Forschung an FH Aachen bringt neue Technik zur effizienteren Herstellung von Carbonfasern hervor.

© FH Aachen | Dr. Christoph Schopp

Aachen, 02. Juni 2026. Schwarz glänzende Fasern ineinander gewoben und in spezialisiertem Kunstharz fixiert – so ist kohlenstofffaserverstärkter Kunststoff (CFK) als Werkstoff für Fahrradrahmen, Fahrzeugteile oder Schutzbekleidung aus dem Alltag bekannt. Das umgangssprachlich als Carbon bezeichnete Material vereint leichtes Gewicht mit enormer Belastbarkeit, dementsprechend steigt die Nachfrage stetig an.

Kohlenstofffasern herzustellen ist jedoch mit einem hohen Energieverbrauch und Zeitaufwand verbunden, was es teuer macht. Prof. Dr. Holger Heuermann, Leiter des Instituts für Mikrowellen- und Plasmatechnik (IMP) der FH Aachen, und Dr. Christoph Schopp, wissenschaftlicher Mitarbeiter am IMP, haben nun eine Methode entwickelt, die den Herstellungsprozess von Kohlenstofffasern beschleunigt, den Energieaufwand deutlich reduziert und folglich Kosten senkt. Ein freistehendes Plasma macht hierbei den Unterschied.

Aufwändige Herstellung von Kohlenstofffasern

Die Kohlenstofffasern als Grundmaterial für Carbon werden in der Regel aus Polyacrylnitril (PAN) hergestellt. Dieser Prozess unterteilt sich in zwei Phasen: die Stabilisierung der Fasern und die anschließende Carbonisierung. Bei der Stabilisierung werden die PAN-Fasern aktuell Millimeter für Millimeter durch einen gewaltigen, rund 30 Meter langen Industrieofen geführt. Dort werden sie bei ca. 300 Grad Celsius 60 Minuten lang erhitzt. Für diesen Vorgang ist eine enorme Menge an Energie nötig. Auch die Kosten für das große Gebäude, das den Ofen beherbergen muss, sind sehr hoch. Diese Stabilisierungsphase kann jetzt mittels freistehenden Plasmas stark optimiert werden.

Durchbruch in der Plasmaforschung

Im Verlauf der Forschung gab es Versuche, die Oberfläche des PAN mit einem Plasma-Strahl zu behandeln. „Genug Hitze konnten wir dabei problemlos erzeugen, allerdings wurde sie durch das strahlförmige Plasma zwangsläufig zu punktuell in das Material eingebracht. Die Fasern sind einfach durchgebrannt“, so Christoph Schopp. Bisher war künstlich erzeugtes Plasma an eine Komponente wie beispielsweise eine Elektrode gebunden. Jetzt ist den Forschern ein Durchbruch gelungen: „Wir haben es geschafft, das Plasma von der Elektrode zu entkoppeln und können es sogar frei nach unseren Wünschen formen“, so Prof. Heuermann. Entstanden ist ein Plasma mit zylindrischer Ausdehnung, das losgelöst von plasmabildenden Elementen steht. Dieses freistehende Plasma konnten die Forscher in einem neuartigen Apparat als Werkzeug nutzbar machen. Die PAN-Fasern können nun ohne direkte Berührung durch das Plasma hindurchgeführt werden, wodurch die Hitze gleichmäßig auf die Fasern abstrahlt – diese brennen nicht mehr durch und können kontrolliert stabilisiert werden.

80 Prozent weniger Energie im Stabilisierungsprozess

„Die Optimierung der Prozessparameter ist erstaunlich“, unterstreicht Christoph Schopp. Bei Anwendung der neuen Methode durchläuft das PAN den Ofen nun mit einer Geschwindigkeit von einem Millimeter pro Sekunde – das ergibt eine Gesamtverweildauer von nur sieben Minuten anstatt der vorigen 60 Minuten, um die Stabilisierung vollständig zu erreichen. Der Energieverbrauch der Stabilisierungsphase reduziert sich um 80 Prozent. Die Produktionsstrecke ist außerdem nur noch rund vier Meter lang.

Dieses Ergebnis können die Forscher sogar noch weiterentwickeln und in einen zusätzlich optimierten, industriell nutzbaren Aufbau überführen. 16 der neuartigen Plasma-Apparate werden dafür parallel in einer 4×4-Matrix positioniert. Hierdurch reduziert sich die Verweildauer im Ofen weiter auf sechs Minuten, und die Forscher sind optimistisch, dass eine weitere Optimierung auf minimal vier Minuten möglich ist.

Der gesamte Herstellungsprozess samt Stabilisierungs- und anschließender Carbonisierungsphase kann bei Nutzung der neuen Technik eine Energiereduktion um 60 Prozent verzeichnen. „Mit einer großflächigen Implementierung der neuen Plasmatechnik könnte die Carbonherstellung wieder zurück nach Europa gebracht werden“, ist sich Christoph Schopp sicher. Bald bestünde die Möglichkeit, durch die effizientere Produktion auch die Automobil- und Luftfahrtbranche noch stärker auf kohlenstofffaserverstärkte Bauteile umzustellen – Autos und Flugzeuge würden leichter werden und deren Nutzung dadurch umweltfreundlicher. Gemeinsam mit ihren Projektpartner:innen arbeiten die Forscher der FH Aachen deshalb weiter an der Prozessoptimierung. Ein nächster Schritt wäre der Bau eines einsatzfähigen Ofens, der die neue Plasmatechnik nutzt, damit die industrielle Pilotphase starten kann.

Zwei Milliarden unsichtbare Schwingungen pro Sekunde

Um die Wirkung von Plasma im Stabilisierungsprozess der Kohlenstofffaser-Herstellung besser zu verstehen, lohnt sich ein Blick auf die grundlegenden physikalischen Zusammenhänge. Grob gesagt handelt es sich bei Plasma um einen vierten Aggregatzustand. So wie Eis bei Energiezugabe schmilzt und schließlich von Wasser zu Gas wird, entsteht Plasma, sobald einem Gas noch mehr Energie zugeführt wird. Plasma spielt im Alltag eine wichtige, aber oft unbemerkte Rolle. Unsere Sonne sowie Blitze sind Plasma in seiner natürlichen Form. Verfahren zur Oberflächenbehandlung, Neonröhren oder Schweißverfahren nutzen kontrolliertes Plasma. „Noch hat Plasma in der Forschung ein Nischendasein, obwohl es mit seiner hohen Energiedichte ein großes Potenzial für industrielle Nutzung mitbringt“, sagt Prof. Heuermann. Die beiden Forscher des Fachbereichs Elektrotechnik und Informationstechnik haben für ihre neue Entwicklung ein Mikrowellenplasma genutzt. Hierbei handelt es sich um Plasma, das durch elektromagnetische Wellen im Gigahertzbereich aufrechterhalten wird – das sind rund zwei Milliarden unsichtbare Schwingungen pro Sekunde.

Projektpartner

Das Forschungsprojekt wurde in Zusammenarbeit mit der Universität Ulm, der DIENES Apparatebau GmbH sowie Fricke und Mallah Microwave Technology GmbH durchgeführt. Gefördert wurde das Projekt durch die Deutsche Bundesstiftung Umwelt (DBU).

