Forschung

Der Wegfall grundlastfähiger Kraftwerke und der zunehmende Strombedarf für Wärmepumpen und E-Mobilität erfordern eine neue Architektur des Stromnetzes.

Die traditionell stark hierarchisch strukturierte Stromversorgung in Deutschland steht vor gravierenden Umbrüchen. Die Energiewende erfordert den Übergang zu einer neuen Architektur, die durch eine dezentrale Energieerzeugung in unteren Netzebenen und den Wegfall traditioneller Stabilitätsgaranten in Form großer Kraftwerke gekennzeichnet ist. 

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Neues Verfahren verbessert die Waldbrandbekämpfung aus der Luft

Das Fraunhofer EMI und das Startup-Unternehmen CAURUS Technologies GmbH arbeiten gemeinsam an der Entwicklung eines neuartigen Löschverfahrens. Es soll die Effizienz der Waldbrandbekämpfung aus der Luft verbessern.

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Projekt TeamAware: Team Awareness Enhanced with Artificial Intelligence and Augmented Reality

In den vergangenen Jahren kam es zu einer signifikanten Zunahme von Großeinsätzen im Katastrophenschutz. Dies stellt eine erhebliche Herausforderung für Einsatzkräfte dar, insbesondere im Hinblick auf Koordination, Reaktion und Kommunikation. Im Zuge der internationalen Katastrophenhilfe soll das Projekt »TeamAware« helfen, neue und bekannte Probleme im Katastrophenschutz zu lösen. Es wurde im Rahmen der europäischen Forschungsinitiative »Horizon2020« entwickelt. Beim Projekt arbeiten 22 internationale Partner zusammen.

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Zur Resilienz baulicher Strukturen gegenüber Hochwasserereignissen

In mehreren Projekten erforscht das Fraunhofer EMI die Vulnerabilität von Gebäuden und bauliche Infrastrukturen gegenüber Hochwasserereignissen, um Versagensursachen zu identifizieren, mögliche Schadenswahrscheinlichkeiten zu quantifizieren und Verbesserungsmaßnahmen zu qualifizieren. Übergeordnetes Ziel ist die Stärkung der Resilienz urbaner Strukturen.

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Ziel: ein vollständig integriertes Sicherheitsmanagementsystem

Wenn Sie schon einmal geflogen sind, dann haben Sie wahrscheinlich die Durchsage gehört: »Bitte lassen Sie Ihr Gepäck nicht unbeaufsichtigt«. Und das aus gutem Grund. Analysen des Fraunhofer EMI, im Rahmen des Forschungsprojekts FluSs, machen deutlich: Die meisten Terroranschläge an europäischen Flughäfen werden durch den Gebrauch von Sprengstoff verübt. Das Fraunhofer EMI forscht seit vielen Jahren aktiv zum Schutz kritischer Infrastrukturen, wie im Verkehrssektor und dem Bereich der Flughafensicherheit, und steht Industriepartnern, Behörden und Einsatzkräften beratend zur Seite. So wurde beispielsweise mit dem Projekt FluSs ein vollständig integriertes Sicherheitsmanagementsystem gegenüber terroristischen Bedrohungslagen für Flughäfen abgeleitet.

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Herausforderungen in der Arktis

Durch den Klimawandel schrumpft in der Arktis das Eis im Sommer auf immer kleinere Flächen. Dies hat zur Folge, dass nördliche Seewege sich für längere Zeiträume öffnen und Schiffsverkehr aller Art zunimmt - einschließlich Fracht-, Fischerei- und Kreuzfahrtschiffe. Die Sicherheits- und Umweltrisiken in den nördlichen Gewässern steigen damit, so dass ein gemeinsames Situationsbewusstsein und die Koordination zwischen SAR (Search and Rescue) und den Akteuren der Notfallvorsorge und -bewältigung immer wichtiger wird. Darüber hinaus erfordern illegale Aktivitäten und Bedrohungen der maritimen Infrastruktur wirksame und rechtzeitige Gegenmaßnahmen.

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Die Gefährdungen, die von mittels 3D-Druck hergestellten Schusswaffen ausgehen, sind vielfältig. Seit der Präsentation einer ersten gedruckten Kunststoffwaffe im Jahr 2013 hat sich die Technologie zur Herstellung deutlich weiterentwickelt − bei gleichzeitig erhöhter Verfügbarkeit. Allerdings gibt es bislang nur wenige bekannte wissenschaftliche Untersuchungen zu diesem Thema. Das Fraunhofer EMI untersucht zusammen mit dem Bundeskriminalamt (BKA) einige dieser Bedrohungen im Rahmen des BMBF-Verbundprojekts HamsTeR – Handwaffen mit selbstgedruckten Teilen – eine Risikoabschätzung.

