Presse & Öffentlichkeit

Chronik

Überblick


Highlights 2006 bis 2016 Das GKSS-Forschungszentrum Geesthacht gibt sich einen neuen Namen Die Anfänge der Gesellschaft für Kernenergieverwertung in Schiffbau und Schiffahrt (GKSS) Vom nuklearen Schiffsantrieb zu Neutronen für die Wissenschaft Neue Werkstoffe und Verfahren schaffen Perspektiven Magnesium und Wasserstoff − Visionen für die Zukunft Von Membranen für Mensch und Umwelt zur Regenerativen Medizin Von der Meerwasserentsalzung über die GUSI zum Küstenzonenmanagement Vielseitiger Blick auf die Küsten Ausbildung und Arbeitsplätze


Highlights 2006 bis 2016

Das GKSS-Forschungszentrum Geesthacht gibt sich einen neuen Namen

Seit dem 1. November 2010 heißt es Helmholtz-Zentrum Geesthacht Zentrum für Material- und Küstenforschung GmbH. Mit dem neuen Namen wird die Verbundenheit mit der Helmholtz-Gemeinschaft deutscher Forschungszentren und der Stadt Geesthacht gezeigt. Der Zusatz mit den beiden begrifflichen Säulen Materialforschung und Küstenforschung fasst darüber hinaus die aktuellen Forschungsthemen zusammen.

Im Jahr 2006 feierte die GKSS-Forschungszentrum Geesthacht GmbH 50-jähriges Bestehen.

Am Beginn des 21. Jahrhunderts blickt die GKSS auf eine erfolgreiche Entwicklungsgeschichte zurück, in deren Verlauf aus der ersten Großforschungseinrichtung Deutschlands eine moderne, interdisziplinär ausgerichtete Wissenschaftsinstitution innerhalb der Helmholtz-Gemeinschaft Deutscher Forschungszentren wurde.

Rund 800 Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter engagieren sich heute an den Standorten Geesthacht und Teltow bei Berlin im Rahmen nationaler wie internationaler Programme, um Antworten auf drängende Fragen der Zeit - insbesondere im Bereich der Energieeinsparung und Ressourcenschonung - zu finden.

Dem GKSS-Claim "wissen schafft nutzen" folgend, erarbeiten sie wissenschaftliche Erkenntnisse und entwickeln daraus konkrete Nutzungsoptionen für Gegenwart und Zukunft. Im Zentrum der Forschungsaktivitäten der GKSS stehen heute zwei im besonderen Maße anwendungsorientierte und zukunftsweisende Tätigkeitsfelder: die Küstenforschung und die Werkstoffforschung.

50 Jahre GKSS − das ist ein willkommener Anlass, um den Blick auf unterschiedliche Arbeitsschwerpunkte innerhalb unseres Forschungszentrums zu lenken und fünf Jahrzehnte Wissenschaftsgeschichte Revue passieren zu lassen.

Die Anfänge der Gesellschaft für Kernenergieverwertung in Schiffbau und Schiffahrt (GKSS)


Ns Otto Hahn

Die NS OTTO HAHN vor Kapstadt

Das GKSS-Forschungszentrum wurde am 18. April 1956 als Gesellschaft für Kernenergieverwertung in Schiffbau und Schiffahrt GmbH (GKSS) im Geesthachter Ortsteil Krümmel gegründet. Ausgehend vom Bau des Geesthachter Forschungsreaktors FRG-1 und der bei GKSS betriebenen Erforschung des Kernenergieantriebs für die zivile Schifffahrt kam es Ende November 1961 zur Auftragsvergabe für einen atombetriebenen Erzfrachter an die Kieler Howaldtswerke AG.

Zwei Jahre später lief der Nuklearfrachter NS OTTO HAHN vom Stapel und am 11. Oktober 1968 − nachdem mehrere Probefahrten mit konventionellem Antrieb erfolgreich absolviert worden waren − fand die erste Fahrt mit Reaktorantrieb und somit die offizielle Inbetriebnahme des Schiffes statt.

