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Unsere öffentlich geförderten Forschungsprojekte
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Nachhaltige Entwicklung
Schlagworte
Prozesstechnik- und Prozessdesign; Kreislauforientierte Bioökonomie; Nachhaltige Verpackungskonzepte; Getränkeverschluss
Forschungsschwerpunkt:
NESP | Nachhaltige Entwicklung - Smarte Materialien und Produkte
Projektleiter:
Prof. Dr. Markus Schmid, SPI
Digitalisierung
Forschungsprojekt der Hochschule Albstadt-Sigmaringen
Vorhaben:
Wir stehen am Anfang einer Revolution, die durch die Fortschritte in der Künstlichen Intelligenz (KI) und Digitalisierung angetrieben wird. Angesichts dieser Entwicklung ist es entscheidend, dass die Hochschule Albstadt-Sigmaringen sich als führende Institution in der Forschung und Ausbildung auf dem Gebiet der Angewandten KI und Digitalisierung positioniert.
Der Einsatz neuer digitaler Technologien führt in allen Lebens- und Arbeitsbereichen zu grundlegenden Veränderungen, optimiert dabei Arbeitsprozesse und kreiert so neue Arbeitsfelder. Dies führt dazu, dass sich Arbeitsabläufe und -routinen sowie erforderliche Kompetenzprofile von Arbeitnehmenden mit einer rasanten Geschwindigkeit verändern. Durch die ständige und rasante Weiterentwicklung digitaler Technologien werden auch die erforderlichen Kompetenzprofile immer wieder neu definiert bzw. müssen erweitert werden.
Schlagworte:
Kritische Infrastruktur, IT-Security
Forschungsschwerpunkt:
DITI | Digitalisierung - IT-Security - Industrie 4.0
Nachhaltige Entwicklung
Schlagworte
Nachhaltige Verpackungskonzepte; Polymilchsäure-basierte Verpackungen; PLA-Blend; Bio-basierte und recyclingfähige Verpackung; Prozesstechnik- und Prozessdesign; Barrierefunktionalisierung; Up-Scaling; Recyclingfähigkeit; Ökobilanzierung
Forschungsschwerpunkt:
NESP | Nachhaltige Entwicklung - Smarte Materialien und Produkte
Projektleiter:
Prof. Dr. Markus Schmid, SPI
Digitalisierung
Forschungsprojekt der Hochschule Albstadt-Sigmaringen
Vorhaben:
Das ATHENA-Projekt "Boosting cyber resilience of critical infrastructure in the water sector through innovative and co-created competence building by consortium partners and their suppliers" ist eine durch das “Digital Europe Programme” der Europäischen Union geförderte Forschungsinitiative mit einem Budget von 3,7 Millionen EUR. Mit einer Laufzeit von drei Jahren adressiert das ATHENA-Konsortium in seiner Forschungsarbeit die spezifische Herausforderung, Operationale Technologie (OT) mit Informationstechnologie (IT) zu integrieren. OT, essenziell für kritische Infrastrukturen, wird von Ingenieuren verwaltet, während IT, entscheidend für die Digitalisierung, von IT-Experten überwacht wird. Dieses Projekt zielt darauf ab, die Wissens- und Praxislücke zwischen diesen beiden Bereichen zu überbrücken, ein entscheidendes Bedürfnis, das durch die EU-Richtlinie NIS-2 und die EU-Exekutivagentur ENISA hervorgehoben wird.
Die Forschungszusammenarbeit innerhalb von ATHENA besteht mit dem projektleitenden niederländischen Ministerium für Infrastruktur und dessen Abteilung für Wasserwege, Rijkswaterstaat, das die Sicherheit wichtiger Wasserinfrastrukturen wie Sturmflutbarrieren, Dämme und Schleusen überwacht. Das Projekt verwendet innovative Trainingsansätze, wie beispielsweise Virtual-Reality-Simulationen von Kontrollräumen für das Training und die Bewertung von Operatoren im Management kritischer Vorfälle.
Die Konsortialpartner bringen dabei ihre interdisziplinäre Expertise ein. Von der Flämischen Wasserwegagentur, dem Luxemburger Institut für Sicherheitstechnologie (LIST) und der Maritimen Akademie der Technischen Universität Tallinn, bis hin zur Fakultät für Gesundheit, Wohlfahrt und Organisation der Universität Östfold, dem VR-Technologieunternehmen Virtual Rangers und der Universität Albstadt-Sigmaringen, die Einblicke in die menschlichen Faktoren in der IT-Sicherheit bietet. Diese Zusammenarbeit zielt darauf ab, die Cyber-Resilienz kritischer Wasserinfrastrukturen zu erhöhen und setzt damit einen Präzedenzfall für Cybersecurity-Praktiken für operative kritische Infrastrukturen.
Schlagworte:
Kritische Infrastruktur, IT-Security
Forschungsschwerpunkt:
DITI | Digitalisierung - IT-Security - Industrie 4.0
Digitalisierung
Forschungsprojekt der Hochschule Albstadt-Sigmaringen
Vorhaben:
Bei der Konstruktion komplexer Maschinen und Anlagen ist eine frühzeitige Visualisierung der CAD-Daten insbesondere für die Simulation physikalischer Eigenschaften und der Funktionsweise sowie für Mitarbeiterschulungen und Marketingzwecke von großer Bedeutung. Die Möglichkeit, diese Visualisierung in Echtzeit auf unterschiedlichen Endgeräten wie VR-Brillen, Laptops oder Tablets zeitgleich darzustellen, bietet eine Reihe von Vorteilen. Diese reichen von einem effizienteren, kosten- und zeitsparenden Engineering bis hin zu einer vereinfachten Remote-Kundenpräsentation. Die Herausforderung liegt in der Verarbeitung großer Datenmengen und hoher Bildauflösungen.
