Der kostengünstigste Weg in die Energiezukunft

Deutschland soll bis 2050 weitgehend treibhausgasneutral sein. Um dieses Ziel zu erreichen, muss das Energiesystem in allen Bereichen umfassend umgebaut werden. Wie dieses Jahrhundertprojekt effizient und wirtschaftlich vorteilhaft gestaltet werden kann, zeigt eine neue Studie des Forschungszentrums Jülich.

Startschuss für JUNIQ

„Wir rechnen mit Quantencomputern“ ist Leitsatz am Jülich Supercomputing Centre (JSC), wo heute JUNIQ, die neue „Jülicher Nutzer-Infrastruktur für Quantencomputing“ in Betrieb genommen wurde. Der Startschuss fiel mit der offiziellen Unterzeichnung eines Nutzungsvertrages für einen Quanten-Annealer des kanadischen Herstellers D-Wave.

Einfach anders?

Das Thema Autismus erhitzt die Gemüter: Die einen sehen darin eine schwere Krankheit, andere einfach nur ein Anderssein. Kai Vogeley hat Verständnis für beide Perspektiven. Der Psychiater widmet sich dem Thema seit Jahren – in Jülich als Forscher, in der Uniklinik Köln als Arzt und Leiter der Ambulanz „Autismus im Erwachsenenalter“.

Hirnforschung mit Künstlicher Intelligenz – Was sich aus Gehirnscans ablesen lässt

Ihr Gehirn ist einzigartig – ähnlich wie Ihre äußere Erscheinung. Einige individuelle Besonderheiten im Aufbau Ihres Gehirns kann Ihnen jeder Arzt anhand von Vergleichsbildern zeigen, andere Unterschiede kann auch das geschulte Auge eines Radiologen oder einer Hirnforscherin nicht erkennen. Künstliche Intelligenz (KI) jedoch ist dazu in der Lage – mit weitreichenden Konsequenzen. Lesen Sie hier einen Expertenbeitrag von Prof. Dr. Simon Eickhoff.

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Aktuelles

Effizienz-Weltrekord für organische Solarmodule aufgestellt

Effizienz-Weltrekord für organische Solarmodule aufgestellt

Ein Forscherteam aus Nürnberg und Erlangen hat eine neue Bestmarke für die Umwandlungseffizienz von organischen Photovoltaikmodulen (OPV) gesetzt. Beteiligt waren auch Wissenschaftler des Helmholtz-Instituts Erlangen-Nürnberg für Erneuerbare Energien (HI ERN), einer Außenstelle des Forschungszentrums Jülich. Ihr OPV-Modul erzielt auf einer Fläche von 26 Quadratzentimetern einen Wirkungsgrad von 12,6 Prozent.

Dr. Miriam Menzel

Das Gehirn besser verstehen: Helmholtz-Doktorandenpreis für Jülicher Forscherin

Jülich, 6. November 2019 – Dr. Miriam Menzel hat am heutigen Mittwoch den Helmholtz-Doktorandenpreis 2019 im Bereich Schlüsseltechnologien erhalten. Die Wissenschaftlerin vom Forschungszentrum Jülich hat in ihrer Doktorarbeit Methoden entwickelt, die eine genauere Kartierung der Nervenfaserbahnen im menschlichen Gehirn ermöglichen. Die Helmholtz-Gemeinschaft vergibt die Auszeichnung an Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler, die herausragende Leistungen während der Promotion erbracht haben.

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Helmholtz-Doktorandenpreis für Jülicher Forscherin

Themen- und Forschungsgebiete

Alzheimersche Demenz

Alzheimersche Demenz:

Identifizierung von Amyloid-beta-Oligomeren

Am Forschungszentrum gehen Wissenschaftler den molekularen Grundlagen der Alzheimerschen Demenz auf die Spur. Der Institutsbereich Strukturbiochemie (ICS-6) verbindet strukturbiologische Grundlagenforschung mit angewandter klinischer Forschung und entwickelt eine neuartige Therapie-Strategie mit einem eigenen Wirkstoffkandidaten. Der Institutsbereich Molekulare Organisation des Gehirns (INM-2) untersucht metabolische und neurochemische Prozesse, die unter anderem neurologischen Erkrankungen zugrunde liegen.

