Die Fraunhofer-Mission . 1. 1 Fraunhofer forscht für die Anwendung . 1 .2 Forschungsthemen im Fokus . 1 .2.1 Ressourceneffızienz . 1.2.2 Digitalisierung und Resilienz . 1.2.3 Life Sciences . 1.3 Unsere Verantwortung . 1 2 23 5 6 2 Energie und Rohstoffe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9 2.1 Fossile Energien inı Wandel . . . . . . . . 9 2.2 Regenerative Energiequellen auf Erfolgskurs . . . . . . . . . . 11 2.3 Rohstoffe: Gewinnen, recyceln, ersetzen . . . . . . . . . . . . . . . . 14 2.4 Effızienztechnologien: Vermeiden statt verbrauchen . . . . . . . . . . . 16 2.5 Mobilitat mit Sinn für Ressourcen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . J 8 2.6 Ausblick 20 3 Leistungszentrum Nachhaltigkeit 23 3.1 Wie funktioniert ein Leistungszentrum? 24 3.2 Nachhaltigkeitsforschung in Freiburg 26 3.3 Forschungsthenıen des Leistungszentrums Nachhaltigkeit 28 3.4 Ankerprojekte und ihre Ziele. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30 3.4.1 Das Tech Center i-protect 30 3.5 Pilotprojekte und ihre Ziele . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33 3.5.I ActiPipe: Aktive Heatpipes zur nachhaltigen Kühlung 34 3.5.2 GloBe Solar: Ein Klassifıkationssystenı für solartechnische Materialien . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34 3.5.3 G-ONET: Graphen-organische Netzwerke für Superkondensatoren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35 3.5.4 Das HyCOrNetzwerk: Die Hydrogenierung von CO2 zu Flüssigkraftstoffen 35 3.5.5 Leichtbaurnaterialien mit gesteigerter Festigkeit. . . . . . . . 36 3.5.6 Lignin als Basis für Kunststoff 36 3.5.7 MulDiScan: Multi-Dirnensionale Erfassung von Unıweltdaten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37 3.5.8 NaLuWiLeS: Effızienzverbesserung von LEDs und Solarzellen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37 VI lnhaltsverzeichnis 3.5.9 Resilienzmaf3e zur Optimierung technischer Systeme ..... 38 3 .5 .1 O Selbstreparierende Werkstoffe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39 3.5. 1 l susCOMP: Molekulare Verbundwerkstoffe für den Leichtbau . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40 3.5.12 SusLight: Nachhaltige Beleuchtung durch LEDs 40 3.6 Das lnstitut für Nachhaltige Technische Systeme (INATECH) 41 3.7 Sustainability Summit Freiburg 42 3.8 Ausblick. 44 4 Forschungsprojekt Kombikraftwerk 2 45 4.1 Einleitung 46 4.2 Das Regenerative Kombikraftwerk 48 4.3 Simulationsmodell 48 4.4 Netzstabilitat und Systemdienstleistungen 50 4.4.1 Frequenzhaltung und Regelleistungsbereitstellung . . . . . . . 51 4.4.2 Spannungshaltung und Blindleistungsmanagement 53 4.4.3 Netzengpassmanagement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54 4.5 Schlussfolgerungen und Empfehlungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56 5 Verbundprojekt Systemforschung Elektromobilitlit . . . . . . . . . . . . . . 59 5.1 Mit Strom in die Zukunft fahren 60 5.1.1 Klimaschutz als Treiber der Elektrornobilitat 6 ı 5.1.2 Elektrofahrzeuge im Verkehrssystem 62 5.2 Besondere Herausforderungen der Elektrornobilitat 63 5.3 Einrichtung des Leitprojekts 66 5.4 Cluster Antriebsstrang und Fahrwerk . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68 5.4.1 Zielstellung des Clusters 68 5.4.2 Lösurıgsansatze: Radnabenmotor und adaptives Fahrwerk 69 5.5 Cluster Batteriesystem und Range Extender 75 5.5.1 Zielstellung des Clusters 75 5.5.2 Leichtbau-Batteriesystem 76 5.5.3 Extrem robuster Hochleistungsspeicher fılr die Elektrornobilitat 80 5.5.4 Flexibles Batteriemanagement-System für komplexe Batteriesysteme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82 5.5.5 Brennstoffzellen als Range-Extender 85 5.5.6 Spannungswandler zwischen Range Extender und Hochvoltbatterie 90