Originalmeldung:
https://www.fh-aachen.de/newsroom/artikel/carbonfaser-der-zukunft?tx_news_pi1%5BcurrentPage%5D=1&tx_news_pi1%5Bsearch%5D%5BfilterTimestamp%5D=&cHash=06817916aea9c8642bcdc46c7330efad

Ein Projekt an der FH Aachen erforscht wie man aus organischen Reststoffen Energie erzeugen kann

© FH Aachen | Arndt Gottschalk

Aachen, 22. Mai 2026. Im Rahmen des SynerGas-Projekts erforschen FH-Wissenschaftler:innen, wie man aus organischen Reststoffen Wasserstoff und Biogas erzeugen kann. Am Ende soll eine containerbasierte Pilotanlage stehen.

Nein, Kartoffel schälen ist kein Vergnügen: Es dauert lange, die Küche wird dreckig und zum Schluss muss man auch noch den Grünmüll auf den Kompost bringen. In einem normalen Haushalt fallen die Kartoffelschalen kaum ins Gewicht, aber in der Lebensmittelindustrie sind sie ein relevanter Reststoff. In Deutschland können pro Jahr mehrere Hunderttausend Tonnen aufkommen. Was wäre, wenn man die Kartoffelschalen und viele andere Arten biogener Reststoffe zur Gewinnung grüner Energie nutzen könnte? Wie das in industriellem Maßstab funktionieren kann, erforschen Wissenschaftler:innen am Campus Jülich der FH Aachen im Projekt “SynerGas”.

Rohstofftolerante Pilotanlage

Ziel des Projekts ist die Entwicklung einer rohstofftoleranten Pilotanlage zur Erzeugung von Wasserstoff und Biogas aus Reststoffströmen der Lebensmittelindustrie. Auf Seiten der FH Aachen sind der Bereich Bioverfahrenstechnik (BVT) und das Institut NOWUM-Energy beteiligt, hinzu kommen Partner aus den Bereichen Landwirtschaft, kommunale Entsorgung und Industrie sowie Planungsbüros. Projektpartner sind Kartoffelpower GmbH und PlanET Biogastechnik GmbH, assoziierte Partner sind Smurfit Westrock, Stadt Aachen und BoschReutti. Das Projekt wird durch das Bundesministerium für Forschung, Technologie und Raumfahrt gefördert, das Gesamtvolumen liegt bei 2 Millionen Euro.

Produktion von Wasserstoff und Biogas

Am Ende der vierjährigen Projektlaufzeit soll eine Pilotanlage stehen, die eine ortsnahe Produktion von Wasserstoff und Biogas aus organischen Reststoffen ermöglicht. Ein klassischer Einsatzfall wäre ein landwirtschaftlicher Betrieb, der auf diese Weise seine Abfälle – etwa Kartoffelschalen – nutzt und mit dem erzeugten Treibstoff landwirtschaftliche Maschinen antreibt. Aus einer Tonne Biomasse sollen etwa 30 bis 40 Kilogramm Wasserstoff gewonnen werden, das entspricht dem Brennwert von 120 bis 160 Litern Dieselkraftstoff.

Dreistufiger Prozess

Kernstück des Vorhabens ist ein dreistufiges Verfahren, das eine hohe Prozesssicherheit und Rohstofftoleranz bietet. Wer im heimischen Garten einen Komposthaufen hat, kennt das Problem: Manche Grünabfälle verrotten schnell, andere brauchen dafür länger. Um unterschiedliche organische Rohstoffe – Kartoffelschalen, Rasenschnitt, Stroh, Abfälle aus der Papier- und Zuckerproduktion – verwerten zu können, kommt es in der SynerGas-Anlage in einem ersten Schritt zu einem mechanisch-enzymatischen Aufschluss. Prof. Dr. Nils Tippkötter erläuterte bei der Projektvorstellung, dass die Biomasse durch Zugabe eines Enzyms in einen zuckerhaltigen Stoff umgewandelt wird, auf dessen Basis im nächsten Schritt Wasserstoff erzeugt werden kann. Die Reste aus diesem Schritt werden schließlich zur Produktion von Biogas genutzt.

Monospetisch und thermophil

Aus wissenschaftlicher Sicht sind vor allem zwei Aspekte wichtig. Für den Prozess kennzeichnend ist, dass nur ein Mikroorganismus zum Einsatz kommt (“monoseptisch”). Die Prozesstemperatur ist höher als bei vergleichbaren Verfahren (“thermophil”). Auf diese Weise wollen die Forscher:innen sicherstellen, dass der Prozess sicher und verlässlich abläuft. Die Erforschung der Thematik findet auf drei Ebenen statt. Im Labormaßstab werden die Grundlagen untersucht, bevor die Technologie in den Technikumsmaßstab überführt wird. Die dritte Ebene ist schließlich die Pilotanlage, die in einem Vierzig-Fuß-Container unterkommen soll. Dieser wird erst am Campus Jülich eingerichtet und erprobt (voraussichtlich Anfang 2027), bevor er bei einem landwirtschaftlichen Betrieb in Jülich zum Einsatz kommen wird.

Beitrag zur Energiewende

Die Prorektorin für Forschung, Innovation und Transfer der FH Aachen, Prof. Dr. Isabel Kuperjans, betonte beim SynerGas-Kickoff, das Projekt sei mit seiner Anwendungsnähe typisch für die Forschung an Fachhochschulen. “Wir setzen innovative Projekte in der Praxis um und leisten damit einen Beitrag zur Energiewende”, sagte sie. Zugleich werde die regionale Vernetzung gestärkt. Der Dekan des Fachbereichs Energietechnik, Prof. Dr. Daniel Goldbach, würdigte vor allem den interdisziplinären Charakter des Projekts – neben seinem Fachbereich ist auch der Fachbereich Chemie und Biotechnologie beteiligt. Der wissenschaftliche Ansatz sei vielversprechend: “Wir stellen hier die Energie der Zukunft bereit.” Auch der Aspekt der Förderung wissenschaftlichen Nachwuchses spielt eine wichtige Rolle: Zwei Promotionsvorhaben untersuchen die verfahrenstechnischen und mikrobiologischen Grundlagen der gekoppelten Wasserstoff- und Biogasgewinnung aus biogenen Reststoffen.

Förderung durch das BMFTR

Das Projekt „Kaskade zur Erzeugung von biologischem Wasserstoff und Biogas aus Rest- und Abfallstoffen in einer rohstofftoleranten Pilotanlage (SynerGas)“ wird im Rahmen des Programms HAW-ForschungsPraxis 2024 gefördert.