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UAV (Unmanned Aerial Vehicle) -getragene Sensoren bieten im Katastrophenfall Hilfe bei der Auffindung von Opfern. Das EMI ist mit KI-basierten Datenanalysemethoden beteiligt.

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Wie können zukünftige Energieversorgungssysteme wie LNG (Liquefied Natural Gas)-Tanks effizienter und widerstandsfähiger gegen natürliche und vom Menschen verursachte Gefahren ausgelegt werden?

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Im Rahmen des vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) geförderten Projekts HERAKLION wird ein Datenraum entwickelt, um mit vielschichtigen heterogenen Datenquellen die Resilienz von Kommunen zu charakterisieren. 

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Brücken- und Tunnelbauwerke stellen aufgrund ihrer geografisch und topografisch bedingten Flaschenhalsfunktion wesentliche, aber auch besonders gefährdete Elemente im Straßennetz dar.

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Anlagensicherheit ist oberstes Ziel

Fast nichts geht mehr ohne Chemie: Ob in Sportschuhen, Biodiesel, Autolack, Haarshampoo, der gemütlichen Matratze zu Hause oder in Medikamenten – überall sind Stoffe enthalten, die in Chemieparks hergestellt werden. Für die Produktion chemischer Produkte werden hohe Sicherheitsstandards eingehalten.

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Klimabedingte Extremereignisse, Industrieunfälle, Terroranschläge – die öffentliche Sicherheit der Zukunft steht vor großen Herausforderungen. Seit Januar 2022 wird im neugegründeten Fraunhofer-Zentrum für die Sicherheit Sozio-Technischer Systeme SIRIOS daran gearbeitet, komplexe Sicherheitsszenarien erleb- und beherrschbar zu machen. 

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Das Projekt SATIE (Security of Air Transport Infrastructure of Europe) entwickelte eine neue Philosophie für Sicherheitsorganisationen in Flughäfen.

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Beschusssichere und sprengwirkungshemmende Elemente aus Faserverbundwerkstoff schützen Personen in gefährdeten Gebäuden und auf öffentlichen Plätzen.

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Der Energiesektor in Deutschland steht vor gravierenden Umbrüchen. Als ein Kernelement der Energiewende wird eine völlig neue Struktur des Stromnetzes entstehen, gekennzeichnet durch neue erneuerbare und dezentrale Quellen und den Wegfall großer Kraftwerke.

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Im Projekt Multisafe (Smart Multimodal Intersection for Traffic Safety) wurden urbane Verkehrssituationen aufgenommen und simuliert.

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Die Pandemie hat gezeigt, dass komplexe Risiken die Zukunft vieler Unternehmen existenziell gefährden können. Um für die nächste Krise besser gewappnet zu sein, setzt das Fraunhofer EMI auf Resilienz als neues erweitertes Sicherheitskonzept. Mithilfe der Projekte KMU-Lagebild und FReE werden Unternehmen dabei unterstützt, ihre Resilienz zunächst zu bemessen und sie anschließend zu erhöhen, um so auf die nächste Krise vorbereitet zu sein.

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Im Projekt EFFEKTIF haben sich die Wissenschaftler:innen der Stabilitätsanalyse und Fehlerkorrektur kritischer Infrastrukturnetze, wie zum Beispiel die Wasser- und Stromversorgung oder Kommunikationsnetzwerke, verschrieben. Solche Netzwerke können zwar als endliche, meist gekoppelte Systeme modelliert werden, jedoch werden mit zunehmender Größe eines Netzwerks dessen mögliche Störszenarien komplexer. Die Folge ist, dass es schwieriger wird, Probleme des Netzwerks mithilfe von Simulationen in Echtzeit zu lösen.  

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Im Dezember 1947 explodierte in dem unterirdischen Munitionslager Mitholz, Schweiz, ein Teil der eingelagerten rund 7000 Tonnen Munition, neun Menschen starben. In der eingestürzten Anlage und dem vorgelagerten Schuttkegel werden heute circa 3500 Tonnen Restmunition mit mehreren Hundert Tonnen Sprengstoff vermutet.

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Brände in U-Bahntunneln sind glücklicherweise extrem selten, umso gefährlicher sind sie aber für die Einsatzkräfte. Überirdisch stehen wichtige Informationen, zum Beispiel von Anwohnern, zur Verfügung, und ein direktes Anfahren des Brandorts ist möglich.