Mitte der 70er Jahre führten Studien zu dem Ergebnis, dass ein wirtschaftlicher Einsatz nuklear betriebener Frachtschiffe nicht möglich ist. Diese Neueinschätzung bezüglich der Möglichkeiten des Forschungsprojektes Kernenergieschifffahrt führte nach über zehnjährigem störungsfreiem Betrieb im Februar 1979 zur Stilllegung der NS OTTO HAHN.

Vom nuklearen Schiffsantrieb zu Neutronen für die Wissenschaft


Der Übergang vom Forschungsbereich Kernenergieverwertung in Schiffbau und Schifffahrt hin zu dem erweiterten Arbeitsgebiet Reaktorsicherheitsforschung wurde 1974 durch die Einrichtung eines eigenständigen Forschungsschwerpunktes "Reaktorsicherheit" vollzogen. Primär sollte es darum gehen, theoretische und praktische Arbeiten im Rahmen des Reaktorsicherheitsprogramms des Bundes durchzuführen. Im Bewusstsein der zunehmenden Bedeutung dieses Themas ging man bei GKSS auch vielfältige internationale Kooperationen ein.

Wenig später übernahm GKSS den Bau einer Bestrahlungseinrichtung für Stahlproben, die für Druckbehälter Verwendung finden sollte. Die ersten Bestrahlungen wurden 1979 durchgeführt. In den folgenden Jahren wurde dieser Bereich stark ausgebaut, und die Tätigkeiten wurden auf das Gesamtgebiet Materialforschung ausgedehnt. Ausgehend von der experimentellen Arbeit mit einer kalten Neutronenquelle (seit Mitte der 80er Jahre) zum Zwecke der Strukturforschung nahm die Werkstoffforschung − jetzt verstanden als erweiterte Werkstoff- und Materialanalyse − einen immer breiteren Raum ein. Zugleich wurde im Programmbereich Materialforschung ein immer stärkerer Fokus auf Prüf- und Analyseverfahren gerichtet, mit deren Hilfe die Mikrostruktur von Materialien erforscht werden kann.

Im Verlauf der vergangenen zwei Jahrzehnte haben sich bei GKSS innerhalb der Materialanalyse beständig neue Forschungsfelder eröffnet − bis hin zur heute möglichen Strukturforschung mittels Neutronen, die GKSS nicht nur am Standort Geesthacht, sondern auch an der Forschungsneutronenquelle Heinz Maier-Leibnitz am Campus Garching bei München durchführt. Am Forschungszentrum DESY in Hamburg nutzen GKSS-Wissenschaftler außerdem Synchrotronstrahlung, um Strukturanalysen an Materie verschiedenster Art zu betreiben.

Mit der Hilfe von Neutronen und Photonen analysieren Strukturforscher heute zerstörungsfrei Proben von metallischen Bauteilen bis hin zu biologischen Membranen.

Neue Werkstoffe und Verfahren schaffen Perspektiven

Seit der Ölkrise in den 70er Jahren sucht man vermehrt nach Möglichkeiten, den Energieverbrauch in den Industrienationen zu verringern. Flugzeuge und Automobile können ihren Spritverbrauch senken, indem leichtere Bauteile für Karossen und Motoren entwickelt werden.

In der Werkstoffforschung liegt der Fokus bei GKSS seit den 90er Jahren auf Arbeiten zur Entwicklung und Erprobung von besonders leichten Werkstoffen und von solchen mit speziellen Funktionen. Es geht insbesondere darum, eine zunehmende Mobilität bei gleichzeitiger Schonung der Energieressourcen und der metallischen Rohstoffreserven zu ermöglichen. Arbeiten zur mikro- und makroskopischen Materialcharakterisierung werden ergänzt durch werkstoffbezogene Fertigungs- und Verarbeitungstechnologien, die häufig in Zusammenarbeit mit der Industrie entwickelt wurden. Die Forschungen zielen darauf ab, das Verhalten von Werkstoffen während ihrer Verwendung ermitteln und vorhersagen zu können.

