Ressourceneffi­ziente Nutzung wissenschaftli­cher Großgeräte – Zwei TUD-Projekte bei der DFG-Förderaus­schreibung erfolgreich

Die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) fördert im Rahmen eines bundesweiten Ideenwettbewerbs zur ressourceneffizienteren Nutzung wissenschaftlicher Großgeräte insgesamt neun Projekte mit rund 5,5 Millionen Euro. An zwei dieser Vorhaben ist die Technische Universität Dresden (TUD) maßgeblich beteiligt: einem deutschlandweiten Projekt zur Steigerung der Ressourceneffizienz in der Lichtmikroskopie sowie einem Entwicklungsprojekt für ein neuartiges Flüssighelium-Transfersystem an der TUD.

Durch ihre Beteiligung an zwei der neun von der DFG ausgewählten Projekte leistet die TUD einen sichtbaren Beitrag zur ökologisch und ökonomisch nachhaltigeren Nutzung wissenschaftlicher Großgeräte in Deutschland – von der Lichtmikroskopie in den Lebenswissenschaften bis zur kryogenen Kühlung für Spitzenforschung in Physik, Materialwissenschaft und Energietechnik.

Beide Vorhaben fügen sich nahtlos in die strategische Ausrichtung der TUD ein, Forschungsexzellenz mit verantwortungsbewusstem Ressourceneinsatz zu verbinden – und eröffnen zugleich Perspektiven für übertragbare technische Lösungen und Standards, von denen Hochschulen und Forschungseinrichtungen bundesweit profitieren können.

Qualitätsstandards für nachhaltigere Lichtmikroskopie
Im Projekt „Steigerung der Ressourceneffizienz in der Lichtmikroskopie durch Qualitätskontrolle und Standards“ arbeitet die TUD mit "German BioImaging – Gesellschaft für Mikroskopie und Bildanalyse" (GerBI-GMB) sowie der Universität Freiburg zusammen.
Das Vorhaben wird über 36 Monate gefördert und finanziert drei Projektstellen.

Ziel des Projekts ist es, die Ressourceneffizienz von Lichtmikroskopen durch systematische Qualitätskontrolle, Standardisierung und einheitliche Verfahren der Leistungsüberwachung zu erhöhen. Aufbauend auf der international anerkannten Initiative QUAREP-LiMi (Quality Assessment and Reproducibility for Instruments and Images in Light Microscopy) sollen Standards etabliert werden, die

• die Messqualität und Reproduzierbarkeit verbessern
• Ausfallzeiten von Mikroskopsystemen reduzieren,
• die Lebensdauer der Geräte verlängern,
• und damit die vorhandene Infrastruktur nachhaltiger nutzbar machen.

Die TUD bringt hierfür insbesondere die Expertise und Infrastruktur der CMCB-Technologieplattform „Light Microscopy Facility“ ein und ist über Dr. Hella Hartmann zentral an der Konzeption und Umsetzung beteiligt.

TurboHeTra: Effizienteres Flüssighelium für Spitzenforschung
Mit dem Projekt „TurboHeTra – Zweiflutiges kryogenes Transfersystem mit Pumpe zur verlustreduzierten Flüssigheliumversorgung“ ist die TUD zudem mit einem eigenen Großgeräte-Projekt vertreten.

An der TUD betreibt die Schaufler-Professur für Kälte-, Kryo- und Kompressorentechnik die zentrale Heliumverflüssigungsanlage. Flüssiges Helium (LHe) bei 4 K (-269 °C) ist eine Schlüsselressource für zahlreiche Forschungsanwendungen – etwa in der Supraleitung, bei Hochfeldmagneten, NMR-Anlagen, Teilchenbeschleunigern sowie in der Grundlagen- und Materialforschung.

Bislang entstehen beim Transfer von Flüssighelium in Transportbehälter erhebliche Verluste: Rund 30 Prozent der Ausgangsmenge verdampfen und müssen in energie- und kostenintensiven Prozessen wieder verflüssigt werden.

Bereits in einem Vorgängerprojekt konnte an der TUD ein zweiflutiger Prototyp mit kryogener Turbopumpe demonstriert werden, mit dem sich diese Verluste auf rund vier Prozent reduzieren lassen. Im nun geförderten DFG-Projekt sollen

• die zweiflutige Transferleitung konstruktiv vereinfacht und kompakter gestaltet,
• die Helium-Förderpumpe simulationsgestützt optimiert und als verbesserter Prototyp gefertigt,
• sowie das Kavitations- und Langzeitverhalten der Pumpe detailliert untersucht werden.

Eine neue Systemsteuerung soll außerdem ermöglichen, die Technologie an unterschiedlichen Heliumanlagen mit variierenden Einsatzbedingungen einzusetzen.

Das Projekt läuft von Januar 2026 bis Dezember 2028 und verspricht große Effekte für die Energie- und Ressourceneffizienz: Bestehende Heliumanlagen können bei deutlich geringeren Verlusten betrieben werden, was die Bereitstellungskapazität für Flüssighelium um rund ein Drittel erhöht – ohne zusätzliche Großinvestitionen.

Hintergrund
Mit dem Ideenwettbewerb, der 2023 ausgeschrieben wurde, möchte die DFG neue Wege aufzeigen, wie ressourcenintensive Großgeräte effizienter, nachhaltiger und länger genutzt werden können. Von 75 eingereichten Konzepten wurden 15 zur Antragstellung aufgefordert, neun Projekte wurden nun bewilligt.

Kontakt TU Dresden – Lichtmikroskopie-Projekt
Dr. Hella Hartmann
TU Dresden, CMCB-Technologieplattform, Lichtmikroskopie-Einrichtung
E-Mail:

Kontakt TU Dresden – TurboHeTra-Projekt
Institut für Energietechnik, Schaufler-Professur für Kälte-, Kryo- und Kompressorentechnik
Prof. Christoph Haberstroh
(https://tu-dresden.de/ing/maschinenwesen/iet/kkt/die-professur/Mitarbeiter/haberstroh/index)

Dipl.-Ing. Johannes Doll
(https://tu-dresden.de/ing/maschinenwesen/iet/kkt/die-professur/Mitarbeiter/johannes-doll/johannes-doll)