Fraunhofer-Allianzen, Verbünde und Cluster of Excellence

Ziel der Fraunhofer-Allianz Bau ist es, alle wissenschaftlichen und forschungsrelevanten Fragen zum Thema Bau vollständig und »aus einer Hand« innerhalb der Fraunhofer-Gesellschaft abbilden und bearbeiten zu können. Der Baubranche steht so ein zentraler Ansprechpartner für integrale Systemlösung zur Verfügung. Hierzu haben sich zwölf Institute der Fraunhofer-Gesellschaft zusammengeschlossen. Entsprechend umfangreich ist das Portfolio, das sich gleichermaßen an kleine und große Akteure in der Bauwirtschaft richtet. Die Allianz Bau versteht sich aber auch als Initiator für neue und innovative Themen, und will diese aufgreifen oder auf wissenschaftlicher Basis neu definieren. Sie soll eine Schnittstellenfunktion zwischen Wirtschaft, Forschung und Politik einnehmen.

Daher hat es sich die Fraunhofer-Allianz Bau zur Aufgabe gemacht, den vorhandenen Innovationsbedarf systematisch aufzugreifen und mit passenden Lösungen zu unterlegen. Damit will sie zur Standortsicherung in Deutschland im internationalen Wettbewerb beitragen. Die Bauwirtschaft erzeugt traditionell weniger die Innovationen als sie umgekehrt in sehr vielen Fällen ein Anwendungsfeld moderner Lösungen darstellt. Das spricht für einen starken Lösungs- und Innovationstransfer, wie ihn die Fraunhofer Gesellschaft mit der Allianz Bau leisten kann. Der Lebenszyklus Bau reicht von der Finanzierung und Projektierung über klassische Planungsprozesse, Produktion, Logistik, einem langjährigen Betrieb bis hin zum Rückbau. In Innovationsfelder übersetzt bedeutet dies heute ESG-Konformität in der Finanzierung, 3D- und BIM-Modelle in der Planung, systemisches Bauen und Sanieren, Industrie 4.0 in der Produktion, klimaneutrale und umweltverträgliche Produkt- und Systemlösungen, intelligente Baustellen mit 5G-Technologie und Robotik, kosten- und umweltgerechtem Betrieb dank IoT und KI sowie geschlossene Produkt- und Materialkreisläufe einer Circular Economy.

Hier möchte die Fraunhofer Allianz Bau als Partner der Wirtschaft und Industrie dafür sorgen, dass möglichst viele dieser Innovationspotentiale praxisgerecht, kontinuierlich und zum Nutzen der Unternehmen in die Prozesskette Bau implementiert werden. Der »One-Stop-Shop« für ihre Entwicklungsfragen und zu lösenden Aufgaben für mehr Wettbewerbs- und Zukunftsfähigkeit.

Vorteile

• Zentraler Ansprechpartner innerhalb der Fraunhofer-Gesellschaft zum Thema Bau
• Indikator und Initiator innovativer Themen (Bauforschung)
• Aufgreifen des Innovationsbedarfs, Entwicklung von Lösungen mit Wirtschaft und Industrie
• Methoden, Verfahren, Prozesse, Produkte und Dienstleistungen
• Interdisziplinäre Lösungen aus einer Hand

Um für ihre Kunden besonders investitionssichere, zukunftsweisende und wettbewerbsfähige Produkte entwickeln zu können, hat die Fraunhofer-Gesellschaft ihre Kompetenzen im Bereich Energie gebündelt. Über 2.000 Mitarbeiter vernetzen ihr Expertenwissen in der Fraunhofer-Allianz Energie, eine der größten Energieforschungsinstitutionen Europas.

Die Forschungsfelder umfassen Erneuerbare Energien und Energiespeichertechnologien, Energieeffizienztechnologien und Komponenten für Gebäude, Quartiere und Städte, die Digitalisierung der Energiewelt sowie Energiesystemanalysen. Zu den zentralen Angeboten der Fraunhofer-Allianz Energie zählen Produktentwicklungen und (Forschungs-)Dienstleistungen im Bereich der Energieerzeugung, -speicherung, -verteilung und -integration. Ebenso wichtig für eine zukunftsorientierte, gerechte und wirtschaftliche Energieversorgung ist die Digitalisierung des gesamten Energiesystems, systemische Lösungsangebote sowie der Einbezug von Rahmenbedingungen im Bereich Klima und Umwelt. Die Fraunhofer-Allianz Energie bietet mit dem Fachwissen und der Expertise der 20 Mitgliedsinstitute umfassende Dienstleistungen aus einer Hand.

