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JAHRESBERICHT 2006/2007 ANNUAL REPORT 2006/2007


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Inhalt Vorwort Überblick

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Preface Overview

BERICHTE AUS DEN FORSCHUNGSBEREICHEN

REPORTS FROM THE RESEARCH AREAS

SCHLÜSSELTECHNOLOGIEN GKSS-Funktionale Werkstoffsysteme

KEY TECHNOLOGIES Advanced Engineering Materials

Magnesium-Mikromechanik im Computer Magnesiumwerkstoffe als Implantatmaterialien Hydrierung von Speiseöl im Membranreaktor

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ERDE UND UMWELT GKSS-Küstenforschung

Magnesium Micromechanics in Computer Simulations Magnesium-based Materials for Implants Hydrogenation of Cooking Oil in a Membrane Reactor

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Mapping the Habitat Sensitivity of the Wadden Sea in Germany

Stürmische Zeiten für Norddeutschland?

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Changes in Storm Climate and Related Marine Hazards

GESUNDHEIT GKSS-Regenerative Medizin

STRUKTUR DER MATERIE GKSS-Forschung mit Photonen, Neutronen und Ionen Neue Untersuchungsmethoden zur 3D-Charakterisierung von biologischen Systemen

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Polyetherimide (PEI) — a Polymer for Biomedical Applications?

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STRUCTURE OF MATTER Research with Photons, Neutrons and Ions New Methods for 3D Characterisation Using Synchrotron Radiation and Neutrons

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TECHNICAL SERVICES 48 50

GKSS ZAHLEN, DATEN, FAKTEN Organe und Gremien Kennzahlen Das Umfeld Öffentlichkeitsarbeit Schülerlabor Quantensprung Lagepläne Impressum

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HEALTH Regenerative Medicine

GKSS SERVICE UND TECHNIK Aus der Arbeit des Technikums Forschungsreaktor FRG-1

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EARTH AND ENVIRONMENT Coastal Research

Sensitivitätskartierung im deutschen Wattenmeer

Polyetherimid (PEI) – ein Polymer für biomedizinische Anwendungen?

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The Tasks of the Technical Centre FRG-1 Research Reactor

48 50

FACTS AND FIGURES 54 62 66 74 78 82 83

Organization Key Figures External Interactions Public Relations Quantum Leap — the GKSS Laboratory for Schools Site maps Imprint

54 62 66 74 78 82 83

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„Forschen für eine lebenswerte Zukunft“

DIPL.-ING. MICHAEL GANß KAUFMÄNNISCHER GESCHÄFTSFÜHRER

PROF. DR. WOLFGANG KAYSSER WISSENSCHAFTLICH-TECHNISCHER GESCHÄFTSFÜHRER

Liebe Leserinnen und Leser, die zunehmenden Veränderungen des Gesamtsystems Erde fordern die moderne Forschung heraus. Dass ein globaler Klimawandel eintreten wird, daran lässt der dazu im Februar 2007 veröffentlichte Bericht des Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC) der UNO keine Zweifel. Welches Ausmaß dieser Wandel annehmen wird, hängt aus heutiger Sicht weitgehend davon ab, ob die von den Menschen freigesetzten Treibhausgase wie CO2 auf ein für das Erdsystem verträgliches Maß reduziert werden können. Beiträge hierzu werden u.a. eine effizientere Energiewandlung, die Nutzung CO2-neutraler oder -armer Energieträger und ein verminderter Energieverbrauch im privaten, wirtschaftlichen und öffentlichen Bereich leisten. Das GKSS Forschungszentrum erarbeitet mit seinen Forschungsthemen Grundlagenwissen und Lösungsansätze für diese Fragestellungen. Allerdings werden Veränderungen des Klimas auf Grund der bereits vorhandenen Änderungen der Zusammensetzung der Erdatmosphäre eintreten, auch wenn wir global mit vielen anderen Partnern aus Wissenschaft, Wirtschaft, Verwaltung und Politik zusammen mit diesen Anstrengungen mittelfristig erfolgreich sein sollten. Parallel zur Emissionsminderung besteht daher die Notwendigkeit, Anpassungsstrategien z.B. im Küstenschutz oder in der Landwirtschaft zu entwickeln, um für die negativen und positiven Folgen der sich abzeichnenden Veränderungen vorbereitet zu sein. Auch dabei spielt GKSS eine richtungsweisende Rolle. Damit derartige Anpassungsstrategien entwickelt werden können, gründete GKSS im März 2007 das "Norddeutsche Klimabüro". Diese Ansprech- und Informationsstation verstärkt die Kommunikation zwischen Forschung und Anwendung. Sie versteht sich unter dem GKSS-Motto "Wissen schafft Nutzen" als Gesprächspartner für Landwirtschaft, Tourismus und Küstenschutz. Die wissenschaftlichen Arbeiten des Norddeutschen Klimabüros stützen sich auf eine 4

umfassende Datenbasis, die zum größten Teil im GKSSProjekt coastDat zusammengefasst wird und bereits der wissenschaftlichen Gemeinschaft zur Verfügung steht. Dieser Wind-, Sturm- und Seegangsklima-Datensatz erlaubt, das Küstenklima der Vergangenheit zu rekonstruieren und mögliche Szenarien für die Zukunft zu erstellen. Der Datensatz von coastDat soll auch Bestandteil des ExzellenzclusterAntrags CLISAP (Integrated Climate System Analysis and Prediction) werden, der gemeinsam mit dem MPI für Meteorologie und der Universität Hamburg im Rahmen der Exzellenzinitiative des BMBF gestellt wurde und in der laufenden Runde zum Vollantrag aufgefordert wurde. Im Auftrag des BMBF organisierte GKSS in Hamburg im März 2007 eine Konferenz mit dem Titel „Globaler Klimawandel und regionale Auswirkungen in Norddeutschland“. Über 600 Teilnehmern kamen, um den Dialog zwischen Forschung und Anwendung, die Partnerschaft von Wissenschaft, Politik, Wirtschaft und Verwaltung zu intensivieren. Ab 2010 soll das Deutsche Klimarechenzentrum (DKRZ) unter dem Dach von GKSS eingebunden werden. Mit der mittelfristigen Absicherung dieses deutschen Höchstleistungsrechenzentrums für die Klima- und Erdsystemforschung wird die international wettbewerbsfähige Klimaforschung in Deutschland weiter gestärkt. Im Helmholtz-Forschungsnetzwerk EOS (Integrated Earth Observing System) bündeln neben GKSS fünf weitere Helmholtz-Zentren Kompetenzen, um den Zustand und die Entwicklungstrends im System Erde insbesondere mit Methoden der Fernerkundung zu beobachten, zu analysieren und Szenarien zukünftiger Entwicklungsmöglichkeiten zu erstellen. Der globalen Herausforderung von Klima- und Ressourcenschonung tragen wir Rechnung, indem wir das Profil unserer Aktivitäten in den Jahren 2006 und 2007 weiter schärften. Mit der Finanzierungsempfehlung für die Helmholtz-Allianz MEM-BRAIN werden GKSS, das federführende Forschungs-


zentrum Jülich, DESY und das Hahn-Meitner-Institut erstmals ein HGF-übergreifendes Konzept zur Entwicklung von selektiven Membranen für die Gasseparation von fossilen Kraftwerken zur Reduktion der CO2-Emission umsetzen. Das zunehmende Interesse an erneuerbaren Energien und die Suche nach effektiven und sauberen Energieträgern hat auch zu einer deutlichen Intensivierung der Forschung für Brennstoffzellen und Wasserstofftechnologien bei GKSS geführt. GKSS bringt dabei maßgeblich seine international anerkannten Kompetenzen in der Entwicklung von dafür benötigten neuartigen Membranen sowie von leistungsfähigeren funktionalen Materialien für die mobile Wasserstoffspeicherung ein. Ein Blick auf die zahlreichen Veranstaltungen in unserem Jubiläumsjahr 2006 macht deutlich, dass wir uns darüber hinaus im Sinne des sensiblen Umgangs mit Ressourcen und Energie im Bereich der Entwicklungen von neuen multifunktionalen Werkstoff- und Materialsystemen, z.B. für den mobilen Extrem-Leichtbau engagieren. Mit der Einweihung der Versuchshalle für die Magnesiumprozesstechnik und der begonnenen Ausbauinvestition MagIC (Magnesium Innovations Center) entsteht auf unserem Gelände eine international einzigartige Forschungsplattform für Magnesiumforschung als ein Schlüssel für nachhaltige Innovationen in diesem durch sein Potential für den Leichtbau in Fahrzeugen gesellschaftsrelevanten Forschungszweig. Fügetechniken, Bauteilbewertungssysteme, Nanotechnologie und die Anwendung von Neutronen und Synchrotronstrahlung für Strukturuntersuchungen sind weitere unverzichtbare Bausteine für eine integrierte Werkstoffforschung bei GKSS. Auch in diesem Bereich sind durch die Berufung von zwei Institutsleitern (Prof. Norbert Huber und Prof. Andreas Schreyer) entscheidende Weichen für die Zukunft gestellt worden. Mit dem Engagement von GKSS an der Geesthachter Neutronen Facility (GeNF), an den Synchrotronquellen DORIS und PETRA bei DESY in Hamburg sowie an der Neutronenquelle FRM II in München stehen herausragende Experimentalmöglichkeiten für die GKSS-Forscher aber auch für externe Nutzer zur Verfügung. Forschung für eine lebenswerte Zukunft ist auch die Leitlinie unseres Campus-Teltow in Brandenburg. Die wachsende Lebenserwartung in den Industriestaaten führt zu einem rasch steigenden Bedarf an verbesserten oder neuartigen Therapiemöglichkeiten für degenerative Erkrankungen z.B. des Herz-Kreislaufsystems oder des Bewegungsapparates. Die Kernkompetenz von GKSS liegt hier u.a. in der Entwicklung von funktionalisierten, stimuli-sensitiven und biokompatiblen Materialien, um z.B. den Ersatz von krankem, verletztem oder bei Operationen entferntem Körpergewebe durch gezielt nachwachsendes funktionelles Gewebe zu ermöglichen. Um die Ergebnisse der Grundlagenforschung auch in klinikrelevante und marktfähige Lösungen umzusetzen, haben wir in Teltow im September 2006 das Zentrum für Biomaterialentwicklung eröffnet. Zeitgleich haben das BMBF,

die Länder Berlin und Brandenburg und die HelmholtzGemeinschaft unseren Antrag genehmigt, ein Translationszentrum für Regenerative Medizin in Berlin-Wedding mit einem jährlichen Budget von über mit 10 Mio. Euro zunächst für einen Zeitraum von vier Jahren zu fördern. Dieses BerlinBrandenburger Zentrum für Regenerative Therapien (BCRT) wird von GKSS gemeinsam mit der Charité-Universitätsmedizin Berlin und dem Max-Delbrück-Centrum für Molekulare Medizin Berlin-Buch aufgebaut und betrieben. Von GKSS werden vier der 23 Forschergruppen und einer der acht Arbeitsbereiche geleitet. Chancengleichheit und die Vereinbarkeit von Familie und Beruf sind in hohem Maße gesellschaftsrelevante Themen, die bei GKSS nicht nur ernst genommen werden, sondern für die wir aktiv handeln. Mit der Errichtung der Kindertagesstätte „Einsteinchen“ haben wir ein Zeichen gesetzt. Seit April 2007 nutzen Krippe und Kindergarten das neue Haus. GKSS ist damit präsent in Zukunftsthemen wie Energie, Klimawandel und Gesundheit, die sowohl in der HightechStrategie der Bundesregierung als auch im 7. Rahmenprogramm der EU ausdrücklich als stark zu fördernde Themenfelder genannt sind. Sie sind auch Kernbestandteil in unserem im Jahr 2006 verabschiedeten Struktur- und Entwicklungsplan als wesentliche Forschungsschwerpunkte für die nächsten 10 bis 15 Jahre. „Wissen schafft Nutzen“ – diesen Leitsatz haben wir uns im Jubiläumsjahr 2006 gegeben. Er charakterisiert treffend unsere Intention in den vergangen 50 Jahren, der Gegenwart und wird auch unsere zukünftige Leitlinie sein. Wir werden weiterhin mit hochrangiger Forschung nachhaltig zur Sicherung und Gestaltung einer lebenswerten Zukunft beitragen.

Prof. Dr. Wolfgang Kaysser wissenschaftlich-technischer Geschäftsführer

Dipl.-Ing. Michael Ganß kaufmännischer Geschäftsführer

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“Research for a Liveable Future”

DIPL.-ING. MICHAEL GANß MANAGING DIRECTOR

PROF. DR. WOLFGANG KAYSSER SCIENTIFIC CHAIRMAN

Dear readers, The changes that are increasingly taking place in the Earth System pose a major challenge to contemporary research. The report released in February 2007 by the United Nations’ Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC) leaves no doubt that climate change is taking place on a global scale. From our perspective today, the precise dimensions of climate change in the future will largely depend on whether the volume of greenhouse gases generated by human beings, such as CO2, can be reduced to an amount that is compatible with the Earth System. The measures that must be taken to achieve this goal include more efficient energy conversion, the use of CO2-neutral or low-CO2 energy sources and reduced energy consumption in the private, commercial and public sectors. The GKSS Research Centre focuses on research areas that generate basic knowledge about these issues and approaches to solutions. However, even if the efforts we are making on a global scale together with many other partners from the spheres of science, commerce, administration and politics should prove to be successful in the medium term, the alterations that have already taken place in the composition of the Earth’s atmosphere make further climate change inevitable. Therefore, emission reductions must be accompanied by parallel efforts to develop adjustment strategies in areas such as agriculture and coastal protection, so that we can be prepared for both the positive and the negative consequences of future climate change. Here too, GKSS is playing a pioneering role. In order to develop such adjustment strategies, GKSS established the North German Climate Office in March 2007. This communication and information platform will strengthen the lines of communication between the areas of research and application. In line with the GKSS motto “knowledge generates utility”, the Climate Office acts as a 6

dialogue partner for interested individuals from the areas of agriculture, tourism and coastal protection. The research work done by the North German Climate Office is based on a comprehensive database that is largely being compiled through the GKSS project coastDat and is already available to the general research community. This database of information about wind, storm and sea conditions makes it possible to reconstruct the coastal climate of past time periods and create possible future scenarios. Plans call for the coastDat database to be integrated into the proposal for a Cluster of Excellence known as CLISAP (Integrated Climate System Analysis and Prediction). This proposal was submitted jointly by GKSS, the Max Planck Institute for Meteorology (MPI-M) and the University of Hamburg as part of the excellence initiative of the Federal Ministry of Education and Research (BMBF), and the submitters were invited to present a full application in the current call. GKSS was commissioned by the BMBF to organize a conference titled “Global Climate Change and Regional Effects in Northern Germany” in Hamburg in March 2007. More than 600 participants took advantage of this opportunity to engage in a dialogue between research and application and to intensify the partnership between science, public policy, commerce and public administration. Starting in 2010, the German Climate Computing Centre (DKRZ) will be operating under the supervision of GKSS. This move, which ensures the medium-term future of this high-performance German computing centre for climate and Earth System research, will further strengthen the international competitiveness of climate research in Germany. GKSS and the five other Helmholtz centres that make up the Helmholtz research network EOS (Integrated Earth Observing System) combine their research capacities to observe and analyse the current state and development


trends of the Earth System. They primarily use remote monitoring techniques and develop scenarios for possible future developments on the basis of their findings. We have addressed the global challenge of climate and resource conservation by further refining sharpening the profile of our activities in 2006 and 2007. Within the Helmholtz alliance MEM-BRAIN, a number of partners — GKSS, DESY, the Hahn-Meitner Institute and the project leader, Research Centre Jülich — will for the first time apply a Helmholtz Association-wide concept for developing gas separation membranes in fossil-fuel power plants, with the aim of reducing CO2 emissions. The increasing interest in renewable energy sources and the search for effective and clean energy carriers has also led to strongly intensified research at GKSS in the areas of fuel cells and hydrogen technologies. GKSS is playing a major role in this research area, thanks to its internationally recognized expertise in developing the new types of membranes that are needed, as well as improved high-performance functional materials for mobile hydrogen storage. A look at the numerous events that took place during our anniversary year 2006 reveals the extent of our commitment to conserving resources and energy as we develop new multi-functional materials and materials systems — for example, those used for extremely lightweight structures for transportation and energy technologies. Now that we have inaugurated our centre for magnesium technology and begun investing in the expansion of our MagIC (Magnesium Innovations Centre), a unique international research platform for magnesium research is taking shape within our complex. This platform is a key to sustainable innovations in this research area, which is important for future social development thanks to the potential it harbours for automotive lightweight construction. Joining technologies, materials modelling and structural assessment, nanotechnology and the use of neutrons and synchrotron radiation for investigating internal structures are other indispensable components of integrated materials research at GKSS. In this field as well, the appointment of two institute directors (Prof. Norbert Huber and Prof. Andreas Schreyer) has set a definitive course for the future. The involvement of GKSS in the Geesthacht Neutron Facility (GeNF), the synchrotron sources DORIS and PETRA at DESY in Hamburg, and the neutron source FRM II in Munich offers outstanding facilities for experimentation, not only to GKSS researchers but also to external users. “Research for a liveable future” is also the guiding principle of our Teltow campus in Brandenburg. The increasing longevity of people in industrialized countries is leading to a rapidly growing demand for improved or innovative therapies for degenerative diseases, such as those affecting the cardiovascular and musculoskeletal systems. The core expertise of GKSS in this area includes the development of

functionalised, stimuli-sensitive and biocompatible materials. These can be used, for example, in the replacement of diseased or injured tissue, or tissue that has been surgically removed, with functional tissue that will grow in a targeted manner. In order to apply the results of basic research to clinically useful and marketable solutions, we opened the Centre for Biomaterial Development in Teltow in September 2006. At the same time, BMBF, the federal states of Berlin and Brandenburg, and the Helmholtz Association approved our request for funding for a Translation Centre for Regenerative Medicine in Berlin-Wedding, which will have an annual budget of more than €10 million for an initial period of four years. This institution, the Berlin-Brandenburg Centre for Regenerative Therapies (BCRT), is being set up and operated by GKSS in cooperation with the Charité-Universitätsmedizin Berlin medical school and hospital and the Max Delbrück Centre for Molecular Medicine in Berlin-Buch. Four of the 23 research groups and one of the eight work areas are headed by GKSS. Equal opportunity and the possibility of combining family and professional responsibilities are extremely important social issues that are taken seriously and actively promoted at GKSS. One indication of our commitment is the establishment of the “Einsteinchen CompanyKids” daycare centre. This new building has been serving as the site of a nursery and a kindergarten since April 2007. GKSS is actively involved in promoting issues that will be increasingly important in the future, including energy, climate change and health. These issues have been defined as areas that deserve strong support within the German government’s high-tech strategy and the seventh EU Framework Programme. They are also a core component of our structural and development plan we approved in 2006, and as such they will be major research areas over the next 10 to 15 years. “Knowledge generates utility” — this is the guiding principle we adopted for our anniversary year 2006. It perfectly sums up the impulse that has been guiding our efforts during the past 50 years, is leading us today, and will continue to be our guideline in the future. Through our high-level research, we will continue in the long term to do our share in designing a liveable future and making it a reality.

Prof. Dr. Wolfgang Kaysser Scientific Chairman

Dipl.-Ing. Michael Ganß Managing Director

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ÜBERBLICK Overview


Überblick • Overview

Überblick GKSS hat in den vergangenen Jahren seine Forschungsprogramme konsequent den Forschungsbereichen in der Helmholtz-Gemeinschaft (HGF) angepasst. Entsprechend sind folgende Programme Kernelemente der GKSS-Forschungsstruktur: ■

Funktionale Werkstoffsysteme

Meeres-, Küsten- und Polarforschung

Regenerative Medizin

Großgeräte für die Forschung mit Photonen, Neutronen und Ionen

Funktionale Werkstoffsysteme Die im Programm „Funktionale Werkstoffsysteme“ ausgewählten neuartigen Werkstoffe zeichnen sich dadurch aus, dass sie sich in ganz unterschiedlichen Branchen und Technologiebereichen einsetzen lassen und für eine Vielzahl von Anwendungen eignen. Damit sind diese Werkstoffe Schlüssel für neue innovative Systemlösungen, die dazu beitragen, den Wirtschaftsstandort Deutschland zu sichern. Unsere Entwicklungsschwerpunkte sind die Gebiete: Umweltgerechte Mobilität (z. B. Ultra-Leichtbaulegierungen and zugehörige Verarbeitungstechniken) Energie- und Umwelttechnologien (z. B. hochtemperaturfeste Leichtbaulegierungen zur Steigerung der Energieeffizienz, Materialien für die Wasserstofftechnologie, Membranen für die CO2-Abtrennung und für Osmose-Kraftwerke) Medizintechnik (z. B. bioabbaubare Mg-Legierungen, Implantatfertigung mittels Metallpulverspritzguss, Stimulisensitive Polymere). Das hierzu im Jahr 2004 beantragte Forschungs- und Entwicklungsprogramm wird unter Berücksichtigung der damaligen Gutachterempfehlungen konsequent weitergeführt. Strategische und konzeptionelle Schwerpunkte sind die Verstärkung der wissenschaftlichen Zusammenarbeit mit Hochschulen, die internationale Vernetzung der Forschungsaktivitäten und die Intensivierung der Industrie-Kooperationen. 10

Die Zusammenarbeit mit den Hochschulen wird insbesondere auf internationaler Ebene weitergeführt und verstärkt: • Im neuen, von GKSS koordinierten Marie-Curie-Forschungsnetzwerk „COSY: Complex Solid State Reactions for Energy Efficient Hydrogen Storage“ entwickeln und charakterisieren 13 europäische Hochschulen und Forschungseinrichtungen komplexe Hydride für die Wasserstoffspeicherung in mobilen Anwendungen und bilden Nachwuchswissenschaftler auf diesem Gebiet aus. • Gemeinsam mit 3 europäischen Universitäten organisiert GKSS im Rahmen des Marie-Curie-Programms die „EUROMEMBRANES: European Conferences and Training in Membrane Technology“. • Im Rahmen des von der Deutschen Forschungsgemeinschaft und der US-amerikanischen National Science Foundation geförderten „Materials World Network“ wurde das Projekt „Enhanced formability of Mg sheets” (GKSS, TU Hamburg-Harburg, Univ. of Virginia) zur Entwicklung von Magnesium-Knet-Legierungen u.a. für den Automobilbau bewilligt. • Von der European Science Foundation wird im EUROCORES-Programm „Selbstorganisierte Nanostrukturen“ das Projekt „SCALES: Complexity across Length Scales


in Soft Matter“ gefördert. In diesem Projekt entwickeln GKSS und fünf weitere europäische Forschungseinrichtungen sternförmige Moleküle, welche aus miteinander nicht mischbaren Ketten aufgebaut sind, und untersuchen die Struktur-Eigenschaftsbeziehungen solcher komplexer Molekülstrukturen. Diese neuen Kooperationen ergänzen eine ganze Reihe bereits existierender Hochschulprojekte, darunter das 2004 bewilligte Virtuelle Institut „Asymmetric Structures for Fuel Cells”, die 2005 von GKSS gegründete Helmholtz-Initiative „FuncHy: Funktionale Materialien für mobile Wasserstoffspeicher“, das DFG-Schwerpunktprogramm „InnoMagTec: Erweiterung der Einsatzgrenzen von Magnesiumlegierungen“ und weitere Im Rahmen von DFG-Projekte geförderte Kooperationen. Um die Vernetzung mit europäischen Forschungsinstitutionen sowie Industrieunternehmen weiter auszubauen, beteiligt sich GKSS an einer Reihe von EU-geförderten Projekten, die zum Teil von Geesthacht aus koordiniert werden: • Die Optimierung und Validierung von Fügeverfahren für verschiedenartigen Materialien und ihre Bewertung zur Beschreibung der Schädigungsmechanismen stehen im Vordergrund der Projekte SOLVSTIR, WEL-AIR und COINS. • In den EU-Projekten MOREPOWER (neue Membranmaterialien und ihre Integration in kompakte Brennstoffzellen für portable Anwendungen), COMPOSE und EUROMEMBRANES (Entwicklung nanostrukturierter Hybridmaterialien für die Trenntechnik), MULTIMATDESIGN (wissensbasiertes Design polymer-basierter Multifunktionsmaterialien) und NANOMEMPRO (europäisches Network of Excellence der wichtigsten Membranentwickler und Anwender) arbeitet GKSS mit den führenden europäischen Forschungseinrichtungen auf dem Gebiet der funktionalisierten Polymere zusammen. • GKSS hat im Jahr 2005 die oben genannte HelmholtzInitiative FuncHy und im Jahr 2006 das Marie-Curie Netzwerk COSY initiiert. Ziel dieser Initiativen ist es, ein europäisches Forschungsnetzwerk auf dem Gebiet der funktionalen Materialien für die künftige mobile Wasserstofftechnik zu etablieren. Diese Initiativen basieren thematisch auf dem EU-IP STORHY und dem im Januar 2006 begonnenen EU-IP NESSHY, sowie den bereits etablierten Marie-Curie-Research-Training-Networks HSORPTION und HYTRAIN. Zusammen mit dem EU-Projekt MOREPOWER, der Anfang 2007 gestarteten EU-CA „CARISMA: Coordination Action of Research on Intermediate and High Temperature Specialised Membrane Electrode Assemblies“ und dem EU Netzwerk FC-TESTNET bilden diese Aktivitäten den Keim für das beabsichtigte europäische Netzwerk.

Um die Ergebnisse der GKSS-Forschung auf dem Gebiet der funktionalen Werkstoffsysteme in industrielle Anwendungen zu übertragen, wurde die Zusammenarbeit mit Industriepartnern verstärkt: • Für ALCAN, Frankreich, wurden im Rahmen eines zweijährigen Forschungsauftrages lasergeschweißte Al-Legierungen für Flugzeugstrukturen entwickelt und untersucht. Ziel des Auftrags war eine Verbesserung der Schadenstoleranz von laserstrahlgeschweißten Flugzeug-Paneelen durch lokale Maßnahmen. Tatsächlich wurde eine Erhöhung der Lebensdauer von Panelen unter zyklischer Belastung um 60 Prozent erreicht. • Die Mechanismen der Rissausbreitung in laserstrahlgeschweißten Hybridverbindungen (zwischen Ti und Al) wurden im Auftrag von AIRBUS, Bremen, untersucht. Durch Geometriemodifikationen konnte auch hier eine signifikante Erhöhung der Lebensdauer der Verbindungs-Grenzflächen erreicht werden. • Im Rahmen eines Industrieauftrages wurde die tiegelund keramikfreie Induktionsabschmelztechnik (EIGA) hochskaliert, die in der Gieß- und Pulverherstellung von Titan- und TiAl-Legierungen Anwendung findet. Die Effizienz dieser Technik wurde durch eine Verdopplung von Schmelzrate und nutzbarem Stangendurchmesser erheblich gesteigert. Zudem wurde ein zugehöriges Induktionsspulendesign lizenziert. • Die erfolgreichen Arbeiten im EU-Projekt SALINITY POWER wurden in einem Entwicklungsauftrag der Statkraft Energi AS, Norwegen, weitergeführt. Ziel ist die Optimierung von Membranen zur Osmose basierten Energieerzeugung. 11


Überblick • Overview

• 2006 wurde das von Shell koordinierte EU-Projekt CERHYSEP abgeschlossen. Die bei GKSS entwickelten Membranen zur Wasserstoffabtrennung aus Industriegasen wurden erstmalig in großer Fläche hergestellt und in ein Membran-Modul für weitere Tests eingebaut, um ihre viel versprechenden Eigenschaften unter industrienahen Bedingungen weiter zu untersuchen. • Bei der STEAG Saar Energie AG wurde im Rahmen eines seit 2005 laufenden Kooperationsvertrags eine bei GKSS entwickelte Pilotanlage für die Anhebung des Methangehalts von Grubengas mittels Membrantechnik in Betrieb genommen.

Die Material- und Werkstoffforschung hat sich mittlerweile zum größten Forschungs- und Kompetenzbereich des GKSS-Forschungszentrums entwickelt. Dazu beigetragen hat insbesondere der erfolgreiche Ausbau des Programms „Funktionale Werkstoffsysteme“. Nicht weniger bedeutend war die entsprechende Fokussierung anderer GKSS-Programme – beispielsweise die Ausrichtung des Programms PNI auf die Charakterisierung ingenieurwissenschaftlicher Materialien oder des Programms Regenerative Medizin auf materialbezogene Fragestellungen.