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Als wichtiger Kooperationspartner ist das Fraunhofer-Institut für Kurzzeitdynamik, Ernst-Mach-Institut, EMI, seit 2019 Teil des bilateralen Forschungsprojekts für ein innovatives Thermomanagementsystem (InnoTherMS), das in deutsch-französischer Zusammenarbeit ausgeführt und bis Ende 2021 andauern wird. Ziel des Forschungs- und Entwicklungsprojekts ist es, für elektrische Transport- und Personenfahrzeuge, die im Stadt- und Vorortverkehr genutzt werden, ein innovatives Thermomanagementsystem zu entwickeln sowie zu validieren. Dieses Thermomanagementsystem soll mithilfe intelligenter Regelalgorithmen einen bis zu zehn Prozent geringeren Energieverbrauch von Elektrofahrzeugen ermöglichen. Das Projekt mit Kooperationspartnern aus Forschung, Entwicklung und Industrie verfügt über einen Gesamtumfang von vier Millionen Euro, dessen Hälfte die beteiligten Unternehmen bereitstellen. 

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Resilienz ist der Schlüssel für Unternehmen, um Krisen erfolgreich zu bewältigen, und sie ist kein Zufall: »man kann sie strategisch planen und messbar machen«, sagt Dr. Alexander Stolz, Leiter der Abteilung Sicherheitstechnologie und Baulicher Schutz.

Er und sein Team entwickelten das FReE-Tool mit dem Ziel, nicht nur eine wissenschaftliche, sondern auch eine praxistaugliche Anwendung zu schaffen, die Unternehmen und Systeme für sich nutzen können.

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Im Rahmen des zweijährigen, deutsch-österreichischen Forschungsprojekts DURCHBLICK wurde ein robotergestütztes, leistungsstarkes Sensoriksystem zur Untersuchung unkonventioneller Spreng- und Brandvorrichtungen (USBV) erforscht. Durch neue Technologien sollen Sicherheitskräfte und Entschärferteams so ein besseres Werkzeug zur Einschätzung der Gefahrenlage erhalten. Die Ergebnisse wurden unter anderem auf der Internationalen Entschärfertagung des BKA 2018 präsentiert.

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Bei der forensischen Untersuchung eines verhinderten oder tatsächlich stattgefundenen Sprengstoffanschlags geht es auch immer um die Bewertung des möglichen Schadensausmaßes vor Gericht. Damit verbundene Rekonstruktionssprengungen sind zeit- und kostenintensiv. Ebenso braucht es Risikoanalysen im Vorfeld von Großveranstaltungen zur Prävention von Gefahren. Dazu wird im Projekt SUSQRA ein Expertensystem entwickelt.

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Die Schutzprinzipien biologischer Systeme lassen sich abstrahieren und auf technische Systeme übertragen. Im Projekt BioMOTS wurde dies am Beispiel von Batteriesystemen gezeigt. 

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Die Gestaltung von öffentlichen Plätzen trägt maßgeblich zum Sicherheitsempfinden der Bevölkerung und zur Verhinderung von Kriminalität bei. Zur Bewertung und Verbesserung dieses Sicherheitsgefühls gilt es, Orte zu identifizieren, die als dunkel, nicht einsehbar und nicht hörbar wahrgenommen werden. Im Projekt Stadtsicherheit-3D geschieht dies mithilfe eines Softwaretools, welches auf vorhandene dreidimensionale Stadtmodelle angewandt wird. Dabei liegt der Fokus auf drei Fallstudiengebieten in Berlin. 

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Das EU-Projekt Critical Chains bewertet die Sicherheit der aktuellen Finanznetze und entwickelt Maßnahmen, um diese Netze noch robuster gegenüber Cyberangriffen zu schützen.

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Bei einer der größtem Evakuierungen der Nachkriegszeit am 12. Januar 2020 in Dortmund konnten mithilfe der am Fraunhofer EMI entwickelten Software Apollo Blastsimulator Frühchen und Intensiv-Patienten vor einer Evakuierung bewahrt werden.

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Entschärfer haben eine anspruchsvolle Aufgabe: Sie müssen tagtäglich unter Zeitdruck entscheiden, ob ein verdächtiges Objekt gefährlich ist oder nicht. Das bilaterale Projekt DURCHBLICK soll diesen Vorgang sicherer machen, indem Roboter mit neuen Detektionstechnologien ausgestattet werden.

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»Sprengstoff oder Seife?« – Forscherinnen und Forscher am Fraunhofer EMI arbeiten an bildgebenden Verfahren zur Untersuchung potenziell gefährlicher Objekte.

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Moderne Versorgungsnetze sind hochkomplexe Systeme, die starke Abhängigkeiten von anderen (kritischen) Infrastrukturen aufweisen. Störungen in diesen Netzen können vielfältige Auswirkungen nach sich ziehen. Mehr Info