Originalmeldung:
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Ein interdisziplinäres Projekt der Fachbereiche der FH Aachen sorgt für nachhaltigeren 3D-Druck

© FH Aachen | Pia Schieren

Aachen, 28. April 2026. In einem 3D-Drucker werden Kunststoff-Stränge zu präzisen Formen verschmolzen. Für die Studierenden der Ingenieur- und Designdisziplinen der FH Aachen ist das ein echter Mehrwert, denn Kosten und Aufwand für die Herstellung von Modellen oder Prototypen können so erheblich verringert werden. Was aber passiert mit all den gedruckten Bauteilen, wenn die Prüfung vorbei ist und das Modell nicht mehr gebraucht wird? Das durch den Nachhaltigkeitsfonds der FH Aachen geförderte Projekt “RePrint” zeigt nun, wie Recycling ganzheitlich implementiert werden kann.

Vier Fachbereiche, ein Ziel

Die gute Nachricht: Der 3D-Druck-Prozess kann umgekehrt werden. Allerdings ist das mit einigem Aufwand verbunden. Die Fachbereiche Architektur, Elektrotechnik und Informationstechnik, Maschinenbau und Mechatronik sowie Medizintechnik und Technomathematik haben sich gemeinsam dieser Herausforderung gestellt. Sie konnten eine Lösung entwickeln, die einen vollumfänglichen Materialkreislauf im 3D-Druck ermöglicht und darüber hinaus die zukünftige Nutzung von recyceltem Material belohnt. Herzstück des Recycling-Prozesses ist eine sogenannte Filament-Extrusionsstrecke. Hinter diesem Begriff verbirgt sich ein großer Aufbau verschiedener maschineller Schritte, die 3D-Druck-Reste zurück in gebrauchsfertiges Material, sogenanntes Filament, verwandelt. Stefan Fischer, wissenschaftlicher Mitarbeiter des Fachbereichs Architektur, berichtet: “Wir haben früher schon versucht, das Material zu recyceln, aber wir haben es nicht geschafft, auch nur eine einzige Rolle Filament in zufriedenstellender Qualität herzustellen.” Die bisherige Aufbereitungsmaschine war nicht für die zerkleinerten Kunststoffreste aus dem Fachbereich ausgelegt.

Einmal 3D-Druck und zurück

Denn bevor die Extrusionsstrecke zum Einsatz kommen kann, stehen für Fischer und sein Team einige Vorbereitungen an. Das nicht mehr benötigte Material wird in seiner Farb- und Formenvielfalt in großen Plastikbehältern gesammelt und von Hand nach Farbe und Art des Kunststoffs sortiert. Von hier aus wird es in einer dafür vorgesehenen Maschine zerkleinert. Heraus kommen wenige Millimeter große Stücke, die an scharfkantigen Kunstschnee erinnern. Um optimal für die Weiterverarbeitung vorbereitet zu sein, werden die Stückchen nun vorsichtig getrocknet.
Jetzt ist die Extrusionsstrecke bereit für ihren großen Auftritt: Vorsichtig lässt Fischer die Materialkrümel in einen Trichter an der Extrusionsstrecke rieseln. In der Maschine werden die Krümel bei rund 180 Grad Celsius geschmolzen und nach kurzem Anlaufen spinnt sich ein dünner Plastikfaden aus der Düse des Geräts. Ein Laser prüft den Durchmesser des Filaments, bevor es auf eine Rolle aufgewickelt wird. Innerhalb von 20 Minuten kann so aus den weißen Krümeln eine vollständige Rolle gebrauchsfertiges Filament gewonnen werden. Ein aufwändiger Prozess mit einem klaren Ziel: “Wir möchten in Zukunft so wenig neues Material wie möglich für den 3D-Druck nutzen müssen. Das hier ist echte Nachhaltigkeit”, so Fischer.

Kreislauf mit Verantwortung

Neben der Filament-Extrusionsstrecke sind weitere Maßnahmen für einen reibungslosen Materialkreislauf geplant. Recyclingstationen sollen das Vorsortieren der nicht mehr benötigten 3D-Drucke erleichtern. Hierbei können die Studierenden selbst ihre alten Modelle fachgerecht demontieren. Dazu sind Tische in den Fluren der Fachbereiche geplant, an denen Sortierbehälter für die unterschiedlichen Materialien und Deko-Elemente sowie Werkzeug und Schutzausrüstung zur Verfügung gestellt werden. Die Studierenden tragen also ein Stück der Verantwortung und können einen Beitrag zum Kreislaufprozess leisten.
Auch ist eine Online-Plattform in Planung, auf der die Studierenden ihre Modelle und Prototypen als Druckaufträge hochladen können. Sie können dabei auch das gewünschte Material für den 3D-Druck einstellen. Hierbei soll der recycelte Kunststoff unter anderem durch seinen niedrigen Preis zu bevorzugter Nutzung animieren.

Förderung durch die Hochschule

Der Nachhaltigkeitsfonds der FH Aachen bietet finanzielle Förderung für besonders nachhaltige Forschungs- und Projektideen. Ziel ist es, innovative Vorhaben zu ermöglichen, die ökologische, soziale und wirtschaftliche Aspekte verantwortungsvoll miteinander verbinden und sich an den globalen Entwicklungszielen der Vereinten Nationen orientieren. RePrint wurde in diesem Rahmen mit einer Summe von rund 64.000 Euro unterstützt.

Originalmeldung:
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Projekt HySand der FH Aachen: Klimaneutrale Prozesswärme für Trocknung von Quarzsand

© FH Aachen | Arnd Gottschalk

Aachen, den 23. März 2026.

“Wir wollen der erste CO2-freie Betrieb der Bergbaubranche in Deutschland werden”, sagt Bernhard Russel, Geschäftsführer der Nivelsteiner Sandwerke und Sandsteinbrüche GmbH. Zu diesem Zweck arbeitet das Herzogenrather Unternehmen eng mit Wissenschaftseinrichtungen der Region zusammen. Ein entscheidender Baustein ist die Quarzsandtrocknungsanlage, die im Rahmen des Verbundforschungsprojekts HySand mit klimaneutraler Prozesswärme betrieben werden soll. Ein Forschungspartner ist Prof. Dr. Uwe Feuerriegel vom Fachbereich Maschinenbau und Mechatronik der FH Aachen.

Prozesstemperatur von bis zu 800 Grad Celsius

Im Prinzip funktioniert die Anlage wie ein Wäschetrockner: Der noch feuchte Quarzsand wird in ein Drehrohr gefüllt, von der Stirnseite wird bis zu 800 Grad Celsius heiße Luft eingeblasen. Bei der Befüllung hat der Sand einen Feuchtigkeitsgehalt von etwa 5 Prozent, am Ende rieselt er mit 0,1 Prozent Wassergehalt aus der Anlage. Dieser sogenannte Drehrohrofen ist insgesamt rund 12 Meter lang und etwa vier Meter hoch, pro Stunde können 18 Tonnen Sand getrocknet werden.