Meeres-, Küsten- und Polarforschung Mit der Diskussion um den Klimawandel und einen möglichen Anstieg des Meeresspiegels rückt immer häufiger der Lebensraum Küste ins Blickfeld der Öffentlichkeit. Das GKSS-Forschungszentrum beschäftigt sich bereits seit längerer Zeit mit dieser weltweit bedeutenden Region. Im aktuellen Forschungsprogramm „Meeres-, Küsten- und Polarforschung (MARCOPOLI, Marine, Coastal and Polar Research“, das gemeinsam mit Forschern vom Alfred-Wegener-Institut (AWI) durchgeführt wird, arbeitet das GKSS im Schwerpunkt Küstenforschung. MARCOPOLI soll unter anderem neue Grundlagen für das Management von Küstenzonen, wie beispielsweise den Küstenschutz, erarbeiten. Im Fokus der Forschung stehen dabei die Schaffung neuer Methoden zur Erstellung langer klimarelevanter Zeitserien, die Analyse der ökologischen Struktur von Lebensgemeinschaften an den Küsten sowie die ökologische Chemie von Organismen und neue Monitoringverfahren zur Beobachtung der Wasserqualität in Nord- und Ostsee. Ein weiterer Aspekt ist die hydrodynamische Modellierung, mit der der Transport und die daraus resultierende Verteilung von Schwebstoffen im Küstenbereich bestimmt wird. Zu diesem Zweck wurde bei der GKSS in den letzten Jahren ein Programm-Modul entwickelt und in ein Stofftransportmodell des Bundesamtes für Seeschifffahrt und Hydrographie (BSH) für die Nord- und Ostsee integriert. Damit ist es möglich, die Verteilung von Schwebstoffen (SPM, suspended particulate matter) im Wasser und ihre Ablagerung im Bodensediment in Abhängigkeit von der Strömung und erstmalig auch vom aktuellen Seegang zu berechnen. Mittlerweile wurde ein weiteres Küstenforschungsprojekt erfolgreich abgeschlossen: das von der EU finanzierte und von der GKSS koordinierte Projekt „FerryBox“. In diesem Projekt wurden Fähren mit automatischen Sensoren und Analysegeräten ausgestattet, die wichtige Parameter wie beispielsweise die Wassertemperatur, den Salzgehalt und 12

die Algenkonzentration erfassen. Elf europäische Forschungseinrichtungen waren daran beteiligt und haben unlängst die Ergebnisse von insgesamt neun Fährrouten aus verschiedenen Meeresgebieten verglichen. Die Daten waren Grundlage für die Untersuchung verschiedener Umweltprobleme. Die Ergebnisse zeigen, dass die „FerryBox“ ein zuverlässiges, kostengünstiges Instrumentarium zur automatisierten Beobachtung der Meeresumwelt ist. Während der ICES Annual Science Conference in Maastricht im September 2006 wurden die wichtigsten Ergebnisse vorgestellt. Am GKSS befassen wir uns darüber hinaus mit sehr greifbaren Aspekten der Küstenforschung – etwa der Untersuchung von Seehunden. In jedem Frühjahr werden an den Küsten des Wattenmeeres junge Seehunde (Heuler) gefunden, die durch gesundheitliche Probleme, ungünstige Wetterbedingungen oder menschliche Einwirkungen vom Muttertier getrennt wurden. In Zusammenarbeit mit der Seehundstation Friedrichskoog wurde der anthropogene Einfluss auf das Immunsystem dieser jungen Seehunde untersucht. Die ersten Ergebnisse dieser Arbeiten zeigen, dass eine hohe Anfälligkeit des Immunsystems gegenüber toxischen Metallen besteht. Am Institut für Küstenforschung der GKSS wurde ferner ein automatisiertes Expertenmodell erstellt, das dem für die Bekämpfung von Ölunfällen zuständigen „Havariekommando“ als wichtige und detaillierte Entscheidungshilfe bei der Vorsorgeplanung dient. Bisher erfasst das System insbesondere den Wattenmeerbereich. Künftig soll es auf die ganze Deutsche Bucht ausgedehnt werden. Ein weiteres Thema ist die Beobachtung von Baggergut, das an der Ostseeküste bei Rostock-Warnemünde verklappt worden ist. Die Entwicklung der Baggergutflächen wurde mit der Fächerecholottechnik über mehr als drei Jahre verfolgt. Volumenberechnungen ergaben, dass das Bag-


gergut nur in der Sinkphase während der Verklappung verdriftet wurde. Während der folgenden Jahre waren am Boden lediglich Umlagerungen zu beobachten, die zu einer Glättung der Oberflächen geführt haben. Im Institut für Küstenforschung spielt auch die Klimaforschung eine herausragende Rolle. Die Expertise aus unserem Hause ist anerkannt. So wurden GKSS-Forscher von der Universität Hamburg und dem Max-Planck-Institut für Meteorologie in die Planung einer Exzellenzinitiative zur Klimaforschung einbezogen. Im Vordergrund stand dabei die Frage, wie sich der derzeitige und der mögliche künftige Klimawandel bewerten lässt. Darüber hinaus hat das GKSS erheblich dazu beigetragen, Methoden für die Analyse der globalen Klimadynamik zu entwickeln. Zweifellos ist die Küstenforschung der GKSS vielfältig. Ein weiteres Ergebnis der umfangreichen wissenschaftlichen Arbeit ist das Internet-Portal CoastDat. Es ist die derzeit wohl umfassendste Sammlung homogener meteorologischozeanographischer Modelldaten für die Nord- und OsteeRegion. In CoastDat wurden retrospektive Rekonstruktionen (1950 bis heute) mariner Umweltbedingungen und möglicher konsistenter Zukunftsszenarien (bis Ende 2100) systematisch zusammengefasst und veröffentlicht. Bisher sind mit Hilfe von CoastDat die Veränderungen und Perspektiven von Sturmklima, Seegangsklima, Sturmflutstatistik und Strömungsstatistik dokumentiert und analysiert worden. Erste neue Untersuchungen deuten darauf hin, dass sich aus CoastDat auch Aussagen über die veränderliche Statistik der mesoskaligen „Polar Lows“ ableiten lassen. Das sind kleinräumige Tiefdruckgebiete in den polaren Regionen, die man bisher nur schwer prognostizieren kann. Seit kurzer Zeit versuchen wir, auch die veränderliche Statistik südostasiatischer Taifune mit Modellen zu beschreiben. Ein Resultat dieser Forschungsarbeit ist besonders beachtlich. So kommen wir zu dem Schluss, dass sich die Sturmtätigkeit nicht parallel zur Erhöhung der Temperatur verschärft. Die Szenarienrechnungen weisen darauf hin, dass zum Ende des Jahrhunderts mit um bis zu 10 Prozent stärkeren Starkwinden zu rechnen ist. Damit einher gehen höhere Sturmfluten von beispielsweise 70 cm in Hamburg zum Ende des Jahrhunderts. Die Ergebnisse werden derzeit mit den verschiedenen Küsteneinrichtungen – Instituten und Behörden – der norddeutschen Bundesländer diskutiert. Unter der Leitung von GKSS wurden in einem internationalen Konsortium die bisherigen Kenntnisse über den Klimawandel im Bereich der Ostsee bewertet. Die organisatorische Leitung des BACC genannten Projektes oblag dem BALTEX-Büro der GKSS. Gemeinsam mit der Helsinki-Kommission (HELCOM) wurden die Ergebnisse des BACC-Projektes in Göteborg Parlamentariern und der Öffentlichkeit

vorgestellt. Die Resonanz in den Medien war beachtlich. Das BACC-Projekt hat ergeben, dass ein expliziter Nachweis für den anthropogenen regionalen Klimawandel im Bereich der Ostsee bisher weder bekannt noch veröffentlicht war. Mit BACC aber liegen nun erstmals derartige Informationen vor: Demnach stimmt die in den letzten Jahren im Bereich der Ostsee beobachtete Erwärmung mit der globalen Erwärmung überein, die inzwischen als eindeutig anthropogen betrachtet wird. Damit kann man folglich auch die regionale Erwärmung im Ostseegebiet und beispielsweise auch die abnehmende Eisbedeckung im Bottnischen Meerbusen als weitgehend menschengemacht betrachten. In den Niederschlags- und Sturmdaten hingegen lässt sich derzeit kein Hinweis auf eine anthropogene Klimaänderung finden. Für die Zukunft wird erwartet, dass sich die Erwärmung und die damit einhergehenden Veränderungen deutlicher zeigen werden. Nach Einschätzung des von HELCOM akzeptierten BACC-Reports aber sind in Bezug auf Veränderungen der marinen Ökosysteme in der Ostsee bisher kaum robuste Aussagen möglich. Eine herausragendes Ereignis des vergangenen Jahres war der gemeinsam mit der Münchener-Rück-Versicherung organisierte „Workshop on Climate Change and Disaster Losses: Understanding and Attributing Trends and Projections“ in Hohenkammer bei München. Im Vordergrund stand die Frage, ob die in letzter Zeit zu beobachtenden Trends bezüglich wetterabhängiger Zerstörungen mit dem vom Menschen ausgelösten Klimawandel in Beziehung stehen. Die Teilnehmer waren sich darin einig, dass der Klimawandel real ist. Allerdings kann er, so das Fazit, nicht, wie im dritten Sachstandsbericht des IPCC suggeriert, aus den bisherigen Schadenstatistiken abgeleitet werden. Gemäß dieser, von Versicherungen zusammengestellten Statistiken nehmen die Schäden weltweit zu. Darin, so das Ergebnis der Veranstaltung, spiegeln sich aber vielmehr soziale und demographische Veränderungen wider – beispielsweise die Tatsache, dass weltweit die Besiedelung der Küstenräume weiter fortschreitet.

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Überblick • Overview

Regenerative Medizin Die Regenerative Medizin ist ein Gebiet mit großem Zukunftspotenzial. Von den aktuellen Forschungen verspricht man sich Ergebnisse mit erheblichem Nutzen für den Patienten und eine deutliche Kostenreduktion bei therapeutischen Maßnahmen. Außerdem gehen Fachleute davon aus, dass dieser Bereich neue Perspektiven für industrielle Produkte und Zukunftsmärkte eröffnet. Das GKSS Forschungszentrum koordiniert seit 2003 das Helmholtz-Programm „Regenerative Medizin“ im Forschungsbereich Gesundheit. Angesichts der wachsenden Bedeutung dieser Branche wird das Programm künftig weiter ausgebaut. Zu diesem Zweck soll es entsprechende Aktivitäten innerhalb der Helmholtz-Gemeinschaft jetzt verstärkt mit den Arbeiten anderer Forschungseinrichtungen, Kliniken und der Industrie zusammenführen. Ein Ziel des Programms ist beispielsweise die Konstruktion von Geweben (Tissue Engineering). Dafür müssen zunächst optimale synthetische Trägermaterialien (zum Beispiel Scaffolds, Partikel, Membranen) auf der Basis funktionaler Polymersysteme entwickelt werden. Zum Einsatz kommen ferner Verfahren, mit denen man den neuen Polymersystemen maßgeschneiderte Eigenschaften und Biofunktionalität aufprägt. Eine bedeutende Funktionalität eines Polymerträgers ist beispielsweise die Fähigkeit, die Zellteilung und -differenzierung im gezüchteten Zellgewebe zu steuern. Parallel dazu müssen Bioreaktoren entwickelt werden, die die entsprechenden Zellaggregate über längere Zeit funktional und vital halten. Im Fokus unserer Arbeiten stehen außerdem das muskuloskeletale System sowie das Herz-/Kreislaufsystem. Dabei sollen insbesondere Stammzelltechnologien berücksichtigt werden. Ein weiteres Programmziel besteht in der Entwicklung von Apheresetechnologien (Immun- und Endotoxinadsorber und Bioreaktoren. Das Programm "Regenerative Medizin" ist in folgende Teilprojekte gegliedert: A. Biologische Grundlagen (Zellbiologie, Entwicklungsbiologie) B. Bio Engineering B.1 Biomaterialentwicklung B.2 Scaffold-, Partikel-, und Bio-Interface Engineering C. Präklinische Anwendungsentwicklung C.1 Tissue Engineering und Zelltherapie C.2 Organunterstützungssysteme / Apherese D. Translation

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Das Programm „Regenerative Medizin“ soll vollständige Entwicklungsprozesse von der Grundlagenforschung bis zur klinischen Studie fördern. Dazu wird der Standort Teltow der GKSS zu einem Excellenzzentrum weiterentwickelt. So eröffnete die GKSS im September vergangenen Jahres am Instituts-Standort Teltow das „Zentrum für Biomaterialentwicklung“. Dass die Eröffnung im Beisein des Brandenburger Ministerpräsidenten, Mathias Platzek, und des Helmholtzpräsidenten, Prof. Jürgen Mlynek, stattfand, unterstreicht die Bedeutung unseres Forschungsschwerpunkts. Künftig wollen wir insbesondere Voraussetzungen für eine erfolgreiche Übertragung geeigneter FuE-Ergebnisse in die klinische und industrielle Praxis schaffen. Zu diesem Zweck wurden im vergangenen Jahr mit einem Management Review die vorbereitenden Arbeiten für die Einführung eines Qualitätsmanagements abgeschlossen – eine wichtige Voraussetzung für eine erfolgreiche Pilotfertigung im Bereich der Regenerativen Medizin. In diesem Kontext wurde 2006 mit einem Industriepartner ein Kooperationsprojekt zur Entwicklung eines stimuli-sensitiven Wundnahtmaterials begonnen. Der Ende vergangenen Jahres bewilligte Antrag für das neue Translationszentrum „Berlin-Brandenburg Center for Regenerative Therapies“ (BCRT) konnte zu einer HelmholtzAllianz mit der Charité erweitert werden. Damit wird zum einen die Kooperation in der Helmholtzgemeinschaft gestärkt. Zum anderen bietet das Zentrum umfassende Vernetzungsmöglichkeiten im Berliner Raum, einer der bedeutendsten europäischen Regionen in den Bereichen Medizintechnik und Biotechnologie. Der ebenfalls Ende 2006 bewilligte Sonderforschungsbereich 760 „Biomechanics and Biology of Musculosceletal Regeneration“ verstärkt diese lokale Vernetzung weiter. Das Forschungszentrum GKSS wird seine Aktivitäten im BCRT mit je zwei neuen durch das BMBF und die Helmholtz-Gemeinschaft geförderten Gruppen erweitern. Diese Gruppen sind: 1) Biomedical Characterisation of Biomaterials and Biomaterial Interfaces 2) Controlled Drug Release Systems for Bone Tissue Engineering 3) Gleichbehandlungsgesetz Biointerface Engineering/ Animal Testing 4) Bioreactor Development


Großgeräte für die Forschung mit Photonen, Neutronen und Ionen Die Helmholtz-Zentren sind für ihre Kompetenz beim Betrieb von hochwertigen Großforschungsgeräten bekannt. Diese Anlagen werden intensiv von Wissenschaftlern aus dem In- und Ausland insbesondere für die universitäre Forschung genutzt. Die Helmholtz-Zentren betreuen diese Geräte nicht nur. Sie entwickeln zugleich neue Messinstrumente, die an diesen Anlagen zum Einsatz kommen Ein Beispiel ist der HGF-Forschungsreaktor FRG-1 in Geesthacht. Damit der FRG-1 auch für die Restlaufzeit für Gastforscher interessant bleibt, wurde die Form des Moderatortopfes der kalten Neutronenquelle (KNQ) so verändert, dass sich der Fluss kalter Neutronen um zirka 60 Prozent erhöht. Die atomrechtliche Zustimmung liegt seit Oktober 2006 vor. Ab voraussichtlich Juni 2007 wird der erhöhte Fluss an allen Instrumenten, die kalte Neutronen nutzen, zur Verfügung stehen. Die Kosten der Maßnahme werden bei weitem durch die Einsparungen gedeckt, die durch die Verkürzung der jährlichen Betriebszeit des FRG-1 seit 2005 erzielt wurden. Die beim Umbau der KNQ entwickelten Verfahren können vom Hahn-Meitner-Institut in Berlin für eine analoge Maßnahme am dortigen Reaktor genutzt werden. Die Instrumentierung des FRG-1 weist eine weltweit einmalige Schwerpunktbildung im Bereich der Werkstoffforschung auf und bietet Nutzern entsprechend attraktive Möglichkeiten. Die Messinstrumente am FRG-1 werden ständig modernisiert, um auch weiterhin für die Nutzerschaft eine hohe wissenschaftliche Qualität zu garantieren. So wurde das Eigenspannungsdiffraktometer ARES mit einem neuen Sekundärdiffraktometer ausgestattet, das die Untersuchung erheblich größerer und schwerer Proben erlaubt. Am Neutronenradiographie-Instrument GENRA-3 wurde die neue Tomographie-Einheit in Betrieb genommen. Parallel zum Weiterbetrieb des FRG-1 engagiert sich GKSS am Heinz-Maier-Leibnitz-(FRM II)-Reaktor in Garching bei München. Das Reflektometer REFSANS hat am FRM II bereits den Routinebetrieb aufgenommen. In Kooperation mit dem FRM II hat GKSS zusätzlich mit dem Aufbau der Kleinwinkelstreuanlage SANS-1 begonnen. GKSS engagiert sich bei der Konstruktion und beim Bau des Instruments sowie bei der Software für die Instrumentsteuerung. Zudem wird GKSS später Betriebspersonal bereitstellen. GKSS betreibt gemeinsam mit dem Hahn-Meitner-Institut und dem FRM II das Eigenspannungs- und Texturexperiment STRESS-SPEC. Zusätzlich ist der Aufbau eines neuartigen Eigenspannungsund Texturexperimentes (Short Pulse Engineering Spectrometer, SPES) geplant.

GKSS hat darüber hinaus die Zusammenarbeit mit dem DESY in Hamburg verstärkt. Am neuen HARWI-II-Messplatz am Synchrotron-Speicherring DORIS III wurde neben Kommisionierungsarbeiten eine große Anzahl an Tomographie-, Eigenspannungs- und Textur-Untersuchungen durchgeführt. Zudem wurde mit der Planung eines Instruments zur ingenieurwissenschaftlichen Materialforschung bei hohen Energien (High-Energy Materials Science (HEMS) Beamline) begonnen, das 2009 betriebsbereit sein soll. Das Instrument wird am neuen Speicherring PETRA III zusammen mit einem zweiten Experiment zum Einsatz kommen, das für abbildende Verfahren optimiert wird. GKSS hat seine Aktivitäten im Bereich der Materialforschung weiter ausgebaut. Davon zeugen zum Beispiel Kooperationen mit verschiedenen Partnern – darunter mehreren Universitäten, dem DESY, dem HMI und dem MaxPlanck-Institut für Eisenforschung in Düsseldorf - im Rahmen der Virtuellen Institute “Photon and Neutron Research on Advanced Engineering Materials (PNAM)”, “Schlüsselwerkstoffe für den Leichtbau (VISL)“ und “Improving Performance and Productivity of Integral Structures through fundamental Understanding of metallurgical Reactions in metallic Joints (IPSUS)”, gefördert aus dem Impuls- und Vernetzungsfonds der Helmholtz-Gemeinschaft.

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Überblick • Overview

Overview During the last years GKSS adapted its own research programmes to comply with the areas of research pursued within the Hermann von Helmholtz Association of National Research Centres (HGF). The following programmes form the core elements of research at GKSS: ■

Advanced Engineering Materials

Marine, Coastal and Polar Research

Regenerative Medicine

Large-Scale Facilities for Research with Photons, Neutrons and Ions

Advanced Engineering Materials A characteristic feature of the new types of materials selected for the “Advanced Engineering Materials” programme is that they can be used in a wide variety of different sectors and technological areas, as well as for a broad range of applications. As such, these materials serve as the key to developing innovative new system solutions that help to strengthen Germany as a business location. Our development work focuses on the following areas: environmentally sustainable mobility (e.g. ultra-lightweight alloys and associated processing techniques), energy systems and environmental technologies (e.g. high-temperatureresistant lightweight alloys for improving energy efficiency, materials for hydrogen technologies, membranes for CO2 sequestration and for osmosis power plants), and medical technology (e.g. biodegradable magnesium alloys, implant production by means of metal powder injection moulding, stimuli-sensitive polymers). To conduct this work, GKSS is consistently implementing the research and development programme applied for in 2004, taking into consideration the recommendations made by the evaluation panel. Strategically and conceptually, the principal areas of emphasis comprise the strengthening of scientific cooperation with universities, international networking of the research activities and increasing cooperation with industry.

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Collaboration with universities is being pursued and strengthened on the international level in particular by the following activities: • Within the new Marie Curie research training network COSY (Complex Solid State Reactions for Energy Efficient Hydrogen Storage), which is coordinated by GKSS, 13 European universities and research institutes are developing and characterising complex hydrides for the storage of hydrogen in mobile applications and training young scientists in this field. • In cooperation with three European universities, GKSS organises the “European Conferences and Training in Membrane Technology“ project (EUROMEMBRANES) as part of the Marie Curie programme. • Within the context of the Materials World Network sponsored by the German Research Foundation (DFG) and the U.S. National Science Foundation, the “Enhanced Formability of Mg Sheets“ project has been approved. The project (GKSS, TU Hamburg-Harburg, Univ. of Virginia) is concerned with the development of magnesium wrought alloys for applications such as automotive manufacturing.


• The SCALES project (Complexity across Length Scales in Soft Matter) is funded by the European Science Foundation as part of the EUROCORES programme “Self-organised Nanostructures“. For this project, GKSS and five other European research institutes are developing star-shaped molecules made of non-mixable chain molecules and examining the relationships between the structural characteristics of such complex molecular structures. These new collaborative ventures are supplementing a large array of existing university projects, including the Virtual Institute “Asymmetric Structures for Fuel Cells“ approved in 2004, the Helmholtz Initiative “Functional Materials for Mobile Hydrogen Storage (FuncHy)“ established by GKSS in 2005, the DFG priority programme “Extending the Range of Application of Magnesium Alloys“ (InnoMagTec), and other cooperative programmes funded within the context of DFG projects. In order to further strengthen networking with European research institutions and industrial companies, GKSS is participating in a series of EU-funded projects, some which are coordinated at Geesthacht. • The projects SOLVSTIR, WEL-AIR and COINS focus on the optimisation and validation of processes for joining different materials and on their assessment required for the description of the damage mechanisms. • In the field of functionalised polymers, GKSS works together with leading European research institutes in the EU projects MOREPOWER (new membrane materials and their integration in compact fuel cells for portable applications), COMPOSE and EUROMEMBRANES (development of nanostructured hybrid materials for separation technology), MULTIMATDESIGN (knowledgebased design of polymer-based multipurpose materials), and NANOMEMPRO (European Network of Excellence of the key developers and users of membranes). • GKSS launched the above-mentioned Helmholtz Initiative FuncHy in 2005, and initiated the Marie Curie research training network COSY in 2006. The aim of these initiatives is to establish a Europe-wide research network for the development of functionalised materials for future mobile hydrogen applications. Thematically, these initiatives are based on the EU-IP’s STORHY and NESSHY, the latter of which was launched in January 2006. In addition, they utilise the established Marie Curie research training networks H-SORPTION and HYTRAIN. Together with the EU project MOREPOWER, the EU network FC-TESTNET, and the EU-CA CARISMA (Coordination Action of Research on Intermediate and High Temperature Specia-

lised Membrane Electrode Assemblies) launched early this year, these activities form the germ of a intended Europewide network. GKSS also intensified its cooperation with industrial partners so that research findings in the field of advanced engineering materials can be more readily transferred into industrial applications: • For ALCAN, France, laser-welded aluminium alloys for aircraft structures were developed and tested in the framework of a two-year research contract. The aim of the project was to improve the damage tolerance of laser beam-welded aircraft panels by local measures. As a result of this work, the life of the panels under cyclically recurring load conditions was increased by 60 percent. • The mechanisms of crack propagation in laser-beam welded hybrid joints between titanium and aluminium were studied on behalf of AIRBUS, Bremen. By modifying the geometry, researchers were also able to significantly increase the lifetime of interfaces in these joints. • As part of an industrial contract, GKSS scaled up the crucible-free and ceramics-free induction melting technology (EIGA), which is used for the casting and powder manufacturing of titanium and TiAl alloys. The system’s efficiency was substantially increased by doubling the melting rate and the useable rod diameter. In addition, GKSS licensed the design of the system’s induction coil. • In a development contract for Statkraft Energi AS, Norway, GKSS continued to build on its successful work for the EU’s SALINITY POWER project. The aim is to optimise the membranes used in osmosis-based energy generation. • The EU project CERHYSEP, which was coordinated by Shell, was concluded in 2006. During this project, the membranes developed by GKSS for separating hydrogen 17


Überblick • Overview

from industrial gases were for the first time manufactured in large formats. They were subsequently installed into a membrane module for further testing. to determined how their promising features will stand up under near industrial conditions. • As part of a cooperation agreement reached in 2005, STEAG Saar Energie AG has begun operating a pilot plant developed by GKSS. The plant uses membrane technology to increase the concentration of methane in mine gas.

Materials research has become GKSS’s main area of research and expertise. A factor that has especially contributed to this development is the successful development of the “Advanced Engineering Materials“ programme. Of similar importance was the focusing of other GKSS programmes on related topics, such as the concentration of the PNI programme on the characterisation of engineering materials and the focusing of the “Regenerative Medicine“ programme on materials-related issues.

Marine, Coastal and Polar Research Given the current discussions of climate change and a possible rise in sea level, coastal environments are increasingly in the public eye. These regions, which are of such great importance for countries worldwide, have been a main element of the GKSS Research Centre’s work for some time. Together with researchers from the Alfred Wegener Institute (AWI), GKSS, as part of the main subject area Coastal Research, is conducting research focused on these regions within the current programme Marine, Coastal and Polar Research (MARCOPOLI). The aims of the MARCOPOLI programme (CO) include establishing new foundations for the management of coastal zones, for example in terms of coastal protection. The work is thus focused on the creation of new methods for generating longer-term climatic time series, the analysis of the ecological structure of biotic communities in coastal environments, the ecological chemistry of organisms, and new methods for monitoring water quality in the North Sea and Baltic Sea. Another aspect is hydrodynamic modelling, which is used to determine the transport of suspended particulate matter and its resulting distribution in coastal areas. GKSS has in recent years developed a programme module for this modelling and integrated it into a BSH (Federal Office for Marine Navigation and Hydrography) material transport model for the North and Baltic Seas. This development makes it possible to calculate the distribution of suspended particulate matter (SPM) in the water and its deposition in sea floor sediment, depending on water currents and, for the first time, on the start of the sea at a given point in time. And meanwhile, another coastal research project has been successfully completed: The “FerryBox” project, which was financed by the EU and coordinated by GKSS. With this project, ferries were equipped with automatic sensors and analysis devices that record important parameters, including water temperature, salt content and algae concentration, to name a few examples. The project partici18

pants were 11 European research facilities, which recently compared the results from a total of nine ferry routes in various regions. The data formed the basis for the study of a number of different environmental problems. The results show that the “FerryBox” is a reliable, affordable instrument for automated monitoring of the marine environment. The most important findings were presented during the ICES Annual Science Conference in Maastricht in September 2006. What’s more, at GKSS we are also committed to extremely tangible aspects of coastal research — for example the study of seals. Every spring, seal pups (sometimes called “howlers”) are found on coasts, in tidal flat areas. The young seals become separated from mother seals due to health problems, unfavourable weather conditions and interference by people. The impact of man-made factors on the immune systems of young seals has been studied, in cooperation with the Friedrichskoog seal station, and the initial results of this research show that the mammals’ immune systems are very susceptible to the harmful effects of toxic metals. In addition, an automated expert model was created at GKSS’ Institute for Coastal Research. Intended to serve the team responsible for damage control in the event of an oil spill, the model is an important, detailed aid for decisionmaking in preparedness planning. So far, the system has focused in particular on tidal flat areas, but plans call for it to be expanded to cover the entire German Bight (Deutsche Bucht). Another topic of current interest is the monitoring of dredging spoil dumped off the Baltic coast at Rostock-Warnemünde. The development of the spoil-dumping areas was monitored for more than three years, using multibeam echo sounding technology. Volume calculations indicated that the dredging spoil drifted only while it was sinking upon being dumped. In the years that followed, all that could be observed on the sea floor was the redistribution


of the deposits resulting in a smoothing of the surfaces. At the Institute for Coastal Research, climate research also plays a major role. Our institute’s expertise is recognized far and wide. The University of Hamburg and the Max Planck Institute for Meteorology, for example, invited GKSS researchers to take part in the planning of an excellence initiative on climate research. The central question they were addressing is: How can present and future climate change be evaluated? What’s more, GKSS has made a vital contribution to the development of methods for analysing global climate dynamics. One thing is clear: the spectrum of coastal research at GKSS is extremely diverse. And this extensive scope has led to the creation of the Internet portal CoastDat, likely the most comprehensive collection of homogenous meteorological-oceanographic model data for the North Sea/ Baltic Sea region. CoastDat has systematically compiled and published retrospective reconstructions of marine environmental conditions and possible, consistent future scenarios (to the end of 2100). CoastDat has helped to document and analyse changes and perspectives related to storm and sea conditions, as well as flood tide and water current statistics. The first new studies show that CoastDat’s content also can serve as a basis for reports on fluctuating statistics for the mesoscale “polar lows,” smallscale low-pressure areas in the polar regions, which as a rule are very difficult to forecast. We recently began attempts to use models to describe the variable statistics for Southeast Asian typhoons. One result of this research is particularly remarkable: We have concluded that storm activity does not increase in parallel with rising temperatures. The scenario calculations indicate that we can expect a ten percent increase in wind strength by the end of this century. This will be accompanied by higher flood tides, for example 70 cm in Hamburg by the end of the century. The findings are currently being discussed with various coastal organisations — institutes and government agencies — in the federal states in the north of Germany. Led by GKSS, an international consortium evaluated the knowledge collected to date about climate change in the Baltic region. Organisational management of the project, which is known as “BACC,” was handled by GKSS’ BALTEX office. Together with the Helsinki commission (HELCOM), the results of the BACC project were presented to parliamentarians and the public in Göteborg. The findings generated extensive media coverage. The BACC project was the first effort to find and publicly present explicit evidence that the climate change in the Baltic region is attributable to human activities. According to the BACC data, the warming observed in recent years in the Baltic region is part of the larger phenomena of global warming, which is now accepted as an anthropogenic phenomenon. Based on this study, we can safely conclude that the Baltic region’s

warming, as well as the receding ice in the Gulf of Bothnia, are largely a consequence of human actions. The precipitation and storm data, by contrast, do not currently offer evidence that the climate change is anthropogenic in nature. In the future we can expect to see clearer evidence of the warming and related changes. According to the BACC report, which has been accepted by HELCOM, it is hardly possible to provide robust statements regarding changes to the marine ecosystems in the Baltic Sea at this time. Last year’s calendar included an outstanding event: Organised in cooperation with the insurance company Münchener Rück, the “Workshop on Climate Change and Disaster Losses: Understanding and Attributing Trends and Projections” was held in Hohenkammer, near Munich. The workshop’s overarching aim was to address a very important question: Is the recently observed devastation caused by extreme weather conditions related to the climate change caused by humans? The consensus of the participants was that the planet’s climate change is an indisputable fact. Nevertheless, they concluded, the damage statistics compiled to date offer no proof that our changing climate is definitely the cause of the devastation, as the IPCC’s third progress report suggests. The damage statistics, which were compiled by insurers, show that instances of damage are increasing worldwide. The event participants officially concluded that the damages are more closely related to social and demographic changes — for example the fact that coastal areas continue to become more densely populated.

