung von Flüssigkeiten, aber auch in der Medizinbranche und sowie in der Elektrotechnik eingesetzt werden. Das INP betreibt anwendungsorientierte Grundlagenforschung und bietet darüber hinaus kundenspezifische Lösungen, Studien sowie Beratungen für die Industrie an. Viele Innovationen führten bereits zur Entwicklung von Prototypen und Ausgründungen.

Große Fortschritte hat das Institut auch in der Plasmamedizin erreicht: Durch die am INP erfundenen und entwickelten Kaltplasmageräte können chronisch infizierte Wunden sowie erregerbedingte Hauterkrankungen auf schonende Weise behandelt werden. Dazu zählt der seit 2013 für die Anwendung am Patienten zugelassene Plasma-Jet kINPen® Med. Er wird von der INP-Tochterfirma neoplas tools weltweit vertrieben. INP-Wissenschaftler haben auch den Prototyp eines silikonbasierten Plasmapatches entwickelt und patentiert. Mit einer Existenzgründerförderung wurde die spezielle Wundauflage am Institut weiterentwickelt und wird nunmehr von der ausgegründeten Firma Coldplasmatech zugelassen und eigenständig vermarktet.      

Plasma-, Agrar- und Lebensmittelforscher suchen gemeinsam Alternativen zu Pestiziden

Leibniz-Institut für Plasmaforschung und Technologie und Hochschule Neubrandenburg starten innovatives Projekt für die Agrarbranche

Der fortschreitende Klimawandel stellt die Landwirtschaft vor große Herausforderungen. Die zunehmenden Wetterextreme führen zu drastischen Ernteausfällen, darüber hinaus ist aufgrund steigender Temperaturen mit der Ausbreitung neuer Pflanzenkrankheiten zu rechnen. An dieser Stelle setzt ein Vorhaben des Greifswalder Leibniz-Instituts für Plasmaforschung und Technologie (INP) sowie der Hochschule Neubrandenburg an. Die Forscher wollen im Rahmen des vom Bundesministerium für Bildung und Forschung geförderten Projekts „Physics for Food“ im Förderprogramm "WIR! - Wandel durch Innovation in der Region" eine Strategie entwickeln, um Saatgut mithilfe physikalischer Technologien keimfähiger und robuster zu machen. Einen Schwerpunkt bildet hierbei die Anwendung kalter Plasmen. Studien haben gezeigt, dass dieses schadstofffreie Verfahren das Wachstum der Pflanzen beschleunigen und deren Widerstandsfähigkeit erhöhen kann.

Im Blickpunkt der Forscher aus Mecklenburg-Vorpommern stehen Getreidesorten wie Weizen und Gerste, deren Aussaat häufig mit chemischen Beizmitteln behandelt wird. Zudem wird untersucht, wie die Keimung von Leguminosen wie Rotklee und Luzerne optimiert werden kann. Diese gelten als wichtiger Baustein auf dem Weg zu einer nachhaltigeren Landwirtschaft. „Wir wollen dazu beitragen, dass weniger Pestizide auf den Feldern eingesetzt werden“, betonen die Biologinnen Dr. Henrike Brust und Dr. Nicola Wannicke, die am INP in einem interdisziplinären Team die Wirkung von Plasmen auf Pflanzen erforschen. Angesichts der zu erwartenden verschärften EU-Regelungen für Pflanzenschutzmittel müssten Alternativen gefunden werden, um Pathogene wie Pilze und Bakterien weiterhin wirksam bekämpfen zu können. In Kooperation mit dem Leibniz-Institut für Pflanzengenetik und Kulturpflanzenforschung Gatersleben soll das mit Plasma behandelte Saatgut auf Versuchsflächen getestet werden. „Erst dann lassen sich Aussagen treffen, ob unsere Methode auch zu höheren Erträgen führt“, ergänzt Professor Leif-Alexander Garbe, Prorektor Forschung an der Hochschule Neubrandenburg.

Professor Gerd Teschke, Rektor der Hochschule Neubrandenburg, sieht in der Lebensmittelverarbeitung mit physikalischen Methoden ohne chemische Zusätze wegweisende Zukunftstechnologien und erhofft sich eine strategische Neuausrichtung in der Region Nordost.

Der Vorstandsvorsitzende und wissenschaftliche Direktor des INP, Prof. Klaus-Dieter Weltmann, verspricht sich neue wirtschaftliche Impulse für den Nordosten durch die interdisziplinäre Bündelung von Kompetenzen auf dem Gebiet der Physik und in der Landwirtschaft. „Der Einsatz von physikalischen Hochtechnologien könnte innovative Lösungen für die Produktion und Verarbeitung von Lebensmitteln sowie erfolgversprechende Geschäftsmodelle hervorbringen“, sagt Weltmann. „Bei einem Erfolg lässt sich das Konzept perspektivisch auch auf andere Regionen in Deutschland und darüber hinaus übertragen.“