Experten zu Klimaforschung, nachhaltigen Energiesystemen und erneuerbaren Energien

Das Klimakabinett beschließt am kommenden Freitag ein Maßnahmenpaket, mit dem die Bundesregierung sicherstellen möchte, dass Deutschland seine Klimaziele 2030 erreicht. Wissenschaftler des Forschungszentrums Jülich forschen seit Jahrzehnten an erneuerbaren Energien, untersuchen den Übergang zu einem nachhaltigen Energiesystem und liefern Daten zum Verständnis des Klimawandels. Hier finden Sie die Experten zu den unterschiedlichen Themenfeldern.

Internationale Vielfalt auf dem Campus

Manche kommen als Nachwuchsforscher, andere als etablierte Wissenschaftler, manche bleiben für ein paar Wochen, andere für immer. Ihnen allen gemein ist: Sie haben ihr Heimatland verlassen. Das Forschungszentrum Jülich hat es sich zur Aufgabe gemacht, den Gastwissenschaftlern optimale Bedingungen zu bieten. Dabei öffnen sich bisweilen ganz neue Türen und Perspektiven.

Ein offenes Rennen

Computer, die nach den Regeln der Quantenphysik rechnen, könnten möglicherweise spezielle Aufgaben schneller lösen als heutige Superrechner. Doch noch existieren universelle Maschinen dieser Art nur als Experiment im Labor. Jülicher Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler arbeiten daran, dass sich das künftig ändern könnte.

Big Data

Die Sammelleidenschaft der Moderne hat einen Namen: Big Data. Die Industrie verspricht sich von großen Datenmengen neue Absatzmärkte, gezielte Kundenbindung oder klügere Wartungsintervalle. Wissenschaftler lockt die Aussicht auf neue Erkenntnisse und tiefe Einsichten. Richtig ausgewertet, könnte die Datenflut helfen, Klimaprogramme zu verbessern oder Krankheiten früh zu diagnostizieren. Lesen Sie von den Herausforderungen, um aus Big Data Smart Data zu machen in der neuen effzett.

Blätterfunktion

Aktuelles

Prof. Dieter Willbold links auf einer Treppe stehend, rechts im Bild ein Ausschnitt eines 900-Mhz-NMR-Spektrometers, das in Willbolds Forschung zur Anwendung kommt.

Jülicher Projekt SuFIDA ist Helmholtz Innovation Lab

Jülich / Berlin, 19. September 2019 – Die Helmholtz-Gemeinschaft hat neun neue Innovation Labs ausgewählt. Mit dabei ist das Projekt SuFIDA des Jülicher Institute of Complex Systems. Die Forschungsprojekte sollen Wissenschaft und Wirtschaft noch enger zusammenbringen. Dafür erhalten sie insgesamt 17,3 Millionen Euro für einen Zeitraum von fünf Jahren.

Doppeljubiläum 10plus5 des MEET

Doppeljubiläum 10plus5 des MEET Batterieforschungszentrums und des Helmholtz-Instituts Münster

Unter einem gemeinsamen Dach für Batterieforschung haben zwei Forschungseinrichtungen Münster zu einem weltweit beachteten Wissenschafts- und Innovationsstandort gemacht. Nun feierten sie ihr 10plus5-jähriges Doppeljubiläum.

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Das Forschungszentrum von oben: Begleiten Sie uns bei einem Rundflug über den grünen Campus in Jülich.

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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