Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern des Fraunhofer-Instituts für
Fertigungstechnik und Angewandte Materialforschung IFAM in Dresden ist es
gelungen, einen neuartigen Versuchsstand zur dynamischen Charakterisierung
von thermoelektrischen Modulen zu entwickeln.

Die direkte Umwandlung von Wärme in elektrische Energie steht schon seit
längerer Zeit im Fokus der Wissenschaft. Um zum Beispiel Abwärme in der
Industrie sinnvoll zu nutzen und die Energieeffizienz zu verbessern,
benötigt es spezifische thermoelektrische Module zur direkten Umwandlung
von Wärme in Strom. Bei der Entwicklung der Module ist die
Charakterisierung unter anwendungsnahen Bedingungen notwendig, so etwa
unter thermischer Wechselbeanspruchung. Dies stellte die Forschung bisher
vor besondere Herausforderungen.

Im Gegensatz zu bisherigen Modellen arbeitet der neu entwickelte
dynamische Versuchsstand unter anwendungsnahen Bedingungen bei
Temperaturen bis zu 600 °C. Er besitzt jeweils eine Heiß- und Kaltseite,
die hinsichtlich des Temperaturniveaus unabhängig voneinander regel- und
zyklierbar sind. Somit können zyklische Temperaturveränderungen simuliert
werden, wie sie auch in der Praxis auftreten. Der neue Versuchsstand ist
damit eine entscheidende Ergänzung zum bisher am Fraunhofer IFAM
vorhandenen Modell, mit dem die Forschenden bis dato lediglich
Untersuchungen unter stationären Bedingungen durchführen konnten.

Der innovative Versuchsstand ermöglicht es den Wissenschaftlerinnen und
Wissenschaftlern des Fraunhofer IFAM, die Effizienz und die erzeugte
elektrische Energie der Module bei vorgegebenen Randbedingungen zu
bestimmen. Zusätzlich kann die Temperaturwechselbeständigkeit des
Materials aus Werkstoffsicht geprüft werden. Auch unterschiedliche
Atmosphären, wie beispielsweise Schutzgas oder Vakuum, sind beim Test
anwendbar.

Zwischen der Heiß- und Kaltseite des neuen Versuchsstandes ist die
Anordnung eines Thermoelektrik-Moduls von einer Größe bis zu 50 x 50 mm²
möglich. Die Regelung der Heiß- und Kaltseite erfolgt mithilfe einer
elektrischen Beheizung in Kombination mit einer Luft- bzw. Gaskühlung.

Der neue thermoelektrische Versuchsstand ist nur ein Beispiel für die
fortlaufende Versuchsstandentwicklung im Geschäftsfeld Energie und
Thermisches Management am Fraunhofer IFAM Dresden. Sowohl die Entwicklung
des Konzeptes als auch die Auslegung, die Konstruktion, der Aufbau sowie
die Inbetriebnahme erfolgten in Eigenregie.

Die Forscherinnen und Forscher am Fraunhofer IFAM Dresden verfügen über
umfassende Kompetenzen in der Wärmeübertragung, Strömungsmechanik und
Konstruktion. Ihre Erfahrungen stammen aus einer Vielzahl von Projekten im
Bereich der Energietechnik. In der Vergangenheit konnten entsprechende
Versuchsstände für die Forschung verschiedenster Themenfelder in der Regel
selbst entwickelt werden. So entstanden z. B. ein Versuchsstand zur
Charakterisierung des Wärmeübergangs bei der Verdampfung sowie ein
Versuchsstand zur Bestimmung der Wärmeleitfähigkeit bei Raum- und
Hochtemperatur für Materialgemische. Druckverlustkanäle und ein
Zyklierversuchsstand für Werkstofftests in PCM (Phase Change Materials)
sind weitere prägnante Beispiele.

Bei der Entwicklung nutzen die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler
die Möglichkeiten zur Auslegung und mathematischen Modellierung mithilfe
kommerzieller Software, wie z. B. COMSOL Multiphysics. Am Fraunhofer IFAM
Dresden ist zudem die entsprechende Infrastruktur zur Bestimmung
notwendiger thermischer Materialkennwerte, wie etwa Wärmeleitfähigkeit
oder -kapazität, vorhanden. Das neue, wärmetechnische Labor verfügt über
aktuelle Messtechniken für die Versuchsdurchführung, um z. B. Temperatur,
Druck oder Durchfluss verschiedenster Materialien zu ermitteln oder auch
Gas- und Flüssigkeitsströmungen zu konditionieren.