Schlagworte:
Datenreduzierungssystem, 3D Visualisierungen, Künstliche Intelligenz, Maschinelles Lernen, CAD
Forschungsschwerpunkt:
DITI | Digitalisierung - IT-Security - Industrie 4.0
Nachhaltige Entwicklung
Schlagworte
Nachhaltige Verpackungskonzepte; Polymilchsäure-basierte Verpackungen; PLA-Blend; Bio-basierte und recyclingfähige Verpackung; Prozesstechnik- und Prozessdesign; Barrierefunktionalisierung; Up-Scaling; Recyclingfähigkeit; Ökobilanzierung
Forschungsschwerpunkt:
NESP | Nachhaltige Entwicklung - Smarte Materialien und Produkte
Projektleiter:
Prof. Dr. Markus Schmid, SPI
Nachhaltige Entwicklung
Schlagworte
Ganzheitliche Nachhaltigkeitsbewertung; Verpackungsfunktionalität; Verpackungsbedingte Lebensmittelabfälle; Nachhaltigkeitsbewertungssystematik
Forschungsschwerpunkt:
NESP | Nachhaltige Entwicklung - Smarte Materialien und Produkte
Projektleiter:
Prof. Dr. Markus Schmid, SPI
NESP
BUSINESS | Bio-Bauernhof Speise-Eis in recycelbaren Kunststoffverpackungen aus Agrar-Reststoffen
Nachhaltige Entwicklung
Schlagworte
Bio-Bauernhof Speise-Eis in recycelbaren Kunststoffverpackungen aus Agrar-Reststoffen (BUSINESS)
biobasierte und kreislauffähige Verpackungskonzepte; Polyethylenfuranoat (PEF); kreislauforientierte Bioökonomie; Rest- und Nebenstoffe
Forschungsschwerpunkt:
NESP | Nachhaltige Entwicklung - Smarte Materialien und Produkte
Projektleiter:
Prof. Dr. Markus Schmid, SPI
Digitalisierung
Smart Energy, Intelligente Stromnetze, Digitalisierung der Energiewende, Smart Meter Gateway, Mehrwertanwendungen, Kommunikationsanalyse, kritische Infrastruktur, Stresstest, Sicherheitskonzept, Cyber-Security
Digitalisierung
Forschungsprojekt der Hochschule Albstadt-Sigmaringen
Vorhaben:
Schlagworte:
Forschungsschwerpunkt:
DITI | Digitalisierung - IT-Security - Industrie 4.0
Künstliche Intelligenz
Projektbeschreibung
Hintergrund
Im Rahmen der BMBF-Fördermaßnahme “KI-Anwendungshub Kunststoffverpackungen – nachhaltige Kreislaufwirtschaft durch Künstliche Intelligenz" werden Methoden der Künstlichen Intelligenz (KI) dazu genutzt, die Nachhaltigkeit von Kunststoffverpackungen zu verbessern – entlang der gesamten Wertschöpfungskette vom Design bis zum erneuten Eintreten in den Kreislauf.
Verpackungen machen weltweit den mit Abstand größten Anteil an Kunststoffabfällen aus. Aufgrund oftmals zu großer technischer und wirtschaftlicher Herausforderungen tritt nur ein geringer Teil des Kunststoffs als Sekundärrohstoff wieder in den Kreislauf ein. Im KI-Anwendungshub Kunststoffverpackungen soll Künstliche Intelligenz (KI) den Weg zu einer nachhaltigeren Kreislaufwirtschaft ermöglichen.
Um den Kreislauf für Kunststoffverpackungen so weit wie möglich zu schließen, arbeiten 51 Partner aus Wirtschaft, Wissenschaft und Gesellschaft in zwei Innovationslaboren zusammen: KIOpti-Pack für Design und Produktion sowie K3I-Cycling für das werkstoffliche Recycling.
Zielsetzung
Ziel von KIOptiPack ist es, praxisreife KI-gestützte Werkzeuge für das erfolgreiche Produktdesign sowie die qualitätsgerechte Produktion von Kunststoffverpackungen mit hohem Rezyklatanteil in einem KI-Anwendungs- und Datenraum bereitzustellen, zu validieren und in die Anwendung zu transferieren. Dies wird mit der Bildung einer zentralen Netzwerkplattform für das Wertschöpfungsengineering verknüpft. Das Projekt und die darin entwickelten Werkzeuge beziehen die gesamte Wertschöpfungskette vom Sekundärrohstoff, über die Material- und Verpackungsentwicklung, die Prozessauslegung, die Verpackungsproduktion bis hin zur Abfallsammlung und Aufbereitung ein. Ein wichtiges Ziel ist ferner der laborübergreifende Austausch von Daten, um Erkenntnisse über die gesamte Wertschöpfungskette zu betrachten. Darüber hinaus sollen die Themen des Hubs rund um Künstliche Intelligenz und Kreislaufwirtschaft für Kunststoffe der breiten Öffentlichkeit durch vielfältige Veranstaltungen und Kommunikationsmaßnahmen zugänglich gemacht werden. Hierfür sind unter anderem ein Podcast und ein Open-Hub-Day geplant.
Konkrete Aufgaben des SPI im Rahmen dieses Vorhabens ist es, experimentelle Daten zu generieren, die für KI-gestützte Vorhersagen genutzt werden können. Dabei soll das Potential der Kunststoffsubstrate mit unterschiedlichem Rezyklatanteil nach unterschiedlichen Oberflächenbehandlungen für nachfolgende Weiterverarbeitungsverfahren wie z.B. Bedruckungs,- Beschichtungs- Kaschier- und Abpackprozesse, vorhergesagt werden können.
Schlagworte
Circular Economy; kreislauffähige Verpackungen; Kunststoffverpackungen; Künstliche Intelligenz
Forschungsschwerpunkt:
NESP | Nachhaltige Entwicklung - Smarte Materialien und Produkte
Bildquelle: Fraunhofer IVV
Nachhaltige Entwicklung
Projekttitel (deutsche Übersetzung)
Industriecluster-Flexibilitätsplattform für nachhaltige Fabriken zur Reduzierung von CO2-Emissionen und der Förderung der Energiewende
Hintergrund
Am EU-Projekt FLEX4FACT sind insgesamt 23 Hochschulen, Forschungseinrichtungen und Unternehmen aus 5 Ländern beteiligt. Das Projekt dient dazu, ein durchgängiges Ökosystem zu entwickeln, das mit einem modularen Ansatz eine flexible Produktion in der Industrie ermöglicht und dort so die Voraussetzungen für Treibhausgasreduktionen und die Energiewende schafft.
Zielsetzung
Gesamtvorhabenziel
Das Vorhaben zielt auf die Entwicklung von Lösungen, um starre Produktionsprozesse in flexible umzuwandeln und so eine stromnetzverträgliche und umweltfreundliche Produktion zu erreichen. Über ganz Europa verteilt werden dafür fünf Anwendungsfälle in unterschiedlichen Industriezweigen eingebunden. Die Produktionsprozesse sollen mit Hilfe von digitalen Tools nachgebildet werden, z.B. mittels digitaler Zwillinge, um Flexibilität und Verbrauchsanpassungen in industriellen Prozessen zu prognostizieren und nutzen zu können. Energieeinsparungen sollen durch effizientere Prozesse und die Nutzung überschüssiger Energien, wie z.B. durch Abwärmenutzung, realisiert werden. Die Energieflexibilität kann plattformbasiert aggregiert und an Netzbetreiber oder am Strommarkt vermarktet werden. Die Bereitstellung soll im Rahmen einer modularen, skalierbaren und interoperablen Systemarchitektur für spätere Erweiterungen von Industrieunternehmen erfolgen.
Entwicklungskonzept und Forschungsmethoden
Das Projekt Flex4Fact zeichnet sich durch seine realen Anwendungsfälle und den modularen Aufbau des Gesamtsystems aus. Die einzelnen Module, wie der Ausbau der Nutzung erneuerbarer Energien, die Datenerfassung der Prozesse, die Auswertung von Energieströmen und Treibhausgasemissionen, die Modellierung der digitalen Zwillinge und die Vermarktungsplattform, werden in einer IT-Systemarchitektur zusammengeführt.
Einen zentralen Baustein stell dabei die Programmierung von digitalen Zwillingen dar, die eine Prognose des Energieverbrauchs und der Energieflexibilität ermöglichen. Ein Vergleich zwischen realen und prognostizierten Daten ermöglicht dabei die kontinuierliche Verbesserung der KI-basierten Modelle. Eine Analyse der Vermarktungsoptionen für Flexibilität auf europäischen Energiemärkten und als Instrumente der Stromnetzstabilisierung gehen in die Schaffung einer gemeinsamen Marktplattform ein.