Auf Tausende anderer Anlagen übertragbar

“Bislang wird die heiße Luft mit einem Ölbrenner erzeugt”, erläutert Prof. Feuerriegel. Im Rahmen des Verbundforschungsprojekts HySand soll dieser energieintensive Industrieprozess durch eine klimaneutrale Alternative ersetzt werden. Untersucht werden elektrische Power-to-Heat-Konzepte, wasserstoffbasierte Prozesswärme sowie thermische Energiespeicher; Ziel ist es, die Ansätze systematisch miteinander zu kombinieren. Am Ende soll ein technisch robuster und wirtschaftlich tragfähiger Prozess zur Bereitstellung klimaneutraler Hochtemperaturwärme stehen. Prof. Feuerriegel betont: “Im Prinzip kann man das Verfahren auf Tausende Industrieanlagen verschiedener Branchen übertragen.” Nach Schätzungen des Umweltbundesamts macht Wärme mehr als 50 Prozent des gesamten deutschen Endenergieverbrauchs aus. Eine wichtige Rolle spielt dabei die sogenannte Prozesswärme – also die Energie, die in der Industrie für technische Verfahren wie Trocknung, Schmelzen oder Dampferzeugung verwendet wird.

Einsatz in der Gießereiindustrie

Ein großer Teil der Produkte des Herzogenrather Unternehmens findet Verwendung in der Gießereiindustrie. Hier wird besonders feiner und reiner Quarzsand benötigt. Nach der Förderung in den Tagebauen wird das Wasser-Sand-Gemisch aufbereitet, wobei das Material je nach Zusammensetzung und Körnigkeit “klassiert” wird. Weitere Einsatzzwecke für die Nivelsteiner Produkte sind Spiel- und Reitplätze, die Betonherstellung sowie chemische Produktionsprozesse. Die Unternehmensgeschichte reicht bis ins Jahr 1904 zurück. An gleicher Stelle wurden aber bereits zur Römerzeit Bodenschätze abgebaut, auch beim Aachener Dom wurden Steine aus dieser Gegend verbaut.

Enge Verzahnung mit der Praxis

Ein wesentliches Merkmal des Projekts HySand ist der Verbundcharakter: Wissenschaftliche Modellierung, Simulation und Methodikentwicklung werden eng mit der industriellen Anwendung verzahnt. So soll sichergestellt werden, dass die Konzepte sowohl theoretisch fundiert als auch praktisch umsetzbar sind. Die Nivelsteiner Sandwerke und Sandsteinbrüche GmbH in Herzogenrath stellt die industrielle Demonstrationsanlage, reale Betriebsdaten und die erneuerbare Energieinfrastruktur für die Umsetzung und Validierung der klimaneutralen Quarzsandtrocknung bereit. Das Projekt hat in der ersten Phase einen finanziellen Umfang von rund 600.000 Euro, 150.000 Euro entfallen auf die FH Aachen.

Lehre wird einbezogen

Für Uwe Feuerriegel ist das Projekt ein Musterbeispiel, wie praxisnahe Forschung und Lehre im Schulterschluss mit der Wirtschaft Früchte tragen kann. “Wir haben hier bereits einige Praxisprojekte und Bachelorarbeiten mit unseren Studierenden durchgeführt”, erzählt er. Regelmäßig bietet er das Fachkolloquium Energietechnik an. Bei der letzten Auflage im September 2025 diente die Anlage in Herzogenrath als Praxisbeispiel, das die Teilnehmenden – Studierende, Alumni und Firmenvertreter:innen – gemeinsam diskutierten. “Es ist mir ein persönliches Anliegen, in meinem Fachgebiet Thermische Energietechnik einen Beitrag zur Wärme- und Energiewende zu leisten”, betont er. Dazu tragen auch die Bücher zur Verfahrens- und Energietechnik bei, die er im Springer-Verlag veröffentlicht hat.

Projektpartner und Förderung

HySand ist Teil des Helmholtz-Clusters Wasserstoff HC-H2. Das Cluster trägt dazu bei, das Rheinische Revier zu einer Modellregion für eine nachhaltige Wasserstoffwirtschaft zu entwickeln. Das Institute for a sustainable Hydrogen Economy (IHE) des Forschungszentrums Jülich koordiniert die Aktivitäten des Clusters. Weitere beteiligte Partner sind die RWTH Aachen, die FH Aachen und die DTG GmbH Development & Technology aus Niederzier. Das Bundesministerium für Forschung, Technologie und Raumfahrt fördert HySand mit 593.000 Euro. Die Ergebnisse der Vorstudie sollen Mitte 2027 vorliegen.

Originalmeldung:
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FH-Projekt erforscht Reaktion menschlicher Muskulatur auf die Bedingungen auf dem Mond

© NICO4310, Novespace

Aachen, den 19. Dezember 2025. Projektteam unter FH-Leitung erforscht die Reaktion der menschlichen Muskulatur auf die Bedingungen auf dem Mond.

Um herauszufinden, wie sich der menschliche Gang unter Mondbedingungen verändert, ist ein Forschungsteam mit Mitgliedern der FH Aachen zur 88. ESA Parabolic Flight Campaign nach Bordeaux gereist. In dem speziellen Forschungsflugzeug wurde mithilfe von Parabelflügen die Mondschwerkraft simuliert – ein Gefühl, als würde man nur ein Sechstel seines Gewichts tragen.

Das Team untersucht, wie sich Gangstabilität und Koordination der Gliedmaßen in dieser Umgebung verändern. Dafür nutzten die Forschenden modernste Ausrüstung: eine 3D-Bewegungserfassung, ein Laufband mit Störungsmodul, Sensoren zur Messung der Muskelaktivität sowie Ultraschall zur Analyse der Muskelfaszikeln. Der Bau der Mess- und Kameragestelle erfolgte in der Mechanischen Werkstatt auf dem Campus Jülich unter der Leitung von Hans-Michael Bergrath.

Sie möchten besser verstehen, wie Astronautinnen und Astronauten auf dem Mond das Gleichgewicht halten, auf Störungen reagieren und Stürze vermeiden können. Gerade mit Blick auf geplante längere Mondaufenthalte und anspruchsvollere Außeneinsätze sind solche Erkenntnisse enorm wichtig. „Es lief alles sehr gut und wir haben einen Meilenstein in unserem Forschungsprojekt erreicht“, fasst Prof. Dr. Kirsten Albracht, eine der Projektleiter:innen und Professorin an der FH Aachen, die Eindrücke zusammen.

Das Forschungsprojekt ist eine Kooperation der FH Aachen, der AO Foundation, der Deutschen Sporthochschule Köln und der Albert-Ludwigs-Universität Freiburg. Gemeinsam mit Prof. Albracht waren von der FH Aachen Dana Hartmann, Masterstudentin der Medizintechnik, Verena Schüngel, Doktorandin, sowie die Mitarbeitenden Fabian Göll, Jonas Ebbecke und Rene Lingscheid in Bordeaux dabei.

Auf dieser Seite erscheint demnächst ein ausführlicher Bericht.

Originalmeldung:
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Patient*innen durch biologisch abbaubare Sensorimplantate entlasten

© FH Aachen | Tina Schwade

Aachen, 26. November 2025. Mit biologisch abbaubaren Sensoren soll die Belastung für Patientinnen und Patienten nach Hautlappentransplantationen künftig deutlich sinken. Zwei Wissenschaftlerinnen der FH Aachen sind die treibenden Kräfte des Projekts.