5.5.7 Kornpakter Range Extender 92 5.6 Cluster Bauweisen und lnfrastruktur 95 5 .6. l Zielstellung des Clusters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 95 5.6.2 Projekt 1: Hochintegrierte Bodengruppe 95 5.6.3 Projekt 2: Leichtbaukarosserie 97 5.6.4 Projekt 3: Bidirektionales Laden 98 5.6.5 Projekt 4: Flachenheizung 100 5.6.6 Projekt 5: !nnenraurnakustik und Sounddesign für E-Fahrzeuge 1 O ı 5.6.7 Projekt 6: Kornmunikationsgateway ı 02 5.6.8 Projekt 7: Autonornes Fahren 103 5.7 Ausblick 104 6 Forschungsprojekt SafetE-car 107 6. 1 Einleitung 108 6.2 Technologische Besonderheiten von Elektrofahrzeugen im Kontext von Rettungs- und Pannendienstleistungen 109 6.2. l Über den Umgang mit Elektrofahrzeugen bei nicht geplanten Betriebszustanden ~ Ergebnisse einer ernpirischen Analyse 111 6.2.2 Neue Prozesse für neue Dienstleistungen 114 6.3 Ausblick 116 7 E-Bus ohne Fahrleitung 119 7. l Einleitung 119 7. 1. 1 Die Wurzeln des Elektroautos 120 7. l.2 Renaissance der E-Mobilitat 120 7.2 Die aktuelle Technik: Hybridbusse 121 7.3 Eine Lösung für E-Busse: Das Docking-Prinzip 123 7.3.1 Batterie, Schwungrad und Hochleistungskondensator 124 7.3.2 Ladesystern für höchste Leistung 125 7.4 Fazit 126 8 Funktionsintegrierter Leichtbau 127 8.1 Handlungsfeld Leichtbau 127 8.2 Hochdruck-Resin Transfer Molding (HP-RTM) 128 8.2. l Prozess 129 8.2.2 Methoden zur Simulation des RTM-Verfahrens 132 8.3 Nasspressen 136 VIII lnhaltsverzeichnis 8.4 Thermoplastische Tapes in Kombination mit LFT-D 137 8.4.1 Prozess 137 8.4.2 Methoden zur Simulation des kombinierten Tape-/D-LFT-Prozesses 139 9 Fraunhofer Leitprojekt E3-Produktion 145 9.1 Einleitung 146 9.2 Grundlagen 147 9.3 Effıziente Technologie - Ultrakurze Prozessketten 149 9.3.1 Bewertungsmodell 149 9.3.2 Softwarebasierte Bewertungsmethodik 150 9.3.3 Additive Fertigung , , Yom Pulver zum Fertigteil" 151 9.3.4 Direct Sheet Molding Compound-Prozess 152 9.3.5 Umformbasierte Prozesskette 153 9.3.6 lntegrierte Verfahrenstechnik 155 9.3.7 Ressourcenoptimiertes Produktdesign 156 9.4 Energieoptimierte Fabrik 158 9.4. l Nachhaltigkeits- und Nutzenbewertung von Produktionen . 158 9.4.2 Energie- und ressourcenadaptive Produktionssysteme 159 9.4.3 Emissionsoptimierte Proöuktionsstaııen 160 9 .4.4 1 ntegrales Stoffstrom- und Energiemanagement 162 9 .5 Erfolgsgarant Mensch 162 9.5.l lndustrie 4.0 in Produktion und Logistik 163 9.5.2 Assistenzsysteme für die Produktion 165 9.6 Demonstratoren 167 9.6.1 Digitale Engineeringplattform 167 9.6.2 E3-Forschungsfabrik 168 9.6.3 Assistenzsysteme für die Produktion 170 9.6.4 Produktionslogistik planen und steuern 4.0 171 9.7 Gute Aussichten für Produktion und Logistik ı 72 1 O Innovationsallianz , , Green Carbody Technologies" - InnoCaT® 175 10.1 Einleitung 175 10.2 Die TnnoCaT®-Referenzfabrik und die TnnoCaT®-Referenzkarosserie 177 10.3 Ergebnisse 177 10.3.1 Prozessstabilitat 179 10.3.2 Ressourceneffıziente Umformmaschine ı 81 10.3.3 Blechwarmumfornıung 184

8.4 Thermoplastische Tapes in Kombination mit LFT-D 137 8.4.1 Prozess 137 8.4.2 Methoden zur Simulation des kombinierten Tape-/D-LFT-Prozesses 139 9 Fraunhofer Leitprojekt E3-Produktion 145 9.1 Einleitung 146 9.2 Grundlagen 147 9.3 Effıziente Technologie - Ultrakurze Prozessketten 149 9.3.1 Bewertungsmodell 149 9.3.2 Softwarebasierte Bewertungsmethodik 150 9.3.3 Additive Fertigung , , Yom Pulver zum Fertigteil" 151 9.3.4 Direct Sheet Molding Compound-Prozess 152 9.3.5 Umformbasierte Prozesskette 153 9.3.6 lntegrierte Verfahrenstechnik 155 9.3.7 Ressourcenoptimiertes Produktdesign 156 9.4 Energieoptimierte Fabrik 158 9.4. l Nachhaltigkeits- und Nutzenbewertung von Produktionen . 