Wissenschaftliche Ansprechpartner:
Dr.-Ing. André Schlott

Originalpublikation:
https://www.ifam.fraunhofer.de/de/Presse/Versuchsstand_zum_Testen_thermoelektrischer_Module.html

Bundesministerium für Verkehr und digitale Infrastruktur zeichnet
Akteursnetzwerk mit neuem Titel und finanziellen Mitteln aus, Hochschule
Stralsund steuert die Expertise für konkrete Wasserstoffprojekte in der
Region bei.

Potentiale von Wasserstoff entdecken und umsetzen – das ist am Institut
für Regenerative Energie Systeme (IRES) der Hochschule Stralsund schon
seit Jahren eine Maxime, die in der anwendungsorientierten Forschung
beeindruckende Früchte getragen hat. Um die reale Umsetzung vor Ort – in
Stralsund und im Landkreis Vorpommern-Rügen – voranzubringen, unterstützt
die Hochschule Stralsund mit ihrer Expertise ein regionales Team, in dem
neben Vertreter*innen von Hansestadt und Landkreis auch die
Verkehrsgesellschaft Vorpommern-Rügen, die Weisse Flotte GmbH, die
Landesenergie- und Klimaschutzagentur M-V GmbH, die SWS Seehafen Stralsund
GmbH, SWS Energie GmbH, der Tourismusverband Rügen e. V., die UmWeltSchule
Rügen e. V., die EnergieWerk Rügen e. G., der Zweckverband
Wasserversorgung und Abwasserbehandlung Rügen (ZWAR)  sowie der Mukran
Port organisiert sind – mit großem Erfolg.

Konkrete Projekte für die Region

In der zweiten Runde des Wettbewerbs „HyLand – Wasserstoffregionen in
Deutschland“ hat das Bundesministerium für Verkehr und digitale
Infrastruktur die Region Rügen-Stralsund zum „HyExpert“ gekürt. „Mit der
Bewilligung als „HyExpert“-Region haben wir nun nach „HyStarter“ den
zweiten Schritt erreicht, um konkrete Wasserstoffprojekte in der Region
vorzubereiten, für deren Umsetzung dann „HyPerformer“-Mittel beantragt
werden können, die mit Investitionskostenzuschüssen für die
Wasserstofferzeugung und -Anwendung einhergehen“, erklärt Prof. Dr.
Johannes Gulden, Leiter des IRES-Institutes an der Hochschule Stralsund.
Er war am 14. September 2021 der Einladung zum „HyLand“-
Vernetzungstreffen im Rahmen der Messe Husum Wind gefolgt. Dort berichtete
er über die bisherigen „HyStarter“-Erfahrungen der Region Rügen-Stralsund
und nahm gemeinsam mit Ralf Bernhardt, Geschäftsführer der SWS Energie
GmbH, die offiziellen Glückwünsche entgegen – stellvertretend für das
gesamte Kernteam der „HyExpert“-Gewinner-Region Rügen-Stralsund. „Für die
Region des Landkreises Vorpommern-Rügen ist das ein wichtiger Schritt für
den Aufbau einer Wasserstoffwirtschaft“, so Prof. Dr. Gulden. Konkrete,
finanziell gut bezuschusste und dadurch umsetzbare Projekte könnten neben
den regionalen Wertschöpfungseffekten durch die dezentrale Nutzung von
regenerativ erzeugtem Strom auch weitere Ansiedlungen von Unternehmen mit
sich bringen. „Damit hat die Region die Chance, die Energiewende vor Ort
selbst zu gestalten“, ordnet Gulden ein. Für die Hochschule Stralsund
bedeutet das: Weitere neuere Kooperationspartner*innen in der Region für
Forschungs- und Entwicklungsprojekte sowie für Transferaktivitäten und
damit auch einen weiteren Standortvorteil.

400.000 Euro Förderung für ein umsetzungsfähiges Konzept

Anerkennung für die Auszeichnung kam auch aus dem Energieministerium des
Landes Mecklenburg-Vorpommern: „Ich freue mich sehr, dass ihr jahrelanges
Engagement im Bereich Wasserstoff und unser ebenso langes Netzwerken auf
verschiedenen Ebenen nun solch‘ erfreuliche Früchte trägt“, hatte Minister
Christian Pegel öffentlich über das Ministerium erklärt. Als „HyExpert“
erhält die Region 400.000 Euro, mit denen sie Beratungs-, Planungs- sowie
Dienstleistungen für ein umsetzungsfähiges Gesamtkonzept für eine
regionale Wasserstoffwirtschaft beauftragen kann. Dazu gehört auch eine
Machbarkeitsstudie für die Wasserstoffanwendung in der urbanen Entwicklung
im Quartier Andershof. Die bei der Wasserstofferzeugung anfallende Wärme
soll direkt im Gebäudesektor genutzt werden und damit der Einstieg in ein
CO2-freies Fernwärmenetz geschaffen werden – So die Idee. Der erzeugte
grüne Wasserstoff könnte dann in einer Wasserstofftankstelle verdichtet
und damit auch zum Beispiel dem regionalen ÖPNV zur Verfügung gestellt
werden.