Teilvorhabenziel der Hochschule Albstadt-Sigmaringen
An der Hochschule Albstadt-Sigmaringen werden insbesondere Aspekte der flexiblen Fahrplangestaltung in Produktionsprozessen durch digitale Tools, Energieeinsparungen und der Vermarktung von Flexibilität an europäischen Märkten wissenschaftlich untersucht.
Schlagworte:
Industrie 4.0, Digitalisierung, Plattformen, THG-Emissionsreduktion, Energiewende, Nachhaltigkeit
Forschungsschwerpunkt:
NESP | Nachhaltige Entwicklung - Smarte Materialien und Produkte
DITI | Digitalisierung - IT-Security - Industrie 4.0Interdisziplinäres Forschungsprojekt der Fakuläten BSM und ENG
Projektleiterin:
Prof. Dr. Jessica Rövekamp
Nachhaltige Entwicklung
Forschungsprojekt der Hochschule Albstadt-Sigmaringen
Projektbeschreibung
Hintergrund
In Baden-Württemberg bestehen in vielen Wertschöpfungsketten bislang ungenutzte, bioökonomische Potenziale. Dies liegt zum einen an einer mangelhaften Vernetzung der Wertschöpfungsketten und ihrer Akteure. Zum anderen werden landwirtschaftliche Flächen aufgrund von wirtschaftlichen Bedenken häufig nicht so genutzt, dass sie zur Erhaltung und Förderung der Artenvielfalt beitragen. Darüber hinaus ist ein dezentraler und agiler Innovationsprozess für die Lebensmittelbranche notwendig, der an den Knotenpunkten der Wertschöpfungsketten umgesetzt wird. Es fehlt an einer regionalen Infrastruktur, die Nebenströme und Reststoffe mit wertvollen regionalen Proteinen in innovativen Lebensmittelprodukten verbindet. Genau an diesen Notwendigkeiten setzt das Projekt nebenströme an.
Zielsetzung
Ziel des Projekts ist es, regionale Stoffkreisläufe zu schließen, die Entstehung von Lebensmittelabfällen zu reduzieren bzw. Nebenströme zu nutzen, und die heimische Proteinversorgung durch innovative Lösungsansätze zu optimieren. Außerdem soll durch nachhaltige Anbaumethoden die Biodiversität erhöht und die Verbraucherakzeptanz einer nachhaltigen Ernährung durch innovative Ernährungskonzepte gestärkt werden. Unser Anliegen ist es, bedrohte Pflanzen und wertvolle, regionale Nebenströme und Reststoffe besser zu nutzen, indem sie zu innovativen, hochwertigen Lebensmitteln verarbeitet werden. Denn wir legen Wert auf gesunde und regionale Lebensmittel höchster Qualität und auf die Aufklärung und direkte Ansprache und Einbeziehung der Verbraucher. Zudem soll ein Wertschöpfungsnetzwerk für bioökonomisches Wissen und (bisher nicht genutzte) biogene Rohstoffe aufgebaut werden. Wichtig hierfür ist auch der Austausch und die Kooperation mit verschiedenen Unternehmen und Organisationen (Cross-lndustry-lnnovation). Diese Ziele entsprechen auch den Kernpunkten der Landesstrategie Nachhaltige Bioökonomie Baden-Württemberg (2019) und fördern so im ganzen Bundesland und darüber hinaus die Bioökonomie. Die Bioökonomie ist einer der Innovationstreiber der Zukunft und trägt neben einer nachhaltigen Wirtschaft auch zur Stärkung der Wertschöpfungs- und Beschäftigungspotenziale im ländlichen Raum bei. So wird die langfristige Wettbewerbsfähigkeit der Region gestärkt.
Das Gesamtvorhaben ist in fünf Teilprojekte gegliedert, die an unterschiedlichen Punkten der Wertschöpfungskette ansetzen:
Teil-Projekt 100
Boden-Bestimmung, landwirtschaftliche Bedarfsanalyse und Auswahl geeigneter Sorten - Ermittlung der Rahmenbedingungen und Grundlagen des Anbaus durch die Bewertung und Verbesserung des BodensTeil-Projekt 200:
Anbau-Methodik (Landwirtschaft) - Planung und Umsetzung des Anbaus durch die Entwicklung eines Konzepts für eine standortspezifische Anbaumethodik mit, unter anderem, Ur- und Sonderkulturen oder Wild- und Beikräutern, und einem besonderen Fokus auf der Bodenqualität und der BiodiversitätTeil-Projekt 300
Charakterisierung von Rohstoffen (insbesondere alte Sorten und Nebenströme) - Analyse der erhaltenen Rohstoffe sowie deren Nebenströme und Reststoffe im LaborTeil-Projekt 400
Wertschöpfungs-Netzwerk - Bioökonomisches Rohstoff- Wertschöpfungsnetz von angebauten Rohstoffen und deren Nebenströmen und ReststoffenTeil-Projekt 500
Pilot-Entwicklungsverfahren und -verfahrensprodukte - Agile Produktentwicklung mit den Rohstoffen sowie bisher nicht ausgeschöpften Nebenströme und Reststoffe in Verbindung mit hochwertigen regionalen ProteinenSchlagworte
Wertschöpfungskett; Bioökoomisches Rohstoffnetz; agile Produktentwicklung; Standortspezifische AnbaumethodikForschungsschwerpunkt:
GEB | Gesundheit - Ernährung - BiomedizinNachhaltige Entwicklung
Projektbeschreibung
Hintergrund
Das wachsende ökologischen Bewusstsein bei Verbraucher*innen, sich verändernde gesetzliche Regularien, insbesondere bei Kunststoffen und der zunehmende Verpackungsbedarf im Online-Versand-Handel beeinflussen die Verpackungsanfordernisse. In der Verpackungsindustrie und bei Verpackungsanwender*innen besteht daher Bedarf, die politisch und gesellschaftlich im Fokus stehenden Nachhaltigkeitsthemen bei Verpackungen zu adressieren. Als Alternative zu Verpackungen aus erdölbasierten Kunststoffen gewinnen naturfaserbasierte Materialien wie Papier an Interesse. Papier wird aus nachwachsenden Rohstoffen gewonnen und ist grundsätzlich recycelbar sowie biologisch abbaubar. Die fehlende Barriere gegenüber Feuchtigkeit limitiert jedoch das Einsatzpotential von Papier für bestimmte Anwendungsbereiche. Die Herausforderung besteht daher in einer materialeffizienten Oberflächenmodifikation mit Hilfe welcher die limitierenden Barriereeigenschaften von Papier überwunden werden können, ohne dabei die Recycelbarkeit zu reduzieren.
Zielsetzung
Ziel des Kooperationsprojektes ist die Entwicklung einer vollautomatisierten Beschichtungseinheit, welche zur Herstellung wasserabweisender papierbasierter Verpackungen im industriellen Maßstab eingesetzt werden kann. Versandtaschen auf Papierbasis sollen hierdurch mit den nötigen Barriereeigenschaften gegenüber Feuchtigkeit bei z.B. Transportwegen ausgestattet und gleichzeitig die Recyclingfähigkeit erhalten werden. Solche papierbasierten Verpackung können eine Alternative zu bisher verwendeten erdölbasierten Kunststoffen im wachsenden Online-Versand-Handel darstellen.