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Überblick • Overview

Regenerative Medicine Regenerative medicine is a field with big potential. Current research projects promise to deliver results that will bring substantial benefits for patients as well as significant savings in the cost of therapy. Experts are also confident that this area will open up new perspectives for industrial products and future markets. Since 2003, GKSS has been coordinating the Helmholtz programme “Regenerative Medicine” within the research field “Health”. In view of the growing importance of this field, this programme is now to be expanded. To this end, relevant activities within the Helmholtz Association are to be increasingly harmonized with the work of other research establishments, clinics and industry. One key focus area within the programme is the field of tissue engineering. An initial priority here is to develop suitable synthetic substrates — e.g. scaffolds, particles and membranes — on the basis of functional polymer systems. This will also involve the use of processes that endow new polymer systems with customised properties and “biofunctionality”. Among the important biofunctions of a polymer substrate are its ability to control cell division and differentiation in cultured cell tissue. At the same time, researchers must also develop bioreactors to keep the corresponding cell aggregates functional and alive over a longer period of time. In addition, work in this field is focusing on the musculoskeletal system and the cardiovascular system. Here, special consideration will also be given to stem cell technology. A further programme objective is the development of apheretic techniques (immune and endotoxin adsorbers) and bioreactors. The “Regenerative Medicine” programme is divided into the following subprojects:

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The objective of the “Regenerative Medicine” programme is to advance complete development processes in areas ranging from basic research to clinical studies. This involves turning GKSS’ Teltow location into a Centre of Excellence. Last September, for example, a new Centre for Biomaterial Development was inaugurated in Teltow. The presence at the opening ceremony of Mathias Platzek, Premier of the State of Brandenburg, and Prof. Jürgen Mlynek, President of the Helmholtz Association, underlined the key importance of this area of research. In particular, GKSS will be looking to create the conditions for a successful transfer of R&D results into clinical and industrial environments. For example, in a management review conducted last year, preparations were completed for the implementation of quality-management procedures — a major prerequisite for the successful piloting of results in the field of regenerative medicine. Likewise, 2006 saw the start of a cooperation project with a partner from industry to develop a stimuli-sensitive suturing material. The application to establish a new translation centre — the Berlin-Brandenburg Center for Regenerative Therapies (BCRT), which was given the green light at the end of last year, has now been expanded to include an alliance between the Helmholtz Association and Berlin’s Charité hospital. This will not only strengthen cooperation within the Helmholtz Association but also provide extensive networking opportunities in the Berlin area, one of the most important regions in Europe for medical technology and biotechnology. At the same time the Collaborative Research Centre 760, “Biomechanics and Biology of Musculoskeletal Regeneration”, which was likewise approved at the end of 2006, further intensifies the degree of local networking.

A.

Biological foundations (cell biology, developmental biology)

The GKSS research centre will increase its activities at the BCRT with two sets of two new groups sponsored by the German Ministry of Education and Research (BMBF) and the Helmholtz Association respectively.

B. B.1 B.2

Bioengineering Development of biomaterials Scaffold, particle and biointerface engineering

These groups are as follows:

C. C.1 C.2

Preclinical applications development Tissue engineering and cell therapy Organ support systems / apheresis

D.

Translation

1)Biomedical Characterisation of Biomaterials and Biomaterial Interfaces 2) Controlled Drug Release Systems for Bone Tissue Engineering 3) Equal Treatment Act: Biointerface Engineering/ Animal Testing 4) Bioreactor Development


Large-Scale Facilities for Research Photons, Neutrons and Ions The Helmholtz centres are renowned for their expertise in the operation of high-quality, large-scale research facilities. These facilities are intensively used by scientists from Germany and abroad, and particularly by university groups. The Helmholtz centres do more than simply operate these facilities, they also develop new measuring instruments that are used at such facilities. A good example of this is the HGF research reactor FRG-1 in Geesthacht. To ensure that the FRG-1 also remains of interest to guest scientists during the facility’s remaining operating time, the shape of the moderator vessel of the cold neutron source (CNS) was changed, increasing the flux of cold neutrons by about 60 per cent. The approval by the atomic safety authorities was given in October 2006, and the increased flux is expected to be available for all instruments that use cold neutrons by June 2007. The costs of the implementation are covered by the savings realised by the reduction in the FRG-1’s annual operating time that was established in 2005. The procedure developed during the exchange of the CNS can also be used at the Hahn-Meitner Institute in Berlin for a similar procedure on the reactor there. With a unique focus on engineering materials research, the instrumentation of the FRG-1 offers users a number of attractive possibilities. The measuring instruments at the FRG-1 are continually modernized to ensure first-rate scientific quality for the users. The ARES residual stress diffractometer, for example, has been equipped with a new secondary diffractometer that allows the investigation of much larger and heavier samples. The new tomography unit has been put into operation at the GENRA-3 neutron radiography instrument. In parallel to the ongoing operation of the FRG-1, GKSS is also involved with the Heinz-Maier-Leibnitz reactor (FRM II) in Garching, near Munich. The reflectometer REFSANS is already being routinely used at the FRM II. In cooperation with the FRM II, GKSS has also begun working on the small-angle neutron scattering instrument SANS-1, developing the instrument’s design, construction and the instrumentation software. In addition, GKSS will later be providing the personnel to operate the instrument. GKSS is participating in the operation of the residual stress and texture experiment STRESS-SPEC together with the Hahn-Meitner Institute and the FRM II. There are also plans to set up a new type of residual stress and texture experiment (Short Pulse Engineering Spectrometer, or SPES).

GKSS also has strengthened its partnership with DESY in Hamburg. In addition to commissioning work on the new HARWI-II instrument at the DORIS III synchrotron storage ring, many tomography, residual stress and texture studies were conducted. In addition, planning has started for an instrument to be used for engineering materials research (High-Energy Materials Science (HEMS Beamline), which is scheduled to be ready for operation by 2009. The instrument will be used at the new PETRA III storage ring, together with a second experiment, which will be optimized for imaging techniques. GKSS has strengthened its activities in the field of materials research. Examples of this are its cooperations with a range of partners — including a number of universities, DESY, HMI and the Max Planck Institute for Iron Research in Düsseldorf — in the framework of the virtual institutes “Photon and Neutron Research on Advanced Engineering Materials (PNAM),” “Key Materials for Light-Weight Design” (VISL) and “Improving Performance and Productivity of Integral Structures through Fundamental Understanding of Metallurgical Reactions in Metallic Joints” (IPSUS). Support for these projects is provided by the Helmholtz Association’s Initiative and Networking Fund.

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BERICHTE AUS DEN FORSCHUNGSBEREICHEN Reports from the Research Areas


Funktionale Werkstoffsysteme • Advanced Engineering Materials

Magnesium-Mikromechanik im Computer Das Transportwesen hat derzeit vor allem ein Ziel – Gewichtsreduzierung. Der Energieverbrauch und der Schadstoffausstoß von Fahrzeugen sollen sinken, das Leistungsgewicht zugleich gesteigert werden; freilich ohne Beeinträchtigung des Komforts. Passagiere sollen schnell, sicher und umweltschonend transportiert werden, egal ob im Flugzeug, im Zug oder im Auto. Eine nennenswerte Gewichtsreduzierung lässt sich aber nur mit neuen leichten Materialien erreichen. Speziell in der Fahrzeugindustrie geht dabei der Trend zur Verwendung von Magnesiumlegierungen: Ihr geringes Gewicht, ihre gute spezifische Festigkeit und große Verfügbarkeit eröffnen neue Energiesparpotenziale. Diese lassen sich jedoch nur dann voll ausnutzen, wenn die Konstruktion auf den Werkstoff abgestimmt ist und die Besonderheiten des mechanischen Verhaltens dabei berücksichtigt werden. Und genau daran hapert es beim Magnesium noch: Sein mechanisches Verhalten unterscheidet sich nämlich grundsätzlich von dem der etablierten metallischen Konstruktionswerkstoffe im Leichtbau, Stahl und Aluminium. Magnesiumlegierungen verhalten sich unter Zugbelastung anders als unter Druck. Der Grund dafür ist die besondere innere Struktur des Metalls, das im Gegensatz zu Stahl und Aluminium eine hexagonale Gitterstruktur besitzt. Abhängig von der Orientierung eines Korns im Material – dessen 24

räumlicher Ausrichtung also – werden verschiedene Verformungsmechanismen aktiviert. Deshalb muss zur Beschreibung des Verformungsverhaltens die Verteilung der Kornorientierungen (Textur) ebenso berücksichtigt werden wie die einzelnen Gleitmechanismen auf der Mikroebene. Dies ist nicht nur für die Berechnung der Verformungen eines Bauteils im Einsatz relevant. Derartige Beschreibungen braucht man auch, um die Verformung des Materials bei der Bearbeitung – etwa beim Tiefziehen von Autoblechen – zu simulieren. Mikroskopische Kristall-Ebene In der Mikromechanik, der Lehre von den VerformungsMechanismen auf der mikroskopischen Kristall-Ebene, werden die Zusammenhänge zwischen der inneren Struktur eines Stoffes und seiner „Belastbarkeit“ untersucht. Bislang kamen dafür am GKSS klassische experimentelle Methoden wie Texturmessung, Metallographie, mechanische Prüfung und Tomographie zum Einsatz. Jetzt sind weitere


MAGNESIUM-GUSSBAUTEIL, COMPUTERMODELL EINES REPRÄSENTATIVEN VOLUMENELEMENTS AUS EINZELNEN WÜRFELFÖRMIGEN KÖRNERN UND RESULTIERENDES PLASTISCHES VERHALTEN. CAST MAGNESIUM COMPONENT, COMPUTER-GENERATED MODEL OF A REPRESENTATIVE VOLUME ELEMENT MADE OF INDIVIDUAL, CUBE-SHAPED GRAINS AND RESULTING MALLEABILITY.

innovative Verfahren hinzugekommen: die Herstellung von Mehrkristallen am Computer, der virtuelle mechanische Versuch und seine Auswertung. Aus Versuchen ist das Verformungsverhalten von Magnesium-Einkristallen schon länger allgemein bekannt. Je nach gewählter Belastungsrichtung lässt sich ein Einkristall entweder leicht oder schwer plastisch verformen. Man spricht dabei von einem „anisotropen“ (richtungsabhängigen) Verhalten. Am GKSS wurde ein Modell entwickelt, dass das mechanische Verhalten jeweils eines Kristalls unter beliebiger Belastung richtig beschreibt. Mehr noch: Am Computer lässt sich das Magnesium durch einen Würfel darstellen, den man mit beliebig vielen Einkristall-Körnern auffüllt. Dieser Würfel wird anschließend in der Simulation verformt. Begrenzt wird die Würfelgröße beziehungsweise die Zahl der Einkristalle allein durch die Rechengeschwindigkeit. Ein entscheidender Simulations-Parameter ist die Lage der einzelnen Kristalle zu den Kanten des Würfels: liegen sie völlig regellos, dann spricht man von einer zufälligen Textur, wie man sie zum Beispiel in einem Gussteil vorfindet. Andere Texturen sind ebenfalls leicht am Rechner zu erzeugen: die eines stranggepressten Profils oder die eines gewalzten Halbzeugs. Hier liegen die Kristalle nach Press- und Walzrichtung geordnet vor. Die Möglichkeiten der Simulation sind praktisch unbegrenzt. Virtuelle Verformungsprüfung Belastet man den virtuellen Körper entlang seiner Flächen, so stellt sich ein Verformungs- und Spannungszustand ein, der sowohl die magnesiumtypischen Eigenschaften der einzelnen Kristalle als auch ihre Orientierungsverteilung berücksichtigt. In jedem Korn herrscht ein anderer Spannungszustand. Die makroskopischen Eigenschaften eines

SIMULATION EINES TIEFZIEHVERSUCHS VON MAGNESIUM-BLECH: RICHTUNGSABHÄNGIGES MATERIALVERHALTEN FÜHRT ZU SOG. ZIPFELN AM OBEREN RAND DES NAPFES. DARGESTELLT SIND KONTUREN GLEICHER PLASTISCHER VERGLEICHSDREHUNG. SIMULATION OF A DEEP-DRAWING TEST OF SHEET MAGNESIUM: DIRECTION-DEPENDENT MATERIAL BEHAVIOUR LEADS TO “SCALLOPING” ON THE UPPER EDGE OF THE VESSEL. PICTURED ARE CONTOURS OF IDENTICAL COMPARATIVE TURNING.

Körpers ergeben sich dann aus der Mittelung (Homogenisierung) der einzelnen Körner im Gesamtvolumen. All das geschieht, ohne dass ein reales Stück Werkstoff verwendet werden muss. Parameterstudien mit verschiedenen Texturen sind möglich. Daraus lassen sich natürlich auch Optimierungsstrategien ableiten und die Frage beantworten, welche Textur für einen bestimmten Belastungszustand „optimal“ ist. Der Computer verändert die Verteilung der 25


Funktionale Werkstoffsysteme • Advanced Engineering Materials

Kristalle und führt danach den Belastungsversuch solange durch, bis ein gegebenes Kriterium erfüllt ist – notfalls auch viele hundert mal und rund um die Uhr. Das Ergebnis liefert letztlich wertvolle Informationen für die Verbesserung von Fertigungsprozessen. Rechnerische Simulation Damit sind die Möglichkeiten der rechnerischen Simulation des Werkstoffverhaltens aber noch keineswegs erschöpft. Denn ein Konstrukteur ist in der Regel zwar durchaus an den Verformungsmechanismen auf der Mikroebene interessiert, ihn plagen aber ganz andere Fragen. Immerhin soll er ja ein großes, makroskopisches Bauteil so dimensionieren, dass es im Betrieb dauerhaft sicher ist. In anderen Fällen sollen die Verformungen „kontrollierbar“ sein – so soll sich eine Knautschzone beim Auto-Unfall in vorbestimmter Weise zusammenfalten. Dazu benötigt der Konstrukteur Materialgesetze, die auf der nächst höheren Größenskala arbeiten. Sie berücksichtigen den inneren Aufbau der Metalle nur indirekt, etwa über deren richtungsabhängiges Verhalten oder ihre Verfestigung bei plastischen Deformationen. Um genauere Vorhersagen zu ermöglichen, wird ein solches Gesetz derzeit bei GKSS mit dem oben beschriebenen „Computertest“ gefüttert. Es lernt aus dem gemittelten Verhalten aller Kristalle und beschreibt somit den gesamten großen Würfel als einen materiellen Punkt. Damit verfügt das Materialgesetz jetzt also über die essenzielle Information zum Mikroverhalten des Werkstoffs. Entscheidend ist dabei, dass der Würfel tatsächlich „repräsentativ“ für das Material ist. Mit einem solchen mikromechanisch begründeten Materialgesetz lassen sich nicht nur Festigkeitsanalysen durchführen, sondern auch Umformprozesse beschreiben und optimieren. Zurzeit arbeiten wir in der Abteilung „Simulation von Werkstoff- und Strukturverhalten“ (WMS) in enger Zusammenarbeit mit der Abteilung Magnesium-Knetlegierungen (WZW) an einem rechnerischen Verfahren, das den 26

Strangpressprozess für Magnesiumlegierungen beschreiben wird. Eine Herausforderung besteht darin, dabei noch zusätzliche Effekte wie Temperatur- und Geschwindigkeitsabhängigkeit zu berücksichtigen. DR. DIRK STEGLICH

Magnesium Micromechanics in Computer Simulations One of the challenges faced by a mobile modern society is the reduction of vehicle weight. This goal can be achieved by using light metals. Among these, magnesium alloys are attractive candidates. Due to their hexagonal crystallographic structure deformation mechanisms are different from those of conventional metallic engineering materials, and thus require a special description. By using computer simulations based on finite elements, the texture as well as the specific deformation mechanisms on the level of individual grains can be incorporated in order to predict the behaviour of the wrought product or component. This “virtual” test allows for an optimisation of production processes controlling the evolving mechanical properties of a magnesium product.


200 μm ANFANGSPHASE DER KNOCHENNEUBILDUNG DURCH STAMMZELLEN. DAS KNOCHENSPEZIFISCHE PROTEIN OSTEOCALCIN (GRÜNE FÄRBUNG) WIRD DURCH ZUSAMMENGELAGERTE ZELLEN PRODUZIERT. INITIAL PHASE OF USING STEM CELLS TO GENERATE NEW BONE GROWTH. THE BONE PROTEIN OSTEOCALCIN (COLOURED GREEN) IS GENERATED BY MEANS OF AGMINATED CELLS.

Magnesiumwerkstoffe als Implantatmaterialien Vor dem Hintergrund stetig steigender Gesundheitskosten wurde mit körperabbaubaren (biodegradablen) Magnesiumwerkstoffen ein Implantatmaterial entwickelt, das sich nach dem Ausheilen der versorgten Fraktur auflöst und den Knochenaufbau sogar noch unterstützt. Magnesiumwerkstoffe werden bereits seid längerer Zeit vor allem im Automobilbau und zum Beispiel als Gehäuse für Notebooks, Kameras, PDA etc. eingesetzt. Ein Problem ist dabei allerdings die vergleichsweise schlechte Korrosionsbeständigkeit dieser Werkstoffe. Dieser scheinbare Nachteil erweist sich jedoch im Fall von Implantaten, die aus Magnesium gefertigt werden, als Vorteil. Implantate aus Magnesium kann man so entwerfen, dass sie für eine gewisse Zeit ihre Funktion erfüllen und sich anschliessend komplett auflösen. Weiterhin ist Magnesium im Unterschied zu anderen Metallen ein essentielles Element, das für eine Vielzahl physiologischer Abläufe im Körper benötigt wird. Es kommt im menschlichen Körper in einer Gesamtmenge von bis zu 35 g vor. Für den täglichen Bedarf werden zudem etwa 300 mg Magnesium benötigt und jeglicher Überschuss wird ohne weitere schädliche Auswirkungen aus dem Körper ausgeschwemmt. Die bekannten Implantatmaterialien aus Stahl oder Titan weisen im Unterschied zu Magnesiumwerkstoffen jedoch

Kennwerte hinsichtlich Festigkeit und Elastizität auf, die deutlich über denen von Knochen liegen. Um zu verhindern, dass die Implantate allein die Belastung aufnehmen und dass dabei gleichzeitig Knochen wieder resorbiert wird, sollten Implantate ein dem Knochen vergleichbares Eigenschaftsprofil hinsichtlich der Festigkeitseigenschaften aufweisen. Magnesiumlegierungen können dies gewährleisten. Weiterhin ist es zum Beispiel von Endoprothesen aus Platin mit Hydroxylapatit (HA)-Beschichtungen bekannt, dass das Anwachsen an den Knochen durch das HA gefördert wird. Da sowohl die Eignung von Magnesiumlegierungen als auch von HA für Implantatmaterialien belegt ist, liegt es auch nahe, beide Werkstoffe zu einem Verbundwerkstoff zu kombinieren, um das Eigenschaftsprofil dieses Implantatwerkstoffes noch mehr dem von Knochen anzunähern. Im Verein mit der Möglichkeit, das Implantat über einen definierten Zeitraum aufzulösen, eröffnet sich damit erstmalig die Möglichkeit, ein resorbierbares Implantat zu entwickeln, dass sowohl die Heilung unterstützt als auch eine weitere 27


Funktionale Werkstoffsysteme / Regenerative Medizin • Advanced Engineering Materials / Regenerative Medicine

IMPLANTAT AUS EINER MAGNESIUMLEGIERUNG, DASS NACH 12 WOCHEN IM KÖRPER BEREITS ZUM TEIL ABGEBAUT WURDE (MEDIZINISCHE HOCHSCHULE HANNOVER) IMPLANT MADE OF A MAGNESIUM ALLOY THAT IS ALREADY PARTLY BROKEN DOWN AFTER 12 WEEKS IN THE PATIENT’S BODY (HANOVER MEDICAL SCHOOL)

Operation zur Entfernung des Implantats unnötig macht. Damit verbessert sich die Lebensqualität des Patienten, die Risiken einer weiteren Operation können ausgeschlossen werden und es kommt zudem zu einer deutlichen Senkung der Kosten im Gesundheitswesen. Bei ersten Untersuchungen wurde in der GKSS und in Kooperation mit der Medizinischen Hochschule Hannover (MHH) ein mit 20 Volumenprozent HA verstärkter Magnesiumverbundwerkstoff auf der Basis der Legierung AZ91 hergestellt und getestet. Dabei konnte bereits die Eignung dieses Verbundwerkstoffes sowohl hinsichtlich ihres mechanischen Verhaltens, der Korrosionseigenschaften sowie die ausgezeichnete Biokompatibilität belegt werden. Es konnte auch gezeigt werden, dass die Korrosion des AZ91-HA-Verbundwerkstoffes langsamer verläuft als die des Grundwerkstoffes allein. Dabei besteht jedoch eine Abhängigkeit des Korrosionsverhaltens von der jeweiligen Umgebung und den sich dabei ausbildenden Korrosionsschichten. Dies gibt Anlass zu der begründeten Vermutung, dass sich das Eigenschaftsprofil in weiten Bereichen an die jeweiligen Anforderungen anpassen lässt, die an unterschiedliche 28

Implantate gestellt werden. Weitere Untersuchungen werden noch in verschiedenen Forschergruppen der GKSS und der MHH durchgeführt, um sowohl das Eigenschaftsprofil zu optimieren und auch um die am besten geeignete Legierungszusammensetzung und Herstellungsroute festzulegen. DR. NORBERT HORT


a)

b) REM-AUFNAHMEN A) DER KORROSIONSSCHICHT UND B) VON KĂ–RPERZELLEN (MG63) AUF EINER MAGNESIUMLEGIERUNG (WE43) SEM IMAGES A) THE CORROSION LAYER AND B) BODY CELLS (MG63) ON A MAGNESIUM ALLOY (WE43)

3D-REKONSTRUKTION VON VERBLEIBENDEM METALLISCHEM MAGNESIUM (ROT) SEGMENTIERT VON DER KNOCHENMATRIX (BRAUN) NACH EINER IMPLANTATIONSZEIT VON 18 WOCHEN. B) AZ91D, B) LAE442 (MEDIZINISCHE HOCHSCHULE HANNOVER). 3D RECONSTRUCTION OF REMAINING METALLIC MAGNESIUM (RED) SEGMENTED FROM THE BONE MATRIX (BROWN) AFTER AN IMPLANTATION PERIOD OF 18 WEEKS. B) AZ91D, B) LAE442 (HANOVER MEDICAL SCHOOL)

Magnesium-based Materials for Implants Light metals such as magnesium alloys have attracted increasing interest for applications in the transportation industries. However, corrosion resistance in particular is a limitation on the use of these alloys. In contrast to automotive applications, our research is focused on magnesiumbased materials as biodegradable implants, where the corrosion behaviour will be adjusted in order to produce temporary implant materials. Magnesium alloys have already been used in the past for such applications, but tests were not successful due to excessive hydrogen formation in the surroundings of the implant. In recent years the corrosion behaviour of magnesium alloys has been improved, and magnesium-based metal matrix composites have become the focus of interest. This has led to the development of a hydroxyapatite (HA) containing a magnesium matrix composite with good degradability and mechanical properties that

are close to those of human bone. HA is a calcium-containing material that supports the healing process. This development offers the possibility of avoiding a second operation to remove the implant. The magnesium-based composite degrades within a defined time period that can be adjusted according to the kind of fracture involved. In cooperation with the Medizinische Hochschule Hannover, an HA-containing composite has been developed and tested. The corrosion resistance and degradability as well as the mechanical properties of this composite are very promising, and research in this field will be continued.

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Funktionale Werkstoffsysteme • Advanced Engineering Materials

HOCHPORÖSE POLYAMIDIMID-MEMBRAN IM LICHTMIKROSKOP BEI 100-FACHER VERGRÖßERUNG. HIGHLY POROUS POLYAMIDEIMIDE MEMBRANE UNDER AN OPTICAL MICROSCOPE, MAGNIFIED 100X.

Hydrierung von Speiseöl im Membranreaktor Die kommerziell bei hohen Temperaturen von 170 bis 200°C durchgeführte Härtung (Teilhydrierung) von Speiseölen liefert Produkte mit einem hohen Anteil so genannter trans-isomerisierter Fettsäuren. Diese stehen im Verdacht, das Risiko für Herz- und Kreislaufkrankheiten zu erhöhen. In einem dreijährigen EU-Projekt wurde in Kooperation mit Firmen, Forschungszentren und Hochschulen untersucht, wie sich der Gehalt an trans-isomerisierten Fettsäuren im gehärteten Pflanzenöl durch eine neue Technik verringern lässt.

Statt des bisher verwendeten Nickelkatalysators kommen dabei Edelmetalle wie Platin und Palladium zum Einsatz. Mit diesen erreicht man schon bei Temperaturen von 100 bis 120°C eine ausreichende Reaktivität. Dadurch verringert sich die Menge trans-isomerisierter Fettsäuren. Die Edelmetalle werden nach einem neuen, patentierten Verfahren fest in hochporöse Polyamidimid-Membranen eingebaut. Dank der Fixierung in der Membran kann man die teuren Edelmetalle längere Zeit verwenden. Damit entfällt der aufwändige Filtrationsschritt, mit dem das bisher verwendete feinstverteilte Nickel aus dem Produkt abgetrennt werden muss. Die Härtung von Speiseölen ist ein industrieller Prozess, der in sehr großem Maßstab (Hunderttausende Tonnen 30

pro Jahr) durchgeführt wird. Festes Pflanzenfett wird insbesondere für die Margarineherstellung aber auch für viele Lebensmittelprodukte wie Speiseeis, Gebäck oder Fertiggerichte benötigt. Die ungesättigten (das heißt Doppelbindungen enthaltenden) Fettsäuren in den Triglyceriden des Öls werden dabei mit Wasserstoffgas teilweise zu gesättigten Fettsäuren umgesetzt und damit gehärtet beziehungsweise teilhydriert. Dafür ist ein Katalysator nötig, der den Wasserstoff für die Reaktion aktiviert. Der am häufigsten verwendete Hydrierkatalysator ist Nickelmetall. Fein dispergiert katalysiert es im erhitzten Öl die Hydrierung. Nickel ist kostengünstig, erreicht aber erst oberhalb von 170°C eine ausreichende Reaktivität. Hohe Temperaturen aber begünstigen die Umlagerung der Doppelbindungen von cis zu trans. Deshalb enthält mit Nickel


SCHEMA DER CIS-TRANS-ISOMERISIERUNG UND HYDRIERUNG VON FETTSÄUREN AM BEISPIEL DES EINFACH UNGESÄTTIGTEN ÖLSÄUREESTERS. STRUCTURE OF THE CISTRANS ISOMERIZATION AND HYDROGENATION OF FATTY ACIDS, USING THE EXAMPLE OF A SIMPLE UNSATURATED FATTY ACID ESTER.

RASTERELEKTRONENMIROSKOPISCHE AUFNAHMEN (REM) EINER POLYAMIDIMIDMEMBRAN IM QUERSCHNITT: (OBEN) DEUTLICH ZU SEHEN IST DIE ASYMMETRIE MIT DEN KLEINEREN POREN AUF DER ZULAUFSEITE, DIE IN DIE GROßEN POREN STUFENLOS ÜBERGEHEN. (UNTEN) STARKE VERGRÖßERUNG DER MEMBRANOBERSEITE EINER MIT PLATIN AKTIVIERTEN MEMBRAN. DIE PLATINCLUSTER SIND DURCH DEN RÜCKSTREUDETEKTOR ALS WEIßE PÜNKTCHEN AN DER INNENSEITE DER POREN ERKENNBAR. IMAGES OF A POLYAMIDEIMIDE MEMBRANE IN CROSS-SECTION, VIEWED WITH A SCANNING ELECTRON MICROSCOPE (SEM): (TOP) THE ASYMMETRY IS CLEARLY VISIBLE, WITH THE SMALLER PORES ON THE INLET SIDE AND A SMOOTH TRANSITION INTO THE LARGE PORES. (BOTTOM) POWERFUL MAGNIFICATION OF THE TOP SIDE OF A MEMBRANE ACTIVATED WITH PLATINUM. THE PLATINUM CLUSTERS ARE RECOGNIZABLE AS WHITE SPOTS ON THE INSIDES OF THE PORES.

teilgehärtetes Pflanzenfett viel (>50 Prozent) trans-isomerisierte Fettsäuren. Natürlich muss das giftige Nickelmetall nach der Reaktion vollständig entfernt werden. Da das Nickel in Form besonders kleiner Partikel vorliegt, ist dieser Prozess ausgesprochen aufwändig. Das abgetrennte Nickel verliert schnell an katalytischer Aktivität und muss teuer aufgearbeitet werden. Platin- oder Palladiumkatalysatoren sind erheblich teurer als Nickel und können deshalb nicht in gleicher Weise eingesetzt werden. Für eine Reduzierung des trans-Gehaltes allein würde sich der Einsatz des teuren Edelmetalls also nicht lohnen. Könnte man die wertvollen Katalysatoren aber länger nutzen, wären sie eine vielversprechende Alternative. Beides soll mit dem Einbau der Katalysatoren in die Membran und dem daraus entwickelten Verfahren erreicht werden. Die dafür geeigneten hochporösen Membranen aus bis zu 200°C temperaturstabilem Polyamidimid wurden bei der GKSS entwickelt und patentiert. Zur Herstellung von flächigen Membranen gießt man üblicherweise ein in einem Lö-

sungsmittel gelöstes Polymer auf einen Vliesstoff. Taucht man das Vlies anschließend in ein Wasserbad, wird das organische Lösungsmittel durch Lösungsmittelaustausch herausgewaschen, und das nicht wasserlösliche Polymer fällt aus. Bei diesem speziellen Verfahren wird ein wasserlösliches Polymer zugesetzt, das zunächst bei niedrigen Temperaturen in Kugelform in der Gießlösung auskristallisiert. Beim anschließenden Fällprozess im Wasserbad werden die kleinen Kristalle durch das Wasser ausgewaschen. In der Membran bleiben ungewöhnlich große Poren zurück, die im Lichtmikroskop gut erkennbar sind. Erst dadurch wird ein Membranreaktorverfahren mit geringem Druckverlust möglich. Bei einem Bar Differenzdruck und 60°C wird ein Quadratmeter Membranfläche von mehr als 1000 Liter Öl in einer Stunde durchströmt. Zur katalytischen Aktivierung der Membranen werden Salze der Edelmetalle Platin und Palladium gelöst und mit einem einfachen Tauchverfahren auf die Membran aufgetragen. Setzt man der Tauchlösung noch Zitronensäure zu, wandeln sich die Metallsalze bereits ab einer Temperatur von 150°C in Metalle um. Dadurch erreicht man eine besonders gleichmäßige Verteilung von sehr kleinen, nanometergroßen Metallclustern auf der inneren Oberfläche der Membran. Mit diesem „Einbrennvorgang“ wird das Metall so in der Membran fixiert, dass es von heißem Öl zwar perfekt umspült aber trotzdem nicht ausgewaschen wird. Dank ihrer geringen „Größe“ von weniger als 10 Nanometer (Millionstel Millimeter) bieten die Metallcluster besonders viel Oberfläche. Sie sind deshalb als Katalysator sehr reaktiv. Bei GKSS und beim Projektkoordinator im nordspanischen Forschungszentrum LEIA wurden Laboranlagen aufgebaut, um die neuentwickelten Membranen auf Reaktivität und Selektivität – das heißt ihre Auswirkung auf den trans-Gehalt des gehärteten Fetts – zu testen. Diese Tests wurden im Durchflussverfahren mit Permeatrecycling durchgeführt, um die erforderliche Ölmenge in Grenzen zu halten. Dabei wird die gesamte Ölmenge im Kreislauf durch die Membran gepumpt. Um genügend Wasserstoff für die Hydrierung zur 31


Funktionale Werkstoffsysteme • Advanced Engineering Materials

PILOTANLAGE ZUR HYDRIERUNG VON PFLANZENÖL IM MEMBRANREAKTOR (PLANUNG UND AUSFÜHRUNG: FA. DESMET ESPANA, MADRID; STANDORT UND BETREIBER: FA. LIPIDOS SANTIGA S.A. BARCELONA). PILOT FACILITY FOR THE HYDROGENATION OF VEGETABLE OIL IN THE MEMBRANE REACTOR (PLANNING AND IMPLEMENTATION: DESMET ESPANA, MADRID; LOCATION AND OPERATING COMPANY: LIPIDOS SANTIGA S.A., BARCELONA).