Eine weitere Studie soll sich mit der Entwicklung im ländlichen Raum in
Gingst auf Rügen beschäftigen, hier könnten aus der Förderung gefallene
Alt-Windkraftanlagen weiter für die Wasserstofferzeugung genutzt werden.
Im Hinblick auf die beiden Seehäfen Stralsund und Mukran soll es in einer
dritten Studie sowohl um die Offshore- als auch Onshore-Versorgung mit
Wasserstoff gehen. Beide Häfen könnten dabei wichtige Umschlagplätze sein.

Hintergrund zum „HyLand“-Programm

Der „HyLand“-Wettbewerb ist Teil des Nationalen Innovationsprogramms
Wasserstoff- und Brennstoffzellentechnologie. Sie soll dazu beitragen,
Wasserstoff als Energieträger im Verkehrssektor wettbewerbsfähiger zu
machen. In der ersten Phase des Programms war die Region Rügen-Stralsund
bereits als „HyStarter“ in die Regionenförderung aufgenommen worden. Die
Hochschule Stralsund hatte die Hansestadt Stralsund bei der
Antragsstellung für die „HyExpert“-Region unterstützt, Ideen und
Maßnahmenvorschläge eingebracht, die nun in der Region mit einem
umsetzungsorientierten Konzept auf technische und wirtschaftliche
Machbarkeit hin näher untersucht werden sollen. Das IRES ist Teil des
Kernteams und begleitet das „HyExpert“-Projekt wissenschaftlich.

Die Deutsche Mathematiker-Vereinigung (DMV) und die Österreichische
Mathematische Gesellschaft (ÖMG) hielten ihre Jahrestagungen dieses Jahr
gemeinsam ab. Für den grenzüberschreitenden Mathematik-Kongress haben sie
sich die Donaustadt Passau an deutsch-österreichischen Grenze ausgesucht.
Pandemiebedingt richtet die Universität Passau das Jahrestreffen vom 27.
September bis zum 1. Oktober 2021 online aus.

„Natürlich ist es schade, dass wir uns nicht persönlich treffen können“,
sagt Brigitte Forster-Heinlein, Professorin für Mathematik an der
Universität Passau und Cheforganisatorin der Jahrestagung. „Aber das
Online-Format erlaubt Menschen mit dabei zu sein, die die Reise nach
Passau nicht machen können. Und wir bieten mehrere Festvorträge, die sich
kostenlos an eine breite Öffentlichkeit richten.“

Hierzu gehören ein öffentlicher Vortrag von Christian Hesse, Professor für
Mathematik und Mathematik-Communicator an der Universität Stuttgart, am
28.09. um 19 Uhr 30 und ein Festvortrag von Martin Grötschel, der die
Cantor-Medaille der DMV des Jahres 2021 bekam, die höchste Auszeichnung,
die die DMV für Forschungsleistung vergibt. Martin Grötschel, Mathematik-
Professor aus Berlin und Präsident der Berlin-brandenburgischen Akademie
der Wissenschaften von 2015 bis 2020, wird am 1. Oktober um 10 Uhr 30 über
„Moderne Mathematik“ sprechen. Auch die Teilnahme am Mittagsseminar
„Mathematik in industriellen Anwendungen“ am 29.9.2021, 12-14 Uhr, ist
kostenlos. Teilnahmelinks auf Anfrage und ab 28.09. auf mathematik.de.

Weitere Highlights der Jahrestagung werden die Hauptvorträge der dies- und
letztjährigen Träger*innen des Förderungspreises der ÖMG sein, Julian
Fischer aus Wien, Karin Schnass aus Innsbruck und Joscha Prochno aus Graz,
der Lehrer*innentag am 29.09. sowie die Studierendenkonferenz, die vom 28.
bis zum 29.09. stattfinden wird. Eine Anmeldung zum Kongress ist noch bis
zum 26. September 2021 möglich.

Der Coburger Professor Kolja Kühnlenz erklärt, warum sich angehende
Ingenieurinnen und Ingenieure mit ethischen Fragen beschäftigen müssen. In
einer Ringvorlesung vermittelt er seinen Studierenden aktuelle
Bedingungen, Trends und kreativen Ideen in Automatisierungstechnik,
Robotik und Mensch-Maschine-Interaktion.