„Wenn wir die Strapazen der Patientinnen und Patienten verringern können, wäre das ein großer Gewinn“, sagt Prof. Dr. Michael J. Schöning, Leiter des Instituts für Nano- und Biotechnologien (INB). Er koordiniert das Projekt SensoFib, kurz für Sensoranordnung auf Basis des Seidenspinnerproteins Fibroin zur Unterstützung von Transplantationsprozessen. Ziel ist die Entwicklung eines neuartigen implantierbaren Sensorsystems, das transplantiertes Gewebe objektiv, sicher und schonend überwacht und sich nach getaner Arbeit selbst abbaut.

Nachwuchs aus den eigenen Reihen

Madita Zach, Doktorandin im Projekt, ist ein „FH-Eigengewächs“. Nach ihrem Bachelor am Fachbereich Medizintechnik und Technomathematik und einem praktisch ausgelegten Master of Research entschied sie sich für die Promotion bei Prof. Schöning.
„Ich habe gemerkt, dass mir wissenschaftliches Arbeiten im Labor sehr viel Spaß macht“, erzählt sie. „Man sieht direkt, was man tut. Als mich Professor Schöning fragte, ob ich mit diesem Projekt promovieren möchte, habe ich sofort Ja gesagt.“
Schon in ihrer Masterarbeit forschte sie an biokompatiblen Sensoren. Ende Oktober hat sie auf dem European Biosensor Symposium in Spanien aktuelle Zwischenstände des SensoFib-Projekts präsentiert. Dort hatte sie auch die Gelegenheit, sich mit anderen Wissenschaftler:innen zu diesem Thema fachlich auszutauschen.

Dr. Melanie Welden fand mit ihrer Postdoc-Stelle im Projekt den idealen Wiedereinstieg nach der Elternzeit. „Ich bin neu im Team und freue mich darauf, stärker anwendungsbezogen zu forschen“, berichtet sie. Bisher sei ihre Arbeit an der FH eher Grundlagenforschung gewesen. Ihr umfangreiches Wissen in der Biosensorik bringt zusätzliche wichtige Expertise in das Projekt mit ein.

Viele Komplikationen nach Hautlappentransplantationen

Rund 100.000 Hautlappentransplantationen werden jedes Jahr in Deutschland durchgeführt – komplexe Eingriffe, die oft sechs bis acht Stunden dauern und mit zu den belastendsten Operationen zählen. Je nach Studie stirbt etwa ein Viertel der Transplantate in den ersten 72 Stunden ab.
Die Gründe: Entzündungen oder eine unzureichende Sauerstoffversorgung, die eine Entfernung des transplantierten Gewebes zur Folge haben. „Eine Replantation bedeutet, wieder eine lange Operation, wieder die Haut aufzuschneiden und wieder die Gefäße zu verletzen“, erklärt Prof. Schöning.

Eingreifen, bevor es zu spät ist

Bislang beurteilt das medizinische Personal den Zustand des transplantierten Hautlappens meist per Sicht- und Tastkontrolle. In diesem subjektiven Verfahren können kritische Veränderungen leicht übersehen werden und der personelle Aufwand ist extrem hoch.
Das SensoFib-System soll dagegen kontinuierlich Temperatur, Sauerstoffsättigung und den elektrischen Widerstand des Gewebes erfassen. Entscheidend ist dabei nicht nur der einzelne Messwert, sondern deren Abhängigkeit voneinander. „Die zeitliche Veränderung der Werte ist entscheidend“, betonen Zach und Dr. Welden. Erkennt das System mehrere Warnsignale gleichzeitig, schlägt es automatisch Alarm und das Pflegepersonal kann eingreifen, bevor es kritisch wird. So entsteht ein digitales Frühwarnsystem, das den Heilungsprozess überwacht. Dieser Prozess ist präziser, objektiver und deutlich schonender als bisherige Methoden.

Nachhaltige Innovation

Eine besondere Herausforderung liegt für das Forschungsteam in der Materialauswahl. Der Sensor muss biokompatibel sein, damit er in den Körper implantiert werden kann. Außerdem soll er sich flexibel an den Körper anpassen, die Bewegungen der Patient:innen nicht einschränken und sich nach seinem Einsatz vollständig abbauen.
Dafür setzt das Team auf biologisch abbaubare Materialien. Im Mittelpunkt steht das Seidenprotein Fibroin, gewonnen aus den Fäden des Seidenspinners Bombyx mori. Es ist verträglich und zersetzt sich auf natürliche Weise.

Auch Magnesium spielt dabei eine wichtige Rolle als Funktionsschicht, um die Messdaten zu generieren und auszulesen. Das Metall kommt im Körper selbst vor und ist somit gut verträglich, löst sich jedoch in Kontakt mit Feuchtigkeit auf. Um diese Biodegradation gezielt zu kontrollieren, entwickeln die Forschenden zusätzlich eine spezielle Schutzschicht, die den zeitlichen Abbau einstellt. Sogar die feinen Leitungen, die zunächst aus der Haut herausragen, um die Messwerte an einen Monitor zu übertragen, sollen sich am Ende selbst auflösen – ähnlich wie selbst auflösende Wundfäden.

„Wir haben bereits eine ausgedehnte Historie im Bereich nicht-aktiver Implantate aus Magnesium und Seidenfibroin und konnten den Einsatz dieser Werkstoffe erfolgreich klinisch validieren. Es ist ungemein spannend nun auch den Einsatz unserer resorbierbaren Biomaterialien in Sensorsystemen zu erforschen, da sensorische Komponenten in fast allen Bereichen der Implantattechnik zukunftsweisend sein werden.“, erklärt Dr. Alexander Kopp, Vertreter der gewerblichen

Projektpartner der Forschung.

Das Sensorsystem verbindet Hightech mit Nachhaltigkeit und leistet einen Beitrag zu zwei UN-Zielen für nachhaltige Entwicklung: Gesundheit und Wohlergehen sowie Nachhaltige Innovationen. In einem nächsten Schritt soll die Biokompatibilität gemeinsam mit Mediziner:innen getestet werden. Prof. Schöning blickt optimistisch in die Zukunft: „Wenn das Projekt abgeschlossen ist, könnten wir in der klinischen Phase mit Tierversuchen starten.“
Förderung und Partner

Gefördert wird SensoFib seit März 2025 für drei Jahre im Rahmen der Ausschreibung Transfer HAW/FH PLUS der Deutschen Forschungsgemeinschaft. Die Förderlinie richtet sich gezielt an praxisorientierte Forschungsprojekte an Hochschulen für angewandte Wissenschaften und Fachhochschulen, die mit Unternehmen gemeinsam durchgeführt werden.
Projektpartner sind die Fibrothelium GmbH und die Meotec GmbH aus Aachen. Das Förderkennzeichen lautet 548199022.

Origialmeldung:
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FH Aachen entwickelt Baustein für nachhaltige Luftmobilität

© FH Aachen | Arnd Gottschalk

Aachen, 04. Juli 2025. Wenn elektrische Flugzeuge sich am Markt durchsetzen sollen, müssen sie zwei wesentliche Bedingungen erfüllen: Sie müssen leichter und leiser werden. Das soll der sogenannte Flüsterpropeller gewährleisten, den die FH Aachen, die Helix-Carbon und die Westflug Aachen Luftfahrtgesellschaft in den nächsten drei Jahren im Rahmen eines Forschungsprojekts mit dem Titel “Flüsterprop.NRW” bis zur Serienreife entwickeln wollen. Das Projekt wird von der Landesregierung NRW im Rahmen der Förderrichtlinie Luftfahrt.NRW mit insgesamt rund 900.000 Euro gefördert.