Verfügung zu stellen, wurde ein Wasserstoffdruck von 4 bis 10 bar angelegt. Dank der großen Poren ist der Druckverlust an der Membran gering (zirka 2 bar bei 100°C Öltemperatur). Innerhalb einer Minute wurde ein halber Liter Sonnenblumenöl durch 100 cm2 Membranfläche gepumpt, auf deren Poren 10 bis 50 mg Platin- und Palladiummetall verteilt sind (Metallgehalt 1 bis 5 g Metall/m2 Membranfläche). Nach der Umwandlung des Öls beziehungsweise des teilgehärteten Pflanzenöls in verdampfbare Methylester, wird das Endprodukt der Hydrierung mit einem Gaschromatographen analysiert.

Sonnenblumenöl

lodwert

Fett, Smp 30-40°C

cis, cis-Linol/Pt Stearin/Pd

cis, cis-Linol/Pd trans-Isomere/Pt

Stearin/Pt trans-Isomere/Pd

ERGEBNISSE DER HYDRIERUNG VON SONNENBLUMENÖL IN DER LABORANLAGE (BEDINGUNGEN: 500 ML ÖL, 100 CM2 MEMBRANFLÄCHE MIT 10 MG PT- BZW. PD-KATALYSATOR BEI 4 BAR WASSERSTOFF). RESULTS OF THE HYDROGENATION OF SUNFLOWER OIL IN THE LABORATORY PLANT (CONDITIONS: 500 MILLILITRES OIL, 100 CM2 MEMBRANE AREA WITH 10 MG PT OR PD CATALYST AT 4 BAR OF HYDROGEN).

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Das Naturprodukt Sonnenblumenöl enthält 65 Prozent der zweifach ungesättigten Linolsäure, 25 Prozent der einfach ungesättigten Ölsäure, 4 Prozent Stearinsäure und 6 Prozent Palmitinsäure. Beim Hydrieren werden Linolsäure und Ölsäure in die gesättigte Stearinsäure umgewandelt. Als Maß für den Grad der Hydrierung dient der Jodwert, da sich Jod leicht an Doppelbindungen anlagert und somit ein Maß für die Sättigung ist. Je mehr Doppelbindungen enthalten sind, desto höher ist der Jodwert. Sonnenblumenöl hat einen Jodwert von 130, ein streichfähiges Fett einen Jodwert von 80 bis 100, ein sehr hartes Fett einen Jodwert von weniger als 40. In nebenstehender Grafik ist die Veränderung der Zusammensetzung während der Hydrierung (100°C, 4 bar H2) mit Platin- beziehungsweise Palladiumkatalysator an ausgewählten Bestandteilen aufgeführt. Die beiden Doppelbindungen der Linolsäure werden nacheinander hydriert, sodass zunächst der Anteil der einfach ungesättigten Ölsäure steigt. Palladium erweist sich so als der reaktivere Katalysator: Es wird mehr Linolsäure (grün) umgesetzt als mit Platin. Allerdings werden auch mehr trans-Isomere (dunkelblau) gebildet. Das gilt sowohl für die Linol- als auch die Ölsäure. Der Platinkatalysator erzeugt hingegen mehr Stearinsäure (rosarot) und weniger trans-Isomere (hellblau). Begleitende Versuche an pulverförmigen, nicht-membrangebundenen Katalysatoren zeigten entsprechend, dass mit dem Palladiumkatalysator im gleichen Zeitraum zwar ein höherer Umsatz erreicht wird, zum großen Teil allerdings unerwünschte trans-Isomere entstehen. In Versuchen mit Methyloleat als Einzelsubstanz konnte sogar gezeigt werden, dass die Hydrierung mit Palladium praktisch nur über das trans-Isomere abläuft. Mit Platinkatalysatoren bleibt der Anteil an trans-Isomeren deutlich niedriger, da die Hy-


drierung zur gesättigten Stearinsäure ohne Umweg über trans-Isomere stattfindet. Im Test mit Methyloleat zeigte sich, dass die trans-isomerisierte Form der Ölsäure mit Platin extrem langsam reagiert. Die Erfahrungen mit den Laboranlagen bei GKSS und LEIA werden in Spanien bei einem der Projektpartner, dem Ölverarbeiter Lipidos Santiga in Barcelona, in einer Pilotanlage umgesetzt. Die Membranfläche ist zirka 0,3 m2 groß. Der Zulauf beträgt 100 Liter Öl. Nach einigen technischen Schwierigkeiten mit dem komplett neu konzipierten Verfahren werden erste Ergebnisse der Pilotanlage Mitte 2007 erwartet. Der Wasserstoffdruck kann gegenüber der Laboranlage deutlich erhöht werden, wodurch sich die Reaktivität erhöht. Bei einem Wasserstoffdruck von 10 bar ist auch der Platinkatalysator deutlich reaktiver und damit wirtschaftlicher. Der Gehalt an trans-isomerisierten Fettsäuren in gehärtetem Pflanzenöl kann mit dem neuartigen Membranverfahren deutlich verringert (zumindest halbiert) werden. Für die Edelmetallkatalysatoren ergibt sich in der Membran die erforderliche längere Nutzungsdauer.

Gefördert im EU-Projekt CAMERTOIL (QLK1-CT-2002-02234): Projektteilnehmer: Fundación LEIA, C.D.T.(Koordinator), Spanien; University of Limerick, Irland; GKSS- Forschungszentrum Geesthacht GmbH; DE SMET ESPAÑA, Spanien; Bisser Oliva, S.A., Bulgarien; HELADOS MIKO, S.A., Spanien; Lípidos Santiga S.A., Spanien; University of Food Technology Plovdiv, Bulgarien.

DR. DETLEV FRITSCH

Hydrogenation of Cooking Oil in a Membrane Reactor The commercial hardening (partial hydrogenation) of cooking oils at elevated temperatures (170 to 200° Celsius) yields products with a high proportion of so-called trans-isomerised fatty acids. Health experts suspect that these increase the risk of cardiovascular diseases. A threeyear EU project with the participation of industry, research centres and higher education has now investigated a new technique for reducing the proportion of trans-isomerised fatty acids in hydrogenated vegetable oils. This involves replacing the nickel catalyst used to date with precious metals such as platinum and palladium, which already yield the requisite reactivity at temperatures of between 100 and 120° Celsius. The lower temperature substantially reduces the amount of trans-isomerised fatty acids formed. Using a new and patented process, the precious metals are permanently incorporated in highly porous polyamideimide membranes as nanoclusters. Thanks to this fixing in the membrane, the service life of these expensive precious metals is increased. It also obviates the need for the complicated filtration process required to separate the product from the finely dispersed nickel previously used.

scale plants have been built at GKSS and at the research centre LEIA in northern Spain, the project coordinator, in order to test the newly developed membranes’ reactivity and the selectivity — i.e. their impact on the proportion of trans-isomerised fatty acids in the hydrogenated fat. This revealed that the palladium and platinum catalyse the reaction by different paths. With palladium, hydrogenation occurs chiefly via the initially formed trans-isomers, whereas platinum also directly hydrogenates the cis-isomers naturally present in the vegetable oil. On the basis of the experience obtained with the laboratory scale plants, one of the project partners in Spain, Barcelona-based oil processor Lipidos Santiga, has now built a pilot plant with a membrane surface of initially 0.3 square metres.

The highly porous membrane is produced by means of a new and likewise patented process. At a pressure difference of one bar and a temperature of 60° Celsius, the rate of flow through one square meter of membrane surface is more than 1,000 litres of oil per hour. Laboratory 33


Küstenforschung • Coastal Research

EINMESSEN EINER FELDKARTIERUNGSSTATION. CALIBRATING A FIELD MAPPING STATION.

Sensitivitätskartierung im deutschen Wattenmeer Im Institut für Küstenforschung wurde in den vergangenen Jahren ein automatisiertes Expertenmodell erstellt, das dem für die Bekämpfung von Ölunfällen zuständigen „Havariekommando“ – einer Einrichtung des Bundes und der Küstenländer - als wichtige und detaillierte Entscheidungshilfe bei der Vorsorgeplanung dient. Das Modell gibt darüber Auskunft, wann welche Wattenmeer-Bereiche besonders verletzlich sind. Das Wattenmeer mit seinen ausgedehnten Salzwiesen, Brut- und Rastvogelgebieten sowie Sand- und Schlickflächen stellt einen hochempfindlichen Lebensraum dar, der durch die Folgen von Schiffsunfällen besonders bedroht ist. Vor allem größere Ölunfälle könnten nicht nur für Seevögel, sondern für den gesamten Lebensraum katastrophale Folgen haben. Eine Regenerierung dieser empfindlichen Biotope könnte je nach Art und Zustand des Öls bis zu mehrere Jahrzehnte dauern. Wegen seiner Größe von fast 10.000 Quadratkilometern lässt sich dieses riesige Gebiet allerdings nicht in Gänze schützen. Für eine effektive Vorsorgeplanung ist es daher unerlässlich festzulegen, wann welche Bereiche besonders verletzlich sind. Zu diesem Zweck haben wir zunächst mit ausgedehnten Feldarbeiten die räumliche Verteilung der Subsysteme kartiert – die Verteilung der einzelnen Habitate oder Lebensräume im Intertidal des Wattenmeeres (Bereiche, die bei Niedrigwasser trocken fallen) mitsamt 34

ihren unterschiedlichen Sedimenten und Organismengesellschaften. Dabei konnten die beteiligten Biologen auf eine erste Inventur einzelner Biotoptypen (Lebensräume) zurückgreifen, die von GKSS von 1987-1992 erstellt wurde. Ein großer Teil der annähernd 5000 Stationen wurde erneut aufgesucht. Dabei wurden die biologischen und sedimentologischen Eigenschaften der Standorte auf standardisierten, rechnerlesbaren Protokollen dokumentiert. Zusätzlich wurden Überfliegungen durchgeführt und zu den dabei gewonnen Luftbildern auch Satellitenbilder ausgewertet. Dadurch ließen sich „Besonderheiten“ am Boden gut erkennen, was die gezielte Feldkartierung und die Verifizierung der entsprechenden Wattbereiche erleichterte. Die Feldkartierungen erfolgten von Land oder vom Boot aus. Die einzelnen, über ihre GPS-Koordinaten fixierten Stationen auf den trockenfallenden Platen besitzen einen Abstand von 1000 Metern und mussten zu Fuß aufgesucht


ERGEBNISKARTE FÜR EINEN AUSSCHNITT IM GRÖßEREN BEREICH DER ELBEMÜNDUNG. MAP DEPICTING A SECTION OF THE MOUTH OF THE ELBE.

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Küstenforschung • Coastal Research

AUSSCHNITT DER KARTIERUNGSSTATIONEN IM WATT MIT DEN ZUGEWIESENEN GRENZEN DER EINZELNEN LEBENSRÄUME. SECTION OF THE MAPPING STATIONS ON THE TIDAL FLAT, WITH CLEARLY MARKED BORDERS BETWEEN THE HABITAT AREAS.

VERLETZLICHKEIT DIESER GEBIETE GEGENÜBER ÖLVERSCHMUTZUNGEN: (GRÜN: GERING, GELB: UNTERER MITTELBEREICH, ROT: HOHER MITTELBEREICH, MAGENTA: SEHR EMPFINDLICH). DEGREE OF VULNERABILITY OF THESE AREAS TO OIL POLLUTION: (GREEN: LOW, YELLOW: LOWER-MIDDLE RANGE, RED: UPPER-MIDDLE RANGE, MAGENTA: VERY VULNERABLE).

und bearbeitet werden. An jeder Station dieses Gitternetzes wurden die Sedimentverhältnisse (etwa Sand, Schlick, Farbe und die Ausprägung von Rippelstrukturen) sowie erkennbare Siedlungsmuster sogenannter makrobenthischer Organismen erfasst, jener bodenlebenden Tiere, die von einem Sieb mit 1 Millimeter Maschenweite zurückgehalten werden. Darüber hinaus wurden die Anwesenheit und Ausprägung von Algen und Pflanzen beschrieben. Um auch die Veränderung von Lebensräumen auf dem Weg von einer Station zur nächsten zu beschreiben, wurden zusätzlich zu den Kartierungsarbeiten im Gelände in Teilgebieten Überfliegungen durchgeführt, die es ermöglichten "Besonderheiten" am Boden zu erkennen. Für den gesamten Bereich des Wattenmeeres wurden zudem Satellitendaten ausgewertet, die ebenfalls die gezielte Feldkartierung und die Verifizierung der entsprechenden Wattbereiche erleichterte.

„Vorsorgeplans Schadstoff- Unfallbekämpfung“ (VPS) anzuwenden. Dank der kontinuierlichen und intensiven Zusammenarbeit mit den Anwendern und weiteren Institutionen ist es unserer Arbeitsgruppe im Institut für Küstenforschung damit gelungen, ein operationelles Monitoring-System zu entwickeln. Es ist eine wichtige Grundlage für das Küstenmanagement und soll künftig auf das gesamte Gebiet der Deutschen Bucht ausgedehnt werden.

Neben eigenen, durch sehr arbeitsintensive Felduntersuchungen erhobenen Daten flossen in das Expertenmodell Informationen zur Verteilung von Seegras, Miesmuschelbänken und Salzwiesen ein, die von den Nationalparkämtern in Hamburg, Schleswig-Holstein und Niedersachsen zur Verfügung gestellt wurden. Diese Daten entstammen regelmäßigen Monitoringvorhaben. Von besonderem Interesse war für uns auch die im Jahresverlauf wechselnde Häufigkeit von Brut- und Rastvögeln. Entsprechende Daten stammen ebenfalls aus dem Monitoringprogramm der Nationalparkämter. Sie geben Aufschluss über die zeitlich veränderliche Empfindlichkeit bestimmter Gebiete. Alle erfassten Parameter (Kenndaten) wurden daraufhin in ein speziell für die Empfindlichkeit gegenüber Ölunfällen entwickeltes Bewertungsmodell eingespeist. Mit Hilfe eines Geoinformationssystems (GIS) wurden daraus für alle vier Jahreszeiten entsprechende Empfindlichkeitsklassen berechnet. Dank speziell bei GKSS entwickelter mathematischer Methoden ist jetzt eine Automatisierung dieses Bewertungsverfahrens möglich. Es ersetzt künftig weitgehend die persönliche Beratung durch Experten und ermöglicht es dem Havariekommando, die „Sensitivitätskartierung Deutsches Wattenmeer“ eigenständig als Bestandteil seines 36

ULRIKE KLEEBERG/KARL-HEINZ VAN BERNEM

Mapping the Habitat Sensitivity of the Wadden Sea in Germany The Wadden Sea is an area of tidal flats and salt marshes extending along the North Sea coasts of Denmark, Germany and the Netherlands. It has enormous value as a cleansing site for North Sea water, as a nursery for young fish and as a feeding ground for many bird species. Due to the proximity of important shipping routes and harbours, this region is especially threatened by oil spills. Thus, for oil spill response and precaution measures, a sensitivity study of the entire intertidal area was established in order to assess and minimize the potential ecological and economic damage. Based on comprehensive field surveys and in close cooperation with the users, an automated expert model was developed at the Institute for Coastal Research (GKSS Research Centre). The sensitivity of habitats was calculated by use of neural network techniques and advanced classification methods (treefit). The design of this model will enable the Central Command for Maritime Emergencies, as the main user and sponsor of the present project, to calculate the spatio-temporal sensitivity of intertidal areas without extensive further assistance from experts. The complete data sets were used to generate GIS sensitivity maps of the German North Sea coast.


STURM UND STARKE BRANDUNG AN DER DEUTSCHEN NORDSEEKÜSTE. STORM AND STRONG SURF ON GERMANY’S NORTH SEA COAST.

Stürmische Zeiten für Norddeutschland? Die Winterstürme der letzten Monate wie Kyrill, Franz oder Britta haben erneut die Frage aufgeworfen, ob und wie solche Stürme in Zukunft zunehmen werden. Sind diese Stürme bereits Vorboten des bevorstehenden Klimawandels? Wissenschaftler am Institut für Küstenforschung nehmen sich seit Jahren dieser Fragen an. Dabei erforschen sie nicht nur die Veränderlichkeit der Stürme, sondern auch ihre Auswirkungen auf die Küstenregion. Untersucht wird vor allem der Einfluss auf Sturmfluten und extremen Seegang. Stürme sind ein natürliches Phänomen. In unseren Breiten beziehen sie ihre Energie aus dem mittleren Temperaturunterschied zwischen polaren und tropischen Breiten. Ihre Häufigkeit und Stärke sind dabei natürlichen Schwankungen unterworfen. Es gibt Jahre und Jahrzehnte mit eher hoher und solche mit eher geringer Sturmaktivität. Derartige Schwankungen sind zunächst einmal normal und vom Einfluss des Menschen unabhängig. Die Frage, ob und inwieweit die Entwicklung des Sturmklimas in den vergangenen Jahren außergewöhnlich war, erscheint einfach; ebenso die Frage, welche Trends für die Zukunft erwartet werden können. Im Detail erweisen sich diese Fragen allerdings als äußerst vielschichtig. Um sie zu beantworten, müssen eine ganze Reihe von Problemen gelöst und verschiedene Aspekte betrachtet werden.

Ist das gegenwärtige Maß der Sturmtätigkeit im Vergleich zu früheren Zeiten ungewöhnlich? Um diese scheinbar recht simple Frage zu beantworten, benötigt man Messdaten, die möglichst weit in die Vergangenheit zurückreichen. Besonders wichtig ist, dass sich die Messmethodik über möglichst lange Zeiten kaum geändert hat, denn so bleiben Messwerte vergleichbar. Man spricht hier von homogenen Daten. Gerade bei der Auszählung von Stürmen aus Wetterkarten oder bei der Bestimmung ihrer Intensität aus Windgeschwindigkeiten stellt die Homogenität ein wesentliches Problem dar. Dem wird oftmals allerdings wenig Aufmerksamkeit geschenkt. Bekannt ist dieses Problem beispielsweise bei der Erfassung von Stürmen über dem Meer. So bewirkte die Einführung von Wettersatelliten, dass insbesondere über den vormals nur durch 37


Küstenforschung • Coastal Research

FISCHKUTTER BEIM EINHOLEN DER SCHLEPPNETZE. A FISHING BOAT’S NETS ARE HAULED IN.

wenige Messdaten untersuchten Ozeanen mehr und stärkere Stürme diagnostiziert wurden. Analysiert man solche inhomogenen Daten über längere Zeit, können Veränderungen vorgetäuscht werden, obwohl sich die tatsächliche Sturmaktivität im Grunde nicht verändert hat. Unter Beteiligung von GKSS wurde diesem Problem in dem von der Europäischen Union geförderten Projekt WASA (Waves and storms in the North Atlantic) von 1995 bis 1997 erstmals größere Aufmerksamkeit geschenkt. Die in WASA gewonnenen Erkenntnisse und Methoden liefern noch heute eine wesentliche Grundlage für die bei GKSS durchgeführten Arbeiten zur Veränderlichkeit des Sturmklimas. Danach ergeben sich im Wesentlichen zwei Möglichkeiten: Zum einen kann man nach so genannten Proxy- oder Stellvertretervariablen suchen, mit deren Hilfe man Rückschlüsse auf die Veränderlichkeit des Sturmklimas ziehen kann. Im Vergleich mit direkten Windmessun-

gen weisen diese eine deutlich bessere Homogenität auf. Solche „Proxies“ basieren beispielsweise auf Luftdruckmessungen an Beobachtungsstationen, die seit Jahrhunderten mit dem im Prinzip unveränderten Quecksilberbarometer durchgeführt werden. Der Vorteil solcher Proxies besteht darin, dass mit ihrer Hilfe Sturmindices über Zeiträume von mehr als 200 Jahren erstellt werden können. So sind auch die relativ starken Schwankungen in der Sturmaktivität im Bereich von Jahrzehnten zu erkennen. Die relativ ausgeprägte Phase hoher Aktivitäten Mitte der 1980er Jahre erweist sich hingegen in der Rückschau als nicht besonders auffällig. Ein weiteres Problem stellen die zu kurzen Beobachtungszeiträume dar. Viele umfangreiche Messprogramme beginnen typischerweise um 1960-1970. Betrachtet man nur den sehr kurzen Zeitraum danach, so scheint die Sturmaktivität tatsächlich zuzunehmen. Erst die Betrachtung längerer Zeiträume relativiert diese Schlussfolgerung deutlich.

STURMINDICES FÜR LUND (BLAU) UND STOCKHOLM (ROT) IN SCHWEDEN. DIE INDICES REPRÄSENTIEREN DIE JÄHRLICHE ANZAHL TÄGLICHER BAROMETERMESSUNGEN VON 980 HPA UND WENIGER. DIE DURCHGEZOGENE LINIE IST EINE AUSGLEICHSLINIE. (QUELLE: BÄRRING UND VON STORCH, GEOPHYSICAL RESEARCH LETTERS, 31, L20202, 2004) STORM DATA FOR LUND (BLUE) AND STOCKHOLM (RED) IN SWEDEN. THE INDEXES REPRESENT THE ANNUAL NUMBER OF DAILY BAROMETER READINGS OF 980 HPA AND LESS. THE SOLID LINE SHOWS THE AVERAGE LEVEL. (SOURCE: BÄRRING AND VON STORCH, GEOPHYSICAL RESEARCH LETTERS, 31, L20202, 2004)

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Längere Zeiträume lassen sich darüber hinaus auch mit Computermodellen und so genannten Reanalysen betrachten. Dabei werden die Wetteranalysen der Vergangenheit mit dem heutigen Stand der Technik wiederholt und die Daten reprozessiert. Auf diese Weise kann man einen Großteil der vorhandenen Inhomogenitäten beseitigen. Die Qualität der Daten zum Zweck einer Interpretation langfristiger Veränderungen verbessert sich. Im Vergleich zu Proxydaten kann man so zwar nur vergleichsweise kurze Zeiträume darstellen (seit etwa 1958), erhält jedoch eine Rekonstruktion des Wettergeschehens mit hohem räumlichen und zeitlichen Detaillierungsgrad. So lassen sich, anders als bei der Analyse von Proxydaten, auch Aussagen für Regionen treffen, aus denen nur wenige Beobachtungsdaten vorliegen. An der Küste werden Stürme in der Regel von hohen Wasserständen (Sturmfluten) und schwerem Seegang begleitet. Über die Veränderlichkeit dieser Größen geben die oben beschriebenen Methoden zunächst keine Auskunft, da diese von Wetter- und Klimamodellen nicht berücksichtigt werden. Bei der GKSS wurden deshalb mit Hilfe reprozessierter Wetterdaten und weiterer Computermodelle (zum Beispiel in den Projekten HIPOCAS und coastDat) Rekonstruktionen des Seegangs und des Sturmflutgeschehens in der Nord- und Ostsee erzeugt. Diese ermöglichten erstmals eine räumlich und zeitlich detaillierte Beschreibung der Veränderlichkeit des Sturmflutund Seegangsklimas der letzten zirka 50 Jahre. Danach haben beispielsweise die Höhen der größten Wellen in der Deutschen Bucht von 1958 bis etwa 1995 um etwa 10 Prozent zugenommen, während für die Zeit nach 1995 ein deutlicher Rückgang zu beobachten ist. Solche Kenntnisse sind eine entscheidende Voraussetzung, um mögliche zukünftige Änderungen einschätzen und bewerten zu können. Welche durch den Menschen beeinflussten Änderungen erwarten wir für die Zukunft? Lassen sich diese Änderungen bereits heute aus den Beobachtungen ablesen? Heutige Klimamodelle können das gegenwärtige Klima und die historischen Klimaschwankungen einigermaßen gut darstellen. Voraussetzung dafür ist, dass man die „externen” Randbedingungen, also die Sonnenleistung, die atmosphärische Konzentration von Treibhausgasen und dergleichen mehr vorgibt. Diese Modelle beschreiben das Klima mit zumeist befriedigender Zuverlässigkeit. Je kleiner aber die räumlichen Abmessungen sind, desto weniger zuverlässig sind die Modelle. Es ist zum Beispiel deutlich einfacher, eine Aussage über die global gemittelte Temperatur zu machen als über den Niederschlag in Hessen. Noch schwieriger wird es, wenn man nicht Mittelwerte, sondern die Variabilität von Naturphänomenen oder gar seltene Ereignisse wie etwa Winterstürme in unseren Breiten berechnen will. Glücklicherweise gibt es seit einigen Jahren so genannte Regionalmodelle, die besser mit räumlichen Details umgehen können. So gehen Klimawissenschaftler davon aus, dass solche Modelle auch qualifizierte Aussagen über mög-

SZENARIEN VON ÄNDERUNGEN DER TEMPERATUR (TAGESMITTEL, TAGESMAXIMUM, TAGESMINIMUM), DER MAXIMALEN WINDGESCHWINDIGKEIT UND DER MONATLICHE SUMME DER NIEDERSCHLÄGE IN NORDDEUTSCHLAND (MITTELWERTE DES GEBIETES SCHLESWIG-HOLSTEIN, HAMBURG UND NIEDERSACHSEN). OBEN: ZEITHORIZONT 2030; UNTEN: ZEITHORIZONT 2085. RECHTS: SOMMERMONATE. LINKS: WINTERMONATE. SCENARIOS OF CHANGES IN TEMPERATURE (DAILY AVERAGE, DAILY MAXIMUM, DAILY MINIMUM), IN MAXIMUM WIND SPEED AND THE MONTHLY PRECIPITATION TOTAL IN NORTHERN GERMANY (MEAN VALUES OF THE REGION SCHLESWIG-HOLSTEIN, HAMBURG AND LOWER SAXONY). TOP: FOR THE YEAR 2030; BOTTOM: FOR THE YEAR 2085; RIGHT: SUMMER MONTHS. LEFT: WINTER MONTHS.

liche Zukunftsszenarien machen können. Voraussetzung dafür ist allerdings, dass Gegenwart und Vergangenheit realistisch beschrieben werden. Zudem muss es gelingen, robuste Abschätzungen über die antreibenden Faktoren zu konstruieren. Dabei geht es vor allem um die richtige Einschätzung der künftigen atmosphärischen Konzentrationen von Treibhausgasen. Diese Konzentrationen hängen wesentlich von der künftigen Freisetzung in die Atmosphäre und damit von gesellschaftlichen Faktoren ab. Letztere sind nicht wirklich vorhersagbar. Daher werden gesellschaftliche Entwicklungen (beispielsweise Bevölkerungsentwicklung, Globalisierung und Innovationsgrad) in Form von Szenarien antizipiert. Dabei handelt es sich um mögliche, plausible, in sich konsistente aber nicht immer sehr wahrscheinliche Entwicklungen. So erhält man eine Reihe alternativer Entwicklungen. Globale Klimamodelle rechnen auf dieser Basis oftmals hundertjährige Folgen von beispielsweise stündlichem Wetter mit einer großen Anzahl von relevanten Variablen aus. Dadurch lässt sich abschätzen, welche Folgen möglich und plausibel erscheinen. Die Rechnungen der globalen Klimamodelle werden anschließend mit verschiedenen regionalen Klimamodellen verfeinert, so auch bei GKSS und Kooperations-Partnern. Dabei stellte sich heraus, dass bei gleichem globalen Antriebsmodell die verschiedenen Regionalmodelle viele Aspekte einer zukünftigen Entwicklung für Europa ähnlich beschreiben. Allen Simulationen ist gemein, dass es deutlich wärmer wird. Die GKSS-Analysen zeigen unter anderem, dass es Veränderungen in den statistischen Verteilungen von winterlichen Starkwindgeschwindigkeiten über der Nordsee oder sommerlichen Niederschlägen in Norddeutschland geben wird. Abbildung 2 zeigt beispielhaft erwartete Veränderungen im Szenario A2 („business as 39


Küstenforschung • Coastal Research

ANGEGRIFFENE DÜNENLANDSCHAFT GEFÄHRDET DIE INSELN UND HALLIGEN. DAMAGED DUNES ENDANGER THE ISLANDS AND THE HALLIGEN.