Ob‘s der 20 Meter große Gundam-Roboter ist, der in Tokio Menschen zu einem
Einkaufszentrum lockt, die kuschelige Roboterrobbe Paro, die Demenzkranke
unterhält, oder der Service-Roboter, der während der Corona-Pandemie
Masken verteilt und Flächen desinfiziert: Moderne Ingenieurswissenschaften
müssen bei der Entwicklung neuer Systeme kreativ sein und sich dabei mit
großen gesellschaftlichen Themen und ethischen Fragen auseinandersetzen:
„Im Berufsalltag wird das Potenzial, neue Ideen entwickeln zu können,
immer wichtiger“, sagt Prof. Dr. Kolja Kühnlenz. Er leitet den
Bachelorstudiengang Automatisierungstechnik und Robotik an der Hochschule
Coburg, ist fasziniert von den technischen Möglichkeiten – und kennt ihre
Grenzen. „Die schönste Technologie nützt keinem, wenn sie nicht akzeptiert
wird. Die Menschen müssen bereit sein, Kontrolle an ein technisches System
abzugeben.“

In Coburg werden die Studierenden deshalb frühzeitig für die Ängste der
Menschen und für ethische Fragen sensibilisiert. „Für Ingenieurinnen und
Ingenieure ist natürlich erst einmal wichtig, dass sie eine solide
Grundausbildung haben, auf die sie zurückgreifen können“, sagt Kühnlenz.
„Sie müssen sich aber auch der Auswirkungen ihres Handelns bewusst sein.“
Aus diesem Grund wurde bei der Reform des Bachelor-Studiengangs eine
interdisziplinäre Ringvorlesung eingeführt. Gleich im ersten Semester
beschäftigen sich die Studierenden beispielsweise mit den
Nachhaltigkeitszielen der Vereinten Nationen, mit der Frage nach Autonomie
und Kontrolle bei intelligenten Maschinen, die vom Militär eingesetzt
werden und mit länderspezifischen Unterschieden – denn ob Robotik gut
angenommen wird, ist auch eine Frage der Kultur.

Riesen-Maschine, Robo-Kumpel oder Terminator?

Solche kulturellen Unterschiede waren in der letzten Ringvorlesung Thema
von Fabian-Alexander Schipmann. Er verglich Industrie-Zahlen von 2019: Da
lagen die USA mit nur neun Prozent Robotern weit zurück, Europa hatte 16
Prozent und die Region Asien-Pazifik 63 Prozent. Der Student fand anhand
der Statistiken heraus, dass es nicht nur regionale Unterschiede gibt:
„Die Akzeptanz von Robotik steigt in der jüngeren Generation.“ Lea Koch
und Viktoria Lauterbach arbeiteten Trends in Europa heraus: Selbstfahrende
Traktoren auf quadratkilometergroßen Feldern können die Menschen sich hier
eher vorstellen als Maschinen in der Kinderbetreuung und Pflege. In Japan
hingegen liegt der Schwerpunkt bei sozialen Robotern. „Fast 80 Prozent der
Pflegeroboter weltweit werden in Japan eingesetzt.“ Gründe dafür, dass die
Menschen in Asien anders zu Robotik stehen als in Europa oder Amerika,
entdeckten die Studierenden Lukas Ferber und Leonie Schmidt unter anderem
im wirtschaftlich-technologischen Aufbau nach dem Zweiten Weltkrieg, aber
auch in der religiösen Vorstellung des Animismus: „Es ist ein Glaube an
die Allbeseeltheit der Natur. Dabei wird nicht zwischen leblosen Objekten
und Menschen unterschieden. Alle Dinge haben eine Seele.“ Das erklärt,
warum der durchschnittliche Roboter in japanischer ScienceFiction viel
freundlicher ist, als beispielsweise der US-amerikanische Terminator.

Aktuelle Trends in der Mensch-Maschine-Interaktion

„Wir leben in einer zunehmend vernetzten Welt“, sagt Professor Kühnlenz.
Er geht davon aus, dass sich die länderspezifischen Unterschiede nach und
nach angleichen werden. Der interdisziplinäre Ansatz der Ringvorlesung
hilft zu verstehen, was Nutzerinnen und Nutzer brauchen, damit sie neuen
Technologien vertrauen. „Gleichzeitig sehen die Studierenden: Wo geht es
im Bereich Automatisierungstechnik, Robotik und Mensch-Maschine-
Interaktion hin, was passiert aktuell in der Welt, was ist möglich?“ Und
das reicht vom selbstständig arbeitenden Staubsauger im Wohnzimmer bis zum
Fertigungs-Roboter, der in der Industrie die schweren Arbeiten übernimmt.
Oder auch mal bis hin zu Maschinen, die in japanischen Baseball-Stadien
singen und tanzen, um die Spieler anzufeuern, wenn wegen Corona gerade
keine Fans kommen dürfen.

Bewerbungen an der Hochschule Coburg sind in einigen Studiengängen noch
bis Ende September möglich auf www.hs-coburg.de/bewerben.

Text: Natalie Schalk