Die Untersuchung von Rissfehlern in Werkstoffen und Bauteilen, die Erforschung von Ermüdungs- und Korrosionsschäden im makromolekularen Bereich sowie vor allem der Ausbau der rechnergestützten Modellierung als zentrales Instrument der Strukturanalyse sind hier als Arbeitsfelder zu nennen.

GKSS-Wissenschaftler untersuchen seit Mitte der 80er Jahre die Legierung Titanaluminid, ein Gemisch aus den Metallen Titan und Aluminium. Dieser extrem hitzebeständige Werkstoff gewährleistet hohe Sicherheit und Stabilität von Bauteilen bei geringem Gewicht. Damit erlauben die aus solchen Materialien hergestellten Produkte einen energie schonenden und rentablen Einsatz.

Nicht nur neue Werkstoffe, auch spezielle Verfahren und Technologien zur Herstellung dieser Werkstoffe werden in Geesthacht entwickelt. 1994 wurde die Pulververdüsungsanlage PIGA eingeweiht, mit der Metallpulver als Ausgangsmaterial produziert werden. Welch großes, industriell nutzbares Potenzial Titanaluminid besitzt, zeigt u. a. der erfolgreiche Einsatz in Turboladern und Flugzeugturbinen. Darüber hinaus wurden bei der GKSS Verfahren entwickelt, um aus pulverisierten Titanlegierungen mithilfe von Spritzgussverfahren feine medizinische Bauteile herzustellen. So entstanden unter anderem Herzklappen und Wirbelschrauben.

Schließlich geht es bei einem Teil der Arbeiten im Bereich der Werkstoffforschung um neue Be- und Verarbeitungstechniken. Ein von GKSS maßgeblich weiterentwickeltes Verfahren ist das Reibrührschweißen. Bei diesem Schweißverfahren werden zwei Metallteile durch einen rotierenden Stift erwärmt, verrührt und so dauerhaft verbunden. Dieses Verfahren ist besonders gut für Aluminium-Legierungen geeignet.

Auch das von GKSS-Wissenschaftlern weiterentwickelte Laserschweißen, das durch den Verzicht auf Nieten wiederum zu einer Gewichts- und Kostenersparnis führt, verbessert die wirtschaftliche Verarbeitung von Leichtbauwerksstoffen. So ermöglichen die aus Magnesium und Titanaluminid hergestellten Produkte einen energie-schonenden und rentablen Einsatz.

Magnesium und Wasserstoff − Visionen für die Zukunft


Magnesium Trailer Bild

Laboraufbau zur plasma-elektrolytischen Oxidation von Magnesiumoberflächen. Die Abbildung zeigt typische Funkenentladungen auf der Oberfläche eines Magnesiumteils während seiner Beschichtung in einer Elektrolytlösung (Foto: C. Geisler)

Aufgrund der geringsten Dichte aller metallischen Strukturwerkstoffe gehört Magnesium in puncto Leichtbau die Zukunft. Derzeit baut die GKSS das Magnesium-Innovationszentrum "MagIC" aus, in dem ab Ende 2006 die Forschungen im Bereich Magnesiumtechnologie zusammengefasst werden.

Da Magnesium vom Körper abbaubar ist, bietet der Werkstoff auch Perspektiven für medizinische Anwendungen. So sind Knochenschrauben denkbar, die nach dem Einsatz nicht operativ entfernt werden müssten, da der menschliche Körper sie in einem längeren Zeitverlauf zersetzen und abbauen kann.