Um mit innovativen Produkten erfolgreich zu sein und neue Märkte zu erobern, erhalten kleine und mittelständische Unternehmen genauso wie Industrie und Energiewirtschaft Zugang zu einem weitreichenden Spektrum an Forschungs- und Entwicklungsangeboten. Diese stellt die Fraunhofer-Allianz Energie auch in beratender Funktion politischen und gesellschaftlichen Akteuren und Institutionen zur Verfügung. Die Aktivitäten der Fraunhofer-Allianz Energie orientieren und messen sich stets an dem Ziel einer nachhaltigen, sicheren, wirtschaftlichen und sozial gerechten Energieversorgung.

Kompetenzen

• »Energie Urban«: Strategien und Komponenten des klimagerechten Bauens,
• und Klimaneutrale Quartiere, Kommunen und Städte
• Energiebedarfsreduktion & Energieverbrauchsoptimierung von Gebäuden, Quartieren Städten und Integration Erneuerbarer Energien dezentral & netzgebunden
• Transformation der Klimatisierung von Gebäuden sowie Innenräumen aller Art (mobil / immobil) (Kälte-, Wärme, Frischluft) hin zu einer vollständigen Defossilierung der Energiebereitstellung

In der Fraunhofer-Allianz Verkehr bündeln seit März 2003 verschiedene Fraunhofer-Institute und -Einrichtungen ihre verkehrsrelevanten Kompetenzen. Die Mitglieder der Allianz haben sich zum Ziel gesetzt, durch verkehrsrelevante Forschung geeignete technische und konzeptionelle Lösungen für öffentliche und industrielle Auftraggeber zu entwickeln und in die Anwendung zu überführen.

Durch eine enge, themenbezogene Zusammenarbeit können im Verkehrsbereich für die Kunden ganzheitliche System- und Verbundlösungen sowie neue Anwendungsbereiche durch Know-how-Transfer erschlossen werden. Diese Auswahl und Bündelung unterschiedlichster Kompetenzen stellt sicher, dass bedarfsgerechte Lösungen für den Kunden angeboten werden können.

Durch internationale Forschungsprogramme sind die Mitgliedsinstitute weltweit mit verkehrsrelevanten Wirtschafts- und Forschungsunternehmen vernetzt. Die Geschäftsstelle der Allianz hilft die richtigen Partner zu finden.

Kompetenzen

• Untersuchung akustischer, komfort- / klimatechnischer sowie chemischer, sensorischer, biologischer und hygienischer Aspekte in Fahr- und Flugzeugen
• Beratung, Entwicklung von Konzepten, Technologien, Materialien und analytischen Verfahren
• Integration verschiedener Funktionalitäten in neue Materialien

Der Fraunhofer-Verbund Werkstoffe, Bauteile – Materials bündelt die Kompetenzen der Materialwissenschaft und Werkstofftechnik in der Fraunhofer-Gesellschaft. Dies gilt insbesondere für die Entwicklung neuer und verbesserter Materialien, das einsatzspezifische (Re-)Design vorhandener Materialien und Werkstoffe, die passenden Fertigungsverfahren und Prozesstechnologien bis hin zum quasi-industriellen Maßstab, die Charakterisierung der Material- und Bauteileigenschaften bis hin zur Bewertung des Systemverhaltens von Materialien, Werkstoffen und Bauteilen in Produkten.

Dabei kommen numerische Modellierungs- und Simulationstechniken ebenso zum Einsatz wie hochmoderne, experimentelle Untersuchungen in Laboren, Technika und Pilotanlagen. Beides geschieht über alle Skalen hinweg, vom Molekül über das Bauteil bis hin zum komplexen System und zur Prozesstechnik. Parallel werden die eingesetzten Methoden und Werkzeuge auf höchstem Standard ständig weiterentwickelt.

Stofflich deckt der Fraunhofer-Verbund Werkstoffe, Bauteile – Materials den gesamten Bereich der metallischen, anorganisch-nichtmetallischen, polymeren und aus nachwachsenden Rohstoffen erzeugten Werkstoffe sowie Halbleitermaterialien, Hybrid- und Verbundwerkstoffe ab.

