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Wissenschaft & Forschung

Wissenschaft & Forschung

„Wissen schafft Nutzen“

Das Helmholtz-Zentrum Geesthacht (HZG) ist eine Hightech-Ideenschmiede. Mit den Schwerpunkten Materialforschung und -entwicklung sowie Küstenforschung gibt das HZG Impulse für Innovationsprozesse und technologischen Fortschritt. Das Ziel sind nicht theoretisch-wissenschaftliche Erkenntnisse, sondern verwert- und anwendbare Lösungen. So gründen immer wieder Wissenschaftler des HZG Unternehmen und positionieren sich mit ihren Entwicklungen und der Hilfe des benachbarten Innovations- und Technologiezentrums (GITZ) am Markt.

Das HZG ist Mitglied der Helmholtz-Gemeinschaft und mit seinen Forschungsarbeiten nach eigenen Worten „in die Programmstruktur dieser großen Gemeinschaft eingebettet“. 18 Helmholtz-Zentren gibt es in Deutschland insgesamt, die zu 90 Prozent vom Bund finanziert werden. Für das HZG beträgt die Förderung 80 Millionen Euro per anno, hinzu kommen Ländermittel.

Zum HZG gehört ein Institut für Biomaterialforschung und regenerative Medizin in Teltow bei Berlin. Außerdem gibt es Außenstellen in Hamburg, Berlin und München. Etwa 650 der circa 1.000 Mitarbeiter arbeiten an der Elbe vor den Toren Hamburgs. Es sind Wissenschaftler, Ingenieure, Techniker, Verwaltungspersonal, Doktoranden und Auszubildende. Mehr als 200 Kollegen sitzen in Teltow.

Wissenschaft und Gesellschaft

Die enge Zusammenarbeit mit Wirtschaft, Hochschulen und anderen Forschungseinrichtungen ist sehr wichtig und auf praktische Anwendbarkeit ausgelegt. Die Beziehungen des Helmholtz-Zentrums Geesthacht zu Industrie- und Forschungspartnern reichen 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.

Seit im September 2001 das Geesthachter Innovations- und Technologiezentrum (GITZ) auf dem Gelände des HZG eröffnet wurde, bietet sich jungen technologieorientierten Unternehmen ein zentraler Standort, der ihren spezifischen Anforderungen insbesondere durch die Nähe zum Helmholtz-Zentrum Geesthacht gerecht wird. Und einige der Ausgründungen des HZG haben ihren Sitz im GITZ gefunden. Dazu gehört etwa die Firma Riftec, die ein Rührreibschweißverfahren entwickelt hat, mit dem sich unterschiedliche Metalle (mit unterschiedlichen Schmelzpunkten) verbinden lassen.

Existenzielle Fragestellungen

Was die Forscher im HZG an- und umtreibt sind Fragen, die – einfach formuliert - mit dem Leben und Überleben der Menschen auf der Erde zu tun haben. Ressourcen zu schonen, Energien, Stoffe und Materialen effektiv zu nutzen und einzusetzen oder Emissionen zu verringern oder zu filtern sind nur einige Begrifflichkeiten, die uns bei zentralen Themen wie Klimawandel, Energiewende oder Nachhaltigkeit täglich begegnen.

Denn immer mehr Menschen mit einer immer höheren Lebenserwartung verbrauchen immer mehr fossile Brennstoffe, Rohstoffe und andere natürliche Ressourcen. Eine wachsende Mobilität, die unsere Gesellschaft verkraften kann, erfordert die Entwicklung ressourcenschonender und energiesparender Fertigungsverfahren. Und die Gestaltung eines Gesundheitswesens, das eine hohe Lebensqualität im Alter gewährleistet und zugleich finanzierbar ist, erfordert Implantate, die den Körper bei der Heilung unterstützen und ansonsten verlorene Funktionen dauerhaft wieder herstellen.