Weiterhin wurden bereits Magnesium-Legierungen entwickelt, die eine effektive Wasserstoffspeicherung erlauben. Auch in anderen Bereichen des GKSS-Forschungszentrums treibt man die Wasserstofftechnologie voran. Am Institut für Polymerforschung entwickeln GKSS-Mitarbeiter unter anderem Membranen, die den Betrieb der Brennstoffzelle ermöglichen.

Von Membranen für Mensch und Umwelt zur Regenerativen Medizin

Membran

Polyimid-Membran für die Wasserstofftrennung

Zu den ersten industriell genutzten GKSS-Forschungsarbeiten zählte in den 80er Jahren die Benzindampfrückgewinnung auf Basis der Stofftrennung durch Membranen. Bei jedem Tankvorgang konnte nun dank der Membrantechnik der Ausstoß von giftigen Gasen um 90% verringert werden. Weiterhin wurden belastete Böden aus Deponien gereinigt und Dialyse-Methoden in Krankenhäusern weiterentwickelt.

Seit 1999 betreiben die Polymerforscher der GKSS auch einen Standort in Teltow bei Berlin. Hier widmet man sich besonders der Materialentwicklung für die Regenerative Medizin. Dieser Forschungsbereich ist ausgerichtet auf die Entwicklung von Biomaterialien, die der Regeneration von Zellen, Geweben und Organen dienen sollen. Mit der Regenerativen Medizin wollen die Wissenschaftler jenseits heute verfügbarer Methoden neue Therapiemöglichkeiten für bisher kaum kurierbare Erkrankungen oder Verletzungen entwickeln.

So werden im Rahmen des Forschungsfeldes "Regenerative Medizin" beispielsweise die Voraussetzungen geschaffen, um Menschen mit Organversagen oder um Verbrennungsopfern schneller und effektiver helfen zu können. Forscherinnen und Forscher entwickeln hierzu Kunststoffe, auf denen Zellen entsprechender Gewebe wachsen können.

Magnet Web

Magnetisch induzierter Formgedächtniseffekt eines Polyetherurethans mit eingeschlossenen magnetischen Nanopartikeln. Innerhalb von 24 Sekunden stellt sich die temporär fixierte Form (Stäbchen) in die ursprüngliche Form (Spirale) im Magnetfeld eines Ringinduktors zurück.

Noch in diesem Jahr wird in Teltow ein Zentrum für Biomaterialentwicklung eingeweiht. Die Basis für den Aufbau dieses Zentrums bildeten Forschungserfolge hinsichtlich der Entwicklung von Formgedächtnismaterialien. Dies sind so genannte "intelligente Kunststoffe", deren Form sich durch äußere Anreize, wie Wärme, Magnetismus oder UV-Bestrahlung steuern lässt. Als medizinisches Nahtmaterial kann es sich zum Beispiel selbst zum Knoten formen und eine definierte Spannung auf Wundränder ausüben.

Von der Meerwasserentsalzung über die GUSI zum Küstenzonenmanagement


Seit Anfang der 70er Jahre hatte sich die Meerwasserentsalzungstechnik zu einem wichtigen Forschungsbereich bei der GKSS entwickelt. Auf Grundlage des Prinzips der Osmose wurden Pilotanlagen zur Gewinnung von Trinkwasser aus Salz- und Brackwasser entwickelt. Die zentrale Bedeutung der in diesen Anlagen verwendeten Membranen führte dazu, dass die Forschungen zu spezifischen Membranen aus unterschiedlichen Basismaterialien in Geesthacht seit Ende der 70er Jahre zunehmend an Bedeutung gewannen.

Die Entwicklung von Membranen, deren Anwendungspotenziale in umwelttechnischen und − insbesondere in jüngerer Vergangenheit − in medizinischen Einsatzbereichen liegen, hat eine große Relevanz für die GKSS und prägt auch heute zahlreiche Arbeiten sowohl des Instituts für Polymerforschung als auch des Instituts für Werkstoffforschung.

