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2018

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.

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Keramische Dünnschichtabscheidung im Plasmareaktor

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 Greifswald:

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.      

Deutsch-koreanische Kooperation in der Plasmamedizin

Im Sommer 2016 wurde in der koreanischen Hauptstadt Seoul das „Applied Plasma Medicine Center“ gegründet, ein gemeinsames Projekt von Wissenschaftlern des Leibniz-Instituts für Plasmaforschung und Technologie (INP) und des Plasma Bioscience Research Institute der Kwangwoon University. Jetzt ziehen Experten beider Forschungsstandorte anlässlich eines internationalen Workshops in Greifswald eine erste Bilanz.

Während die medizinische Anwendung von kalten Atmosphärendruckplasmen in zahlreichen deutschen Kliniken etabliert ist, steht dieser Schritt im asiatischen Raum noch bevor. Seit 2013 sind drei Plasmageräte in Europa zugelassen, darunter der am INP entwickelte kINPen® MED. Es ist absehbar, dass weitere Produkte in diesem Bereich auf den Markt kommen werden. Derzeit gestaltet es sich jedoch schwierig, diese Geräte und deren Wirksamkeit ebenso wie deren Sicherheit miteinander zu vergleichen. Daher haben das Leibniz-Institut für Plasmaforschung und Technologie Greifswald sowie das Plasma Bioscience Research Institute der Kwangwoon University Seoul ihre Forschungsaktivitäten gebündelt, um gemeinsame Standards und Diagnostiken in der Plasmamedizin zu definieren. Mit der offiziellen Eröffnung des „Applied Plasma Medicine Centers“ (APMC) im Februar 2017 wurde diese Zusammenarbeit im Rahmen des ersten APMC- Workshops institutionalisiert. Erstmals wurde ein Leibniz-Institut zum Partner eines koreanischen Exzellenzforschungsprogramms.

„Wir streben eine Harmonisierung der Testmethoden für Plasmageräte an und wollen vergleichbare Ergebnisse erzielen“, sagt der Leiter des Forschungsschwerpunkts Plasmamedizin am INP, Prof. Thomas von Woedtke. „Das Ziel ist, eine internationale Norm zu etablieren, um Plasmatechnologien weltweit auf neue Anwendungsbereiche in der Medizin übertragen zu können.“

Im ersten Jahr seit Eröffnung des APMC waren Forscher des INP Greifswald an insgesamt 126 Tagen in Seoul, um die jeweils unterschiedlichen Methoden und Geräte zu testen. Die bei dieser Forschungsarbeit gewonnenen Daten sollen den Schritt in den Klinikalltag vorbereiten. „Genehmigungsverfahren für medizinische Produkte sind in Korea genauso aufwändig wie in Deutschland“, sagt Dr. Kai Masur, Leiter der Forschungsgruppe Plasma-Wundheilung am ZIK plasmatis, einem interdisziplinären Forschungszentrum am INP. „Wir empfinden es als große Ehre, dass wir unsere koreanischen Partner auf diesem Weg begleiten können.“

Bei einem zweiten Workshop des APMC am 22./23. März im Biotechnikum Greifswald wollen Plasma-Forscher aus beiden Ländern über die bisherigen Ergebnisse und Erfolge berichten. Die Veranstaltung findet im Anschluss an den Internationalen Workshop on Plasma for Cancer Treatment (IWPCT) statt, zu dem am 20./21. März rund 120 Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler aus 21 Ländern in der Universitätsmedizin Greifswald und im INP erwartet werden.

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 Greifswald) 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 Greifswald 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 Greifswald, 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.“

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Henrike Brust (r.) und Nicola Wannicke betrachten Proben mit Saatkörnern unter dem Mikroskop

Kontakt

Leibniz-Institut für Plasmaforschung und Technologie e.V.
Felix-Hausdorff-Str. 2
17489 Greifswald

Franziska Hagen
Charlotte Giese (Elternzeit)
Stabsstelle, Kommunikation

Tel.: +49 3834 - 554 3886
Mobil: +49 159 040 10814
Fax: +49 3834 - 554 301

franziska.hageninp-greifswaldde
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