BRANDUNG NACH AUFGEWÜHLTER SEE. SURGE IN THE WAKE OF STRONG WINDS.

usual“) für den Zeitraum 2070-2100 im Vergleich zu 19601990 für Niederschlagereignisse, Temperatur und Starkwind in Norddeutschland.

längs der deutschen Nordseeküste. Demnach ist ein Anstieg von bis zu 10 bis 20 cm für Cuxhaven und St. Pauli für 2030 im Rahmen des A2-Szenarios plausibel. Für 2085 ergeben sich wesentlich höhere Zahlen, nämlich 50 bis 60 cm für Cuxhaven und 50 bis 80 cm für St. Pauli. Diese Zahlen beinhalten sowohl den Anteil aufgrund veränderter Sturmtätigkeit als auch den Anstieg des mittleren Wasserstandes aufgrund der thermischen Ausdehnung des Wassers. Die Zahlen sind mit einer merklichen Unsicherheit behaftet, die für die Werte des Jahres 2030 eine Differenz von bis zu ±20 cm und für jene des Jahres 2085 bis zu ±50 cm ausmachen kann. Diese grundsätzliche Unsicherheit wird letztlich durch die Verwendung verschiedener gesellschaftlicher Szenarien (Freisetzung von Treibhausgasen) bewirkt. Diese Tatsache bleibt bei der öffentlichen Kommunikation von Resultaten der Klimaforschung aber leider oft unberücksichtigt.

Demnach kann man für Starkwindereignisse in Norddeutschland gegen Ende des Jahrhunderts mit einer Zunahme der Windgeschwindigkeiten von bis zu 10 Prozent rechnen. Nimmt man einen linearen Anstieg dieser Größe über die Zeit an, ergibt sich eine anfängliche Überschätzung des Effekts. In diesem Falle läge der Anstieg bei knapp 1 Prozent pro Jahrzehnt. Das ist ein sehr schwaches Signal, das jenseits der Nachweisgrenze liegt. Es ist folglich stimmig, dass wir in den Winddaten derzeit kein Klimaänderungssignal finden können. Das Institut für Küstenforschung hat die Windfelder aus solchen Klimaänderungsszenarien weiter verwendet, um Sturmfluten und Seegang zu simulieren – beispielsweise

DR. RALF WEIßE

Changes in Storm Climate and Related Marine Hazards Extra-tropical storms represent a major environmental threat. At sea they are associated with hazards such as storm surges and extreme ocean wave heights. At GKSS scientists have been investigating questions such as whether or not discernable changes in storm activity and related marine hazards have been observed in the recent past and what changes can be expected over the coming decades as a result of anthropogenic climate change. Storm activity over the northeast Atlantic and northern Europe increased for a few decades after the 1960s following an earlier downward trend that started about 1900. When longer periods have been considered (such as by analyzing air pressure readings at stations in Sweden since about 1800), no significant changes have been found. Regionally detailed reconstructions of surface winds since 40

about 1960 have been used to run dynamic models of water levels, currents and ocean waves in the North Sea. The changes were found to be consistent with the changes of storm activity; that is, there was a general increase from 1960 to the mid-1990s and thereafter a decline. Scenarios prepared on the basis of a chain of assumed emission scenarios, as well as global and regional climate models, point to a future of slightly more violent storminess, storm surges and waves in the North Sea. For the end of the century, an intensification of up to 10% is envisaged, largely independent of the emission scenario used. When not only the change in windiness but also the thermal expansion of the ocean is considered, increases of 10–20 cm by 2030 and of 50-60 cm by 2085 appear to be reasonable guesses for future extreme water levels along the German Bight coastline.


Regenerative Medizin • Regenerative Medicine

OBERFLÄCHENMODIFIKATIONEN VON POLYETHERIMID-MEMBRANEN (VERÄNDERUNG IN ABHÄNGIGKEIT VON DER BEHANDLUNGSDAUER) MODIFICATION OF MEMBRANE SURFACE PROPERTIES, SUBJECT TO TIME OF TREATMENT.

Polyetherimid (PEI) – ein Polymer für biomedizinische Anwendungen? Wenn man sich heute über Membranen aus Polyetherimid (PEI) informiert, so findet man in den Publikationen stets auch Literaturzitate von GKSS-Mitarbeitern. Diese Präsenz überrascht kaum. Immerhin haben sich diese Membranen in der industriellen Praxis vor allem dank der Forschung am GKSS etabliert. Den Anfang machte 1986 die Entwicklung einer Membran zur Helium-Rückgewinnung aus Tauchgasen. In den folgenden Jahren entstand bei GKSS dann eine ganze Palette von Membrantypen für unterschiedlichste Anwendungen. PEI-Membranen sind recht kostengünstig. Sie verfügen über exzellente mechanische Festigkeit, hohe Thermobeständigkeit und gutes Filmbildungsvermögen. Das sind Eigenschaften, die PEI-Membranen in der Industrie künftig zu einem unentbehrlichen Werkstoff machen dürften. Im biomedizinischen Bereich hingegen blieb der Erfolg bislang aus. Das ist eigentlich überraschend, denn aufgrund ihrer Thermostabilität eignen sich PEI-Folien zur Behandlung mit überhitztem Wasserdampf, dem gefragtesten Sterilisationsmedium. Es stellte sich daher die Frage, ob eine erfolgreiche Anwendung unseres „Hauspolymers“ im medizinischen Bereich entweder möglich und sinnvoll oder gar unmöglich ist?

Ob sich Membranen für biomedizinische Anwendungen eignen, hängt vor allem davon ab, wie stark wasserabweisend oder -anziehend sie sind. PEI ist beachtlich wasserabweisend (hydrophob). Als Folge dessen adsorbiert es Proteine sehr stark. Im Kontakt mit Biosystemen führt das zu unerwünschten Nebenreaktionen. Dieses Problem kennt man auch von vielen anderen Hochleistungspolymeren, die heute die Basis zur Herstellung kommerzieller Membranen sind – auch für den medizinischen Bereich. In unverändertem reinen Zustand ist PEI also gänzlich bioinkompatibel und nur bedingt für medizinische Anwendungen geeignet. Gelänge es aber, diese Membranen mittels eines kostengünstigen Prozesses wasserfreundlich (hydrophil) und damit proteinabweisend zu machen, dann wäre PEI für den biomedizinischen Einsatz geradezu prädestiniert. 41


Regenerative Medizin • Regenerative Medicine

ERWARTETER ABLAUF DER REAKTION VON POLYIMIDEN MIT AMINISCHEN MODIFIKATOREN EXPECTED PROGRESS OF THE REACTION OF POLYIMIDES WITH AMINO MODIFIERS

Vor diesem Hintergrund startete GKSS Ende der 90er-Jahre Arbeiten zur Anwendung von PEI-Membranen im biomedizinischen Bereich. Das Ziel war es, die Membranen möglichst dauerhaft zu hydrophilisieren. Dafür muss man durch chemische Reaktion Hyrophilierungssubstanzen an die Oberflächen binden. Dieser Ansatz erschien zunächst vermessen, denn nach der in der Literatur verbreiteten Meinung sind Polyimide chemisch recht stabil. So erscheint eine Hydrophilierung des Polyetherimids zunächst unmöglich. Doch das gilt nur, wenn man die chemische Stabilität im sauren Bereich (pH < 7) betrachtet. Im alkalischen Bereich (pH > 7) hingegen sind die Polyetherimide hoch oder höchst reaktiv, weil die CarbonylGruppe des Imid-Ringes unter diesen Bedingungen gegenüber speziellen Substanzen (Nukleophilen) so reaktiv ist, dass direkte Umsetzungen mittels Nasschemie ohne zusätzliche Aktivierungsstufe möglich sind. Diese Grundreaktion ist realisiert, wenn eine Amin-Gruppe der Hydrophilierungssubstanz mit der Carbonyl-Gruppe des Imid-Rings unter Bildung einer Amid-Gruppe reagiert. Wie sich zeigte, konnten wir diesen Reaktionsablauf tatsächlich nachweisen. Je nachdem welche Modifikatorsubstanz man wählt, erhält das Polyetherimid noch weitere chemische Funktionen. So kann man die Oberflächeneigenschaften der PEI-Membran in einem weiten Bereich (von hydrophob bis hydrophil) gezielt verändern. Erste biochemische Untersuchungen zeigten, dass sich das biochemische Verhalten der PEI-Membran durch eine derartige Modifizierung tatsächlich beeinflussen und den Anforderungen anpassen lässt. Di- und Polyamine eignen sich für diese Membranmodifizierung besonders gut. Immerhin bewirken sie nicht nur eine Hydrophilisierung. Sie erzeugen zugleich freie Amin-Gruppen, an die weitere spezifische Liganden gebunden werden können. Je nach Größe des Modifikatormoleküls kann man durch die Modifizierung die Trenneigenschaften der Membran gezielt einstellen. Wir konnten beobachten, dass sich PEI-Membranen bereits durch eine simple Aminierung in geeignete Trägermembranen für biohybride Hautsubstitute verwandeln lassen. Hat der Membranträger seine Funktion erfüllt, löst er sich selbständig von der Zellschicht ab. Das macht eine nachträgliche operative Ent42

fernung überflüssig. Aminierte PEI-Membranen lassen sich noch anders verwenden: In einem weiteren Ansatz wurden die Amin-Gruppen genutzt, um mit Hilfe einer chemischen Verbindung extrem dünne Composite-Schichten auf der Membran zu fixieren. Dank der hohen Bindungsfestigkeit und Leistungsfähigkeit des Composite-Aufbaus scheint ein Einsatz unter extremer mechanischer Belastung absolut möglich. Vergleichbar mit dieser Modifizierungstechnik ist eine weitere Beschichtung. In diesem Falle wurde ein anderes, hydrophileres Beschichtungspolymer (bromiertes Polyvinylpyrrolidon) an die aminierte Membran gebunden. Diese Bindung ist so stabil, dass sie selbst extremen Bedingungen stand hält. Mit diesen Arbeiten konnte gezeigt, dass sich proteinabweisende, blutverträgliche PEI-Membranen erzeugen lassen, die möglicherweise sogar zeitlich unbegrenzt mit Blut in Kontakt stehen können – eine einfache aber wirkungsvolle Lösung. Aminierung ist allerdings nicht gleich Aminierung: Je nach Wahl des Modifikators führt dies fast ausschließlich zu einer Aminierung oder gleichzeitig mit der Aminierung auch zu einer Porenöffnung. Beide Prozesse sind dann untrennbar miteinander verbunden. Aminiert man die Membran mit niedermolekularen Aminen wie Diethylentriamin, beginnt das Polymer sich schichtartig abzubauen. Die Membrandicke nimmt ab. Bei asymmetrisch strukturierten Membranen nehmen damit die Wasserdurchlässigkeit und die Porengröße zu. Der Trennbereich einer PEI-Ultrafiltrationsmembran wird damit in den Mikrofiltrationsbereich verschoben. Damit ist es möglich, beispielsweise aus einer bei GKSS gefertigten Standardmembran aminierte PEI-Membranen mit stark unterschiedlichen Trenneigenschaften herzustellen. Hier bietet sich also ein kostengünstiger Weg zur Herstellung adsorptiver Membranen. Immerhin wären diese Membranen preiswert genug für den Einmalgebrauch, aber auch robust genug für Dampfsterilisation und Mehrfachnutzung. Sie ließen sich unter anderem als Alternativverfahren bei der Blutreinigung einsetzen. Bislang verwendet man meist Mikropartikel, um hochmolekulare Toxine (Apherese) aus dem Blut zu filtern. Diese Membranen wären besonders geeignet, um kleine Toxinmengen schnell aus großen Volumina zu entfernen. Doch bis zur endgültigen Anwendung ist noch einiges zu tun. Industrie und Medizintechnik stellen natürlich unterschiedliche Ansprüche an die Membranen. Im medizinischen Bereich liegen an einer Membran beispielsweise deutlich geringere Trennkräfte an als an einer industriell genutzten Membran mit identischem Trennprinzip. Gleiche Leistung lässt sich folglich nur über eine vergrößerte Fläche oder eine verbesserte, inhärente Membranleistung erreichen. Will man möglichst nebenwirkungsfrei behandeln, kommt nur die letztere Möglichkeit in Frage. Allerdings ist die Verbesserung der Membranleistung eine anspruchsvolle Aufgabe. Zum einen muss man dafür die zugrunde liegenden


Membranformierungsprozesse besser verstehen. Zum anderen benötigt man veränderte Herstellungsprozesse. Die beiden folgenden Beispiele verdeutlichen das: Der Widerstand einer Membran kann auf das notwendige Minimum reduziert werden, wenn er lediglich durch die dünne Aktivschicht bestimmt wird und weitere Widerstände vernachlässigt werden können. Dazu sind hochasymmetrische Membranen erforderlich. Tatsächlich ist es uns mit Hilfe einer Doppelschichthohlkerndüse gelungen, ein solches hochasymmetrisches System in Form einer Hohlmembran herzustellen. Eine modifizierte Alternative des Verfahrens zur Hohlmembranherstellung eignet sich beispielsweise für die Produktion von PEI-Mikropartikeln, deren Porencharakteristik sich so optimal auf das Herausfiltern hochmolekularer Toxine zuschneiden lässt. Diese Herstellung gelingt allerdings nur, wenn der Hohldorn einer Hohlkerndüse als Nadel ausgeführt ist und die Polymerlösung nicht im Spalt, sondern im Hohlkern der Nadel geführt wird. Im Sprühprozess lässt sich die Membran dann entsprechend formieren und die entsprechende Porencharakteristik einstellen. Die Verbindung zu Membranformierungsprozessen ist klar ersichtlich. Die eingangs gestellte Frage, ob sich unser „Hauspolymer“ PEI für biomedizinische Anwendungen eignet, kann letztlich eindeutig mit einem Ja beantwortet werden. Im Vergleich mit anderen Standardpolymeren der Membranformierung hat PEI ein ungewöhnlich großes biomedizinisches Potenzial. Da sich das Material gezielt modifizieren und leicht verarbeiten lässt, kann es individuell und nahezu perfekt auf verschiedene Anforderungen und Anwendungen zugeschnitten werden. Für die kommenden Jahre besteht die Aufgabe vor allem darin, dieses Potenzial in Gänze auszunutzen. Andererseits eröffnen diese Arbeiten neue Möglichkeiten der Membrananwendung im technischen Bereich und stimulieren weitere Synergien der Zusammenarbeit zwischen den Standorten Geesthacht und Teltow. So wird unser „Hauspolymer“ PEI als Bearbeitungsgegenstand zum Verbindungselement der Standorte; gemeinsame Publikationen aus jüngster Vergangenheit sind Zeugnis dieser erfolgreichen Zusammenarbeit. DR. WOLFGANG ALBRECHT

REM-AUFNAHME EINER UNBEHANDELTEN UND EINER MIT AMINISCHEN MODIFIKATOR BEHANDELTEN MEMBRAN AUS PEI. SEM IMAGE OF MEMBRANES MADE OF PEI: AN UNTREATED MEMBRANE AND ONE TREATED WITH AMINO MODIFIERS

DÜSENAUSGANG UND MORPHOLOGIE EINER HOCHASYMMETRISCHEN HOHLMEMBRAN AUS PEI. NOZZLE OUTPUT AND MORPHOLOGY OF A HIGHLY ASYMMETRICAL HOLLOW MEMBRANE MADE OF PEI.

DÜSENAUSGANG UND MORPHOLOGIE EINES MIKROPARTIKELS AUS PEI. NOZZLE OUTPUT AND MORPHOLOGY OF A MICROPARTICLE OF PEI.

Polyetherimide (PEI) — a Polymer for Biomedical Applications? Polyetherimide (PEI) is a high-performance plastic whose range of uses has been greatly influenced in recent years by research work conducted at GKSS. The material is, for example, used for a wide range of different membrane types for technical applications. However, polyetherimide also possesses properties that appear to make it wellsuited for biomedical applications. Polyetherimide membranes can be chemically modified to change the surface properties from hydrophobic to hydrophilic as desired. In addition, free amine groups can be used to bind other specific biologically active ligands, and choosing the modifier (various diamines) enables the membrane’s morphology and porosity to be subsequently changed. The relationship between the chemical modification of membrane surface properties and the adaptation of established membrane production processes such as the double layer membrane principle or spraying systems for manufacturing microparticles make it possible to create high-performance membranes that are perfectly suited for biomedical applications. 43


Struktur der Materie • Structure of Matter

DAS TOMOGRAMM ZEIGT DAS IM MENSCHLICHEN INNENOHR EINGEWACHSENE KOCHLEA-IMPLANTAT, DAS AUS ZWÖLF ELEKTRODEN BESTEHT UND EINEM PATIENTEN MIT SENSORISCH-NEURALEM GEHÖRVERLUST EINGESETZT WURDE. THE TOMOGRAM SHOWS A COCHLEAR IMPLANT THAT HAS GROWN INTO A PATIENT’S INNER EAR. THE IMPLANT CONSISTS OF 12 ELECTRODES AND WAS FITTED TO A PATIENT WITH SENSORY-NEURAL HEARING LOSS.

Neue Untersuchungsmethoden zur 3D-Charakterisierung mit Synchrotronstrahlung und Neutronen Das aus der Medizin bekannte Verfahren der Röntgen-Computer-Tomographie wird von den Wissenschaftlern der GKSS seit einigen Jahren gezielt für Untersuchungen in der Strukturund Materialforschung eingesetzt. Hierfür sind gezielt experimentelle Einrichtungen sowohl für Röntgenstrahlung am DESY als auch für Neutronen am FRG1 aufgebaut worden. Durch den Einsatz der von DESY bereit gestellten Synchrotronstrahlung an dem neuen Messplatz der GKSS HARWI II werden Werkstoffe zerstörungsfrei dreidimensional mit sehr hoher Detailauflösung dargestellt. Hierbei ist die Strukturauflösung um den Faktor 1000 höher als z.B. in der medizinischen Tomographie, die üblicherweise in Arztpraxen mit Laborröntgenquellen durchgeführt wird. Zusätzlich erlaubt der Einsatz der hochintensiven Synchrotronstrahlung aus dem "weißen" Röntgenlicht genau eine "Farbe" herauszufiltern. Mit diesem monochromatischen Röntgenstrahl steht gegenüber konventionellen Röntgenquellen ein wesentlich intensiverer und für die Erfordernisse der Experimente optimierter Röntgenstrahl zur Verfügung. Am Forschungsreaktor FRG1 werden tomographische Untersuchungen mit Neutronen durchgeführt, welche in großen Objekten z.B. biologische Komponenten mit gutem Kontrast abbilden können. 44

DIE KONSTRUKTIONSZEICHNUNG STELLT DIE MIKROTOMOGRAPHIEAPPARATUR IM ABSORPTIONSKONTRASTMODUS DAR. DER EINFALLENDE MONOCHROMATISCHE RÖNTGENSTRAHL DURCHDRINGT DIE PROBE UND TRIFFT AUF DEN FLUORESZENZSCHIRM, WO ER IN SICHTBARES LICHT UMGEWANDELT WIRD, DAS AUF DIE CCD-KAMERA PROJIZIERT WIRD. THIS DESIGN DRAWING ILLUSTRATES THE MICROTOMOGRAPHY APPARATUS IN ABSORPTION CONTRAST MODE. THE INCIDENT MONOCHROMATIC X-RAY BEAM PENETRATES THE SAMPLE AND REACHES THE FLUORESCENT SCREEN, WHERE IT IS CONVERTED INTO VISIBLE LIGHT, WHICH IS PROJECTED ONTO THE CCD CAMERA.


DAS BILD ZEIGT EINE OPTISCHE AUFNAHME DER OBERFLÄCHE DES COLLAGEN BESCHICHTETEN HYDROXYL-APATITGERÜSTS ZUM EINSATZ ALS KNOCHENERSATZSTOFF. DIE BESCHICHTUNG MIT COLLAGEN VERBESSERT SIGNIFIKANT DIE STABILITÄT SOLCHER GERÜSTE. DAS BILD ZEIGT EINE OPTISCHE AUFNAHME DER OBERFLÄCHE DES COLLAGEN BESCHICHTETEN HYDROXYL-APATITGERÜSTS ZUM EINSATZ ALS KNOCHENERSATZSTOFF. DIE BESCHICHTUNG MIT COLLAGEN VERBESSERT SIGNIFIKANT DIE STABILITÄT SOLCHER GERÜSTE.

DAS BILD ZEIGT EINEN VIRTUELLEN SCHNITT DURCH DAS TOMOGRAMM DES COLLAGEN BESCHICHTETEN HYDROXYL-APATITGERÜSTS, DAS ENTSPRECHEND DEM GEFITTETEN HISTOGRAMM ANGEFÄRBT WURDE (LUFT – SCHWARZ, COLLAGEN – ROT, HYDROXYLAPATITGERÜST – WEIß). A VIRTUAL CROSS-SECTION OF THE TOMOGRAM OF THE COLLAGEN-COATED HYDROXYL-APATITE FRAMEWORK, WHICH IS COLOURED TO CORRESPOND TO THE CURVES FITTED TO THE HISTOGRAM (AIR — BLACK, COLLAGEN — RED, HYDROXYL-APATITE FRAMEWORK — WHITE).

DIE DREIDIMENSIONALE TOMOGRAPHISCHEN AUFNAHME ZEIGT EINE ZYLINDERFÖRMIG HERAUSPRÄPARIERTE T-FÖRMIGE LASERSCHWEIßNAHT (IN ZWEI TEILEN) VON ZWEI ALUMINIUM BLECHEN AA6013 T4 UND A2139. DIE ZWEI MATERIALIEN WEISEN DEUTLICH UNTERSCHIEDLICHE GRAUSTUFEN AUF. THE THREE-DIMENSIONAL TOMOGRAPHIC IMAGE SHOWS A CYLINDRICALLY PREPARED T-SHAPED LASER WELD SEAM (IN TWO PARTS) BETWEEN TWO ALUMINIUM SHEETS OF AA6013 T4 AND A2139 RESPECTIVELY. THE TWO MATERIALS SHOW CLEARLY DIFFERENT SHADES OF GREY.

DIE TOMOGRAPHISCHE AUFNAHME ZEIGT EINE MAGNESIUMSCHRAUBE IM SCHAFS-HÜFTBEIN (3D – LINKS, AXIALER SCHNITT – MITTE, SAGITTALER SCHNITT – RECHTS). MIT HILFE DER MIKROTOMOGRAPHIE WURDEN DIE KORROSIONSEIGENSCHAFTEN DER MAGNESIUMSCHRAUBEN UNTERSUCHT. WÄHREND DER SCHRAUBENKOPF STARKE KORROSIONSSPUREN AUF DER KONVEXEN SEITE AUFWEIST, SIND NUR LEICHTE KORROSIONSSPUREN AUF DER RESTLICHEN SCHRAUBE ZU FINDEN. THE TOMOGRAM SHOWS A MAGNESIUM SCREW IN A SHEEP’S HIP BONE (3D — LEFT, AXIAL SECTION — CENTRE, SAGITTAL SECTION — RIGHT). MICROTOMOGRAPHY IS USED TO STUDY THE CORROSION PROPERTIES OF THE MAGNESIUM SCREWS. ALTHOUGH THE HEAD OF THE SCREW SHOWS STRONG TRACES OF CORROSION ON THE CONVEX SIDE, ONLY LIGHT TRACES OF CORROSION ARE EVIDENT ON THE REMAINDER OF THE SCREW.

Die Messplätze für tomographische Untersuchungen mit Synchrotronstrahlung am HARWI II und mit Neutronen am FRG1 stehen nicht nur den Wissenschaftlern der GKSS zur Verfügung, sondern werden im Rahmen von externen Projekten gezielt zur 3D Charakterisierung von Proben aus der Medizin, Biologie und Materialwissenschaft eingesetzt. Diese Projekte machen wesentlichen Anteil der durchgeführten Untersuchungen aus. Bei den internen Projekten der GKSS können die Werkstoffforscher sich z.B. das Innenleben von Schweißnähten genau anschauen ohne das Metall zerstören zu müssen und den Materialfluss während des Schweißprozesses dreidimensional sichtbar machen. Von externen Gruppen im medizinischen Bereich werden insbesondere Serienuntersuchungen über das Einwachsen von Implantaten in Knochen durchgeführt, sowie anhand zahlreicher Experimente optimierte Oberflächen der Implantate und Biomaterialien charakterisiert. DR. FELIX BECKMANN

3D Characterisation Using Synchrotron Radiation and Neutrons Since the end of 2002, GKSS has been responsible for running the user mode microtomography experiments at the synchrotron radiation measuring stations at DESY. Starting in July 2006, the first series of microtomography investigations were successfully carried out at the new high energy beamline HARWI II. In combination with the new set-up for tomography using neutrons at FRG1, GKSS has now access to excellent 3D-investigation techniques for the non-invasive characterization of materials on the macro and micro scales. 45


SERVICE UND TECHNIK Technical Services


Service und Technik / Technikum • Technical Services / Technical Centre

Aus der Arbeit des Technikums In der Zentralabteilung Technikum werden wissenschaftliche Geräte und Anlagen entwickelt und gebaut, die von unseren Wissenschaftlern benötigt werden, aber in dieser Form nicht gekauft werden können. Diese Aufgabe erfüllen etwa 45 qualifizierte und erfahrene Mitarbeiter in den Abteilungen Elektronikentwicklung, Konstruktion und Anlagenplanung, Hauptwerkstatt und Arbeitsvorbereitung sowie Druckerei und Satz/Layout. Unterstützt werden wir von Diplomanden verschiedener Hochschulen.

Als technischer Dienstleister für die Wissenschaftler steht die Zentralabteilung Technikum gewissermaßen wie ein großes Ingenieurbüro mit angehängter hochqualifizierter Werkstatt in der Wissenschaftslandschaft. Hier werden Versuchsanlagen, Experimentiereinrichtungen, Mess- und Forschungsgeräte, die man nicht – oder in dieser Ausprägung nicht – kaufen kann, entwickelt, konstruiert und hergestellt. Während des Entwicklungsprozesses wird die Konformität mit den EG-Richtlinien und Normen sichergestellt und dokumentiert. Damit ist die Zentralabteilung Technikum unmittelbar an der Durchführung des Forschungs- und Entwicklungsprogramms beteiligt. Die Mitarbeiter des Technikums sind durch ihre langjährigen Erfahrungen und das dabei gesammelte Spezialwissen in der Lage, das Instrumentarium in Zusammenarbeit mit 48

Wissenschaftlern der verschiedensten Disziplinen zu erstellen, das von diesen für erstklassige experimentelle Forschung benötigt wird. Hohe Kompetenz der Mitarbeiter in den Abteilungen Konstruktion und Anlagenplanung, Elektronik und Hauptwerkstatt sichert dabei ein Optimum an Qualität, hohe Flexibilität und damit gute Auslastung der Fachkräfte. Der gesamte Drucksachenbedarf von GKSS wird von einer eigenen Hausdruckerei koordiniert. Die Mitarbeiter der Hausdruckerei sind geschult in der Erstellung des Layouts bei wissenschaftlichen Publikationen, Tagungsbänden und allen anderen Drucksachen, z.B. für die Außendarstellung und Öffentlichkeitsarbeit. Sie beraten die Autoren in allen Fragen, die mit Satz und Layout zusammenhängen.


So positioniert sich die Zentralabteilung Technikum in der Infrastruktur als technischer Dienstleister für die Wissenschaft von den Vorbereitungen zum Experimentaufbau über die automatisierte Durchführung von Experimenten bis hin zur Dokumentation und Veröffentlichung der gewonnenen Ergebnisse. Wir widmen uns auch der Ausbildung des Nachwuchses: Wir bilden aus in den Berufen • Technische(r) Zeichner(in), • Elektroniker(in) für Betriebstechnik, • Industriemechaniker(in) Fachrichtung Maschinen- und Systemtechnik sowie Geräte-/ Feinwerktechnik • Zerspanungsmechaniker(in) Fachrichtung Dreh-/Frästechnik.

The Tasks of the Technical Centre Scientific facilities and pieces of equipment that our scientists require but are unable to buy in the precise form they need are developed and built in the Central Department of the Technical Centre. About 45 qualified and experienced employees from the Electronic Development, Design and Facility Planning, Main Workshop and Job Preparation, and Print Shop and Typesetting/Layout departments are responsible for this task. Graduate students from various universities support us in our work. As a provider of technical services for scientists, the central department known as the Technical Centre serves as a kind of large engineering office with an associated high-technology workshop. The centre develops, designs and manufactures pilot facilities, test equipment and measuring and research equipment that is not available for purchase in the required form. During the development process, the centre ensures that EU regulations and standards are complied with and documents this fact, which means the Technical Centre is directly involved in carrying out research and development programmes. As a result of their extensive experience and the specialized knowledge they have gained, the employees at the Technical Centre can work together with scientists from a wide variety of disciplines to create instruments that the scientists need in order to conduct first-rate experimental

research. Optimum quality, high flexibility and effective capacity utilisation are ensured, thanks to the impressive expertise of the employees in the departments for Design and Facility Planning, Electronics, and the Main Workshop. All GKSS printed matter is coordinated by the institute’s own printing office. The workers at the printing office are trained in creating layouts for scientific publications, conference reports and other types of printed matter, including marketing and public relations material. The printing office provides authors with advice on all matters related to typesetting and layout. As a part of the GKSS infrastructure, the Technical Centre is a technical service provider for science. Its services range from preparing experimental equipment and automatically conducting experiments to documenting and publishing the research findings. We are also committed to training young professionals. We train young people to become technical draughtsmen, electronic engineers for operations and maintenance, industrial mechanics for machine/systems engineering and instrumentation/precision engineering, and machining technicians for turning and milling.