Ein zweiter großer Forschungsstrang, der sich in den 70er Jahren bei GKSS entwickelte, war die Meerestechnik mit den Schwerpunkten Offshore-Technik und Unterwassertechnik. Motiviert wurden diese Forschungen vor allem durch das wachsende Bewusstsein von abnehmenden Rohstoff- und Brennstoffressourcen, das zu einem steigenden Interesse an der Erschließung mariner und submariner Ressourcen-Vorkommen führte.

Das erste Forschungsprogramm zur Meerestechnik entstand 1976 bei GKSS. Es beruhte auf der Einschätzung, dass in Zukunft die Schwerpunkte der meerestechnischen Entwicklung bei der Förderung von fossilen Brennstoffen durch Offshore-Plattformen und − mit zunehmender Erschließungstiefe − durch oberflächenunabhängige Unterwasserproduktionsanlagen liegen werden.

Gusitaucher

GUSI: Taucher und Tauchboot in der Hauptversuchskammer (Foto: GKSS)

Ende der 70er Jahre wurden gemeinsam mit dem Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) Entwicklungen zum Tieftauchen aufgenommen und Druckkammerversuche durchgeführt. In der Geesthachter Unterwasser-Simulations-Anlage (GUSI) zeigte man Mitte der 80er Jahre weltweit erstmalig, dass es möglich ist, in einer Tiefe von 600 Metern sicher und erfolgreich zu tauchen und zu arbeiten. Die weiteren Forschungen in diesem Bereich wurden insbesondere durch die Entwicklung verschiedener Verfahren des Unterwasserschweißens und durch Arbeiten zur Tauchmedizin geprägt.

Schon seit 1975 hatte sich bei GKSS die schwerpunktmäßig auf die Spurenelementanalytik ausgerichtete Umweltforschung, die seit Mitte der 80er Jahre zur Umwelt- und Klimaforschung ausgeweitet worden war, entwickelt. Seit Ende der 90er Jahre haben die verschiedenen Forschungsperspektiven im Bereich Umwelt- und Klimaforschung zu einer immer stärkeren Auseinandersetzung mit dem Lebensraum Küste und schließlich − unter dem Blickwinkel eines multidisziplinären Küstenzonenmanagements − zur Gründung des Instituts für Küstenforschung geführt.

Vielseitiger Blick auf die Küsten


Die Küstenforschung bei GKSS greift Probleme auf, die ein wachsender Siedlungs- und Industrialisierungsdruck − etwa die Hälfte der Menschheit lebt in küstennahen Regionen − in den globalen Küstenräumen hervorruft. Küsten und ihre Bewohner sind sowohl durch natürliche Gefahren wie Sturmfluten oder Tsunamis als auch durch anthropogen verursachte Veränderungen, wie Meeresspiegelanstieg, wasserbauliche Eingriffe und Schadstoffeinträge bedroht.

Schon der 1974 eingerichtete Forschungsbereich "Umweltforschung", der einen regionalen Schwerpunkt auf die Erforschung von Flussmündungen wie Elbe und Weser legte, hat einen starken Küstenbezug. Zur Beobachtung von zum Beispiel Schwermetallen in Ästuar- und Küstengewässern entwickelte die GKSS automatische Systeme, wie die im Wasser verankerte Messplattform META I.

Seit 1983 verfügt die GKSS über das Forschungsschiff LUDWIG PRANDTL, das mit seinem geringen Tiefgang besonders für Arbeiten in flachen Küstengebieten geeignet ist. Das Institut für Küstenforschung beschäftigt sich auch heute mit den Auswirkungen von langlebigen und giftigen Spurenstoffen, wie etwa Quecksilber, auf das Ökosystem. Eingebunden in das Programm MARCOPOLI der Helmholtz-Gemeinschaft kooperieren die Geesthachter Küstenforscher in diesen Forschungsvorhaben besonders eng mit dem Alfred-Wegener-Institut für Polar- und Meeresforschung in Bremerhaven.