158 9.4.2 Energie- und ressourcenadaptive Produktionssysteme 159 9.4.3 Emissionsoptimierte Proöuktionsstaııen 160 9 .4.4 1 ntegrales Stoffstrom- und Energiemanagement 162 9 .5 Erfolgsgarant Mensch 162 9.5.l lndustrie 4.0 in Produktion und Logistik 163 9.5.2 Assistenzsysteme für die Produktion 165 9.6 Demonstratoren 167 9.6.1 Digitale Engineeringplattform 167 9.6.2 E3-Forschungsfabrik 168 9.6.3 Assistenzsysteme für die Produktion 170 9.6.4 Produktionslogistik planen und steuern 4.0 171 9.7 Gute Aussichten für Produktion und Logistik ı 72 1 O Innovationsallianz , , Green Carbody Technologies" - InnoCaT® 175 10.1 Einleitung 175 10.2 Die TnnoCaT®-Referenzfabrik und die TnnoCaT®-Referenzkarosserie 177 10.3 Ergebnisse 177 10.3.1 Prozessstabilitat 179 10.3.2 Ressourceneffıziente Umformmaschine ı 81 10.3.3 Blechwarmumfornıung 184 lnhaltsverzeichnis IX 10.3.4 VerschleiBreduktion von Tiefziehwerkzeugen 185 10.3.5 Vorrichtungsjustage 187 10.3 .6 Konfıgurierbares Energienıanagenıent 189 10.3.7 Lackverlustfreies Beschichten 191 10.4 Ausblick 193 il Leitprojekt , , Strom als Rohstoff" I 97 l l. 1 Warunı stronıbasierte Produktionsverfahren? 198 11.2 Stronı und Kohlenstoffdioxid als Rohstoffe: Chancen und Herausforderungen 20 l l 1.2. l Die Energiewende in Deutschland: Regenerativer Stronı und tluktuierendes Energieangebot .. 201 11.2.2 Die Renaissance der Elektrochenıie 206 11.2.3 Systenıkopplung Energie und Chenıie: Neue elektrochenıische Syntheserouten 207 11.3 Struktur des Leitprojekts , , Stronı als Rohstoff" 213 11 .4 Effıziente Elektrochenıie für nachhaltige Chenıieprodukte: Erste Ergebnisse 215 11 .5 Ausblick 230 12 Fraunhofer-Innovationscluster ER-WIN® 239 12. l ER-WIN® aus Sachsen-Anhalt für die Welt von Morgen 240 12.2 ER-WIN® begeistert spielend 241 12.2. 1 Planspiel Phase 1: , , ldentifızieren" 242 12.2.2 Planspiel Phase 2: , , Fornıatieren" 243 12.2.3 Planspiel Phase 3: , , Flexibilisieren" 245 12.3 ER-WIN® nıacht weiter 247 l3 Innovationsnetzwerk Morgenstadt: City lnsights 251 13.1 Die Stadt als gesunder Organisnıus 252 J 3 .2 Systenıansatz Morgenstadt 253 13.2.1 Die Morgenstadt-lnitiative 255 13.2.2 Das Morgenstadt-Franıework 258 13.3 Ein Praxisbeispiel aus der Morgenstadt 265 13.3.1 Analyse der Prager Jndikatoren 266 l 3 .3 .2 Analyse der Prager Handlungsfelder 268 13.3.3 Analyse der Prager Wirkfaktoren 269 13.4 Living Labs 271 13.5 Fazit: Die Stadt als gesunder Organisnıus 276 X Inhaltsverzeichnis 14 Leistungszentrum Elektroniksysteme LZE 281 14.1 Aufzu neuen Ufern 283 14.2 Energieautarkes Asset-Tracking-System 284 14.2. l Ortungstechnologie für die Logistik 285 14.2.2 Energieautarke Funktechnologie 287 14.3 Low-Power-Elektronik für Sport- und Fitnessanwendungen 289 14.3.1 Das FitnessSHIRT 289 14.3.2 lm Fokus: Energieeffızienz 291 14.3.3 Daten für die Gesundheit 292 14.4 Mit Gleichstroın zu mehr Effızienz 293 14.4.1 Gleichstrom als Rückgrat der Energieversorgung 294 14.4.2 Neue Konzepte zur Energiespeicherung 295 14.5 Kontaktlose Energie- und Datenübertragung 297 14.5. 1 Neue Freiheitsgrade durch Induktionstechnologie 298 14.5 .2 lnduktive Steckverbindungen für vielfaltige Anwendungsgebiete 300 14.6 Fazit 301 15 Leitprojekt , , Kritikalitlit Seltener Erden" 303 15.1 Selten, aber wichtig: Hightech-Metalle 304 15.2 Besondere Herausforderungen 304 15.3 Das Leitprojekt .Kritikalitat Seltener Erden" 306 15.3.J Teilnehmende lnstitute und ihreAufgaben 306 15.3.2 Hundert-Prozent-Substitution 308 15.3.3 Prozessoptimierung in industrieller Fertigung 309 15.3.4 Untersuchung und Optimierung von Demonstratoren 311 15.3.5 Design for Recycling 312 15.3.6 Begleitstudien, Markte und Umwelt 315 15 .4 Lösungsansatzs 316 15.5 Ausblick 320 16 Naturkautschuk aus Russischem Löwenzahn 323 16. 1 Hintergrund 324 16.2 Herausforderungen 326 16.2. l Züchtung ertragsoptimierter Löwenzahnpflanzen 326 16.2.2 Extraktion von Naturkautschuk aus Russischem Löwenzahn 328 16.3 Fazit und Ausblick 329