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Service und Technik / Forschungsreaktor • Technical Services / Research Reactor

Forschungsreaktor FRG-1 Entwicklung, Aufbau und Betrieb der Neutronenstreueinrichtungen am FRG-1 sind im Wesentlichen Bestandteil der GKSS-Programmschwerpunkte „Forschung mit Photonen, Neutronen und Ionen“ und „Funktionale Werkstoffsysteme". Mit dieser Einbindung wird erreicht, dass die Forschung mit Neutronen weniger methodisch, sondern thematisch an den auf industrieller Nutzung und Anwendung ausgerichteten Forschungszielen der Werkstoffentwicklung orientiert ist. Neben dem Einsatz im GKSS-Forschungsprogramm werden die Bestrahlungsmöglichkeiten des Forschungsreaktors und die in den letzten Jahren ausgebauten experimentellen Neutronenstreueinrichtungen in enger Zusammenarbeit mit der Industrie, den Hochschulen, Behörden und Ämtern genutzt. Die international anerkannte experimentelle Ausstattung, verbunden mit einer großen Verfügbarkeit des FRG-1, hat zu einer intensiven Zusammenarbeit mit in- und ausländischen Wissenschaftlergruppen geführt. Diese hat sich weiter verbessert, nachdem es im März 2000 möglich war, durch eine Halbierung der Größe des Reaktorkerns den Neutronenfluss um ca. 80 % weiter zu erhöhen. Der jetzt vorhandene ungestörte Neutronenfluss von 1,4 x 1014 n/cm2 s ist einmalig für einen Forschungsreaktor dieser Leistung. 50

Aus den Anforderungen der wissenschaftlichen Arbeiten leiten sich die Aufgaben und Ziele der GKSS-Zentralabteilung Forschungsreaktor ab: viele brauchbare Neutronen, sicher und zuverlässig, aber auch kostenbewusst, mit dem FRG-1 zu produzieren. Die Sicherheit ist dabei oberstes Gebot, dem sich die weiteren Ziele unterordnen. Von der Zentralabteilung Forschungsreaktor werden ferner Bestrahlungsaufträge für andere wissenschaftliche Einrichtungen, Hochschulen, Behörden und Ämter durchgeführt. Die Herstellung medizinischer Präparate für diagnostische Zwecke gehört ebenso dazu wie die Bestrahlung von Proben aus unserer Umwelt zur Beurteilung der Schwermetallbelastung. Der FRG-1 ist ein Forschungsreaktor mit einer thermischen Leistung von fünf Megawatt. Er ist als Strahlrohrreaktor ausgelegt, das heißt, die durch nukleare Spaltung entste-


henden Neutronen werden über Strahlrohre vom Reaktorkern zu den Experimenten geleitet. Der FRG-1 wurde bereits 1958 in Betrieb genommen. Kontinuierlich wurde und wird er dem sich ändernden Stand von Wissenschaft und Technik angepasst. Hierzu gehören auch die regelmäßige Überprüfung der Betriebsvorschriften, die Bedienungsanweisungen, regelmäßige und intensive Personalschulungen, umfangreiche und wiederkehrende Prüfungen und die vorbeugende Wartung wichtiger Anlagenteile. Hierdurch wird aktiv der sicherheitstechnische Standard der Anlage gefördert und die Ergebnisse und Empfehlungen in Abstimmung mit den zuständigen Genehmigungsbehörden umgesetzt. Durch die Summe dieser Maßnahmen steht der Wissenschaft mit dem FRG-1 eine der modernsten Neutronenquellen Europas zur Verfügung. Die Finanzierung des Reaktorbetriebs ist bis zum Ende der begutachteten Förderperiode im Jahr 2009 gesichert.

FRG-1 Research Reactor The development, construction and operation of the neutron scattering facilities at FRG-1 are essential elements of the GKSS research programmes ”Research with Photons, Neutrons and Ions” and ”Advanced Engineering Materials”. This integration ensures that research using neutrons at GKSS is oriented less toward methodology and more toward research goals in the area of materials development tailored to industrial applications.

In addition to their use in the GKSS research programme, the radiation capabilities of the research reactor as well as the experimental neutron scattering facilities (which have been expanded over the last few years) are employed in close cooperation with industry, colleges and universities and government agencies. The world-class research equipment and the high availability of FRG-1 have led to extensive cooperation with teams of scientists from Germany and abroad. This situation improved even further after a 50-percent reduction in the size of the reactor core in March 2000. This enabled the neutron flux to be increased by 80 percent. The resulting unimpeded neutron flux of 1,4 x 1014 n/cm2 s is unparalleled for a research reactor of this power. The requirements of scientific work form the basis for the tasks and goals of the Central Research Reactor depart-

ment at GKSS, i.e., using FRG-1 to produce many usable neutrons in a safe, reliable and cost-efficient manner. Top priority is given to safety, with all other goals subordinate to this requirement. The Central Research Reactor department also conducts radiation experiments for other scientific institutions, colleges and universities and government agencies. This includes the production of medical preparations for diagnostic uses as well as the irradiation of environmental samples to determine the levels of heavy metals they contain. FRG-1 is a research reactor with a thermal power of five megawatts. It is designed as a beam hole reactor, which means that the neutrons created by nuclear fission are transported to the research locations via beam holes. FRG-1 became operational in 1958. Since then it has been continually updated to incorporate the latest scientific and technological developments. This includes a regular review of the operating guidelines and the operating instructions as well as regular and extensive training courses for personnel, comprehensive and repeated testing and the preventive maintenance of the facility’s important components. This enables the facility’s safety technology to be actively improved and results and suggestions to be implemented in close cooperation with the responsible regulatory authorities. Taken together, these measures guarantee that FRG-1 provides scientists with one of the most modern sources of neutrons in Europe. Finances to cover the reactor operating costs are assured until the end of the current funding programme in 2009.

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ZAHLEN, DATEN, FAKTEN Facts and Figures


Daten und Fakten / Organe und Gremien • Facts and Figures / Organization

Organisationsform Das GKSS-Forschungszentrum ist eine gemeinnützige Forschungseinrichtung in der Rechtsform einer GmbH. Ihre Gesellschafter sind die Bundesrepublik Deutschland, die Länder Brandenburg, Freie und Hansestadt Hamburg, Niedersachsen und Schleswig-Holstein, die Gesellschaft zur Förderung des GKSS-Forschungszentrums e.V. sowie namhafte Wirtschaftsunternehmen. Sitz der Gesellschaft ist Geesthacht. Zur GKSS gehört als auswärtiger Betriebsteil seit 1992 der Standort Teltow bei Berlin. GKSS ist Mitglied der Hermann von Helmholtz-Gemeinschaft Deutscher Forschungszentren e.V. Die zur Deckung des Betriebs- und Investitionsaufwandes nach Abzug der eigenen Erträge erforderlichen Zuschüsse werden zu 90 Prozent vom Bund und zu zehn Prozent von den Ländern getragen.

GKSS hat vier Gesellschaftsorgane. Ihr steht ein technischwissenschaftlicher Beirat (twB) zur Seite, der sich aus der Gesellschaft nicht angehörigen Mitgliedern zusammensetzt und der die Gesellschaft in wissenschaftlich-technischen Fragen und in wichtigen die Industrie und Wirtschaft betreffenden Fragen berät und bei wichtigen Entscheidungen gehört wird. Die Gesellschaftsorgane sind: • • • •

Geschäftsführer Wissenschaftlich-Technischer Rat (WTR) Gesellschafterversammlung Aufsichtsrat.

Geschäftsführung Geschäftsführung am 30.04.2007:

Prokura am 30.04.2007:

Prof. Dr. Wolfgang A. Kaysser – wissenschaftlich

Dr. Joachim Krohn – wissenschaftlich

Michael Ganß – kaufmännisch

Hartwig Häger - kaufmännisch

Wissenschaftlich-Technischer Rat Der Wissenschaftlich-Technische Rat (WTR) bildet das Forum für die interne Diskussion. Er trägt somit zur fachübergreifenden, vernetzenden Arbeitsweise von GKSS bei. Er berät die Geschäftsführung in allen wesentlichen wissenschaftlichen und technischen Fragen. Ihm gehören die Leiter der Institute sowie gewählte Vertreter der wissenschaftlich-technischen Mitarbeiter und ein Mitglied des Betriebsrates der Gesellschaft an.

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Der WTR setzte sich am 30.04.2007 aus folgenden Personen zusammen: Prof. Franciscus Colijn (Vorsitzender) Prof. Dr. Volker Abetz Prof. Dr. Rüdiger Bormann Dr. Wolfgang Dietzel Dr. Jochen Horstmann Prof. Dr. Norbert Huber Prof. Dr. Karl Ulrich Kainer Prof. Dr. Andreas Lendlein Dr. Reiner Onken Dr. Klaus Richau Prof. Dr. Andreas Schreyer Dr. Peter Simon Prof. Dr. Hans von Storch + 1 Betriebsratsmitglied


Organizational Structure The GKSS Research Center is a non-profit making research institute with limited liability. Its shareholders are the Federal Republic of Germany, the federal states (Länder) of Brandenburg, Hamburg, Lower Saxony and SchleswigHolstein, the Gesellschaft zur Förderung des GKSSForschungszentrums e.V. (Society for the Promotion of the GKSS Research Center) as well as a number of renowned companies. GKSS is based in Geesthacht, Germany. In 1992, the Working Group Teltow became a part of GKSS. GKSS is a member of the Helmholtz Association of German Research Centres. The funds required to cover operating and investment costs after deduction of the income generated by GKSS are provided by the federal government (90 percent) and by the participating federal states (10 percent). GKSS has four

management bodies. Management is supplemented by a Technical and Scientific Advisory Committee, which is made up of experts who do not belong to the company. The committee, which is always consulted on important matters, advises GKSS on scientific and technical questions as well as industry and business issues. The company is composed of the following management bodies: • • • •

Management Board Scientific-Technical Committee Company shareholders Supervisory Board.

Management Board Management board as of April 30, 2007:

Procuration as of April 30, 2007:

Prof. Dr. Wolfgang A. Kaysser – Scientific Issues

Dr. Joachim Krohn – Scientific Issues

Michael Ganß – Business Administration

Hartwig Häger - Business Administration

Scientific-Technical Committee The Scientific-Technical Committee (WTR) provides a forum for internal discussion. As such, it helps to promote interdisciplinary, networked working methods at GKSS. The Committee advises the management of GKSS on all major scientific and technical issues. The Committee is made up of the directors of the GKSS institutes as well as elected representatives of the scientific and technical personnel at the center and a member of the GKSS works council.

As of April 30, 2007, the Committee comprised the following members: Prof. Franciscus Colijn (Chairman) Prof. Dr. Volker Abetz Prof. Dr. Rüdiger Bormann Dr. Wolfgang Dietzel Dr. Jochen Horstmann Prof. Dr. Norbert Huber Prof. Dr. Karl Ulrich Kainer Prof. Dr. Andreas Lendlein Dr. Reiner Onken Dr. Klaus Richau Prof. Dr. Andreas Schreyer Dr. Peter Simon Prof. Dr. Hans von Storch + 1 member of the Works Council 55


Daten und Fakten / Organe und Gremien • Facts and Figures / Organization

Gesellschafterversammlung Das Stammkapital des GKSS-Forschungszentrums in Höhe von 40.903,35 Euro wurde per 30.04.2007 gehalten von: • Bundesrepublik Deutschland € 18.917,80 (46,25 %) • Freie und Hansestadt Hamburg, Land Brandenburg, Land Niedersachsen, Land Schleswig-Holstein insgesamt mit € 2.045,17 (5 %) • Gesellschaft zur Förderung des GKSS-Forschungszentrums e.V. € 7.925,02 (19,375 %) • Gesellschaften der freien Wirtschaft mit einem Gesamtanteil von € 12.015,36 (29,375 %): Borsig Membrane Technology GmbH, Berlin Commerzbank AG, Frankfurt/Main Deutsche Bank AG, Hamburg E.ON Hanse AG, Quickborn E.ON Kernkraft GmbH, Hannover

GALAB Nordkap Holding GmbH, Geesthacht John T. Essberger, Hamburg mit Deutsche Afrika-Linien GmbH & Co., Hamburg in Gesellschaft bürgerlichen Rechts L.Possehl & Co. mbH, Lübeck mit Draegerwerk AG, Lübeck in Gesellschaft bürgerlichen Rechts MT Aerospace AG, Augsburg Leistritz Turbinenkomponenten Remscheid GmbH, Remscheid Mannesmannröhren-Werke AG, Mühlheim Siemens AG, Berlin und München Stadtwerke Flensburg GmbH, Flensburg Sterling Industry Consult GmbH, Itzehoe Vattenfall Europe Nuclear Energy GmbH, Hamburg Verband für Schiffbau und Meerestechnik e.V., Hamburg

Technisch-wissenschaftlicher Beirat Der technisch-wissenschaftliche Beirat (twB) trägt zur Vernetzung mit Einrichtungen außerhalb der GKSS bei: zu Hochschulen, zur Industrie und zu anderen Forschungseinrichtungen. Aus jedem Arbeitsgebiet gehören deshalb mehrere Sachverständige dem Beirat an. Die Aufgabe des twB ist die Beratung der Gesellschaft und des Aufsichtsrates in allen wissenschaftlichen Fragen. Hierzu gehören insbesondere die regelmäßigen Beratungen über die langfristigen Forschungs- und Entwicklungsprogramme, die Beratung über den Ergebnisbericht und die Beratung der Gesellschaft bei der Planung und Ausführung ihrer Arbeiten. Der Aufsichtsrat kann dem twB weitere Aufgaben im Einzelfall zur Beratung übertragen. Die Mitglieder des twB werden vom Aufsichtsrat für vier Jahre berufen. Er bestand am 30.04.2007 aus folgenden Personen: Prof. Dr. Dr. h.c. Wittko Francke (Vorsitzender) Universität Hamburg, Institut für Organische Chemie, Hamburg Prof. Dr. Franz Faupel (Stellv. Vorsitzender) Technische Fakultät, Lehrstuhl für Materialverbunde, Christian-Albrechts-Universität zu Kiel, Kiel Prof. Dr. Bodo von Bodungen Institut für Ostseeforschung (IOW), Warnemünde Prof. Dr. Peter Ehlers Bundesamt für Seeschiffahrt und Hydrographie (BSH), Hamburg Prof. Dr. Hans Ferkel Volkswagen AG, Wolfsburg Prof. Dr. Horst Hahn Institut für Nanotechnologie, Forschungszentrum Karlsruhe Dr. Margarethe Hofmann c/o MAT SEARCH Consulting, Pully, CH Dr. Dorte Juul Jensen Materials Research Department, Risø National Laboratory, Roskilde/DK Dr. Torsten-Ulf Kern Siemens AG, Mühlheim 56

Prof. Dr. med. Friedrich Lampert RWTH Aachen, Direktor der Klinik für Zahnerhaltung, Parodontologie u. Präventive Zahnheilkunde, Aachen Prof. Dr. Peter Lemke Alfred-Wegener-Institut, FB Klimasystem, Bremerhaven Prof. Dr.-Ing. Anke Rita Pyzalla Direktorin am Max-Planck-Institut für Eisenforschung, Düsseldorf Prof. Dr. Dierk Raabe Max-Planck-Institut für Eisenforschung GmbH, Düsseldorf Prof. Dr. Matthias Rehahn Ernst-Berl-Institut für Technische und Makromolekulare Chemie, Darmstadt Prof. Dr. Heinrich Reincke Senatskanzlei, Hamburg Prof. Dr. Jochen Schneider DESY Deutsches Elektronensynchrotron, Hamburg Prof. Dr. Claudia Staudt Institut für Organische Chemie u. Makromolekulare Chemie, Heinrich-Heine-Universität, Düsseldorf


Company Associates The GKSS Research Center (GKSS-Forschungszentrum Geesthacht GmbH) has nominal capital of € 40,903.35. As of April 30, 2007, this was held by the following: • The Federal Republic of Germany € 18,917.80 (46.25%) • The Free and Hanseatic City of Hamburg, Brandenburg, Lower Saxony, Schleswig-Holstein. These federal states (Länder) hold a combined share of € 2,045.17 (5%) • Gesellschaft zur Förderung des GKSS-Forschungszentrums e.V. (Society for the Promotion of the GKSS Research Center) € 7,925.02 (19.375%) • Private enterprise companies with a combined share of € 12,015.36 (29.375%): Borsig Membrane Technology GmbH, Berlin Commerzbank AG, Frankfurt/Main Deutsche Bank AG, Hamburg E.ON Hanse AG, Quickborn

E.ON Kernkraft GmbH, Hanover GALAB Nordkap Holding GmbH, Geesthacht John T. Essberger, Hamburg with Deutsche Afrika-Linien GmbH & Co., Hamburg in a partnership under the Civil Code L.Possehl & Co. mbH, Lübeck with Draegerwerk AG, Lübeck in a partnership under the Civil Code MT Aerospace AG, Augsburg Leistritz Turbinenkomponenten Remscheid GmbH, Remscheid Mannesmannröhren-Werke AG, Mühlheim Siemens AG, Berlin and Munich Stadtwerke Flensburg GmbH, Flensburg Sterling Industry Consult GmbH, Itzehoe Vattenfall Europe Nuclear Energy GmbH, Hamburg Verband für Schiffbau und Meerestechnik e.V., Hamburg

Technical and Scientific Advisory Committee The Technical and Scientific Advisory Committee (twB) serves as the main body for maintaining contact with organizations outside GKSS, including universities, industrial companies and other research institutions. The Advisory Committee therefore includes as members several experts from each field of work. The task of the committee is to advise GKSS and the supervisory board on all scientific matters. In particular, this includes regular consultations concerning the long-term research and development programs, discussion of the reports on results and advice regarding the planning and execution of the work at GKSS. The supervisory board can assign other consultative responsibilities to the committee in individual cases. Committee members are appointed by the supervisory board and serve terms of four years. As of April 30, 2007, the committee consisted of the following persons: Prof. Dr. Dr. h.c. Wittko Francke (Chairman) University of Hamburg, Organic Chemistry Institute, Hamburg Prof. Dr. Franz Faupel (Deputy Chairman) Faculty of Engineering, Chair for Multicomponent Materials, Christian-Albrechts University of Kiel, Kiel Prof. Dr. Bodo von Bodungen Baltic Sea Research Institute (IOW), Warnemünde Prof. Dr. Peter Ehlers BSH (Bundesamt für Seeschiffahrt und Hydrographie), Hamburg Prof. Dr. Hans Ferkel Volkswagen AG, Wolfsburg Prof. Dr. Horst Hahn Institute of Nanotechnology (INT), Forschungszentrum Karlsruhe Dr. Margarethe Hofmann c/o MAT SEARCH Consulting, Pully, CH Dr. Dorte Juul Jensen Materials Research Department, Risø National Laboratory, Roskilde/DK Dr. Torsten-Ulf Kern Siemens AG, Mühlheim

Prof. Dr. med. Friedrich Lampert RWTH Aachen, Director of the Clinic for Conservative Dentistry, Parodontology and Preventive Dentistry, Aachen Prof. Dr. Peter Lemke Alfred Wegener Institute, FB Klimasystem, Bremerhaven Prof. Dr.-Ing. Anke Rita Pyzalla Director Max-Planck-Institut für Eisenforschung, Düsseldorf Prof. Dr. Dierk Raabe Max-Planck-Institut für Eisenforschung GmbH, Düsseldorf Prof. Dr. Matthias Rehahn Ernst-Berl-Institut für Technische und Makromolekulare Chemie, Darmstadt Prof. Dr. Heinrich Reincke Senatskanzlei, Hamburg Prof. Dr. Jochen Schneider DESY Deutsches Elektronensynchrotron, Hamburg Prof. Dr. Claudia Staudt Institute of Organic Chemistry and Makromolecular Chemistry, University of Düsseldorf (HHUD)

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Daten und Fakten / Organe und Gremien • Facts and Figures / Organization

Aufsichtsrat Der Aufsichtsrat überwacht nach dem Gesellschaftsvertrag die Rechtmäßigkeit, Zweckmäßigkeit und Wirtschaftlichkeit der Geschäftsführung. Zu seinen Aufgaben und Befugnissen gehören weiterhin: • die Entscheidung über strategische, forschungspolitische und finanzielle Angelegenheiten der Gesellschaft, • der Beschluss über die Grundsätze für eine Erfolgskontrolle der wissenschaftlich-technischen Arbeiten, • die Weisungsbefugnis gegenüber Geschäftsführung und Wissenschaftlich-Technischem Rat in wichtigen forschungspolitischen und wichtigen finanziellen Angelegenheiten, • die Zustimmungspflicht bei einer Reihe von Rechtsgeschäften der Gesellschaft. Dem Aufsichtsrat gehörten zum 30.04.2007 folgende Personen an:

Ministerialdirigent Hartmut Grübel (Vorsitzender) Bundesministerium für Bildung und Forschung, Bonn Ministerialdirigent Dr. Gustav Sauer (stellvertretender Vorsitzender) Ministerium für Wissenschaft, Wirtschaft und Verkehr des Landes Schleswig-Holstein, Kiel Dr. Gisela Bengtson GKSS-Forschungszentrum Geesthacht GmbH, Geesthacht Peter Deutschland DGB Landesbezirk Nordmark, Hamburg Hanna Fangohr Behörde für Wissenschaft und Forschung der Freien und Hansestadt Hamburg, Hamburg Regierungsdirektorin Dr. Gisela Helbig Bundesministerium für Bildung und Forschung, Bonn Ministerialdirigent Dr. Fritz Holzwarth Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz und Reaktorsicherheit, Bonn Prof. Dr. Winfried J. Huppmann Eschen, Liechtenstein Dr.-Ing. Peter Klaus Kirner Leistritz Turbinenkomponenten Remscheid GmbH, Remscheid Ministerialrat Dr. Axel Kollatschny Niedersächsisches Ministerium für Wissenschaft und Kultur, Hannover Dr.-Ing. Hermann J. Klein Germanischer Lloyd AG, Hamburg

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Dr. Michael Pfuff GKSS-Forschungszentrum Geesthacht GmbH, Geesthacht Konstanze Pistor Ministerium für Wissenschaften, Forschung und Kultur des Landes Brandenburg, Potsdam Dr. Rolf Riethmüller GKSS-Forschungszentrum Geesthacht GmbH, Geesthacht Peter Wehner Gesellschaft zur Förderung des GKSS-Forschungszentrums e. V., Norderstedt


Supervisory Board According to the GKSS statutes, the Supervisory Board monitors that management activities are appropriate, economically efficient and in conformity with legal norms. Its responsibilities and powers also include: • making decisions concerning the research center’s strategy, research policies and financial affairs • deciding on the principles for evaluating the success of scientific and technical work, • the authority to issue directives to management and to the Scientific-Technical Committee in important research policy and financial matters • granting the consent necessary for a number of the research center’s legal transactions

As of April 30, 2007, the following persons were members of the Supervisory Board: Deputy Director General Hartmut Grübel (Chairman) Federal Ministry of Education and Research, Bonn Deputy Director General Dr. Gustav Sauer (Deputy Chairman) Ministry for Science, Economic Affairs and Transport of the State of Schleswig-Holstein, Kiel Dr. Gisela Bengtson GKSS Research Center Geesthacht, Geesthacht Peter Deutschland DGB Nordmark District, Hamburg

Dr. Michael Pfuff GKSS Research Center Geesthacht, Geesthacht Konstanze Pistor Ministry of Science, Research and Culture of the State of Brandenburg, Potsdam Dr. Rolf Riethmüller GKSS Research Center Geesthacht, Geesthacht Peter Wehner Gesellschaft zur Förderung des GKSS-Forschungszentrums e. V., (Society for the Promotion of the GKSS Research Center), Norderstedt

Hanna Fangohr Ministry of Science and Research of the Free and Hanseatic City of Hamburg, Hamburg Regional Director Dr. Gisela Helbig Federal Ministry of Education and Research, Bonn Deputy Director General Dr. Fritz Holzwarth Federal Ministry for the Environment, Nature Conservation and Nuclear Safety, Bonn Prof. Dr. Winfried J. Huppmann Eschen, Liechtenstein Dr.-Ing. Peter Klaus Kirner Leistritz Turbinenkomponenten Remscheid GmbH, Remscheid Deputy Director Dr. Axel Kollatschny Ministry of Science and Culture of Lower Saxony, Hanover Dr.-Ing. Hermann J. Klein Germanischer Lloyd AG, Hamburg

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Daten und Fakten / Organe und Gremien • Facts and Figures / Organization

GKSS Organe und Gremien, GKSS Organization technisch-wissenschaftlicher Beirat Vorsitzender: Prof. Dr. Wittko Francke Universität Hamburg

Wissenschaftlich-Technischer Rat Vorsitzender: Prof. Dr. Franciscus Colijn

Institut für Werkstoffforschung

Institut für Polymerforschung

Werkstoffmechanik

Werkstoffphysik

Werkstofftechnologie

MagnesiumTechnologie

Biomaterialentwicklung

Prof. Dr. Norbert Huber

Prof. Dr. Andreas Schreyer 1)

Prof. Dr. Rüdiger Bormann

Prof. Dr. Karl Ulrich Kainer

Prof. Dr. Andreas Lendlein 1)

Experimentelle Werkstoffmechanik Dr. Jürgen Heerens

Metallphysik Dr. Michael Oehring (komm.)

Nanotechnologie Dr. Martin Dornheim

Fügen und Bewerten Dr. Mustafa Kocak

Strukturforschung an neuen Werkstoffen Dr. Philipp-Klaus Pranzas (komm.)

Simulation von Werkstoff- und Strukturverhalten Prof. Dr. Wolfgang Brocks

Pulverwerkstoffe Dr. Rainer Gerling

FestphaseFügeprozesse Dr. Jorge Dos Santos

Strukturforschung an Makromolekülen Dr. Regine Willumeit

Pulvertechnologie Dr. Thomas Ebel

Korrosion und MagnesiumOberflächentechnik Dr. Wolfgang Dietzel

Biomimetik Dr. Axel Neffe

Membranen für die Energietechnik Prof. Dr. Suzana Pereira-Nunes

Polymerchemie N. N.

Strukturierte Fasern Dr. Katrin Ebert

MagnesiumKnetlegierungen Dr. Dietmar Letzig

Instrumentelle Charakterisierung Dr. Karl Kratz

Kontrollierte Polymerisation Dr. Peter Simon

Biokompatibilität Dr. Barbara Seifert

Synthese und katalytische Membranen Dr. Detlev Fritsch

Polymerphysik Prof. Dr. Dieter Hofmann

Verfahrenstechnik Dr. Torsten Brinkmann

Polymertechnologie Dr. Thomas Weigel

Polyoxazolbasierte Nanocomposite Dr. Dominique de F. Gomes

Biointerface Engineering und In-vivo-Testing N. N. 3) Biomaterialcharakterisierung N. N. 3) Bioreaktortechnologie N. N. 3)

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Prof. Dr. Volker Abetz

MagnesiumProzesstechik Dr. Norbert Hort

Zellbiologie N. N.

Stand: 08.05.2007

Membranen und Strukturierte Materialen

Pharmazeutische Technologie N. N. 3)

Prozessmodellierung Dr. Marga Dijkstra


Gesellschafterversammlung Vorsitzender: MinDirig Hartmut Grübel BMBF

Aufsichtsrat Vorsitzender: MinDirig Hartmut BMBF

Geschäftsführung Wissenschaftliche Geschäftsführung Prof. Dr. Wolfgang Kaysser

Institut für Küstenforschung

Kaufmännische Geschäftsführung Michael Ganß

Forschungsreaktor

Wissenschaftlicher Stab

Technische Infrastruktur

Administration

Systemanalyse und Modellierung

Leitung Forschungsreaktor

Prof. Dr. Franciscus Colijn 1)

Prof. Dr. Hans von Storch

Dr. Peter Schreiner

Dr. Joachim Krohn 2)

w. d. Michael Ganß

Hartwig Häger 2)

Marine bioanalytische Chemie Prof. Dr. Andreas Prange

Küstenklima Dr. Ralf Weiße

Betrieb FRG Dr. Wolfgang Knop

Europäische und internationale Projekte Dr. Hans-Jörg Isemer

Facility Management Kay Bern

Einkauf Kay Bern

Ökosystemmodellierung Prof. Dr. Kai Wirtz

Umweltchemie Prof. Dr. Ralf Ebinghaus

Elektrische Anlagen Eggert Puttfarken

Öffentlichkeitsarbeit Dr. Torsten Fischer

Informations- und kommunikationstechnik Dr. Andreas Stärk

Finanzen Michael Schmid

Fernerkundung Dr. Roland Doerffer

Auswertung und Datenassimilation Dr. Heinz Günther (komm.)

Maschinen-Anlagen Hans Modrow

Programmplanung und -controlling Dr. Iris Ulrich

Operationelle Systeme

In-situ-Verfahren Dr. Friedhelm Schroeder

Paläoklima w. d. Prof. Dr. Hans von Storch

Objektschutz Henning Martens

Küstenozeanographische Messsysteme Dr. Rolf Riethmüller

Regionale Atmosphärenmodelle Dr. Burkhardt Rockel

Qualitätssicherung Reaktor Gerold Kolbe

Radarhydrographie Dr. Friedwart Ziemer

Modellierung zur Bewertung von Küstensystemen Dr. Ulrich Callies

Strahlenschutz Dr. Katharina Philipp

Schülerlabor Quantensprung Michael Buchsteiner

Technikum Dr. Heiner Barfuß Konstruktion und Anlagenplanung André Vogel • Elektronik Torsten Burmester • Fertigung Frank Nickel

Personal Gabriele Rinschede-Kirsch

Recht und Technologietransfer Anja Frahn

Innenrevision Katrin Pfennig

LOICZ-IPO Dr. Hartwig Kremer

Institutslogistik- und organisation Volker Dzaak 4)

1) Sprecher des Institutes 2) Vertreter des zuständigen Geschäftsführers 3) Organisationseinheiten im Berlin-Brandenburger Zentrum für Regenerative Therapien (BCRT) 4) dem Sprecher des Institutes unterstellt

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Daten und Fakten / Kennzahlen • Facts and Figures / Key Figures

Einnahmen Die Einnahmen der GKSS setzen sich aus der institutionellen Förderung durch Bund und Länder und eigenen Einnahmen aus Drittmittelprojekten (z.B. BMBF und EU) sowie Aufträgen aus der Wirtschaft zusammen. Im Jahr 2006 lag die institutionelle Förderung bei rund 67,6 Mio EUR. Es ist zu erwarten, dass sich die institutionelle Förderung auch in den nächsten Jahren auf diesem Niveau bewegen wird.