Als Teilprojekt befasst sich das SPI der Hochschule Albstadt-Sigmaringen mit der Entwicklung und Umsetzung einer materialeffizienten 3D-Oberflächenmodifikation von papierbasierten Packmitteln für die industrielle Anwendung. Zur Zielerreichung werden zunächst theoretische Grundlagen im Hinblick auf die Substratwahl und das Anforderungsprofil erarbeitet. In einer anschließenden experimentellen Phase werden geeignete Verfahrensparameter bestimmt, welche zur folgenden Prozessmodellierung verwendet werden. Im Zuge einer Prototypen-Entwicklung wird das Verfahren getestet und validiert. Die abschließende Optimierungsphase dient der stetigen Verbesserung und soll zur Ausreifung des automatisierten Beschichtungsmoduls, welches vom Kooperationspartner entwickelt werden wird, für die erfolgreiche Markteinführung beitragen.Schlagworte
Wasserabweisende papierbasierte Packmittel; Barriere-Papier; Recyclingfähigkeit; Oberflächenfunktionalisierung; Materialeffizienz; Automatisierung
Forschungsschwerpunkt:
NESP | Nachhaltige Entwicklung - Smarte Materialien und Produkte
Projektleiter:
Prof. Dr. Markus Schmid, SPI
Nachhaltige Entwicklung
Projektbeschreibung
Hintergrund
Verpackungen für sensible Lebensmittel bestehen in den überwiegenden Fällen aus Kunststoffmehrschichtverbunden oder Verbunden aus Papier, Aluminium und Kunststoff. Derartige Verbundverpackungen lassen sich in der Regel kaum oder gar nicht recyceln, sodass als End-of-Life Optionen nur die thermische Verwertung oder Deponierung bleibt. Verpackungen auf Papierbasis erfahren zwar zunehmende Nachfrage, erfüllen alleine jedoch nicht die für sensible Lebensmittel benötigte Funktionalität. Die Beschichtung von Papier stellt eine Möglichkeit zur Erzielung der benötigten Funktionalität dar. Häufig limitiert oder verhindert eine derartige Beschichtung jedoch die inhärente Recyclingfähigkeit von Papier.
Alternative Beschichtungen, welche sowohl zur notwendigen Funktionalität beitragen, aber auch die Recyclingfähigkeit nach der Nutzungsphase nicht limitieren, können einen wichtigen Beitrag für nachhaltigere Verpackungskonzepte leisten.
Zielsetzung
Ziel des Kooperationsprojektes ist die Entwicklung eines Barriere-Papier Konzeptes, welches als Lebensmittelverpackung eingesetzt werden kann. Mit einer Biopolymer-basierten Multilayer-Beschichtung soll die erforderlichen Barriere des Verpackungskonzeptes erzielt werden. Das Kooperationsprojekt wird gemeinsam mit der Heyne & Penke Verpackungen GmbH durchgeführt, bei welcher das Verpackungskonzepte im Laufe des Projekts Industriemaßstab hergestellt werden wird. Bereits während des Projektes können die bestehenden Prozesse an die neuen Anforderungen angepasst und somit die praxistaugliche Anwendbarkeit der Projektergebnisse sichergestellt werden.
Schlagworte
Verpackungsoptimierung; Innovative Verfahren zur Barrierefunktionalisierung; Recyclingfähigkeit; Bioabbaubarkeit; Barriere-Papier
Forschungsschwerpunkt:
NESP | Nachhaltige Entwicklung - Smarte Materialien und Produkte
Projektleiter:
Prof. Dr. Markus Schmid, SPI
Nachhaltige Entwicklung
Projektbeschreibung
Hintergrund
Der zunehmende Wunsch der Öffentlichkeit nach nachhaltigen Produkten führt zu einer wachsenden Nachfrage nach Biopolymeren im Verpackungssektor. Besonders beliebt sind dabei Biopolymere wie Polyhydroxyalkanoate (PHA), welche vollständig biobasiert sind und zudem biologische Abbaubarkeitseigenschaften aufweisen. Es werden jedoch geeignete Rohstoffquellen benötigt, um der wachsenden Nachfrage nach Biopolymeren nachkommen zu können. Eine potenzielle Quelle solcher Rohstoffe stellt Biertreber dar, welcher ganzjährig in beträchtlichen Mengen als Nebenprodukt der Brauindustrie anfällt. Biertreber wird derzeit zur Tierfütterung und Bioethanolproduktion verwendet oder deponiert. Das große Potenzial zur rohstoffliche Verwendung von Biertreber als Ausgangsmaterial für Biopolymere ist aufgrund diverser Herausforderungen aktuell nur begrenzt möglich.
Zielsetzung
Das übergeordnete Ziel des BioSupPack Projekts ist die Entwicklung neuartiger, biobasierter Verpackungslösungen auf PHA-Basis. Biertreber und Monomere aus dem enzymatischen Recycling von PHA-Verpackungsabfällen werden zur Gewinnung von PHA verwendet werden. Anschließend werden im Pilotmaßstab, basierend auf den gewonnenen PHA-Verbindungen, mehrere starre Verpackungsprototypen mit maßgeschneiderten Barriereeigenschaften entwickelt werden. Bereits bei der Entwicklungsphase werden realisierbare Abfallsammel- und Trennoptionen berücksichtigt werden. Zu den geplanten Verpackungslösungen zählen spritzgegossene PHA- und Biokomposit-Demonstratoren sowie PHA-beschichtete, faserbasierte Serviceverpackungen und Schalen für Fertiggerichte. Zudem wird ein enzymatischer Recyclingprozess zur Rückgewinnung von PHA entwickelt, während die Papierfraktion wiederaufbereitet werden kann. Die Machbarkeit des Upcyclings von postindustriellen Abfällen innerhalb des Produktionsprozesses soll dadurch demonstriert werden. Die im Rahmen des BioSupPack Projektes realisierten Prototypen werden hinsichtlich ihrer ökologischen und sozioökonomischen Nachhaltigkeit bewertet und deren Gesetzeskonformität sichergestellt.
Schlagworte
Circular Economy; Biobasierte, kreislauffähige Verpackungen; Polyhydroxyalkanoate; Postindustriellen Abfälle; Enzymatisches Recycling; Ökologische und sozioökonomische Nachhaltigkeitsbewertung; Verbraucherstudien
Forschungsschwerpunkt:
NESP | Nachhaltige Entwicklung - Smarte Materialien und Produkte
Projektleiter:
Prof. Dr. Markus Schmid, SPI
Nachhaltige Entwicklung
Projektbeschreibung
Hintergrund
In der industriellen Praxis des Lebensmittelsektors zählen fehlende Kenntnisse der Packmittelanwender zu Verarbeitungseigenschaften und Funktionalitäten von Packmitteln, insbesondere von Biopolymeren, zu den wesentlichen Hindernissen für deren optimalen Einsatz. Die lebensmittelspezifischen, anwendungsrelevanten Eigenschaften der marktverfügbaren Packmittelalternativen sowie die nötige Informationsgrundlage zur umweltfreundlicheren Verpackungskonzeptionierung ist nur in geringem Umfang vorhanden. Die Schaffung einer umfassenden Informationsgrundlage über Packmittel ist sehr zeit- und kostenintensiv und für kleine und mittelständische Unternehmen kaum realisierbar. Zur Erhöhung des Einsatzes von ökologisch und ökonomisch nachhaltigeren Verpackungsalternativen im Lebensmittelsektor bedarf es einer fachlich qualifizierten Informationsvermittlung über Packmittel.