Innovative und geräuscharme Luftfahrt

Heute wurden die Förderbescheide von Viktor Haase, Staatssekretär im Ministerium für Umwelt, Naturschutz und Verkehr NRW, an die Projektpartner übergeben. Bei der Feier in den Räumen des Fachbereichs Luft- und Raumfahrttechnik der FH Aachen betonte er: “Fluglärm belastet viele Bürgerinnen und Bürger – besonders in dicht besiedelten Gebieten. Das Land Nordrhein-Westfalen kümmert sich und setzt sich mit der Förderrichtlinie Luftverkehr.NRW für eine innovative und geräuscharme Luftfahrt ein.” Das Ziel sei ein Luftverkehr, der nicht nur klimafreundlicher, sondern auch leiser werde: “Deshalb fördern wir Innovationen, die den Lärm reduzieren. Ein geräuscharmer Flugzeugpropeller kann dazu beitragen, die Lärmbelastung zu reduzieren.”

Einsatz von CFK

Konkretes Ziel der Projektpartner ist es, die Geräuschemission von Elektroflugzeugen mit Hilfe des neuen Propellerlayouts um 3 dB(A) zu senken. Möglich wird dies durch die Verwendung von carbonfaserverstärkten Kunststoffen (CFK) – ähnlich wie bei Carbonrahmen für Fahrräder. Im Rahmen des Projekts wird erforscht, welche Form der Propeller haben muss und wie die einzelnen Carbonfasermatten angeordnet werden müssen, um eine maximale Effizienz bei gleichzeitig größtmöglicher Belastbarkeit zu erreichen. Ein positiver Nebenaspekt ist, dass durch die Verwendung von CFK das Gewicht des Propellers sinkt – angestrebt ist eine Reduktion um 2 Kilogramm. Projektleiter Prof. Dr. Frank Janser betont: “Entscheidend ist, dass wir am Forschungsflugplatz Aachen-Merzbrück im Realbetrieb testen können.” In die Arbeit würden auch die Ergebnisse einfließen, die im Rahmen des Projekts Next Generation Electric-Flight Training (NEFT) seit 2021 mit zwei Elektroflugzeugen gesammelt worden seien.

Am Ende steht ein flugfähiger Prototyp

Im ersten Jahr des Forschungsprojekts stehen Datenerfassung und Simulation im Vordergrund. Die beiden NEFT-Flugzeuge – und vor allem ihre Propeller – werden intensiv vermessen, unter anderem mit 3-D-Scannern. Bei Flugtests werden die aktuellen Geräuschemissionen ermittelt. Auf dieser Basis werden am Rechner verschiedene Layouts entworfen. Im zweiten Jahr werden die Propeller produziert und im Windkanal geprüft, im dritten Jahr schließlich im Realbetrieb getestet. Das Ziel ist, am Ende einen flugfähigen Prototypen zu haben, auf dessen Basis Produkte für die Luftfahrt angeboten werden können. Eine wesentliche Rolle im Projekt kommt den Partnern zu: Der Propellerhersteller Helix wird sich um die Produktion kümmern, die Westflug-Werft beschäftigt sich mit der Frage, wie Montage, Wartung und Instandhaltung funktionieren.

Weitere Anwendungen sind denkbar

Im Rahmen des Projekts sollen auch weitergehende Fragen betrachtet werden: Wenn die Propeller sich bewähren, könnten sie auch in kerosinbetriebenen Flugzeugen zum Einsatz kommen, um die Lärmemission und den Verbrauch zu sehen. Speziell bei Elektroflugzeugen spielt auch das Thema Rekuperation eine Rolle; also der Versuch, im Gleit- oder Sinkflug Energie zurückzugewinnen. Auch dafür benötigen die Propeller eine spezielle Auslegung.

Originalmeldung:
https://www.fh-aachen.de/newsroom/artikel/fluesterpropeller-als-baustein-fuer-nachhaltige-luftmobilitaet

FH Aachen entwickelt innovative Lösungen für die Luftfahrt

© FH Aachen | Arnd Gottschalk

Aachen, 19. Mai 2025. Mit vereinten Kräften innovative Lösungen für die Luftfahrt der Zukunft erforschen und dabei einen wichtigen Beitrag für den regionalen Strukturwandel leisten: Gestern hat die FH Aachen den ersten Förderbescheid für das geplante Projekt FH.AERO.SCIENCE am Forschungsflugplatz Würselen-Aachen erhalten. Damit fällt auch offiziell der Startschuss für das Lehr- und Forschungszentrum, in dem hochaktuelle Forschungsarbeiten, Technologie- und Innovationstransfer sowie Aus- und Fortbildungen gebündelt werden.

2000 Quadratmeter Nutzfläche

In einer ersten Phase wird das Projekt mit rund 1,65 Millionen Euro gefördert, damit werden Grundstück, Personal, Vorbereitung und Planung finanziert. Die Mittel stammen aus Zuwendungen des Landes NRW im Geschäftsbereich des MWIKE NRW gemäß der Rahmenrichtlinie zur Umsetzung des Investitionsgesetz Kohleregionen (InvKG). Der Forschungshangar wird eine Nutzfläche von rund 2000 Quadratmetern haben, die Fertigstellung des gesamten Projekts ist für das Jahr 2029 geplant.

Wir verleihen dem Rheinischen Revier Flügel

Mona Neubaur, stellvertretende Ministerpräsidentin und Ministerin für Wirtschaft, Industrie, Klimaschutz und Energie des Landes NRW, sowie Oliver Krischer, Minister für Umwelt, Naturschutz und Verkehr des Landes NRW, waren ins Hauptgebäude der Hochschule gekommen, um den Förderbescheid zu überreichen. “Wir wollen innovative und klimafreundliche Luftfahrtforschung in die Praxis und auf die Start- und Landebahn bringen. Das ist ein wichtiger Schritt für den Luftfahrtstandort Nordrhein-Westfalen und das Rheinische Revier”, betonte Oliver Krischer. Mona Neubaur sagte: “Ich glaube nicht an eine Welt ohne Flugverkehr – aber an eine, in der wir klimafreundlich fliegen. Und dieser Fortschritt wird genau hier in Nordrhein-Westfalen entwickelt. Wir verleihen dem Rheinischen Revier Flügel. Mit FH.AERO.SCIENCE machen wir das Rheinische Revier zur Startbahn für Innovationen: praxisnah und international sichtbar – eng verknüpft mit der Wissenschaft. Das schafft zukunftssichere Jobs, zieht Investitionen an und macht NRW zum Vorreiter nachhaltiger Luftfahrttechnologie.”