Einnahmen 2006 Income 2006 Mio EURO

90 80 70 60

Die Einnahmen aus Aufträgen und Projektförderungen von Bund und Ländern, in- und ausländischen Wirtschaftsunternehmen, internationalen Organisationen und sonstigen Erträgen lagen 2006 bei ca. 15,4 Mio EUR. Der größte Anteil an den Erträgen stammt aus den Projektförderungen durch internationale Organisationen, im Wesentlichen durch die Europäische Union. Der zweite bzw. dritte wesentliche Beitrag zu den Einnahmen stammt aus Projekten des Bundes bzw. der Helmholtzgemeinschaft (HGF e. V.), die neben der institutionellen Förderung auf Grund von Einzelanträgen von GKSS gewährt wurden. Der viertgrößte Beitrag an den Erträgen stammt aus Einnahmen aus inländischen Wirtschaftsunternehmen.

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50 40 30 20 10

2002

2003

Institutionelle Förderung Institutional funding

2004 Eigene Einnahmen Earnings

2005

2006


Income GKSS finances its activities with institutional funding from the German federal and state governments as well as through its own income from projects funded by third parties (e. g. from the German Ministry of Education and Research and the EU), and from private and public business contracts.

Einnahmen 2006 von internationalen Organisationen (EU) Income from international organizations (EU)

Institutional funding amounted to approximately € 67,6 million in 2006. It is expected that this funding will remain at about the same level in the coming years.

5,5

Annual income from projects and contracts from the federal and state governments as well as from German and foreign companies, international organizations and other sources amounted to approximately € 15,4 million in 2006.

4,0

Mio EURO

6,5 6,0

5,0 4,5

3,5 3,0 2,5

The largest share of sources comes from project fundings by international organizations, mainly by the EU.

2,0

The second and third most important sources of income are federal government and Helmholtz Association (HGF e.V.) projects. This funding is provided as a result of individual applications from GKSS, and is in addition to the normal institutional funding.

1,0

1,5

0,5 2002

2003

Förderung für GKSS Funding for GKSS

2004

2005

2006

Durchlaufende Mittel für Projektpartner Funfing for project partners

The fourth-largest source of funding is from income earned by business enterprises based in Germany.

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Daten und Fakten / Kennzahlen • Facts and Figures / Key Figures

Ausgaben Die Gesamtausgaben der GKSS entsprechen den gesamten Einnahmen, da GKSS als gemeinnützige GmbH keine Gewinnabsichten verfolgt. Den größten Ausgabenblock stellen die Personalausgaben dar. Sie betrugen im Jahr 2006 ca. 35,0 Mio EUR und liegen damit bei ca. 42% der Gesamtausgaben. Die Sachausgaben mit 25,7 Mio EUR im Jahr 2006 betrugen - wie auch in den zurückliegenden Jahren - ca. 1/3 der Gesamtausgaben. Die Investitionen sind auf Grund von Sonderfaktoren, insbesondere Ausbaumaßnahmen in der Institutionellen Förderung, jährlichen Schwankungen unterlegen. Bereinigt um Sonderfaktoren entwickelt sich der jährliche Finanzierungsansatz für Personalausgaben, Sachmittel und laufende Investitionen aus der Institutionellen Förderung (Betriebsmittelhaushalt) jedoch seit fünf Jahren „de-facto“ nominal konstant. Mit der Umsetzung von strukturellen Maßnahmen in den letzten Jahren wurden die Voraussetzungen geschaffen, den für die Forschungsaufgaben notwendigen Spielraum bei Sachausgaben und Investitionen für die kommenden Jahre zu sichern.

Ausgaben Expenditure Mio EURO

90 80 70 60 50 40 30 20 10

2002

2003

2004

2005

2006

Personalausgaben / Personnel costs

Sachausgaben / Material costs

Investitionsausgaben / Investments

Weitergeleitete Zuschüsse / Forwarded subsidies

Expenses Because GKSS is a non-profit organization, its total expenditure is as high as its income. The largest single item is personnel costs, which amounted to some € 35.0 million in 2006, or approximately 50 % of the centre’s total expenditure. In 2006 the costs of materials and equipment remained at about the same level as in previous years, coming in at € 25.7 million or about a third of total expenditure. Investments are subject to yearly fluctuations resulting from special factors, in particular expansion measures associated with institutional support.

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Adjusted for special factors, the annual appropriation for personnel expenses, non-monetary resources and ongoing investments from the institutional support programme (working capital budget) has “de facto” remained nominally unchanged for the past five years. Implementation of structural measures in recent years has created the conditions needed to ensure that the research activities have the flexibility they need in terms of investments and operating expenses


Personal

Personnel

Nach Abschluss der ersten Runde der Programmevaluationen im Rahmen der programmorientierten Förderung ist in den kommenden Jahren nach einer mehrjährigen Überrollung des Haushaltes mit einem mittleren nominellen Haushaltswachstum von etwa einem Prozent pro Jahr zu rechnen. Die Konsolidierungsmaßnahmen im Personalhaushalt in den Jahren 2003–2005 haben einen Anstieg der Personalkosten über die Steigerung der Programmfinanzierung in den kommenden Jahren verhindert und zu einer Erhöhung der Quote des Zeitvertragspersonals und damit zu einer Erhöhung der Flexibilität im Personalbereich geführt. Die mittelfristige Personalplanung sieht nun wieder eine Steigerung der Personalkosten in Höhe der Steigerungsrate der Programmfinanzierung vor.

Following completion of the first round of evaluation of research programmes in receipt of programme-based funding, nominal budgetary growth averaging around one per cent a year can now be expected over the next few years after several years of budget stagnation. Consolidation of the staff budget in the years 2003–2005 will prevent labour costs from outstripping increases in programme funding over the coming years and will also lead to an increase in the proportion of staff on temporary contracts, and therefore to greater flexibility in the field of human resources. Staff planning for the medium term will now involve an increase in labour costs in line with the rate of increase of programme funding.

Die Förderung des Nachwuchses (Doktoranden, Postdoktoranden, Diplomanden und Auszubildende) sowie der Chancengleichheit bleibt weiterhin ein wesentliches Ziel und Element der Personalpolitik. Mitte 2005 konnten durch Auslobung eines Doktorandenprogramms in diesem Bereich zusätzliche positive Impulse eingeleitet werden. Die Zahl der Auszubildenden bleibt trotz der real rückläufigen Programmfinanzierung mit 50 auf konstant hohem Niveau. GKSS betrachtet dies als ihren aktiven Beitrag zur Minderung der Ausbildungsengpässe in Deutschland. Großen Wert legt GKSS auch weiterhin auf die Personalentwicklung als wesentliches Instrument für den optimalen Personaleinsatz und die Flankierung von strukturellen Maßnahmen.

The promotion of young scientists (doctoral candidates, post-doctoral scholars, students and trainees) and of equal opportunities remains a major focus of our human resources policy. The creation of a programme for doctoral candidates in the middle of 2005 has generated additional momentum in this area. Despite a real decline in programme funding, the number of trainees remains stable at a high level of 50. GKSS views this as an active contribution to alleviating the shortage of trainee positions in Germany. GKSS continues to place a high priority on human resources development as an essential tool for enhancing staff employment and for supporting structural measures.

Personalgesamtübersicht Complete staff overview 900 800 700

Personalstruktur 2006 Personnel strukture for the year 2006

600 500

In Ausbildung / Trainees 20 %

400 300 Verwaltung und Stäbe / Administration and management 12 %

200 100 2002

2003

grundfinanziert / institutional unbefristet permanent

2004

2005

2006

drittmittelfinanziert / third parties funding befristet temporary

Wissenschaftlicher Bereich / Scientific personnel 53%

Technischer Bereich und Infrastrukur / Technical area and infrastructure 16 %

befristet temporary

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Daten und Fakten / Das Umfeld • Facts and Figures / External Interactions

Kooperation mit der Wirtschaft Durch Forschung und Entwicklung in der Küsten- und Materialforschung gibt GKSS Impulse für Innovationsprozesse und trägt so zum technologischen Fortschritt bei. Hierbei ist die enge Zusammenarbeit mit der Wirtschaft besonders wichtig. Die Beziehungen von GKSS zu Industriepartnern reichen dabei vom Dialog über die thematische Ausrichtung der Forschungsprogramme bis hin zur Unterstützung bei der Markteinführung von Produkten und Verfahren, die in gemeinsamen Kooperationsprojekten entwickelt werden. Neben der Diskussion der Forschungsstrategie im Aufsichtsrat und im technisch-wissenschaftlichen Beirat der GKSS arbeiten Unternehmensvertreter auch in Struktur- und Berufungskommissionen zur Neuorientierung von GKSSInstituten und bei der Neubesetzung von Leitungspositionen mit. Auch regelmäßige oder in Einzelfällen eingesetzte fachbezogene Gesprächskreise mit den Anwendern tragen dazu bei, dass GKSS auch weiterhin anwendungsrelevante Forschung betreibt. Die projektbezogene Zusammenarbeit in den einzelnen Stadien der Entwicklung von den Grundlagen bis zur Markteinführung erfordert unterschiedliche Arten der Kooperation. Naturgemäß ist das Engagement der Industrie in Kooperationen um so ausgeprägter, je mehr das Arbeitsprogramm auf eine konkrete Anwendung zielt. Ein Schwerpunkt der GKSS-Expertise liegt auf dem Gebiet der neuartigen Energiegewinnung. So werden im Institut für Polymerforschung u. a. Membranen für die Brennstoffzelle entwickelt. Im Rahmen des Virtuellen Instituts "Asymmetric Structures for Polymer Electrolyte Fuel Cell" arbeitet die Abteilung Polymertechnologie eng mit anderen Forschungseinrichtungen und Hochschulen zusammen, um die Kompetenzen der Partner anwendungsorientiert zu bündeln. Daneben erforscht die Abteilung Pulvertechnologie im Institut für Werkstoffforschung neue Wasserstoffspeichersysteme für verschiedene Anwendungen, z. B. im Verbundprojekt „MiniEly – Miniatur-Elektrolyseur zur Befüllung von Metallhydridspeichern als Ladestation für portable Brennstoffzellen" gemeinsam mit deutschen Forschungs- und Industriepartnern.

primär die Entwicklung und Konditionierung des Fadens betreibt, ist mNemoscience für die Durchführung der Klinischen Prüfung und die Markteinführung verantwortlich. Lizenzverträge bilden oft die Fortsetzung von Kooperationen, wobei GKSS den Industriepartner bis zur Markteinführung beratend unterstützt. Nicht selten erwachsen aus diesen Geschäftsbeziehungen dann neue Projekte oder Aufträge. Eine weitere wichtige Form der Zusammenarbeit stellen Aufträge dar (Auftragsprojekte finden in der Regel im wettbewerbsnahen Bereich statt). Hier geht es darum, eine vom Auftraggeber formulierte Fragestellung zu beantworten. Unternehmensgründungen durch die Forscher und Entwickler selbst stellen den direktesten Weg zur Umsetzung von Forschungsergebnissen in industrielle Produkte und Dienstleistungen dar. Diese Form des Transfers wird deshalb von GKSS besonders gefördert. Die Unterstützung kann zum Beispiel durch befristete Nebentätigkeitsgenehmigungen, zeitlich befristete Rückkehrmöglichkeiten, GKSS-Aufträge sowie die Vermietung von Räumen und Geräten erfolgen. Seit Ende 2001 haben die ausgegründeten Jungunternehmen außerdem die Möglichkeit, im Geesthachter Innovations- und Technologiezentrum (GITZ) auf dem GKSS-Gelände einen attraktiven und auf ihre Bedürfnisse zugeschnittenen Standort zu finden. Ein Beispiel hierfür ist das 2003 gegründete Unternehmen RIFTEC GmbH, das auf die Entwicklung und Anwendung innovativer Reibschweißverfahren spezialisiert ist. Ansprechpartner: Recht und Technologietransfer /Anja Frahn Telefon: 04152/87-1626 E-Mail: anja.frahn@gkss.de

Kooperation mit der Wirtschaft Grundlagenforschung

Anwendungsorientierte Forschung und Entwicklung

Labortests

Produkt- und Verfahrensentwicklung

Prototyp

Markteinführung

DemoAnlagen Ausgründungen

Bei bilateralen Kooperationsprojekten mit dem Ziel der Umsetzung von Laborergebnissen in den Pilot- und Demonstrationsmaßstab bringen beide Partner wesentliches Knowhow ein und beteiligen sich an den Entwicklungskosten. So knüpfen sich an das Kooperationsprojekt „Nahtmaterial“ von GKSS und der Firma mNemoscience GmbH große Erwartungen hinsichtlich der Überführung der bei GKSS entwickelten Materialien in die medizinische Anwendung. Während GKSS

Lizenzen Dienstleistungen FuE-Verträge FuE-Kooperationen Verbundforschung Hochschulprojekte

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Cooperation with Industry Through its research and development activities in the fields of coastal and materials research, GKSS generates momentum for innovation processes, thereby contributing to technological advancements. Close cooperation with industry is particularly important in this regard. Such cooperation with industrial partners ranges from dialogue concerning the thematic orientation of research programmes all the way to support for the market launch of products and processes developed in joint cooperation projects. In addition to helping to formulate research strategy together with the GKSS Supervisory Board and the Technical-Scientific Council, representatives of industrial companies actively participate in reorganisation and appointments commissions that deal with the reorientation of GKSS institutes and they also provide input on filling vacant executive positions. Regularly scheduled meetings — and in some cases specially organised conferences with industrial users — also help to ensure that GKSS continues to conduct research that is relevant to its customers. Project-related collaboration requires a variety of forms of cooperation according to the individual phase of development, ranging from basic research to market launch. As one would expect, the industrial partner's commitment to a cooperation project grows stronger in line with the extent to which the project focuses on a specific application. One of the key areas of expertise at GKSS is the development of new types of energy generation. The Institute for Polymer Research, for example, develops fuel cell membranes. Moreover, within the context of the virtual institute "Asymmetric Structures for Polymer Electrolyte Fuel Cell", the Polymer Technology Department cooperates closely with other research facilities and with universities in order to pool the partners’ expertise in an application-oriented manner. In addition, the Powder Technology Department of the Institute for Materials Research is studying new hydrogen storage systems for use in various applications. An example of this is the joint project “Mini-Ely”, in which the department is collaborating with other German research centres and partners from industry to develop a miniature electrolyser for filling metal hydride storage systems. This electrolyser would serve as a charging station for portable fuel cells.

partners contribute essential expertise and share the development costs. For example, the cooperation project “Suturing Material” between GKSS and the mNemoscience GmbH company has generated high hopes that the materials developed at GKSS can be successfully translated into medical applications. Whereas GKSS is primarily responsible for developing and conditioning the thread, mNemoscience is conducting the clinical tests and will launch the material on the market. Cooperation often continues further down the line in the form of licensing agreements, whereby GKSS supports its industrial partners in an advisory capacity as they bring their new products to market. Such business relationships frequently lead to new projects or contracts. Another important form of cooperation involves contracts governing commissioned projects, which are generally conducted under quasi-competitive conditions. Here, the objective is to provide answers to the specific questions presented by the company commissioning the project. Start-up companies established by researchers and developers themselves represent the most direct method for translating research results into industrial products and services. GKSS therefore especially promotes this type of knowledge transfer. Support comes in many forms, including granting employees approval to engage in a secondary occupation for a certain period of time, providing scientists with a temporary right to return to the research centre, the award of GKSS contracts, and renting out rooms and equipment. Moreover, since the end of 2001 young technology startups have also been able to take up residence at the Geesthacht Innovation and Technology Centre (GITZ) on the GKSS grounds, which offers them an attractive business location tailored to their specific needs. One such start-up is RIFTEC GmbH, which was founded in 2003 and specialises in the development and utilisation of innovative friction welding techniques. Cooperation with industry Basics

Applicationoriented research and development

Laboratory tests

Product and process development

Market launches

Demonstration facilities

Prototype

Contact: Legal Affairs and Technology Transfer (VJD/STT) Anja Frahn phone: +49 (0)4152/87-1626 e-mail: anja.frahn@gkss.de

Start up companies Licensing contracts Services FuE-Verträge

In bilateral cooperation projects aimed at implementing laboratory findings in pilot and demonstration scales, the

FuE-Kooperationen Joint research Projects at colleges and universities

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Daten und Fakten / Das Umfeld • Facts and Figures / External Interactions

Drittmittelprojekte Die Akquisition von Forschungs-Drittmittelprojekten im Rahmen von nationalen und europäischen Förderprogrammen besitzt einen hohen Stellenwert bei GKSS. Die dabei verfolgten strategischen Ziele sind mehrschichtig: Durch die Koordinierung von und Beteiligung an Drittmittelprojekten bringt GKSS ihre wissenschaftlich-technische Kompetenz bei der Lösung gesellschaftlicher und forschungsrelevanter Probleme ein – sowohl auf nationaler, als auch in zunehmendem Maße auf europäischer Ebene. Dadurch erweitert GKSS zugleich auch die Möglichkeiten zum weiteren Auf- und Ausbau dieser Kompetenz. Dies ist eine wichtige Voraussetzung, um auch zukünftig als Innovationspartner für die Wirtschaft attraktiv zu sein. Insbesondere europäischen und internationalen Drittmittelprojekten wird bei GKSS eine weiterhin zunehmend wichtige Bedeutung beigemessen, um auf möglichst effiziente Weise international hochrangige Resultate für eine nachhaltige Innovationsentwicklung in Europa und eine damit verbundene Verbesserung der Wettbewerbsfähigkeit des europäischen Wirtschaftsraums zu erreichen. GKSS nimmt zielgerichtet und erfolgreich an durch Forschungsrahmenprogramme finanzierten Projekten der Europäischen Union teil und ist bestrebt, entsprechend der eigenen strategischen Forschungsziele substanzielle Beiträge zum Auf- und Ausbau des Europäischen Forschungsraums zu erbringen. Ein weiteres Ziel der Beteiligung von GKSS an Drittmittelprojekten ist die Intensivierung bestehender bzw. der Aufbau neuer Kundenbeziehungen zu Unternehmen und Institutionen, mit denen zuvor nur eine informelle oder noch keine Zusammenarbeit bestand. So schafft die erfolgreiche Durchführung von Drittmittelprojekten das notwendige Vertrauen in die Leistungsfähigkeit von GKSS und bildet die Basis für langfristige, bilaterale Kundenbeziehungen. Dass Drittmittel im Wettbewerb vergeben werden, hilft GKSS, sich bei Partnern zu profilieren und gegenüber internationalen Wettbewerbern zu positionieren. Durch erfolgreiche Einwerbung von Projekten gegen starke europäische Konkurrenz erreicht GKSS einen zusätzlichen Qualitätsnachweis für die eigene Forschung. Da viele Förderprogramme die Beteiligung von Unternehmen (Herstellern bzw. Anwendern) an den Projektvorschlägen voraussetzen, wird jeder positive Förderbescheid gleichzeitig zu einem Kompetenznachweis gegenüber den jeweiligen Industriepartnern von GKSS.

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Letztlich bilden die zusätzlich zur institutionellen Förderung eingeworbenen Drittmittel einen wichtigen Finanzierungsanteil zur Realisierung des geplanten FuE-Programms. Der Weg, eine Projektidee zu einem einreichungsfähigen Projektantrag auszugestalten, ist eine schwierige und zeitaufwändige Aufgabe. Eine Fülle von inhaltlichen und formalen Anforderungen ist dabei zu beachten, die insbesondere im Bereich EU-Projekte seit dem 6. Forschungsrahmenprogramm weiter gewachsen sind. Die Hauptlast bei der Erstellung der Antragsunterlagen tragen die Wissenschaftler. Die Aufgabe der Verwaltung ist es, sie hierbei bestmöglich zu unterstützen. Für EU-Projekte hat GKSS zu diesem Zweck eine eigene Stabsabteilung „Europäische und Internationale Projekte“ geschaffen, deren Aufgabe es u.a. ist, die Wissenschaftler durch gezielte Informationen über die Förderprogramme, durch Koordination der internen Abstimmungsprozesse und durch umfassende Beratung unter Nutzung eines Netzwerkes von Kontakten in allen Phasen der Antragsstellung und zum Teil auch der Projektabwicklung zu unterstützen. Dass sich die Anstrengungen der GKSS gelohnt haben, lässt sich, gemessen an der mittleren europaweiten Erfolgswahrscheinlichkeit, anhand der überdurchschnittlichen Bewilligungsquote von gestellten EU-Anträgen ablesen: Die Quote lag im 5. und im 6. Forschungsrahmenprogramm stabil bei 33 %, d.h. jeder dritte EU-Antrag mit GKSS als Koordinator oder Teilnehmer wurde gefördert. Die im Mittel der Haushaltsjahre 2002 bis 2006 für GKSS abgerechneten EU-Mittel belaufen sich auf 2,5 Millionen Euro pro Jahr (mit einem Höchstwert von 3,1 Millionen Euro in 2003). Im Jahr 2006 laufen 38 EU-Projekte bei GKSS, zwölf davon werden von GKSS-Wissenschaftlern koordiniert.

Ansprechpartner: Stabsstelle Europäische und Internationale Projekte Dr. Hans-Jörg Isemer Telefon: 04152/87-1661


Externally Funded Projects The acquisition of external research funding from national and European programmes enjoys a high priority at GKSS. There are a number of reasons behind this strategy: By coordinating or taking part in externally funded projects, GKSS has an opportunity to bring its scientific and technical expertise to bear on a range of social and research problems — both on a national and, increasingly, a European level. In this way, GKSS is also able to strengthen and expand this expertise, which in turn is an important prerequisite for remaining an attractive and innovative partner of industry. The importance of European and other internationally funded projects, in particular, is steadily increasing at GKSS. This is because such projects offer a highly efficient means of producing top-quality research results which can be used to advance the development of sustainable innovation in Europe and thereby enhance the region's competitiveness. GKSS plays a successful part in EU projects in receipt of Framework Programme funding and is dedicated, in line with its own strategic research goals, to strengthening and expanding the quality and scope of European research. Participation in externally funded research projects also enables GKSS to strengthen existing ties to companies and institutions as well as establish new links in areas where previously there was at best informal cooperation. The successful execution of externally funded projects generates the necessary confidence in the capabilities of GKSS and forms the basis for lasting bilateral relations with partners from industry and research. The fact that external funding is allocated on a competitive basis enhances our standing among our partners and helps GKSS to set itself apart from international rivals. By the same token, our ability to acquire projects in the face of stiff European competition provides additional confirmation of the quality of our research. Since the award of much sponsorship is dependent upon the involvement of industry — manufacturers or users — in the project proposal, each successful application also helps underline our competence to our industrial partners.

The process of developing a project idea into a proposal fit for submission is a difficult and time-consuming task. A host of requirements have to be met regarding both the form and the content of a submission. Since the advent of the Sixth Framework Programme, these requirements have continued to grow in the area of EU projects in particular. The main burden of preparing proposals rests upon the scientists, with the administration providing them with all the support it can. To this end, GKSS has set up its own Staff Office for European and International Projects. This office's tasks include supporting scientists throughout the application process and to some extent during the project’s realisation by supplying them with specific information about the relevant funding programmes, by coordinating internal decisionmaking processes, and by providing comprehensive advice by means of a network of contacts. The success of GKSS is reflected in the above-average approval rate for EU applications as measured in terms of the average likelihood of success calculated Europe-wide. On average, the approval rate for GKSS proposals has consistently remained at 33 per cent during the Fifth and Sixth Framework Programmes. In other words, every third EU application involving GKSS as the coordinator or as a participant has been funded. GKSS received average annual EU funding to the tune of € 2.5 million in the fiscal years from 2002 to 2006, with the highest allocation amounting to € 3.1 million in 2003. In 2006, 38 EU projects were running at GKSS, 11 of which were being coordinated by GKSS scientists.

Contact: Staff Office for European and International Projects Dr. Hans-Jörg Isemer phone: +49 (0)4152/87-1661

Finally, external funding constitutes — in addition to institutional sponsorship — are an important source of finance with which to implement our R&D programme.

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Daten und Fakten / Das Umfeld • Facts and Figures / External Interactions

Hochschulzusammenarbeit Als Mitglied der Helmholtz-Gemeinschaft ist es GKSS ein wichtiges Anliegen, das Potenzial exzellenter Forschung an Hochschulen mit dem der Wissenschaftler in unserem Forschungszentrum zusammenzuführen. Die Kooperation mit Hochschulen ist daher ein unverzichtbares strategisches Element für GKSS. Dieses gilt es zu stärken, die Vernetzung der Forschung an Universitäten und Fachhochschulen mit der außeruniversitären Forschung voran zu treiben und auch neue Formen der Zusammenarbeit zu entwickeln. So stellen Hochschulen nicht nur das Potenzial der Nachwuchswissenschaftler, sie sind gleichermaßen Partner in gemeinsamen Projekten und liefern eine wichtige Ergänzung im Rahmen einer interdisziplinären Zusammenarbeit. Sonderforschungsbereiche der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG), Schwerpunktprogramme und Nachwuchsgruppen werden in enger Kooperation mit den Hochschulen initiiert. Eine wesentliche Komponente stellt das Zusammenwirken im personellen Bereich dar. Gemeinsame Berufungsverfahren zur Besetzung der wissenschaftlichen Leitungspositionen in den Instituten fördern die wissenschaftliche Zusammenarbeit und sichern die fachliche Qualität. So sind alle Neubesetzungen der Leitungsfunktion in den letzten Jahren in gemeinsamen Verfahren mit unseren Partner-Universitäten durchgeführt worden. Die Bildung von gemeinsamen Arbeitsgruppen zwischen Hochschulprofessoren und GKSS schafft weitere Synergien. GKSS leistet einen Beitrag zur Ausbildung von Studenten. Wissenschaftler halten in den verschiedenen Universitäten der Region Grund- und Spezialvorlesungen, bieten Praktika an und beteiligen sich an der Gestaltung neuer Studiengänge. Diplomanden und Doktoranden erarbeiten an den GKSS-Instituten ihre Diplomarbeiten und Dissertationen in enger Zusammenarbeit mit den Hochschulen.

GKSS fördert die wissenschaftliche Qualifikation seiner Mitarbeiter insbesondere dadurch, dass Freiräume zur Habilitation eingeräumt werden. Dies kann nur in sehr enger und vertrauensvoller Kooperation mit den beteiligten Hochschulen gelingen. Gemeinsame fachbezogene Seminare, Vorträge und Tagungen tragen wesentlich zum Austausch von Forschungsergebnissen zwischen Hochschulen und GKSS bei. Regelmäßig werden die GKSS-Beiträge zu den Forschungsprogrammen der Helmholtz-Gemeinschaft im Rahmen der Erfolgskontrolle von externen Gutachtergremien, zu denen auch Wissenschaftler aus den Hochschulen gehören, untersucht und beurteilt. Die Helmholtz-Gemeinschaft hat mit dem Impuls- und Vernetzungsfonds ein wichtiges Instrument geschaffen, um die Zusammenarbeit mit Hochschulen zu unterstützen. Er bietet insbesondere die Chance, Förderung für verschiedene Modelle von Helmholtz-HochschulKooperationen in Anspruch zu nehmen. In diesem Rahmen beteiligt sich GKSS derzeit erfolgreich an vier "Virtuellen Instituten" im Bereich der Materialforschung und der Küstenforschung: Helmholtz-Institute und Hochschulen führen hier Forschungs- und Management-Kapazitäten zusammen, um auf wichtigen Forschungsgebieten Kompetenz-Zentren von internationaler Bedeutung zu schaffen. Weiterhin richtet GKSS mit Mitteln aus dem Impuls- und Vernetzungfonds Helmholtz-Hochschul-Nachwuchsgruppen ein. Dies sind Forschungsgruppen zu Themengebieten, die für die jeweils beteiligten Partner aus den Hochschulen und GKSS besonders wichtig sind und die hoch qualifizierten Nachwuchswissenschaftlern den Start in eine wissenschaftliche Karriere ermöglichen. Ansprechpartner: Programmplanung und -controlling Dr. Iris Ulrich Telefon: 04152/87-1633 E-Mail: iris.ulrich@gkss.de

Wissenschaftliche Veröffentlichungen Wie andere Forschungseinrichtungen hat auch GKSS ein originäres Interesse, ausgewählte Ergebnisse der wissenschaftlich-technischen Arbeiten zu veröffentlichen. Als Forschungszentrum der HGF, das von Bund und Ländern getragen wird, haben wir dazu eine Verpflichtung. Diesen Auftrag erfüllt GKSS zielgerichtet auf unterschiedlichen Wegen, um sowohl das wissenschaftliche Umfeld als auch die interessierte Öffentlichkeit zu informieren. Publiziert wird in wissenschaftlichen Zeitschriften, Tagungsbänden, Büchern, in Form von Patenten und in wissen70

schaftlich-technischen Berichten, die im Haus erstellt und kostenlos bezogen werden können. Die Publikationen der Mitarbeiter seit 1988 weist eine Datenbank nach, die über die Homepage angewählt werden kann. Über diese Datenbank sind auch die elektronischen Volltexte zahlreicher Veröffentlichungen zugänglich. Ansprechpartner: Bibliothek – Zusendung technisch-wissenschaftlicher Berichte Regina Herrmann Telefon: 04152/87-1692 E-Mail: bibliothek@gkss.de


Cooperation with Universities As a member of the Helmholtz Association, GKSS is concerned to pool the potential of top-class research at the universities with that of our own scientists. Cooperation with the universities is therefore an indispensable part of the strategy at GKSS. At the same time, we are looking to reinforce this cooperation, increase the degree of networking between university and non-university research and develop new forms of collaboration. Universities are not only a source of up-and-coming scientists; they are also partners in common projects and make an important contribution in terms of interdisciplinary cooperation. At the same time, the establishment of Collaborative Research Centres of the German Research Foundation (DFG), Priority Programmes and Independent Junior Research Groups also takes place in close cooperation with higher education. Similarly, there is significant cooperation on the level of appointments. The use of joint appointment processes to fill senior scientific posts at the institutes encourages scientific cooperation and ensures professional excellence. For example, all new appointments to senior positions over the last few years have been conducted by means of a joint procedure in cooperation with our partner universities. Likewise, the establishment of joint working groups with university professors and staff at GKSS creates further synergies. In turn, GKSS contributes towards the education of students. Our scientists give both basic and specialized lectures at the various universities of the region, offer work placements and participate in the design of new courses of study. Likewise, graduate and post-graduate students have the opportunity to work on their dissertations and theses at GKSS institutes in close cooperation with their university.