Zielsetzung
Ziel des Verbundvorhabens ist die Konzeptionierung einer Fortbildungsmaßnahme zur Etablierung eines zertifizierten Packmittelinformationstransfers für Unternehmen. Eine umfassende und fachkundige Informationsvermittlung über Packmittel, insbesondere über Biopolymere, kann zur Reduktion und Substitution petrochemisch-basierter und/oder nicht abbaubarer Packmittel führen. Damit kann ein Beitrag zur ganzheitlich nachhaltigeren Packmittelanwendung im Lebensmittelsektor und zur kreislauforientierten Bioökonomie-Strategie geleistet werden.
Zur Zielerreichung wird zunächst eine Marktanalyse zur Ermittlung von Markt- und Produktanfordernissen durchgeführt und die Zielgruppe definiert. Daran anschließend wird der Schulungsbedarf ermittelt, Schulungsmodule konzeptioniert und Wissen über nachhaltigere Packmittel zusammengefasst. Zur Qualitätssicherstellung werden Standards und Rahmenbedingungen festgelegt. Der Informationstransfer soll individuell auf die Unternehmensbedürfnisse abgestimmt werden können, um mit dem Angebot möglichst viele Unternehmen erfolgreich adressieren zu können.
In einer abschließenden, regionalen Pilotphase werden Pilot-Packmittelinformationsvermittler (m/w/d) durch einzelne Schulungsmodule ausgebildet. Das Konzept inklusive der einzelnen Bausteine wird getestet und evaluiert werden. Basierend auf den Evaluationsergebnissen werden abschließend mögliche Handlungsoptionen für die weitere Vorgehensweise erarbeitet.
Schlagworte
Fortbildungskonzept; Packmittelinformationstransfer; Nachhaltige Verpackungen; Standardisierte und qualifizierte Wissensvermittlung
Interdisziplinäre Forschungsschwerpunkte:
NESP | Nachhaltige Entwicklung - Smarte Materialien und Produkte
Projektleiter:
Prof. Dr. Markus Schmid, SPI
Künstliche Intelligenz
Forschungsprojekt der Hochschule Albstadt-Sigmaringen
Projektbeschreibung
Hintergrund
Der Einsatz von Sensoren für spezielle Anwendungsfälle ist oftmals mit hohen Investitionskosten und erheblichem Implementierungsaufwand verbunden, z.B. bei der Messung von Stammwürze bei Bierbrauprozessen oder bei der Ermittlung der Feuchtigkeit in Kaffeebohnen.
Allerdings sind Daten zur Prozesssteuerung und zur Prozessdatenermittlung bereits in Enterprise Ressource Planning Systemen vorhanden. Sowohl aus Prozessdaten, als auch aus Daten vom Enterprise Ressource Planning (ERP) / Manufacturing Execution System (MES) können Rückschlüsse auf interessierende Größen vorgenommen werden, ohne dass aufwendige Sensoren implementiert werden müssen.
Zielsetzung
Ziel ist die Entwicklung eines für einen Produktionsprozess vollintegrierten virtuellen Sensors. Dieser soll sowohl Zugriff auf kontextbezogene Daten (also insbesondere Daten aus dem ERP/MES), als auch Daten von sämtlichen verfügbaren Sensoren aus dem Produktionsprozess erhalten.
Im Rahmen des Vorhabens erfolgt die Entwicklung eines virtuellen Sensors (KI-Edge). Dieser nutzt zur Datenaufnahme das Netzwerkprotokoll MQTT als Eingang; sowohl zum Erhalt von Prozessparametern und weiteren Daten aus dem ERP/MES, als auch zum Erhalt von Prozessdaten aus Sensoren. Der virtuelle Sensor berechnet aus diesen Daten mittels einer KI eine Ausgangsgröße, die sich bisher nur indirekt und/oder mit großem Aufwand ermitteln lässt. Diese Daten können in einem nächsten Schritt in die Prozesssteuerungsebenen zurückgegeben und dort mit Unterstützung der KI zur Optimierung der Produktionsabläufe bzw. Prozessparameter herangezogen werden.
Für das Trainieren der KI wird in der Regel eine große Menge von Daten benötigt. Das Sammeln der Daten kann komplex sein, vor allem dann, wenn diese aus verschiedenen Quellen (Sensoren/EPR/MES) und aus unterschiedlichen Produktionsprozessen stammen. Um sicherzustellen, dass valide Daten erhalten werden, wird das Sammeln von zentraler Stelle geführt. Das Projekt KI-VISOPRO bietet dafür eine vom SAP konfigurierbare und vom MES geführte Prozesssteuerung, die auch zur Datensammlung eingesetzt werden kann.
Schlagworte
Künstliche Intelligenz; Prozesssteuerung; Virtueller Sensor; Neurale Netze
Keywords
Artificial Intelligence; Process Control; Time based Series; Entreprise Planning System; Neural Network; Virtual Sensor, Smart FactoryForschungsschwerpunkt:
DITI | Digitalisierung - IT-Security - Industrie 4.0Nachhaltige Entwicklung
Projektbeschreibung
Hintergrund
Der Verpackungssektor ist auf nationaler und europäischer Ebene der anteilsmäßig größte Endverbrauchermarkt für Kunststoffe. Der optimale Schutz sensibler Packgüter wie z.B. Lebensmitteln ist wichtig, um die gewünschte Haltbarkeit, Qualität und Sicherheit dieser zu gewährleisten. Hierbei sind Mehrschichtverbundmaterialien als Packmittel besonders interessant, da die Kombination verschiedener Materialien in maßgeschneiderten Verpackungseigenschaften resultieren kann. Andererseits bringt dies auch Herausforderungen am Ende der Nutzungsphase der Lebensmittelverpackung, in Bezug auf das Trennen und damit Sortieren, Recyceln oder Kompostieren, mit sich. Die Materialien können nur erschwert in einen technischen oder biologischen Kreislauf zurückgeführt werden. Das bedeutet, dass Mehrschichtverpackungen, bei denen die Verbundpartner nicht effizient getrennt werden können, keinen Beitrag zur Kreislaufwirtschaft leisten können.