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Big Data

Big Data

Kabel und Module des Supercomputers QPACE

Der Einsatz von Big-Data-Techniken ist einer der wichtigen Trends im 21. Jahrhundert. Die Digitalisierung aller Lebensbereiche geht mit dem Aufkommen riesiger Datenberge einher. Wirtschaft und Industrie nutzen diese, um neue Informationen zu gewinnen – um neue Vorhersagen zu treffen, industrielle Prozesse zu optimieren oder Produkte zielgerichtet an Kundenbedürfnissen auszurichten.
In der Wissenschaft nimmt die Bedeutung von Big-Data-Problemen ebenfalls zu. Die Daten stammen oftmals aus unterschiedlichen Quellen. Entsprechende Datensätze sind typischerweise so groß und komplex oder so schwach strukturiert und unsicher, dass sie sich nicht mehr zufriedenstellend mit herkömmlichen Methoden bearbeiten lassen. Eine wichtige Rolle spielen Big-Data-Analysen etwa in der Medizin, wenn es darum geht, komplexe Zusammenhänge als Ursache für Erkrankungen zu entschlüsseln.

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Brennstoffzellen

Brennstoffzellen

eine weiße, flüssige Paste tropft aus einer Vorrichtung

Brennstoffzellen wandeln Wasserstoff oder wasserstoffreiche Brennstoffe durch elektrochemische Reaktionen in Elektrizität um – und sind damit umweltfreundliche und effiziente Stromquellen. Am Forschungszentrum Jülich werden drei Arten von Brennstoffzellen entwickelt: die Festoxidbrennstoffzelle (SOFC), die Hochtemperatur-Polymerelektrolyt-Brennstoffzelle (HT-PEFC) sowie die Direktmethanol-Brennstoffzelle (DMFC).

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Energiewende

Energiewende

Blaue Solaranlage auf Ziegeldach vor blauem Himmel

Die Lösung des globalen Energieproblems gilt als zentrale Herausforderung des 21. Jahrhunderts. Neben der Forschung an erneuerbaren Energien, Batterien und Brennstoffzellen und Wasserstoff als Energieträger gibt es in Jülich auch einige fachübergreifende Projekte.

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Informations­speicher

Informationsspeicherung und -verarbeitung

Resistive Speicher

Das Peter Grünberg Institut (PGI) verfolgt eine Reihe von Ansätzen, um Datenspeichertechnologien energieeffizienter, leistungsfähiger und schneller zu machen. Wissenschaftler untersuchen hierfür physikalische Phänomene und Eigenschaften von Materialien und Materialkombinationen im Nanobereich, wie beispielsweise in Halbleitern oder Oxiden. Die Arbeiten dienen der Grundlagenforschung für die Entwicklung von Bauelementen und Bauelemente-Designs für Computerchips. Die Wissenschaftler halten aber auch nach ganz neuen physikalischen Phänomenen in geeigneten Materialien Ausschau, die sich für die Speicherung von Daten nutzen lassen könnten.

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Klimawandel

Klimawandel

verschneiter Wald von oben fotografiert, Copyright: CC0 Public Domain

Umwelt-Prozesse, die mit dem Klimawandel in Verbindung stehen, erforschen Wissenschaftler an den Instituten für Energie- und Klimaforschung und Bio- und Geowissenschaften: Physikalische und chemische Prozesse in der Atmosphäre untersuchen Wissenschaftler des Instituts für Energie- und Klimaforschung. Was geschieht mit Spurenstoffen in der Atmosphäre aus unterschiedlichen Quellen wie Industrie, Verkehr oder von Pflanzen? Mit ihren experimentellen Erkenntnissen sowie Computersimulationen entwickeln Jülicher Forscher bestehende Klimamodelle weiter, wirken als Gutachter und erarbeiten Handlungsempfehlungen für politische Entscheidungsträger. Das Institut für Bio- und Geowissenschaften untersucht unter anderem, wie sich der Klimawandel auf Böden und auf Austauschprozesse zwischen Boden, Pflanzen und Atmosphäre auswirkt.

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Nachwachsende Rohstoffe

Nachwachsende Rohstoffe für die Bioökonomie

In der Pflanzenforschung setzen Wissenschaftler ein Oktokopter bzw. eine Vermessungsdrohne im Freien ein.

Bei der Bioökonomie geht es darum, Möglichkeiten zu schaffen, um eine wachsende Weltbevölkerung zu ernähren, Treibstoff aus geeigneter Biomasse herzustellen und industrielle Produktionsverfahren so umzustellen, dass sie möglichst ohne Erdöl auskommen. Hierfür müssen neue biobasierte Wertschöpfungsketten entwickelt werden. Gleichzeitig geht es aber auch um die Nutzung des Wissens über biologische Systeme, um neue Produkte für die Wirtschaft bereitzustellen. Hieran forschen die Wissenschaftler am Institut für Bio- und Geowissenschaften (IBG).

