Drei Männer und ihr Baby: Für ihre Entwicklung eines hocheffizienten Gasbrenners für die industrielle Energieversorgung sind der geschäftsführende Gesellschafter und zwei Mitarbeiter von Kueppers Solutions in Dortmund für den Deutschen Zukunftspreis nominiert.

Drei Männer und ihr Baby: Für ihre Entwicklung eines hocheffizienten Gasbrenners für die industrielle Energieversorgung sind der geschäftsführende Gesellschafter und zwei Mitarbeiter von Kueppers Solutions in Dortmund für den Deutschen Zukunftspreis nominiert. (Bild: DZP)

Noch ist völlig offen, welches von drei nominierten Teams in diesem Jahr den Deutschen Zukunftspreis des Bundespräsidenten gewinnen wird. Wenn Frank-Walter Steinmeier die Auszeichnung an das Gewinnerteam überreicht, wird auf jeden Fall ein Ingenieur bei den Empfängern sein - denn in jedem der Teams ist ein Mitglied dieser Berufsgruppe vertreten.

Diese drei Teams sind in diesem Jahr nominiert:

Team I: Projekt „Offen für alle – ein neues MRT für die Welt“

Die drei Nominierten - Dr.-Ing. Stephan Biber, Dr. rer. nat. David M. Grodzki und Prof. Dr. Michael Uder - haben eine neuartige Plattform für die medizinische Anwendung der Magnetresonanztomographie entwickelt. Sie liefert hochauflösende Aufnahmen für medizinische Diagnosen bereits bei einem vergleichsweise schwachen Magnetfeld. Das ermöglicht ein kompakteres Design sowie einen deutlich kostengünstigeren Einsatz in Kliniken und Arztpraxen. Der Kern der Innovation besteht unter anderem aus einer stark reduzierten Magnetfeldstärke, KI-basierten Algorithmen zur Auswertung der erstellten Bilder und einem Kühlsystem, das mit wenig flüssigem Helium als Kühlmittel auskommt. Dadurch ebnet die Entwicklung den Weg für eine breitere und kostengünstigere medizinische Nutzung der MRT-Technologie weltweit.

Team 1 (v.l.): Prof. Dr. med. Michael Uder, Dr.-Ing. Stephan Biber und Dr. rer. nat. David M. Grodzki
Team 1 (v.l.): Prof. Dr. med. Michael Uder, Dr.-Ing. Stephan Biber und Dr. rer. nat. David M. Grodzki (Bild: DZP)

Bekanntgabe der Nominierungen zum Deutschen Zukunftspreis 2023 im Deutschen Museum

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Wie das funktioniert

  • Die Magnetresonanztomographie, kurz MRT, hat sich in den letzten Jahrzehnten zu einem der wichtigsten medizinischen Untersuchungsverfahren entwickelt. Doch auch 40 Jahre nach ihrer Einführung ist ein Einsatz der MRT in Kliniken und Arztpraxen noch längst nicht überall möglich. Dem stehen verschiedene Hürden im Weg.
  • Die drei Nominierten haben eine neuartige Plattform für die Magnetresonanztomographie entwickelt und dafür radikal mit dem Paradigma „immer größer und stärker“ des bisherigen technologischen Fortschritts auf diesem Gebiet gebrochen.
  • Dem Team gelang es erstmals, mithilfe der MRT hochaufgelöste und medizinisch aussagekräftige Aufnahmen des Körperinneren auch bei vergleichsweise schwachen Magnetfeldern zu erreichen – und dadurch sowohl die technische Komplexität als auch die Kosten der Geräte deutlich zu reduzieren.
  • Um das bei vergleichbaren Messzeiten zu erreichen, nutzten die Forscher neu entwickelte Aufnahmetechniken und Verfahren für die Bildrekonstruktion mithilfe von künstlicher Intelligenz (KI). Dazu gehören ein bildbasierter Algorithmus, der für eine höhere Auflösung sorgt, sowie ein Ansatz zur direkten Rekonstruktion von MRT-Bildern aus den Rohdaten.
  • Eine weitere Neuerung betrifft die Kühlung der Magnete: Dafür entwickelte das Team eine innovative Technologie, durch die sich der Bedarf an flüssigem Helium von bisher bis zu 1.500 Litern auf lediglich 0,7 Liter verringern lässt.

Fachkräftemangel in der Automatisierung

Team II: Projekt „Dem Klimawandel entgegenwirken – CO2 aus der Atmosphäre herausfiltern und vielfältig nutzbar machen“

Durch den Transfer einer Technologie aus der Raumfahrt haben die Nominierten dieses Teams - Dipl.-Kffr. Antje Bulmann, Viktor Fetter, B. Eng., und Dipl.-Ing. Tobias Horn -  ein System geschaffen, mit dem sich das Treibhausgas Kohlendioxid aus der Luft entfernen, speichern und weiterverarbeiten lässt. Das konzentrierte CO2 kann etwa als Rohstoff für industrielle Produktionsprozesse oder Düngemittel in der Landwirtschaft dienen und dabei Kohlendioxid aus fossilen Quellen ersetzen. Durch die Schaffung eines Nutzungskreislaufs lassen sich auf der Basis des neuen Systems klimaschädliche Emissionen weitgehend vermeiden. Zusätzlich eröffnet die Innovation die Möglichkeit, aus der Atmosphäre abgeschiedenes CO2 beispielsweise in Gestein dauerhaft zu binden und damit für das Weltklima unschädlich zu machen.