Zielsetzung
Im Projekt PRESERVE sollen biobasierte und kreislauffähige Verpackungslösungen entwickelt werden. Dafür werden Upcycling-Strategien aus früheren und laufenden Projekten angepasst und skaliert. Im Projekt werden zur Leistungsverbesserung von Primärverpackungen biobasierte Barrierebeschichtungen für Biokunststoff- und Papier- / Kartonsubstrate sowie die eBeam-Bestrahlung und mikrofibrilläre Funktionalisierung dieser fokussiert. Die entwickelten Verpackungslösungen sollen recycelbar, im Sinne einer stofflichen Verwertung, sein. In diesem Zusammenhang kommen verschiedene biotechnologische Prozesse zur Anwendung, die den biologischen Abbau von Biokunststoffen erleichtern und die Rückgewinnung funktioneller Oligomere für nachfolgende Anwendungen ermöglichen sollen. Gleichzeitig sollen diese Prozesse auch die Schichttrennung und das anschließende (stoffliche) Recycling von Mehrschichtmaterialen zulassen. Dadurch können Biokunststoffe aus den Verpackungen wiedergewonnen werden, um anschließend in hochwertigen Anwendungen verwendet zu werden. Es sollen z.B. kreislauffähige Verpackungen für Körperpflegeprodukte und wiederverwendbare Tragetaschen oder Transportboxen entwickelt werden.
Schlagworte
Circular Economy; biobasierte Kunststoffe; Recyclingfähige und kreislauffähige Verpackungen; Innovative Verfahren; eBeam
Forschungsschwerpunkt:
NESP | Nachhaltige Entwicklung - Smarte Materialien und Produkte
Projektleiter:
Prof. Dr. Markus Schmid, SPI
Biomedizin
Projektbeschreibung
Hintergrund
Die bisherigen Barriereeigenschaften der Zellkultursysteme sollen verbessert werden, um die Lagerfähigkeit der Systeme und Anwendungsfehler in den Logistikabläufen zu reduzieren. Über die Zeit auftretende Gaspermeation kann zur negativen Beeinflussungen des Testsystems führen, woraus zurzeit eine Einschränkung der potentiell möglichen Haltbarkeit sowie Einschränkungen bezüglich Logistik und Transport resultieren.
Zielsetzung
Im Projekt sollen die Gasbarriereeigenschaften der Zellkultursysteme optimiert werden. Hierbei werden unterschiedliche innovative Verfahren zur Barrierefunktionalisierung erprobt. Zielsetzung ist die Gewährleistung einer definierten Atmosphärenzusammensetzung innerhalb der Zellkultursysteme über die gesamte Lagerdauer und die gesamte Logistikkette, unabhängig von den Lagerbedingungen.
Schlagworte
Verpackungsoptimierung; Innovative Verfahren zur Barrierefunktionalisierung
Forschungsschwerpunkt:
GEB | Gesundheit - Ernährung - Biomedizin
Projektleiter:
Prof. Dr. Markus Schmid, SPI
Künstliche Intelligenz
Projektbeschreibung
Zielsetzung
Der großen Herausforderung der Energiebranche, sich im Kontext Erneuerbarer Energien in neuen dezentralen, angebotsorientierten und demokratisierten Märkten neu aufstellen zu müssen, begegnet das Projekt OptiNETS mit der Strategie, die Planung und den nachhaltigen Betrieb energietechnischer Systemszenarien bereits auf virtueller Ebene wirkungsvoll unterstützen und absichern zu können. Hierzu zielt das Projekt darauf ab, leistungsfähige Simulationstechniken, Analyseverfahren und Optimierungsansätze auf Basis selbstlernender Mechanismen – welche sich für ähnlich geartete komplexe Problemstellungen als hochgradig leistungsfähig erwiesenen haben – im Bereich energietechnischer Systeme nutzbar und gewinnbringend einsetzbar zu machen. Daraus resultieren als anwendbare Forschungsergebnisse Simulationsmodelle höherer Genauigkeit und Effizienz, Analyseverfahren höherer Prognosegenauigkeit und Verlässlichkeit, sowie „intelligente“ – im Sinne von „die hohe Leistungsfähigkeit algorithmischer Ansätze der Künstlichen Intelligenz und des Maschinellen Lernens nutzende“ – Optimierungsverfahren. Des Weiteren liefert die Applizierung der entwickelten Verfahren auf Anwendungsszenarien der beteiligten Industriepartner wertvolle Erkenntnisse hinsichtlich intelligenter Steuerungskonzepte und Betreiberstrategien für heutige und zukünftige Energienetze.
Schlagworte
Intelligente Stromnetze; Smart Energy; Virtuelles Kraftwerk; Micorgrid; Künstliche Intelligenz; Maschinelles Lernen
Forschungsschwerpunkte:
DITI | Digitalisierung - IT-Security - Industrie 4.0
Smarte Materialien
Projektbeschreibung
Hintergrund
Das von der Carl-Zeiss-Stiftung geförderte Projekt „SmartMaterial“ ist interdisziplinär ausgerichtet. Übergeordnetes Projektziel ist die Entwicklung und Charakterisierung smarter Funktionsmaterialien für Technische Textilien und intelligente Verpackungskonzepte. Das Projekt ist auf drei Jahre angelegt und beinhaltet zwei Teilprojekte, die von den Bereichen Engineering (Prof. Dr. Jörn Felix Lübben) und Life Sciences (Prof. Dr. Markus Schmid) bearbeitet werden. Die Entwicklung intelligenter chemikalien-, temperatur- sowie feuchteschaltbarer Funktions- und Indikatorschichten für Technische Textilien und intelligente Verpackungen bereichert den Forschungsschwerpunkt, der sich in den letzten Jahren an der Hochschule Albstadt-Sigmaringen etabliert hat: Nachhaltige Entwicklung – Smarte Materialien und Produkte (NESP).
Im ersten der zwei Teilprojekte sollen Intelligente Technische Textilien und faserbasierte Werkstoffe eingesetzt werden. Diese fungieren als kontrollierbarer Filter für Wasserdampf und dienen somit der Kontrolle des Mikroklimas für das Wohlbefinden des Menschen wie z.B. in Form eines T-Shirts. In Kombination mit Verpackungen ist im Rahmen des Projektes die Entwicklung und Nutzung smarter Fasern als Sensoren für die Frische von Lebensmitteln und/oder zur Feuchtegehaltregulation geplant.
Intelligente Verpackungen können einen Beitrag zur Reduktion der jährlich über 12 Mio. Tonnen anfallenden Lebensmittelabfällen in Deutschland leisten. Entlang der Lebensmittelwertschöpfungskette liegt ein großes Reduktionspotential der Lebensmittelabfälle beim Verbraucher. Befragungen zeigen, dass viele Verbraucher Lebensmittel allein aufgrund eines überschrittenen Haltbarkeitsdatums und unabhängig von der eigentlichen
Genusstauglichkeit wegwerfen. In diesem Projektvorhaben sollen daher intelligente Verpackungskonzepte entwickelt werden, die die Genießbarkeit der enthaltenen Lebensmittel anzeigen.
Zielsetzung
In den zwei Teilprojekten Intelligente Technische Textilien und Intelligente Verpackungen sollen zunächst die nachfolgend beschriebenen Ziele verfolgt und diese dann in einer smarten Faserverbundverpackung zusammengeführt werden.