HZG-Mitarbeiter am Magnesium-Gussofen. Die Forscher untersuchen…

Institut für Werkstoffforschung

Im Rahmen des Helmholtz-Programms „Funktionale Werkstoffsysteme“ werden neue Werkstoffe entwickelt, die in verschiedenen Anwendungsbereichen zum Einsatz kommen. Diese generische Eigenschaft macht die entwickelten Materialien zum Schlüssel für neue Systemlösungen mit vielseitig hohem Wertschöpfungspotenzial. Ziele sind etwa die Erhöhung der Festigkeit, Steifigkeit und Temperaturbeständigkeit von Leichtbauwerkstoffen bei möglichst geringem Gewicht oder die Verbindung von Werkstoffen zu Hybridmaterialien mit optimalen mechanischen beziehungsweise multifunktionalen Eigenschaften.

Im Institut für Werkstoffforschung des HZG in Geesthacht arbeiten mehr als 160 Mitarbeiter in den vier Bereichen „Werkstoffmechanik", „Werkstoffphysik", „Werkstofftechnologie" sowie „Magnesium Innovations Center“ (MagIC). Auf dem Gebiet der Magnesiumtechnologie verfügt das HZG über eine einzigartige Expertise. Entwickelt werden Leichtbauwerkstoffe auf der Basis von Magnesium- und Titanaluminid-Legierungen, neuartige Fügetechnologien sowie Verbund- und Hybridstrukturen, um Autos und Flugzeuge leichter und energiesparender zu machen und Ressourcen zu schonen.

…von der Schmelze bis zu den Oberflächeneigenschaften viele Prozessbereiche.

Weniger Gewicht für weniger Verbrauch

In der Praxis bedeutet dies etwa den Versuch, die durchschnittlich (!) zehn Millionen Nieten eines Verkehrsflugzeuges durch die Technologien des Laserschweißens und Rührreibschweißens zu ersetzen. Damit würden Flugzeuge um 15 Prozent leichter und entsprechend energiesparender. Wiegt ein Auto zum Beispiel anstatt 1.500 nur 1.200 Kilo, verbraucht es auf 100 Kilometer einen Liter Benzin weniger und stößt anstatt 23 nur 21 Kilo CO2 aus.

„Magnesium ist ein Drittel leichter als Aluminium“, erklärt Dr. Torsten Fischer vom Zentrum für Material- und Küstenforschung. Ein Problem sei jedoch, dass es sehr leicht korridiere. Was bei einem Motorgehäuse problematisch ist, kann in der Medizintechnik im Bereich der Implantate wiederum als Vorteil genutzt werden – etwa bei Schraubverbindungen für Knochen, wenn sich die Schrauben einfach im Körper von allein auflösen und vom Organismus problemlos abgebaut würden.

 

Wasserstofftechnologie und Brennstoffzellen

Dr. Torsten Fischer vom Zentrum für Material- und Küstenforschung.

Wie zielgerichtet die Forschungen laufen, zeigen die zahlreichen Kooperationen mit Wirtschaftsunternehmen wie Airbus oder großen Autoherstellern, denen umfassende Entwicklungen angeboten werden sollen. „Von der Entwicklung einer Legierung bis zum Recycling wird die ganze Stoffkette von uns untersucht“, so Dr. Fischer.

Das gilt auch für die richtungweisende Wasserstofftechnologie und Brennstoffzellen-Technik, für die die Forscher innovative Metalllegierungen (Metallhybrid-Speicher) entwickeln. Für die zukünftige Wasserstoffwirtschaft werden Polymer basierte Membranen für die Wasserstofferzeugung, -abtrennung, -aufbereitung und für neuartige Brennstoffzellen erforscht. Als Speichermaterialien werden Leichtmetall-Hydride mit besonders hoher Speicherkapazität für mobile und stationäre Anwendungen entwickelt.

Forschung mit Neutronen und Synchrotronstrahlung

Ob neu entwickelte Werkstoffe halten, was Sie versprechen, wird zunehmend interdisziplinär untersucht. Mit Großgeräten für die Forschung mit Neutronen, Photonen und Ionen gelingt es den Wissenschaftlern mittels Synchrotronstrahlung sowie mit Neutronenfluss Materialien, Werkstoffe und biologische Systeme zerstörungsfrei zu durchleuchten und in hoher Qualität dreidimensional darzustellen.