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Nitrat

Nitrat

umgepflügter Ackerboden mit Bäumen im Hintergrund

Deutschland hat ein Problem: zu viel Nitrat im Grundwasser, aber auch in der Nord- und Ostsee. Die Ursache ist in den meisten Fällen die Landwirtschaft, die zu viel Gülle und Mineraldünger auf die Felder aufbringt. Um die Nitratbelastung in einem Bundesland effizient zu senken, muss das Zusammenspiel von überschüssigem Dünger in landwirtschaftlich genutzten Böden sowie den hydrologischen und geologischen Standortbedingungen analysiert werden. Jülicher Agrosphärenforscher haben zu diesem Zweck Computermodelle entwickelt, mit denen berechnet werden kann, wie stark das Grundwasser sowie die Oberflächen- und Küstengewässer in unterschiedlichen Regionen Deutschlands belastet sind – und wie Nitrate dorthin gelangen.

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Photovoltaik

Photovoltaik

Künstliche Photosynthese

Photovoltaik ist eine unerschöpfliche, saubere Energiequelle. Noch allerdings sind die Wirkungsgrade relativ niedrig – insbesondere für Solarzellen, wie sie in herkömmlichen Dach- und Feldanlagen eingesetzt werden. Am Institut für Energie- und Klimaforschung, Bereich Photovoltaik (IEK-5) wird an einer Reihe von Alternativen zu den weitverbreiteten Standard-Silizium-Solarzellen geforscht. Dazu gehören vor allem alternative Materialien für sogenannte Dünnschichtzellen, sowie für den Einsatz in Kombination mit Silizium-Wafer-Zellen. Ein weiterer Forschungsschwerpunkt ist die künstliche Photosynthese: Mithilfe einer Kombination von Solarzelle und Elektrolyseur werden Brennstoffe wie Wasserstoff aus erneuerbaren Energien erzeugt.

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Quantencomputer

Quantencomputer

Chipstrukturen vor blauem Hintergrund. Bild: Tomasz Zajda - fotolia

Jülicher Wissenschaftler liefern wesentliche Beiträge zur Entwicklung von Quantencomputern. Diese könnten in Zukunft spezielle Aufgaben deutlich schneller und effizienter lösen, als es mit herkömmlichen Supercomputern möglich ist. Wissenschaftler am Jülicher Peter Grünberg Institut arbeiten an den Grundlagen für Bauelemente und Methoden zur Quanteninformationsverarbeitung. Die Gruppe von Prof. Kristel Michielsen am Jülich Supercomputing Centre (JSC) arbeitet an Methoden und Modellen, mit denen sich komplexe Quantensysteme auf Supercomputern simulieren lassen. Die Entwicklung von Verfahren zur Quantenfehlerkorrektur ist auch einer der Schwerpunkte von Prof. Barbara Terhal, die in Delft und Jülich tätig ist.

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Schlaganfall

Schlaganfall

ag_rehabilitation of cognitive impairments

Der Schlaganfall ist in Europa und USA seit vielen Jahren die wichtigste Ursache einer dauerhaften Behinderung. Laut der Deutschen Gesellschaft für Neurologie erleiden pro Jahr in Deutschland etwa 260.000 Patienten einen Schlaganfall. Am Institut für Neurowissenschaften und Medizin, Bereich Kognitive Neurowissenschaften (INM-3), erforschen mehrere Arbeitsgruppen, wie sich ein Schlaganfall auf die Struktur und Funktion des Gehirns auswirkt. In Zusammenarbeit mit der Klinik für Neurologie der Universität zu Köln untersuchen sie, wie man das Gehirn unterstützen kann, durch einen Schlaganfall verlorene Funktionen zu kompensieren und sich neu zu organisieren.

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Supercomputer

Supercomputer

JUWELS blau beleuchtet in der Rechnerhalle des JSC, fotografiert aus der Froschperspektive

Das Jülich Supercomputing Centre betreibt Computer der höchsten Leistungsklasse, darunter die Supercomputer JUWELS und JURECA, die mit einer maximalen Rechenleistung von jeweils über 5 Billiarden Rechenoperationen pro Sekunde zu den aktuell leistungsfähigsten Superrechnern der Welt gehören. Simulationen auf Superrechnern werden beispielsweise benötigt, um wissenschaftliche Modelle in der Physik und Klimaforschung oder den Neurowissenschaften zu überprüfen. Gleichzeitig vermitteln sie neue Einblicke in die Eigenschaften und Struktur von Materialien und Biomolekülen oder in den Ablauf biologischer und chemischer Prozesse.

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Wasserstoff

Wasserstoff als Energiespeicher

Ekolyser-Prototyp

Wasserstoff ist ein universell einsetzbarer Energieträger. Er kann gelagert und über große Entfernungen transportiert werden, lässt sich zu flüssigen Kraftstoffen weiterverarbeiten oder mithilfe von Brennstoffzellen direkt als Treibstoff nutzen. Gewonnen werden kann Wasserstoff durch die elektrochemische Spaltung von Wasser – die Wasserstoffelektrolyse.

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