TEILPROJEKT INTELLIGENTE TECHNISCHE TEXTILIEN
Teilprojektleitung: Prof. Dr. Jörn Felix Lübben
Am Standort Albstadt sollen, als Folgeprojekt des RespothermTex-Projektes, unter der Teilprojektleitung von Professor Dr. Jörn Felix Lübben Oberflächen von Fasern oder Flächen nach einer Metallisierung als leitfähige und heizbare Substrate für eine aktive Regulierung dienen. Als Schnittstelle zwischen Metallschicht und interaktiver Oberschicht sollen innovative Verbindungsmoleküle („Linker“) eingesetzt werden. Diese reduzieren die Korrosionsanfälligkeit der Metalle deutlich und führen dadurch zu einem langlebigeren und verlässlicheren Funktionsmaterial. Als Funktionsträger kommen interaktive Materialien und Indikatoren zum Einsatz, mit denen sensorische und aktorische Funktionen erzeugt werden sollen. Das An- und Ausschalten der Funktionen soll sowohl aktiv via Computer- bzw. Mobilesoftware („App“) als auch passiv über die klimatischen Umgebungsbedingungen möglich sein. Damit sollen neue Anwendungsgebiete für Technische Textilien und Smarte Verpackungsmaterialien erschlossen werden.
Avisierte Ziele:
- Entwicklung von neuartigen smarten faserbasierten Funktionsmaterialien für aktiv hygro-thermal schaltbare Filter und chemische Sensoren.
- Entwicklung von Methoden für die Herstellung und Charakterisierung dieser.
TEILPROJEKT INTELLIGENTE VERPACKUNGEN
Teilprojektleitung: Prof. Dr. Markus Schmid, SPI
Das Teilprojekt zur Entwicklung neuer intelligenter Verpackungen wird am Standort Sigmaringen unter der Leitung von Professor Dr. Markus Schmid durchgeführt und ist dort optimal im Kontext des Sustainable Packaging Institutes (SPI) im Bereich der Smarten Verpackungen eingebettet.
Das Ziel dieses Teilprojektes ist die Reduktion von Lebensmittelabfällen, vor allem beim Verbraucher. Dafür sollen geeignete Abbauprodukte bei Verderbnis von Lebensmittel (z.B. Stoffwechselprodukte von Mikroorganismen) identifiziert werden. Anschließend sollen mögliche Indikatoren für deren Detektion, basierend auf der direkten Wechselwirkung zwischen der reaktiven Substanz des Indikators (intelligenter Werkstoff) und den chemischen Verbindung, entwickelt und charakterisiert werden. Erprobt werden beispielsweise Verpackungsfolien mit Frischeindikatoren, die ihre Farbe ändern, wenn das verpackte Produkt ungenießbar geworden ist.
Avisierte Ziele:
- Entwicklung eines höchst zuverlässigen und kostengünstigen intelligenten Verpackungskonzeptes auf der Basis nachwachsender Rohstoffe zur Anwendung in Lebensmittelverpackungen.
- Validierung der Indikatorverpackungen mittels klassischer mikrobiologischer Verfahren zur Bereitstellung höchst zuverlässiger und marktfähiger intelligenter Verpackungskonzepte.
Schlagworte
Intelligente Verpackungskonzepte; Lebensmittelverpackung; Technische Textilien; Smarte Materialien; Faserbasierte Funktionsmaterialien; Hygro-thermal schaltbare Filter; Chemische Sensoren
Forschungsschwerpunkt:
NESP | Nachhaltige Entwicklung - Smarte Materialien und Produkte
Lebensmittel | Ernährung | Hygiene
Projektbeschreibung
Hintergrund
Die Reduktion des Energie- und Salzgehaltes von Lebensmitteln nimmt in der aktuellen Ernäh-rungsdiskussion einen breiten Raum ein. Es werden Maßnahmen in der Ernährungsbildung ge-fordert, neue Deklarationsvorschriften für Nährwertangaben diskutiert und Hersteller aufgefor-dert, ihre Verantwortung für die Folgen des Konsums ihrer Produkte wahrzunehmen.
Das BMEL hat die Wirtschaft mit der Nationalen Reduktions- und Innovationsstrategie für Zu-cker, Fette und Salz in Fertiglebensmitteln verpflichtet, auf freiwilliger Basis bis 2025 Zucker, Fette und Salz in Fertiglebensmitteln zu reduzieren. Für die Hersteller und Lieferanten von ver-arbeiteten Lebensmitteln ist die Umsetzung der Reduzierung von Zucker, Fett und Salz eine echte Herausforderung. Das notwendige Know-How, wie eine Reduktion von Salz, Fett und Zu-cker im Lebensmittel erfolgreich umgesetzt werden kann, ohne den Geschmack und die Textur wesentlich zu beeinträchtigen, fehlt oft. Wenn der Anteil von Zucker, Fett und Salz in verarbeite-ten Lebensmitteln geändert wird, ist häufig auch unklar, ob und in welchem Ausmaß dies mit ei-ner Veränderung der Nachfrage nach den Produkten zusammenhängt.
Zielsetzung
Das Projekt Start Low möchte im Bereich der Kita-Verpflegung Einrichtungen der Gemeinschaftsverpflegung (GV) dabei unterstützen, Maßnahmen zur Reduktion von Zucker und Salz sowie zur Reduktion und Optimierung von Fett zu entwickeln, bereitzustellen und die Wirksamkeit zu überprüfen.
Dafür werden:
- Empfehlungen zu nährwertoptimierten Reformulierungen von Standardrezepturen erarbeitet
- Nudgingmaßnahmen entwickelt, die zur Unterstützung der Akzeptanz von nährwertoptimierten Speisen beitragen
- Akzeptanztests und Verhaltensanalysen mit Kindern durchgeführt, um eine erhöhte Akzeptanz von Salz-/ Zucker- oder fettreduzierten Speisen nach bewusster Hervorhebung ihrer sensorische Vielfalt (bzgl. Farbe, Geruch, Geschmack und Textur) zu untersuchen
- bestehende Rezepte überarbeitet und für die Qualitätsentwicklung wird ein Instrument für Essensanbieter*innen entwickelt, um den Einsatz von Salz, Zucker und Fett zu beurteilen
- Schulungsmaterialien erstellt, die es Akteur*innen der GV, aber auch Eltern und Multiplikator*innen ermöglichen, die verschiedenen Aspekte eines gesundheitsfördernden Ernährungsverhaltens umzusetzen
Teilvorhaben der Hochschule Albstadt-Sigmaringen
Entwicklung von Maßnahmen zur aktiven Unterstützung von Einrichtungen der Gemeinschaftsverpflegung in der Lebenswelt Kita Salz und Zucker in ihren Gerichten zu reduzieren und den Einsatz von Fett in den Mahlzeiten zu optimieren. Konkret sollen Standardgerichte in Bezug auf ihre Nährwerte optimiert sowie Maßnahmen entwickelt werden, die zur Akzeptanz der dann gesünderen Speisen beitragen. Bestehende Rezepte werden überarbeitet und Leitlinien für eine optimierte Rezeptentwicklung für Essensanbieter werden entwickelt. Außerdem wird Schulungsmaterial erstellt, mit denen die Akteure in der Gemeinschaftsverpflegung, aber auch Eltern und Multiplikatoren die verschiedenen Aspekte eines gesundheitsbewussten Ernährungsverhaltens umsetzen können. Um herausfinden, wie salz-, zucker- oder fettreduzierte Speisen bei der Zielgruppe 4 bis 6-Jähriger ankommen, werden Verbrauchertests und Kinderinterviews durchgeführt, bevor in einer umfassenden Analysephase der Frage nachgegangen wird, wie sensorische Stimulationen und sogenannte Nudging-Maßnahmen dazu beitragen können, die Akzeptanz zu erhöhen.