Die GKSS-Umweltforscher richteten ihren Blick auch nach oben und studierten Prozesse der Atmosphäre. Sie waren bedeutend an der Entwicklung des Spektrometers MERIS beteiligt. Dieses Gerät wurde in den Umweltsatelliten ENVISAT eingebaut, der 2002 von der Europäischen Raumfahrtbehörde ESA in seine Umlaufbahn geschossen wurde. Das Spektrometer macht es möglich, Stoffe im Meer und in Küstengewässern vom Weltraum aus zu beobachten.

Ab 2002 entwickelte die GKSS im Rahmen eines EU-Projekts ein Messsystem für den Einsatz an Bord von Fähren − die so genannte "FerryBox". Eingebaut in den Schiffsrumpf nimmt das Gerät automatisch und regelmäßig auf kostengünstige Weise Wasserproben, die anhand spezifischer Parameter an Ort und Stelle untersucht werden. Durch die Verbindung mit dem Umweltsatelliten Envisat können bessere Aussagen über die Nährstoffverteilung im Ozean getroffen werden.

Techniken der Datenerfassung durch verschiedene Radarsysteme haben den Küstenforschern in den letzten Jahren eine Vielzahl von zusätzlichen Anwendungen ermöglicht. So tragen zum Beispiel die von GKSS-Wissenschaftlern durchgeführten Messungen und Berechnungen der Seegangshöhe langfristig zu einer Erhöhung der Schiffssicherheit bei. Im Feldeinsatz erforschen Wissenschaftler mit Radartechnik Strömungsprozesse an der Küste, und selbst der Blick in das Auge eines Hurrikans ist mit dem von GKSS entwickelten Messverfahren WiSAR möglich.

An der Entwicklung der wissenschaftlichen Auswerteverfahren, mit denen die Radardaten des im vergangenen Monat gestarteten NASA-Satelliten CloudSat analysiert werden können, waren Mitarbeiter des GKSS-Forschungszentrums in Geesthacht maßgeblich beteiligt.
Hinsichtlich des viel diskutierten Klimawandels ist für die GKSS-Forscher besonders die Frage von Bedeutung, inwieweit der globale Wandel die Küsten beeinflusst. Modelle und Szenarienrechnungen ermöglichen Aussagen über unser Klima. So werden zum Beispiel Berechungen zur Sturmflutentwicklung heute genutzt, um ingenieurtechnische Entscheidungen für die Zukunft treffen zu können und die Deichhöhen von morgen festzulegen.

Ausbildung und Arbeitsplätze


1999 wurde auf dem Gelände der GKSS das Geesthachter Innovations- und Technologiezentrum kurz GITZ gegründet. Ziel des GITZ ist es, die in der Region vorhandenen Forschungs- und Technologiepotenziale für die Wirtschaft nutzbar zu machen, wissenschaftliche Erkenntnisse in neue Produkte und Dienstleistungen zu überführen und so hochwertige Arbeitsplätze zu schaffen.

Die Förderung des wissenschaftlichen Nachwuchses ist für die Zukunft der Forschung von großer Bedeutung. Um Schüler an Naturwissenschaften heranzuführen und ihnen einen Einblick in zentrale Forschungsfelder der GKSS zu ermöglichen, unterhält das GKSS-Forschungszentrum das Schülerlabor "Quantensprung". Im Schülerlabor erleben Jugendliche Wissenschaft hautnah.

Das GKSS-Forschungszentrum ist ein wichtiger Arbeitgeber der Region: Derzeit ermöglichen wir 50 Auszubildenden den Einstieg in die Berufswelt und fördern mit über 60 Doktorandinnen und Doktoranden den wissenschaftlichen Nachwuchs.
Rund 250 Gastforscher aus aller Welt nutzen jährlich unsere technische und wissenschaftliche Infrastruktur.

Nach oben