Die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler in den Verbundinstituten setzen ihr Know-how und ihre Expertise vor allem in den Geschäftsfeldern Mobilität, Gesundheit, Maschinen- und Anlagenbau, Bauen und Wohnen, Mikrosystemtechnik, Sicherheit sowie Energie und Umwelt ein. Sie sind national, europäisch und international gut vernetzt und tragen auf diesen Ebenen maßgeblich zu Innovationsprozessen bei. So engagiert sich der Verbund etwa auf europäischer Ebene im Rahmen der »Advanced Materials Initiative« (AMI 2030) dafür, dass die technologischen Souveränität Europas durch exzellente Materialwissenschaft und Werkstofftechnik gestärkt wird. 

Kernbereiche

• Materialentwicklung
• Technologieentwicklung
• Bewertung des Einsatzverhaltens
• Werkstoffmodellierung und Simulation
   

Kompetenzen

• Realisierung energieeffizienter und nachhaltiger Bauweisen
• Recycling, Rückgewinnung von Rohstoffen
• Entwicklung neuer Werkstoffe und Fertigungsverfahren

Um programmierbare Materialien zu konzipieren und produzieren, führt das Exzellenzcluster die Kompetenzen der Fraunhofer-Institute IWM, IAP, IWU, ICT und IBP zusammen. Gemeinsam beherrschen sie Materialien und Prozesse von der molekularen bis zur makroskopischen Skala. Zusammen mit Partnerinstituten entwickeln sie programmierbare Materialien exemplarisch in zwei Kernthemen, die sich auf Transporteigenschaften und mechanische Materialeigenschaften fokussieren. Also Eigenschaften, die in üblichen Werkstoffen kaum verändert werden können und somit besonders interessant sind.

Das Ziel des Clusters ist die Einprogrammierung von Logiken in Materialien zur gezielten Veränderung oder Anpassung, beispielsweise der Form oder optischer oder mechanischer Eigenschaften. Im Cluster soll dazu ein Verständnis, Design und Engineering der inneren Struktur von Materialien realisiert werden, das die verschiedenen Größenordnungen von der molekularen Ebene über chemische und strukturelle Eigenschaften (insbesondere an Grenzflächen) bis hin zu makroskopischen Objekten berücksichtigt. Damit wird ein funktionales Bauteildesign durch die Beherrschung der komplexen (inneren) Materialstruktur und dem Programmieren der Materialeigenschaften möglich.

Das technologische Potential programmierbarer Materialien für verschiedene Märkte stellt das Cluster durch Funktionsdemonstratoren dar. Dazu gehören selbstreinigende Membranfilter für Wasseraufbereitungssysteme, Materialien mit programmierbarem Wärmedurchgang für energieeffizientes Wärmemanagement im Maschinenbau, Automotive und Bausektor, durch programmierbare Reibung steuerbare Kupplungs- und Positioniersysteme und ein programmierbares Mikropump- und Filtersystem für medizinische Anwendungen.

Kernbereiche

• Materialien und Prozesse
• Transporteigenschaften (Wärme- / Stofftransport)
• Mechanische Materialeigenschaften
  
  

Kompetenzen

• Einprogrammierung von Logiken in Materialien
• Verständnis, Design und Engineering der inneren Struktur von Materialien

Das Exzellenzcluster Integrierte Energiesysteme CINES adressiert die zentralen technologischen und ökonomischen Herausforderungen der Energiewende. Ziel ist die System- und Marktintegration hoher Anteile variabler Erneuerbarer Energien in das Energiesystem. Dafür bündelt CINES die Kompetenzen der Institute für angewandte Energieforschung der Fraunhofer-Gesellschaft.

CINES erarbeitet Lösungen für die Energiesystemtransformation − mittels umfassender, sektorenübergreifender Energiesystemanalysen, zukunftsfähiger Wärme- und Kälteversorgung, digitaler Lösungsmodelle innovative Technologien, entscheidender Fortschritte in der Elektrolyse, effizienter Leistungselektronik und der erfolgreichen Kommunikation der Energiewende.

Kernbereiche

• Energiesysteme inkl. Energieverteilung
• Wärme / Kälte
• Speicher (elektrisch, thermisch, chemisch, physikalisch)
• Leistungselektronik
• Elektrolyse / Fuelcells
• Digitalisierung
• Wissenschaftskommunikation
   

Kompetenzen

• Systemanalyse und -konzeption
• Technologien für die Sektorkopplung und Wärme- und Kälteversorgung
• Transformation von Erzeugung, Netzen und Betrieb von Energiesystemen (Defossilierung)