Team 2 (v.l.): Dipl.-Ing Tobias Horn, Dipl.-Kffr. Antje Bulmann und Viktor Fetter, B. Eng.
Team 2 (v.l.): Dipl.-Ing Tobias Horn, Dipl.-Kffr. Antje Bulmann und Viktor Fetter, B. Eng. (Bild: DZP)

Wie das funktioniert

  • Der Klimawandel und seine Folgen werden immer deutlicher spürbar – etwa durch die Zunahme von Hitzewellen, Dürren und Überschwemmungen, durch das Schmelzen von Gletschereis sowie steigende Meeresspiegel.
  • Um die Klimaziele zu erreichen, ist es nach Meinung vieler Experten notwendig, nicht nur CO2-Emissionen zu reduzieren, sondern auch, aktiv CO2 der Luft zu entziehen. Das nominierte Team entwickelte dazu eine ursprünglich für die Raumfahrt konzipierte Technologie weiter. Die Innovation macht das Gas zugleich industriell nutzbar.
  • Die Abscheidung des Kohlendioxids aus der Luft verläuft beim sogenannten Direct Air Capture schrittweise. Zunächst saugt ein Ventilator Luft an, die danach durch einen Filter strömt. Dieser besteht aus einem festen Material auf Basis einer stickstoffhaltigen chemischen Verbindung.
  • Wenn dieses Filtermaterial mit CO2 gesättigt ist, folgt der zweite Prozessschritt: Die Adsorber-Kassetten werden erwärmt – und das darin aufgenommene Kohlendioxid entweicht und kann in konzentrierter Form aufgefangen werden.
  • Die Innovation macht das Gas zugleich industriell nutzbar - zum Beispiel für die Herstellung synthetischer Treibstoffe auf Basis von elektrischem Strom und dem der Luft entzogenen CO2

Wie Automation für Nachhaltigkeit sorgt

Automation & Nachhaltigkeit
(Bild: IEE)

Automation erweist sich immer öfter als ein wesentliches Element für mehr Nachhaltigkeit und Umweltverträglichkeit: Technologien wie energieeffizente Antriebe oder Umwelt-Sensorik können für eine ressourcenschonende Produktion und nachhaltigere Produkte und Prozesse sorgen, wie die folgenden Beispiele zeigen:

Team III: Projekt „Resilienz für die Gasversorgung – 3-D-Reku-Brenner senkt Erdgasverbrauch und eröffnet die Zukunft mit Wasserstoff für die Industrie“

Die drei Nominierten - Dipl.-Ing. (FH) Jens te Kaat, Bernd-Henning Feller, M.Sc., und Dan-Adrian Moldovan, M.Sc. - haben ein hocheffizientes und schadstoffarmes neues Rekuperatorbrenner-System für die Bereitstellung von Prozesswärme für industrielle Anwendungen entwickelt. Damit lässt sich der Bedarf an Erdgas zum Erzeugen der in vielen Industriebranchen benötigten Wärme deutlich reduzieren. Entsprechend sinken durch den Einsatz der Technologie die Emissionen an klimaschädlichem CO2 sowie an gesundheitsschädlichen Stickoxiden. Durch die Möglichkeit, auch andere Brennstoffe als Erdgas zu nutzen – auch im Wechsel oder als Gemisch – ebnet die Innovation zudem den Weg weg von klimaschädlichen fossilen Energieträgern hin zu solchen aus erneuerbaren Quellen, insbesondere zum Einsatz von „grünem“ Wasserstoff.

Team 3 (v.l.): Dipl.-Ing. (FH) Jens te Kaat, Bernd-Henning Feller, M.Sc. und Dan-Adrian Moldovan, M.Sc.
Team 3 (v.l.): Dipl.-Ing. (FH) Jens te Kaat, Bernd-Henning Feller, M.Sc. und Dan-Adrian Moldovan, M.Sc. (Bild: DZP)

Wie das funktioniert

  • Viele Industriebranchen benötigen für die Herstellung ihrer Produkte große Mengen an Wärme, die bislang vor allem aus Erdgas erzeugt werden. Die drei Nominierten entwickelten einen Brenner, der die für unterschiedliche industrielle Anwendungen benötigte Wärme aus Erdgas wesentlich effizienter und damit sparsamer bereitstellen kann als mit herkömmlichen Geräten.
  • Dadurch lässt sich auch der Ausstoß von klimaschädlichem CO2 sowie umwelt- und gesundheitsschädlicher Stickoxidverbindungen wesentlich verringern. Zudem bietet das System die Möglichkeit, nicht nur Erdgas, sondern auch andere Gase als Brennstoff zu nutzen – insbesondere Wasserstoff.
  • Der Brenner ist das Ergebnis einer Kombination mehrerer Innovationen. Dazu gehört die Verwendung eines Wärmetauschers mit dreifach-periodischer Minimaloberfläche – einer mathematisch komplexen Struktur, die eine besonders effiziente Energieübertragung unterstützt.
  • Eine neuartige Gas-Luft-Mischeinheit ist dafür zuständig, die an der Reaktion im Brenner beteiligten Gase gleichmäßig zu verteilen und so eine exakt dosierte und schadstoffarme Verbrennung zu gewährleisten.
  • Als weitere Neuerung werden alle, teils sehr komplexen Bauteile per 3-D-Drucker hergestellt.

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