“Ein großer Tag für die FH”

Der Rektor der FH Aachen, Prof. Dr. Thomas Ritz, bekräftigte: “Für uns ist das ein großer Tag.” Das Projekt berge ein Riesenpotenzial für die Region, gerade weil es neue Perspektiven für Gründer:innen und die mittelständische Wirtschaft im Bereich der Luftfahrt biete. Gemeinsam mit Volker Stempel dankte er allen Partner:innen in der Region, die am Zustandekommen des Projekts beteiligt sind, aber auch den Mitarbeiter:innen in der Hochschule.

Breites regionales Bündnis

Städteregionsrat Dr. Tim Grüttemeier sagte: “Das Forschungszentrum der FH Aachen ist ein weiteres zentrales Puzzlestück für die Entwicklung am Forschungsflugplatz Würselen-Aachen und wird sich ideal mit dem geplanten Aviation Innovation Center ergänzen, in dem wir Raum und Unterstützung für Ausgründungen und junge Unternehmen schaffen werden.” Studierenden biete es die Möglichkeit, die Forschung und Erprobung in der Luftfahrt in Unternehmensgründung münden zu lassen. Möglich werde dies durch ein breites regionales Bündnis.

Neue Technologien und Konzepte

Die Eindämmung des Klimawandels stellt die Luftfahrt vor große Herausforderungen, es bedarf neuer Technologien und Konzepte. Eine wichtige Aufgabe besteht in der Dekarbonisierung des Luftverkehrs. Mithilfe alternativer Antriebstechniken wie etwa elektrischer oder hybrider Antriebe und klimaverträglicher Flugkraftstoffe soll dazu beigetragen werden, dass der Flugverkehr in Zukunft umweltfreundlicher und auch leiser wird. Die Entwicklung von serienreifen und sicheren Antriebstechniken ist neben der Konzeptionierung neuer Verkehrsmodelle und innovativer Luftfahrzeuge eine der drei wesentlichen Säulen einer neuen Luftfahrt.

Praxisorientierter Forschungs- und Lehrbetrieb

Labore, Besprechungsräume, Büros, die Anwendungen von digitalen Werkzeugen und Methoden (CAx-Raum, Flug- und Systemsimulation), ein Hangar mit Werkstattflächen oder auch eine Observationsplattform sollen in dem Zentrum einen praxisorientierten und innovativen Forschungs- und Lehrbetrieb ermöglichen. Die direkte Arbeit mit und an Forschungsflugzeugen, etwa deren Ausstattung mit Sensoren und Messinstrumenten vor Ort, und kurze Wege sind ein Kernelement der Vision für das Bauprojekt.

Dialog mit den Unternehmen

Unter anderem würden die Forschungsvorhaben im geplanten FH.AERO.SCIENCE die Gebiete Luftfahrzeugentwurf, Luftfahrzeugstrukturen, Antriebe, Flugverfahren und fortgeschrittene Luftverkehrssysteme umspannen. Neue Technologien haben sich in der Luftfahrt häufig aus kleinskalierten Anwendungen zur Großluftfahrt entwickelt. Das bietet hervorragende Chancen für neue Unternehmen und Lieferketten. Es entsteht allerdings für meist kleine und mittelständische Unternehmen oder auch Start-ups ein erheblicher Forschungs- und Entwicklungsbedarf. Im direkten Dialog könnte die FH Aachen zusammen mit den Unternehmen der regionalen Luft- und Raumfahrtindustrie Forschungs- und Entwicklungsaufträge erarbeiten und direkt vor Ort erproben.

Originalmeldung:
https://www.fh-aachen.de/newsroom/artikel/fh-erhaelt-foerderbescheid-fuer-fhaeroscience

YouTube-Kanal „WiLMo“ bietet digitale Module

© FH Dortmund | Tilman Abegg

Dortmund, 22. Oktober 2024.  In 180 Videos zur Wirtschaftsinformatiker*in? Auf dem Youtube-Kanal von „WiLMo“ ist das ab sofort möglich. Expertin*innen der Fachhochschule Dortmund und ihre Projektpartner haben dort umfangreiche Lehr- und Lernmaterialien zur Verfügung gestellt – kostenfrei zugänglich für alle Interessierten.

Für dieses Projekt haben sich Lehrende des Studienfachs Wirtschaftsinformatik von sechs NRW-Hochschulen zusammengeschlossen und innerhalb von zwei Jahren einen großen Pool an offenen Bildungsressourcen (Open Educational Resources, OER) aufgebaut. Vieles davon ist auf dem Projekt-Youtube-Kanal zu finden (www.fh.do/WiLMo). Weitere Inhalte speziell für Studierende und Lehrende stehen auf der Hochschul-Lernplattform ILIAS und auch auf der Projekt-Website unter www.fh.de/WiLMo-OER zur Verfügung.

„Die Lektionen auf dem Youtube-Kanal bilden einen substanziellen Bestandteil des Bachelor-Studiums Wirtschaftsinformatik ab und so gebündelt gibt es digitale Materialien zu diesem Fachgebiet nirgends sonst“, sagt Prof. Dr. Marcel Hoffmann. Er lehrt am Fachbereich Informatik der FH Dortmund und hat das „WiLMo“-Projekt mitbegleitet. Ebenso wie Prof. Dr. Uwe Schmitz vom Fachbereich Wirtschaft. Gemeinsam haben sie die Lektionen zum Thema „Auswahl und Einführung betrieblicher Anwendungssystem“ erstellt. Betriebliche Anwendungssysteme ermöglichen die Erfassung, Speicherung, Auswertung und den Austausch von Daten in Unternehmen und sind auf die jeweiligen Geschäftsprozesse abgestimmt.

„Mit den Lehr- und Lernmaterialien ermöglichen wir unseren Studierenden, sich unabhängig von den Vorlesungen in die Themen einzuarbeiten“, sagt Prof. Schmitz. Gleichzeitig werde ein berufsbegleitendes Lernen im Selbststudium über die Hochschule hinaus ermöglicht. „Und auch wir Lehrenden haben durch das Projekt unser Netzwerk gestärkt und im Austausch Ideen und Anregungen für unsere eigenen Vorlesungen erhalten.“

Das Ministerium für Kultur und Wissenschaft (MKW) des Landes Nordrhein-Westfalen hat das Projekt „WiLMo“ mit insgesamt gut einer Million Euro gefördert. „WiLMo“ steht für Wirtschaftsinformatik Lern- und Lehr-Module. Neben der FH Dortmund waren die FH Aachen (Antragstellerin), die Hochschulen Bielefeld, Niederrhein und Hamm-Lippstadt sowie die Technische Hochschule Köln beteiligt.

An der FH Dortmund sind aktuell fast 1.200 Studierende im Studiengang Wirtschaftsinformatik eingeschrieben. Der Studiengang ist eine Kooperation der Fachbereiche Wirtschaft und Informatik und kann um ein zusätzliches Praxissemester erweitert werden. Die Abschlüsse Bachelor und Master in Wirtschaftsinformatik sind möglich.