GKSS provides opportunities for its staff to obtain further qualifications, in particular by freeing them to conduct post-doctoral work. This can only function successfully on the basis of close and reliable cooperation with the universities involved. Joint seminars, lectures and conferences play an important part in promoting the exchange of research results between institutes of higher learning and GKSS. GKSS’ contributions to the research programmes of the Helmholtz Association are regularly inspected and evaluated by external committees, which include university scientists, as part of the programme of performance monitoring. With its Initiative and Networking Fund, the Helmholtz Association has created an important instrument for promoting cooperation with higher education. In particular, this offers the opportunity to take advantage of funding for various forms of Helmholtz-university cooperation. In line with this scheme, GKSS is currently playing a successful role at four “virtual institutes” in the areas of materials and coastal research. Here, Helmholtz institutes and universities pool their research and management capacity in order to create internationally important centres of excellence in major areas of research. At the same time, GKSS also uses money from the Initiative and Networking Fund to set up Helmholtz-University Independent Junior Research Groups. These are research groups in areas that are of special significance to both GKSS and the universities involved and which are designed to give highly qualified young scientists a head start in a scientific career.

Contact: Programme Planning and Controlling Dr. Iris Ulrich phone: +49 (0)4152/87-1633 e-mail: iris.ulrich@gkss.de

Scientific Publications Like other research institutes, GKSS has a vested interest in publishing selected results of its scientific and technical research. In fact, it is even obliged to do so, as it is an HGF research centre funded by the German federal government and state governments. GKSS fullfils this task in various ways so that information is provided not only to the scientific community, but to the general public as well. GKSS publishes in scientific journals, conference transcripts and books, and also makes its findings available in the form of patent documentation and scientific and tech-

nical reports that are prepared at the research centre and can be ordered free of charge. A database listing the publications of the centre’s employees since 1988 can be accessed from the GKSS website. This database also provides the complete electronical full texts of many publications. Contact: Library – Technical and Scientific Reports Regina Herrmann phone: +49 (0)4152/87-1692 e-mail: bibliothek@gkss.de

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Daten und Fakten / Das Umfeld • Facts and Figures / External Interactions

Technologietransfer – Vermarktung von Forschungsergebnissen Der Bereich Technologietransfer ist Serviceabteilung nach innen und außen für den gesamten Verwertungsprozess. Gemeinsam mit den Wissenschaftlern wird das erarbeitete Know-how vermarktet. Die Forscher sind in allen Stadien des Transferprozesses Akteure und tragen so selbst Mitverantwortung für die Verwertung ihrer Forschungsergebnisse. Gleichzeitig ist der Technologietransfer Ansprechpartner für Interessenten aus der Wirtschaft, die neue technische Lösungen zur Produktherstellung und -entwicklung suchen. Der konkrete Transfer der Forschungsergebnisse in den Wirtschaftskreislauf erfolgt u. a. durch Kooperationen, Auftragsforschung oder die Vergabe von Lizenzen. Technologieorientierte Ausgründungen von GKSS-Mitarbeitern sind ein weiteres wichtiges Element des Erkenntnis- und Technologietransfers. Sie stellen einen viel versprechenden Weg dar, um Forschungsergebnisse zu verwerten und dadurch neue Arbeitsplätze zu schaffen. Seit 1992 wurden 18 Unternehmen aus dem GKSS-Forschungszentrum heraus gegründet. Um den jungen Unternehmen einen zentralen Standort anbieten zu können, der den spezifischen Ansprüchen gerecht wird, ist im September 2001 das Geesthachter Innovations- und Technologiezentrum (GITZ) auf dem Gelände der GKSS eröffnet worden. Wissenschaft und Wirtschaft treffen hier aufeinander und können sich gegenseitig unterstützen. GKSS-Arbeitnehmer werden direkt an Einnahmen aus der Verwertung ihrer Erfindungen beteiligt; 25 % der Einnahmen werden unter den Erfindern verteilt, weitere 25 % der Einnahmen werden den Institutsbudgets zur Verfügung gestellt. Darüber hinaus fließen Lizenz- und Know-howEinnahmen, die GKSS aus ihren Vermarktungsaktivitäten erzielt, in einen Fonds, aus dem neue Transfermaßnahmen und Projekte finanziert werden. Aus dem sog. TT-Fonds werden konkrete Projekte - in der Regel gemeinsam mit einem Industriepartner - gefördert. Ziel ist die Weiterentwicklung von GKSS-Technologien, um die Produktreife und Markteinführung zu erreichen. So wurde im Sommer 2005 ein Kooperationsprojekt mit der im Jahr 2003 aus der GKSS ausgegründeten Firma RIFTEC GmbH ins Leben gerufen, um die Entwicklung und den Bau eines industriell einsetzbaren Reibpunktschweißsystems voranzutreiben. Der erste Prototyp, der auf der Messe „Schweißen und Schneiden“ im September 2005 auf großes Interesse bei potentiellen Anwendern aus Automobilbau sowie Luft- und Raumfahrttechnik stieß, soll nach weiterer Optimierung im Jahr 2007 in Serie gehen.

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Die Produktion erfolgt durch den Anlagenbauer Harms & Wende GmbH & Co. KG.

Der Bereich Technologietransfer erbringt folgende Leistungen: • Identifizierung verwertbarer Forschungsergebnisse • Sicherung von Schutzrechten, Beratung von Erfindern • Bewertung von Erfindungsmeldungen und Patentanmeldungen (Portfolio-Pflege) • Vorbereitung und Verbreitung von Transferangeboten • Durchführung und Unterstützung bei Informationsveranstaltungen für potentielle Kunden • Unterstützung bei der Suche nach Kooperations- und Projektpartnern sowie Lizenzinteressenten • Vertragsverhandlungen • in enger Abstimmung mit den Wissenschaftlern Suche nach Verwertungspartnern • Verteilung der Lizenzeinnahmen • Koordination des TT-Fonds • Bearbeitung externer Anfragen • Kontaktpflege zu externen TT-Stellen und Organisationen • Informationsveranstaltungen für Wissenschaftler zu Fragen des Technologietransfers • Informationsveranstaltungen zur Förderung technologieorientierter Ausgründungen • Darstellen und Bekanntmachen der Transferleistungen des Zentrums nach innen und außen

Weitere Informationen finden Sie unter: www.gkss.de/technologietransfer.

Ansprechpartnerin: Recht und Technologietransfer Christina Rosenkranz Telefon: 04152/87-1713 E-Mail: christina.rosenkranz@gkss.de


Technology Transfer — Marketing Research Findings The Technology Transfer department offers internal and external services related to the entire commercial exploitation process. Research findings are marketed in cooperation with scientists. The researchers participate in all stages of the transfer process, thus taking on responsibility for the utilization of their research results. At the same time, Technology Transfer provides a point of contact for interested parties from industry who are looking to source new technical solutions in order to develop and manufacture products. The actual transfer of research results into the business sector can take various forms, including cooperative projects, research contracts and the issuing of licenses. Technology-oriented start-ups established by GKSS employees offer another important means of transferring findings and technology. These represent a promising channel for marketing research results, and thereby also for creating new jobs. In the period since 1992, GKSS has spun off a total of 18 business start-ups. In order to provide these young companies with a central location that meets all their specific needs, the Geesthacht Innovation and Technology Centre (GITZ) was opened on the GKSS site in September 2001. Here, representatives of science and business meet and can support each other. GKSS employees have a direct financial stake in any income generated by the commercial exploitation of their research. A total of 25 per cent of such income is divided up among the researchers involved, with a further 25 per cent going towards the institute's budget. In addition, licensing fees and other revenues that GKSS generates from its marketing activities go into a fund that can be tapped to finance further technology transfer and related projects. The money in this TT Fund is used to support specific projects, generally in conjunction with a partner from industry. The aim of the fund is to enhance GKSS technologies in order to bring products to maturity and market launch.

presented at the Schweißen & Schneiden trade fair in September 2005. The system will go into series production this year following further enhancements. The system will be produced by the machine manufacturer Harms & Wende GmbH & Co. KG.

Technology Transfer provides the following services: • Identifying research findings with potential for commercial exploitation • Securing patent rights and advising inventors • Evaluating invention reports and patent applications (portfolio maintenance) • Preparing and distributing proposals for technology transfer • Organising and supporting information events for potential customers • Assisting in the search for cooperation and project partners as well as parties interested in licensing agreements • Contract negotiations • Actively searching for business partners, in close consultation with scientists • Allocating licensing revenue • Coordinating the TT Fund • Processing external inquiries • Liaising with external TT bodies and organisations • Holding information events for scientists on technology transfer issues • Holding information events on assisting the spin-off of technology-oriented companies • Presenting and publishing technology transfer activities at GKSS both internally and externally Further information is available at: www.gkss.de/technologietransfer. Contact: Legal Affairs and Technology Transfer Christina Rosenkranz phone: +49 (0)4152/87-1713 e-mail: christina.rosenkranz@gkss.de

An example of this is the collaborative project that was formed in the summer of 2005 with RIFTEC GmbH, a company that GKSS spun off in 2003. The project aims to promote the development and construction of a friction spot welding system for industrial use. The first prototype excited considerable interest among potential users from the automotive and aerospace sectors when it was

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Daten und Fakten / Öffentlichkeitsarbeit • Facts and Figures / Public Relations

Öffentlichkeitsarbeit Eine der zentralen Aufgaben der Presse- und Öffentlichkeitsarbeit bei GKSS ist es, wissenschaftliche Ergebnisse sowie neueste Entwicklungen und Hintergrundinformationen für die Öffentlichkeit transparent zu machen. Nur durch eine kontinuierliche Darstellung nach außen kann die Vermittlung von Grundlagenforschung und von anwendungsorientierter wissenschaftlicher Forschung nachhaltig gelingen. Die Abteilung Presse- und Öffentlichkeitsarbeit gewährleistet einen stetigen Informationsfluss – denn nur so ist sichergestellt, dass das GKSS-Forschungszentrum in weiten Bereichen der Gesellschaft eine hohe Akzeptanz für seine Arbeiten erlangt. Das Spektrum der Maßnahmen, durch das unsere Presseund Öffentlichkeitsarbeit gekennzeichnet ist, ist weit gesteckt. Es reicht von Pressemitteilungen über Pressekonferenzen bis hin zu Radio- und Fernsehbeiträgen. Der Jahresbericht, Broschüren zu einzelnen Forschungsschwerpunkten und Projektfeldern, Kurzinformationen zu besonderen Veranstaltungen, Filmmaterial, aber auch Informationen über die Großforschung in Deutschland werden kostenlos abgegeben. Ein Schwerpunkt liegt in der regional bezogenen Arbeit. Informationsveranstaltungen für besondere Zielgruppen, der „Tag der offenen Tür“, Gruppenbesichtigungen für Schüler und Studenten, Teilnahme an regionalen Ausstellungen und Präsentationen, die GKSS-Jahrestagung, aber 74

auch Kunstausstellungen und Konzerte sind Beispiele für unsere Aktivitäten innerhalb der Region. Im Jahr 2006 wurde das GKSS Forschungszentrum 50 Jahre alt und dies war auch aus Sicht der Öffentlichkeitsarbeit ein ganz besonderes Jahr. Am 17. Mai feierten wir in den Hambrger Fischauktionshallen mit 1800 Gästen aus Politik, Wirtschaft und Wissenschaft das GKSS-Jubiläum. Dass die erste Großforschungseinrichtung Deutschlands nicht nur durch eine wechselvolle Vergangenheit, sondern insbesondere durch eine überaus spannende Gegenwart geprägt ist, darüber gab die von Ranga Yogeshwar moderierte Wissenschaftsshow „50 Jahre GKSS – Eine Zeitreise in die Zukunft“ an diesem Abend einen lebhaften Eindruck.


Auch in Geesthacht und Teltow wurde der Geburtstag gebührend gefeiert, denn mehr als 6000 Besucher folgten im Sommer 2006 der Einladung zu unseren Tagen der Offenen Tür und schauten in den Bereichen Wissenschaft, Verwaltung und Technikum hinter die Kulissen. Der GKSS-Preis „Verständliche Wissenschaft“ ist eine weitere Veranstaltung mit der wir seit mehren Jahren den Dialog zwischen Wissenschaft und der Öffentlichkeit fördern. Frisch promovierte Wissenschaftler stellen im Rahmen eines Vortrages ihre Dissertation einer hochkarätigen Jury aus Forschung, Wirtschaft, Politik und den Medien möglichst anschaulich vor. Wie sehr die Öffentlichkeit Interesse an einer verständlichen Wissenschaft hat, zeigte sich 2006 an dem vollbesetzten Schillertheater in Geesthacht. Um schon junge Menschen früh an die Naturwissenschaften heranzuführen stehen unsere Türen auch Kindern und Jugendlichen offen. „Jugend forscht“-Preisträger nutzten im Rahmen von Praktika GKSS-Einrichtungen, Leistungskurse der benachbarten Schulen führten Projekttage durch und Studenten informierten sich über Berufsbilder und Berufschancen. Innovative und kreative Forschungsarbeit entwickelt sich dann besonders nachhaltig, wenn ein positives „Wir-Gefühl“ und eine starke Identifikation mit den Aufgaben die tägliche Arbeit prägt. Eine so verstandene „corporate identity“ bildet im Bereich Öffentlichkeitsarbeit die Grundlage für eine Vielzahl von Kommunikations- und PR-Maßnahmen. Die innerbetriebliche Kommunikation wird bei uns als Öffentlichkeitsarbeit für diejenigen verstanden, die das Forschungszentrum ausmachen – für die Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter. Gerade deshalb hat die interne Kommunikation bei GKSS einen großen Stellenwert. Das Mitarbeiter-

magazin UNTER UNS, aktuelle Informationen über Schwarze Bretter, Mailverteiler, besondere Veranstaltungen, Einweihungen und Ehrungen - die Palette der Medien und Ereignisse, die für die interne Information genutzt werden, ist breit gefächert. Die Zukunft von GKSS sowie die Akzeptanz unserer Forschungsarbeiten resultieren vor allem aus der Bereitschaft, mit unterschiedlichsten Teilbereichen der Öffentlichkeit in einen langfristigen Dialog zu treten. Wir arbeiten deshalb auf verschiedenen Ebenen aktiv an der dauerhaften Kommunikation mit unserem Umfeld – kurz: Wir informieren gern!

Ansprechpartner: Presse- und Öffentlichkeitsarbeit Dr. Torsten Fischer Telefon: 04152/87-1677 E-Mail: torsten.fischer@gkss.de

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Daten und Fakten / Öffentlichkeitsarbeit • Facts and Figures / Public Relations

Public Relations One of the main tasks of the Press and Public Relations department at GKSS is to provide the public with scientific results, news on the latest developments, and background information — all presented in a transparent and understandable manner. Only by continuously engaging in public relations work can GKSS successfully and sustainably communicate the findings of its basic research and application-orientated scientific investigations. The Press and Public Relations department provides a steady flow of information to ensure that the work performed by the GKSS Research Centre finds widespread public support. We employ a very broad range of press and public relations measures, from press releases and press conferences to radio and TV reports. Many additional materials are provided free of charge, including the Annual Report, brochures on individual areas of research and project fields, brief information on special events, film footage, and information on large-scale research in Germany. One of our main focuses is reaching out to the people in our local area. To do so, we hold information events for special target groups, organize an Open Day and conduct tours of the facility for pupils and students. Other examples of our activities in the local area include participation in regional shows and presentations, the annual GKSS conference, art exhibitions and concerts.

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The GKSS research centre celebrated its 50th anniversary in 2006, which was also a special year for our public relations work. On May 17 we celebrated the GKSS anniversary together with 1,800 guests from the fields of politics, business and the sciences. On this evening, the fact that Germany’s first major research establishment not only has an eventful past, but also a very exciting present, was impressively confirmed by a science show titled “50 Years of GKSS — A Journey into the Future”, which was hosted by Ranga Yogeshwar. The anniversary was also celebrated in Geesthacht and Teltow, where more than 6,000 visitors took advantage of the Open Days in the summer of 2006 for a look behind the scenes at the scientific and administrative areas and the technical centre.


Another measure that we have been using for several years to promote dialogue between scientists and the public is the GKSS Intelligible Science Award. To compete for the award, scientists who have recently earned their doctoral degrees present their dissertations, in the most accessible form possible, to a panel of renowned researchers, businesspeople, politicians and journalists. The great public interest in intelligible science was amply demonstrated in 2006, when the presentations were given at the Schillertheater in Geesthacht to a full house. Our facility also offers programmes for children and teenagers that are intended to help introduce young people to science at an early age. The winners of the Youth Research award, for example, can use the GKSS facilities as interns. In addition, neighbouring schools conduct project days at the centre, and college students visit GKSS to gain information on various professions and career opportunities. If a positive group identity is created, and a strong identification with the research tasks is fostered in the scientistsâ&#x20AC;&#x2122; daily work, research will be particularly innovative and creative over the long-term. In the field of public relations, this kind of corporate identity forms the basis for many communications activities and PR measures. At GKSS, in-house communications is understood as a form of public relations work for the people that essentially make up the research centre â&#x20AC;&#x201D; the employees. Thatâ&#x20AC;&#x2122;s why

internal communications has a very high priority at GKSS. To disseminate information within the organisation, we rely on a broad spectrum of media and methods, including our employee magazine UNTER UNS, bulletin boards, mailing lists, special events, inaugurations and award ceremonies. Our willingness to engage in a long-term dialogue with various sectors of society is vitally important for the future of GKSS and the acceptance of our research activities. That is why we are always actively communicating on different levels with our associates, partners and neighbours. Or, to put it another way: We are delighted to keep you informed!

Contact: Public Relations Dr. Torsten Fischer phone: +49 (0)4152/87-1677 e-mail: torsten.fischer@gkss.de

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Daten und Fakten / Schülerlabor • Facts and Figures / School Lab

Quantensprung – das Schülerlabor von GKSS Das Schülerlabor Quantensprung ist eine Initiative des GKSS-Forschungszentrums. Schülerinnen und Schüler ab der 10. Klasse können hier einen Tag lang zu einem bestimmten Thema experimentieren und so auch einen kleinen Einblick in den wissenschaftlichen „Alltag“ gewinnen.

Das GKSS-Schülerlabor wurde in den Räumlichkeiten des Geesthachter Innovations- und Technologiezentrums (GITZ) eingerichtet und im Januar 2002 in Betrieb genommen. Auf insgesamt 130 m2 Laborfläche stehen 30 Laborplätze für physikalische und chemische Experimente bereit. Da schon nach kurzer Zeit die Termine im Schülerlabor ausgebucht waren und inzwischen Wartezeiten von fast einem Jahr entstehen, richtet GKSS zum kommenden Schuljahr einen weiteren Experimentierraum im GITZ ein. Die erste Einrichtung des Schülerlabors konnte mit finanzieller Unterstützung der Hamburger Schulbehörde, dem Ministerium für Bildung und Frauen und der Innovationsstiftung Schleswig-Holstein sowie einiger Sponsoren der Wirtschaft realisiert werden. Inzwischen waren mehr als 15.700 Schüler aller Schularten, verschiedener Altersgruppen und hauptsächlich aus den Bundesländern Schleswig-Holstein, Hamburg, Niedersachsen und Mecklenburg-Vorpommern und über 1.300 Lehrer im Labor zu Gast. Aber auch Besuchergruppen aus 78

Österreich, Italien, Norwegen und Polen nutzten das Experimentierangebot im Schülerlabor. Hier werden derzeit zwei Themenkomplexe angeboten: Brennstoffzelle und Wasseranalytik. Neben den Tageskursen bieten wir auch mehrtägige Programme oder die Gestaltung ganzer Projektwochen an. Mit beiden Themen wird ein unmittelbarer Bezug zu den GKSS-Forschungen hergestellt. Um einen Einblick in das Arbeitsfeld zu bekommen, werden kurze Besichtigungsgänge in verschiedene Labors und Wissenschaftsbereiche durchgeführt. Im Jahre 2006 wurden 131 Brennstoffzellenkurse und 23 zum Thema Wasseranalytik für insgesamt 3275 Schüler und 209 Lehrer durchgeführt. Neben diesen Tageskursen gab es auch zwei Wochenkurse und vier mehrtägige Kurse, bei denen Schulen das Angebot für ihre Projekt- oder Praktikumswochen nutzten. Das Schülerlabor führte vier Fortbildungsveranstaltungen für Lehrer, Referendare oder Studenten durch und beteiligte sich an regionalen Aktionen wie dem „Girls Day“, der Ausgestaltung einer interaktiven Aus-


stellung im Stadtmuseum zum Thema „Energie“ oder den Geesthachter Alfred Nobel-Tagen. In den Sommerferien führten wir zwei Ferienaktionstage für jüngere Schulkinder durch. An so einem Experimentiertag geht es dann um Strom aus dem Generator und dem Fahrraddynamo genauso wie um Strom aus Sonne, Wind und Wasser, Strom aus galvanischen Elementen bis hin zu Strom aus einer „Apfelbatterie“. Auch für Geesthachter Grundschulklassen wurde dieser Vormittagskurs angeboten. Eine besondere Herausforderung im vergangenen Jahr waren die Experimentiertage für die Teilnehmer von „Jugend forscht“ und „Schüler experimentieren“ sowie eine Veranstaltung für die „Deutsche Gesellschaft für das hochbegabte Kind“. Da es in unserem Schülerlabor schwerpunktmäßig um erneuerbare Energien und den damit verbundenen Klimaschutz geht, wurde unser Angebot auch an zwei Tagen für Praxisseminare von den Teilnehmern des Freiwilligen Ökologischen Jahres genutzt. Wie in den vergangenen Jahren führte das Schülerlabor die Experimentalvorlesung „h2 for students“ im Rahmen der Wasserstoffmesse „H2-Expo“ in Hamburg durch. Über 150 Schüler und Studenten verfolgten die theoretischen Erklärungen und vorgeführten Experimente. Am „Tag der offenen Tür“ verzeichnete auch das Schülerlabor, wie das gesamte Forschungszentrum, einen wahren Besucheransturm und es zeigte sich, dass man über das Verständnis einfacher Zusammenhänge in den Naturwis-

senschaften gekoppelt mit geeigneten kleinen Experimenten tatsächlich Begeisterung sowohl bei den Kindern als auch bei den Erwachsenen hervorrufen kann. Naturwissenschaften und Technik haben in Deutschland leider nicht den Stellenwert, der ihnen bei der enormen Bedeutung, die sie für die Lösung der dringendsten Probleme der menschlichen Gesellschaft haben, zukommen müsste. Erkennbar wird das an der völligen Verschiebung des Gleichgewichts im Fächerkanon an den allgemein bildenden Schulen zu ungunsten der Naturwissenschaften. Diese werden meist nur einstündig, nur epochal oder gar als „Mischfach“ aus Physik, Chemie und Biologie angeboten. Das Ergebnis sind nur noch ansatzweise Kenntnisse, Unverständnis und Ablehnung bei den Schülern. Das Schülerlabor kann die Versäumnisse in der Bildungslandschaft nicht auffangen. Wir wollen aber mit solchen Experimentiertagen die Lehrer unterstützen und den Schülern zeigen, dass Physik und Chemie Naturwissenschaften sind, die sehr viel mit dem täglichen Leben zu tun haben und durchaus interessant, spannend und verständlich sein können.

Ansprechpartner: Michael Buchsteiner Telefon: (04152) 87-1631 E-Mail: michael.buchsteiner@gkss.de

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GKSS Daten und Fakten / Schülerlabor • Facts and Figures / School Lab

Quantum Leap — the GKSS Laboratory for Schools The Quantum Leap Laboratory for Schools is a GKSS Research Centre initiative. Here, school students in classes 10 and above can spend a day performing experiments on a specific research topic and gaining impressions of what it’s like to be a scientist. The GKSS Laboratory for Schools was set up at the Geesthacht Innovation and Technology Center (GITZ) and opened its doors in January 2002. The 130-square-metre laboratory offers 30 workplaces for physical and chemical experiments. Because the dates available at the Laboratory for Schools were very quickly booked, resulting in waiting times of almost a year, GKSS is setting up an additional experiment room at the GITZ for the coming school year. The first school laboratory was made possible by financial support from the Hamburg City Schools Authority, the Ministry of Education and Women’s Issues of the state of Schleswig-Holstein, the Schleswig-Holstein Innovation Foundation, and several business sponsors. Since then, more than 1,300 teachers and over 15,700 students from all types of school and various age groups have visited the lab. Most of the students have come from the German states of Schleswig-Holstein, Hamburg, Lower Saxony and Mecklenburg-West Pomerania. Groups from 80

Austria, Italy, Norway and Poland have also visited the Laboratory for Schools to use the experimental facilities. The laboratory currently offers programmes in two topic areas: fuel cell technology and water analysis. In addition to the day-long courses, we also offer programmes lasting several days and design entire project weeks. Both of the current topics are directly relevant to the research being pursued at GKSS. In order to give students an impression of the work carried out here, short tours of various laboratories and science areas are also included in the schedule. In 2006, a total of 3,275 students and 209 teachers took part in 131 courses on fuel cell technology and 23 on water analysis. In addition to these one-day courses, there were also two week-long courses and four courses lasting several days each, which schools used for their project weeks and practical weeks. In addition to holding four events for the further education of teachers, trainee teachers and students, the Laboratory for Schools took part in regional activities including “Girls Day”, designed an interactive exhibit on the topic of energy at a local


museum and participated in the Geesthacht Alfred Nobel Days. During the summer holidays, we conducted two holiday activity days for younger schoolchildren. One of these Experiment Days, for example, gave the youngsters an opportunity to focus on electricity from generators and bicycle dynamos, from the sun, wind and water, from galvanic elements and even from a battery made from an apple. This morning course was also offered to primary school classes in Geesthacht. The special challenges we faced last year included our Experiment Days for the participants of “Youth Research” and “Pupils Experiment” and an event for the German Association for Gifted Children. Because the focal points of our school laboratory include renewable energy sources and the related topic of climate protection, our facilities were also used on two days for practical seminars by participants in the Voluntary Ecological Year programme. As in previous years, the school lab also presented an experiment lecture titled “h2 for students” during the H2Expo in Hamburg. More than 150 schoolchildren and students attended the theory lectures and experiment demonstrations. On our Open Day, the school lab and the research centre as a whole welcomed a steady stream of visitors. It became evident that children and adults alike could be moved to enthusiasm by presentations, accompanied by

small experiments, that expanded their understanding of simple connections in the natural sciences. In Germany, technology and the natural sciences unfortunately do not receive the public attention they deserve, given their tremendously important role in efforts to solve the most urgent problems faced by mankind. This neglect is evident in the tremendous shift of emphasis among the subjects taught in the secondary schools to the disadvantage of the natural sciences. Today, the natural sciences are generally taught only for one instruction hour at a time, for a semester, or even as a subject area that combines physics, chemistry and biology. The result of this approach is that pupils have only sketchy knowledge of the natural sciences, if any at all, and develop a distaste for these subjects. The school laboratory can’t make up for these shortcomings of the educational system. With these Experiment Days, however, we aim to support science teachers and show pupils that physics and chemistry are natural sciences that are highly relevant to our daily lives and can be not just understandable — but even enthralling and exciting.

Contact: Michael Buchsteiner phone: +49 (0)4152 87-1631 e-mail: michael.buchsteiner@gkss.de

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GKSS-FORSCHUNGSZENTRUM GEESTHACHT

GKSS-INSTITUT FÜR POLYMERFORSCHUNG, STANDORT TELTOW

Lageplan Geesthacht • Site map Geesthacht

GKSS-FORSCHUNGSZENTRUM GEESTHACHT GMBH MAX-PLANCK-STRAßE 1 • D-21502 GEESTHACHT • TELEFON: 04152/87-0 • TELEFAX: 04152/87-1403

Lageplan Teltow • Site map Teltow

Stahnsdorf

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GKSS-INSTITUT FÜR POLYMERFORSCHUNG, STANDORT TELTOW KANTSTRAßE 55 • D-14513 TELTOW-SEEHOF • TELEFON: 03328/352 450 • TELEFAX: 03328/352 452

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Herausgeber: GKSS-Forschungszentrum Geesthacht GmbH Max-Planck-Straße 1 D-21502 Geesthacht Redaktion: Dr. Torsten Fischer Autoren: D. Steglich (S. 24), N. Hort (S. 27), D. Fritsch (S. 30), U. Kleeberg/Karl-Heiz van Brehm (S. 34), R. Weiße (S. 37), W. Albrecht (S. 41), F. Beckmann (S. 44)

Fotos/Grafiken: Ducati 24 R. Reshöft 37, 38, 40 C. Geisler 2, 4, 8/9, 21, 22/23, 8/9, 46/47 50, 51, 52/53, 62, 63, 78, 79, 80, 81, Context 62, 63, 64, 65, 66, 67, GKSS-Forschungszentrum alle Übrigen

Layout, Lithos & Satz: Context, Geesthacht

Druck: Druckerei Albert Nienstedt GmbH, Hamburg ISSN 1430 - 7278 Gedruckt auf umweltfreundlichem, chlorfrei gebleichtem Papier

Geesthacht, Juni 2007

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Jahresbericht 2007  

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