Auszeichnung: Zukunftspreis: CO2-Ersparnis und bessere Medizindiagnostik

Klimawandel und CO2-Ersparnis, aber auch mehr Effizienz unter anderem durch KI in der Medizin: Mit diesen Zukunftsthemen gehen drei Projekte in den Wettbewerb um den renommierten Deutschen Zukunftspreis.

Aus bösem CO2 soll gutes CO2 werden - indem es aus der Luft gefiltert und nutzbringend eingesetzt wird. Ein Hamburger Team hat dazu eine Raumfahrt-Technologie weiterentwickelt. Dortmunder Forscher befassten sich - auch hier geht es um CO2-Vermeidung - mit mehr Effizienz von Gas-Brennern vor allem für die Industrie, wo Gas noch immer unverzichtbar ist. Erlanger Forschende haben ein Magnetresonanztomographie-Gerät (MRT) entwickelt, das bei gleicher Bildqualität leichter und günstiger ist und in einigen teils ärmeren Ländern bereits genutzt wird.

Die Projekte - alle marktreif und im Einsatz - sind für den Deutschen Zukunftspreis nominiert und wurden am Mittwoch im Deutschen Museum in München vorgestellt. Bundespräsident Frank-Walter Steinmeier verleiht den Preis am 22. November in Berlin. Welches Team den Preis erhält, bleibt bis zuletzt geheim - die Jury entscheidet dies am Tag der Verleihung.

CO2 reduzieren - angesichts des Klimawandels ein brennendes Thema. Das Hamburger Team der Airbus Operations GmbH nutzt eine von dem Unternehmen für die Internationale Raumstation ISS konzipierte Technik, um das Treibhausgas aus der Atmosphäre zu ziehen. Im All reduzierte die Technologie den CO2-Gehalt der Luft in der Station und ermöglichte so eine Versorgung der Astronauten mit Sauerstoff.

Auf der Erde macht CO2 etwa 0,04 Prozent der Luft aus. Mit einem Ventilator und einem speziellen Filter wird das Gas eingefangen. Das gesättigte Filtermaterial wird dann erwärmt, so dass es wieder entweicht und gesammelt werden kann.

CO2 ließe sich etwa für kohlenstoffhaltige Substanzen in der Chemiebranche oder für Carbonfasern nutzen - oder zur Herstellung synthetischer Kraftstoffe, erläuterten die Forscher. Die erste Anlage, die das Verfahren nutzt, befindet sich in einem komplett geschlossenen Gewächshaus im Inneren von Gebäuden. Das der Luft entzogene CO2 sorgt vor Ort für effizientes Pflanzenwachstum. Werde das Gas nicht genutzt, könne es auch in Gestein gespeichert und so vorerst fürs Klima unschädlich gemacht werden.

Ebenfalls um CO2 geht es bei dem Projekt der Kueppers Solutions GmbH aus Dortmund. Das Team entwickelte einen Brenner, der die für industrielle Anwendungen benötigte Wärme aus Erdgas effizienter bereitstellen kann als herkömmliche Geräte. Zudem kann das System den Forschern zufolge andere Gase als Brennstoff nutzen, etwa Wasserstoff, der als ein Schlüsselelement für die Energiewende gilt. Besonders viel Wärme benötigen etwa Zementwerke, Glashütten, Stahlherstellung und bestimmte chemische Anlagen. Bisher kommen diese Industrien nicht ohne Gas aus und zählen zu den größten Abnehmern.

Das neue System soll den Bedarf an Erdgas - und damit die CO2-Emissionen - um 12 bis 50 Prozent senken - und den Ausstoß von gesundheitsschädlichen Stickoxiden teils um mehr als die Hälfte. Der hohe Wirkungsgrad werde durch eine besonders wirkungsvolle Rückgewinnung von Wärme aus den Abgasen erreicht und sei Ergebnis einer Kombination mehrerer Innovationen, heißt es. Die teils komplexen Bauteile werden den Forschern zufolge per 3-D-Drucker gefertigt. Damit könnten die Brennerkomponenten individuell angepasst hergestellt und Anlagen rasch und zu überschaubaren Kosten umgerüstet werden.

Erste Unternehmen setzen dem Team zufolge schon auf die Technologie. In Deutschland laufen demnach rund zwei Millionen Industriebrenner mit Leistungen zwischen 25 und 300 Kilowatt, von denen mindestens jeder vierte direkt ausgetauscht werden könnte.

Aus dem Bereich Medizin kommt das dritte Projekt. Forschende der Siemens Healthineers AG und des Universitätsklinikums Erlangen - das Unternehmen und die Uni waren schon mehrfach im Rennen um den Zukunftspreis dabei - haben ein neuartiges MRT entwickelt. Die Geräte waren zuletzt immer größer und damit auch leistungsstärker geworden, um bessere Aufnahmen des Körperinneren zur Diagnostik etwa von Gelenkschäden, Herzinfarkten oder Tumoren zu liefern. Dem Team gelangen nun hochaufgelöste und medizinisch aussagekräftige Aufnahmen bei deutlich schwächeren Magnetfeldern. Damit seien die Komplexität, die Kosten und das hohe Gewicht der Geräte deutlich reduziert worden.

Die Forschenden nutzen für die Bildrekonstruktion neu entwickelte Aufnahmetechniken und Verfahren mithilfe von künstlicher Intelligenz (KI). Dazu gehörten ein bildbasierter Algorithmus, der für eine höhere Auflösung sorge, sowie ein Ansatz zur direkten Rekonstruktion von MRT-Bildern aus den Rohdaten, hieß es.

Das für die Kühlung nötige flüssige Helium wurde von bis zu 1500 Litern auf 0,7 Liter reduziert. Das erste Exemplar wurde am Radiologischen Institut des Uniklinikums Erlangen getestet. Eine neue Klasse solcher MRT-Scanner sei nun in rund 40 Ländern installiert, etwa in Brasilien, Indien und Angola, berichten die Entwickler.

2021 ging der Deutsche Zukunftspreis an die Biontech-Gründer Özlem Türeci und Uğur Şahin für ihre Forschung an der mRNA-Technik und die Entwicklung des Corona-Impfstoffs. 2022 erhielten ihn Forschende von Carl Zeiss Microscopy aus Jena für eine Mikroskop-Technik, mit der lebende Zellen besser untersucht werden können. Der Preis ist mit 250 000 Euro dotiert, schon die Nominierung gilt als hohe Auszeichnung.

Deutscher Zukunftspreis