So werden am German Engineering Materials Science Centre (GEMS) an verschiedenen Neutronen- und Röntgen-Strahlungs-Streuinstrumenten Nano- und Mikrostrukturen in Werkstoffen oder Biomaterialien analysiert. Die Instrumente, die Neutronen nutzen, befinden sich an der Außenstelle des Helmholtz-Zentrums Geesthacht am FRM II in Garching bei München.

Ein weiteres Forschungsfeld beschäftigt sich mit der Entwicklung spezieller Membranen, um zum Beispiel emissionsfreie Kraftwerke zu ermöglichen. Zum Einsatz kommen solche Spezialmembranen bereits an unseren Tankstellen, wo sie am Zapfhahn die beim Tanken anfallenden Gase absaugen.

Klima und Küstenforschung

Das Geesthachter Institut für Küstenforschung untersucht mit 180 Mitarbeitern den Einfluss des globalen Klimawandels insbesondere für Norddeutschland und den Ostseeraum. Sie nutzen moderne Monitoring-Methoden für die Küstengebiete und entwickeln diese Beobachtungstechniken weiter. An Bord der Forschungsschiffe Ludwig Prandtl und der MS Storch begutachten die Experten des HZG vor Ort die Gewässerqualität und die Struktur des Meeresbodens.

In einem weiteren Schritt wird das Wissen um unser Klima transparent gemacht und kommuniziert. Dies geschieht zum Beispiel im „Klimabericht für die Metropolregion Hamburg“ oder im Norddeutschen Klimaatlas.

www.hzg.de

 

Eine „FerryBox“ wird für die Montage auf einem Nordseefrachter vorbereitet. Sie misst den Gehalt an Sauerstoff, Salz, Kohlendioxid usw.

HZG-Schülerlabor Quantensprung

„Wissenschaft im Dialog" heißt die bundesweite Initiative, an der sich die großen deutschen Forschungseinrichtungen beteiligen. Ziel ist es, das Thema Wissenschaft der Öffentlichkeit zu vermitteln und Interesse zu wecken. Ein Beitrag des Helmholtz-Zentrums Geesthacht ist das Schülerlabor „Quantensprung". Hier können Schüler einen Tag lang in Zweiergruppen experimentieren. Unter qualifizierter Anleitung erforschen sie Physik und Chemie. Das Schülerlabor bietet eine spannende Abwechslung zum Schulalltag – im praktischen Versuch werden die Naturwissenschaften lebendig, interessant und spannend. (siehe WFL-Newsletter Sept. 2012)

Eigener Kindergarten für die HZG-Mitarbeiter

Um seinen Beschäftigten eine bessere Vereinbarkeit von Familie und Beruf zu ermöglichen, gibt es im Helmholtz-Zentrum einen Betriebskindergarten „ jenseits starrer Betreuungskonzepte“. Die vom Helmholtz-Zentrum Geesthacht und der Stadt Geesthacht gemeinsam betriebene Kinderbetreuungseinrichtung „Einsteinchen CompanyKids", bietet in zwei Gruppen 15 Kindern zwischen einem und sechs Jahren sowie 10 Kindern zwischen acht Wochen und drei Jahren Platz.

18 Plätze stehen für Kinder von Beschäftigten des Helmholtz-Zentrums Geesthacht zur Verfügung; 7 Plätze sind Kindern aus dem Raum Geesthacht vorbehalten. Teilzeitbelegung von Plätzen und Platz-Sharing sind - nach pädagogischen Gesichtspunkten - möglich. Dabei sind, nach eigenen Angaben, nicht nur die Öffnungszeiten von acht bis achtzehn Uhr ungewöhnlich, sondern auch das pädagogische Konzept des Kindergartens - fußend auf der engen Anbindung an ein renommiertes Forschungszentrum.