Originalmeldung:
www.fh-dortmund.de/news/wilmo-wirtschaftsinformatik-fuer-alle.php

Ansprechpartnerin:
FH Dortmund
Pressesprecherin
Heike Mertins
+49 (0)231 9112 9127
heike.mertins@fh-dortmund.de

Ein Schritt näher zur Kernfusion

© FH Aachen | Jonas Zauels

Aachen, 08. Oktober 2024. Die Idee der Kernfusion begeistert Physiker:innen und Energiefachleute seit Jahrzehnten. Im Kern geht es darum, die physikalisch-chemischen Prozesse, die in der Sonne stattfinden, in vergleichbarer Form auf der Erde zu nutzen, zum Beispiel zur Energieerzeugung in Kraftwerken. Ein großmaßstäblicher Einsatz etwa in Kernfusionsreaktoren ist noch Zukunftsmusik, aber dank wissenschaftlicher Forschungs- und Entwicklungsarbeit wächst das Verständnis dieser Vorgänge, und mit jedem Erkenntnisgewinn rückt der Sprung in die Umsetzung näher.

Entwicklung des IMP

Das Institut für Mikrowellen- und Plasmatechnik (IMP) der FH Aachen hat jetzt einen weiteren Schritt in diese Richtung geschafft. “Mit unserem freistehenden Plasma können wir die Wunschform für Fusionsprozesse im kleinen Labormaßstab erzeugen”, sagt Prof. Dr. Holger Heuermann, Leiter des IMP. Seit Jahren forscht er im Bereich der Plasmaerzeugung, die Neuentwicklung markiert für ihn einen Durchbruch.

Plasmakugel hat Durchmesser von einem Millimeter

Im Inneren der Sonne brennt ein Fusionsfeuer. Wasserstoff-Atomkerne “verschmelzen” zu Helium, wobei etwas Materie in Energie umgewandelt wird. Die freiwerdende Energie ist so stark, dass sie mehr als ausreicht, um die Erde mit Wärme und Licht zu versorgen – und das trotz 150 Millionen Kilometer Entfernung. Auch das Plasma, das Prof. Heuermann und sein Doktorand Samat Turdumamatov im Labor erzeugen, ist heiß und hell. Es ist kugelförmig und hat einen Durchmesser von rund einem Millimeter. Trotz der überschaubaren Größe des Plasmas muss man eine Schutzbrille anziehen, wenn man durch das kleine Guckloch ins Innere der Versuchsanordnung schaut. “Wir wissen noch nicht genau, wie heiß das Plasma ist”, erläutern die Forscher; dies zu ermitteln sei eine der nächsten Aufgaben. Der Versuchsaufbau selbst ist auf den ersten Blick unscheinbar: Das Plasma wird in einem Aluminiumzylinder erzeugt, der eine Länge von etwa 15 Zentimetern hat.

99 Prozent der Materie sind Plasma

Mit dem Begriff Plasma bezeichnet man in der Physik ein Gas, das teilweise oder vollständig aus freien Ladungsträgern, also Ionen oder Elektronen, besteht. 99 Prozent der sichtbaren Materie im Universum besteht aus Plasma. Mit steigender Temperatur gehen alle Stoffe nacheinander vom festen in den flüssigen und dann in den gasförmigen Zustand über. Wird die Temperatur noch weiter erhöht, entsteht ein Plasma. Die Atome des Gases trennen sich in ihre Bestandteile – Elektronen und Kerne – auf. Beispiele aus dem Alltag sind die Plasmasäule in einer Neonröhre, ein elektrischer Funke oder der Plasmafaden eines Blitzes. Ein Plasma hat andere Eigenschaften als ein normales Gas. Zum Beispiel ist ein Plasma elektrisch leitend. Seine Bewegung lässt sich daher durch elektrische und magnetische Felder beeinflussen.

Suche nach der optimalen Frequenz

Kernelement der IMP-Entwicklung ist die Erzeugung einer extrem hohen Energiedichte. Verantwortlich dafür ist ein Magnetfeld, dessen Auslegung auf intensiver Simulationsarbeit beruht. Die Anlage selbst ist sehr einfach und kostengünstig: An beiden Enden des Aluminiumrohrs befindet sich eine Antenne, die das Magnetfeld erzeugt. Der teuerste Bestandteil ist der Hochfrequenzverstärker, der die Antennen mit einem Signal im 10-Gigahertz-Bereich speist, er hat 90.000 Euro gekostet. “Mit diesem Verstärker können wir Signale im Bereich zwischen 6 und 18 Gigahertz erzeugen und so erforschen, welche Frequenz für die Plasmaerzeugung am besten geeignet ist”, sagt Prof. Heuermann. Das plasmaphysikalische Umfeld sei komplex, entsprechend groß seien die Potenziale, die sich durch die Forschung erschließen ließen. Bislang arbeiten die FH-Wissenschaftler mit gewöhnlicher Luft als Prozessgas bei Normaldruck. Der in der Fusionstechnik übliche Einsatz der Wasserstoffisotope Deuterium und Tritium ist für weiterführende Arbeiten in Zusammenarbeit mit erfahrenen Forschenden denkbar.

“Wir bringen das Plasma auf den Punkt”

“Bei konventionellen Versuchsreaktoren kommen extrem starke Magnete zum Einsatz”, erklärt Prof. Heuermann, diese müssten mit Supraleitern versehen und mit flüssigem Stickstoff gekühlt werden. Zum Vergleich: Der Ring des internationalen Forschungsreaktors ITER hat einen äußeren Durchmesser von 16 Metern und ein Volumen von 837 m³. “Wir bringen das Plasma auf den Punkt”, sagt Prof. Heuermann. Die prinzipielle Auslegung eines Fusionsreaktors, der nur 200 kW als eingekoppelte Energie benötigt, hat er in seinem Buch “Mikrowellentechnik” veröffentlicht.

Kooperationspartner gesucht

Die Forschung an Plasmen treibt den FH-Wissenschaftler seit zwei Jahrzehnten um. Er hat zahlreiche Bücher geschrieben und Vorträge gehalten, aus der Arbeit sind zahlreiche Patente hervorgegangen. Bislang stand die Plasmaerzeugung im Bereich den 2,45 Gigahertz im Vordergrund, mit dem Sprung in andere Frequenzbereiche eröffnen sich nun auch neue Anwendungsfelder. Tatkräftige Unterstützung erhält er von seinem Doktoranden Samat Turdumamatov. Der Kirgise ist über ein Stipendium des DAAD-UCA-Programms nach Aachen gekommen, das der Deutsche Akademische Austauschdienstes (DAAD) gemeinsam mit der University of Central Asia (UCA) in Kirgistan anbietet. Seine Dissertation macht er am Promotionskolleg (PK) NRW. Wichtige Vorarbeit leistete auch Hinner Ziegler, der im Rahmen seiner Bachelorarbeit einen Plasmajet im 10-GHz-Bereich entwickelte. Für die nächsten Schritte sucht das IMP-Team Kooperationspartner aus Wirtschaft und Forschung. So gehe es etwa darum, das Plasma genau zu vermessen und die Technologie in größerem Maßstab umzusetzen.

Originalmeldung:
www.fh-aachen.de/newsroom/artikel/fh-institut-entwickelt-freistehendes-plasma-mit-hoher-energiedichte