Schlagworte
Gesunde Ernährung; Unterstützungsmaßnahmen für Gemeinschaftsverpflegungen; Reduktion von Salz und Zucker; optimaler Fettgehalt, Kitaverpflegung; Nährwertoptimierung
Forschungsschwerpunkt:
GEB | Gesundheit - Ernährung - Biomedizin
Digitalisierung
Forschungsprojekt der Hochschule Albstadt-Sigmaringen
Projektbeschreibung
Projektvorhaben
In einem baden-württembergisches Konsortium aus 9 Universitäten und Hochschulen werden Schulungen zur Digitalisierung entwickelt. Dabei stehen neue Schulungs- und Qualifizierungsangebote zur Sammlung, Bewertung und Nutzung großer Datenmengen im Fokus, die in Unternehmen anfallen. Es werden ganz unterschiedliche Bildungsformate eingesetzt, wobei sich Online- und Präsenzelemente ergänzen. Die Weiterbildungsangebote richten sich speziell an mittelständische Unternehmen. Ziel ist es, die Kompetenz des Mittelstands in der Erfassung und Auswertung von massiven Datenmengen zu stärken. Die Unternehmen werden in Lage versetzt, aus den gewonnenen Daten die richtigen Schlüsse zu ziehen.
Schlagworte
Data Literacy, Data Science, Verarbeitung von Datenmengen, Weiterbildungsangebote, Digitalisierung
Forschungsschwerpunkt:
DITI | Digitalisierung - IT-Security - Industrie 4.0
Nachhaltige Entwicklung
Projektbeschreibung
Hintergrund
Bei der Olivenölherstellung fällt eine Reihe von Nebenprodukten an, die die Produzenten vor ökonomische und ökologische Herausforderungen stellen können. Dabei enthalten Olivenölnebenprodukte in der Regel größere Mengen an biologisch wirksamen Inhaltsstoffen. Ihre Nutzung in der Lebensmittel- und Verpackungsindustrie beispielsweise als aktive Olivenölverpackung könnte eine Wertsteigerung im Olivenölherstellungsprozess bewirken und die Haltbarkeit sowie die Qualität von Olivenöl steigern. Letztere werden stark beeinflusst von oxidativen Prozessen, die abhängig von der Sauerstoffverfügbarkeit, der Lichtexposition und der Temperatur sind. Oxidative Prozesse treten bereits bei der Herstellung des Öls auf, Verpackung sowie Transport und Lagerung spielen jedoch eine entscheidende Rolle
Zielsetzung
Ziel von VIPack ist es, aktive Verpackungskonzepte für Olivenöl zu entwickeln, sie anschließend im industriellen Maßstab zu produzieren und in einem Lagerversuch zu testen. Im Verpackungskonzept sollen aktive Inhaltsstoffe aus Oliven- bzw. Olivenölnebenprodukten enthalten sein. Die Wirkung der Extrakte sowie die Qualität und Leistungsfähigkeit der aktiven Folien werden im Labor getestet.
Die Entwicklung innovativer Produkte mit einer höheren Wertschöpfung durch Nutzung von kostengünstigen Nebenprodukten der Olivenölherstellung bei gleichzeitiger Reduktion von Produktionsabfällen soll einen Beitrag zur ökonomischen und ökologischen Kreislaufwirtschaft leisten. Parallel dazu werden Konzepte entwickelt, um Prozesse und Abläufe in kleinen und mittleren Olivenmühlen in Tunesien zu optimieren. Gesamtziel ist es, die Nachhaltigkeit der gesamten Wertschöpfungskette der Olivenölproduktion zu erhöhen.
Schlagworte
Aktive Verpackungen; Nachhaltigkeit, Olivenöl, Olivenöl Wertschöpfungskette, Nebenprodukte
Forschungsschwerpunkt:
NESP | Nachhaltige Entwicklung - Smarte Materialien und Produkte
Projektleiter:
Prof. Dr. Markus Schmid, SPI
Lebensmittel | Ernährung | Hygiene
Projektbeschreibung
Hintergrund
Umweltschutz, Ressourcenschonung und nachhaltiges Wirtschaften nehmen in unserem Alltag wichtige Rollen ein. Viele Konsumenten präferieren regionale Produkte oder biologisch angebaute und verarbeitete Lebensmittel. Trotz diverser Labels und Auszeichnungen ist die Transparenz bezüglich der Anbaumethodik, der Transportwege und der Verarbeitung leider oftmals mangelhaft, die Informationslage heterogen und das Vertrauen in die Produkte und Prozesse nicht immer gegeben.
Zielsetzung
In diesem Vorhabn soll untersucht werden, nach welchen Kriterien die regionalen KonsumentInnen die Regionalität der Endprodukte bewerten und wie sich Regionalität im Zusammenhang mit landwirtschaftlichen Produkten darstellen und kommunizieren lässt. Dies soll an Produkten, die Regionalität aufweisen (z.B. Konfitüre, Obstsaft, Pesto) untersucht werden. Dabei ist einerseits von Interesse, welche Selektions- und Auswahlkriterien für regionale KonsumentInnen kaufentscheidend sind, andererseits, welche Einflussfaktoren die Beurteilung der Regionalität bestimmen und wie sich die notwendigen Informationen entlang der Wertschöpfungskette ermitteln und zusammenführen lassen. Im Projekt werden zwei Forschungsteams aus St. Gallen und Sigmaringen in einem integrierten Forschungsdesign Konsumentenforschung und Prozess- sowie Informationsbedarfsanalysen miteinander verbinden. In einem iterativen Prozess werden wir aussagekräftige Kennzahlen und das Konzept für eine digitale Plattform entwickeln, mit deren Hilfe die Regionalität der Produkte bedarfsgerecht ermittelt und kommuniziert werden kann. Dabei wollen wir insbesondere die Möglichkeiten der automatischen Generierung, Verdichtung und Bereitstellung von Daten nutzen.
Schlagworte
Regionalität von Erzeugnissen, Verbraucherverhalten, Informationen entlang der Wertschöpfungskette
Forschungsschwerpunkt:
GEB | Gesundheit - Ernährung - Biomedizin
Nachhaltige Entwicklung
Projektbeschreibung
Hintergrund
Der Erfolg der E-Mobilität hängt vom Ausbau der Ladeinfrastruktur ab. Gerade der ländliche Raum steht vor der Herausforderung, dass Ladelösungen für kommerzielle Anbieter oftmals nicht so wirtschaftlich sind. Hier setzt das Projekt grundlegend an. Privaten und gewerblichen Besitzern von Ladepunkten wird die Möglichkeit gegeben, ihre Ladestation kommerziell zur Verfügung zu stellen, um einen eigenen Beitrag zum Ausbau der Ladeinfrastruktur zu leisten. Gleichzeitig ergeben sich durch das zukünftige erhöhte Aufkommen von E-Fahrzeugen neue Herausforderungen auf die Energiebereitstellung und -verteilung.
Zielsetzung
Ausweitung der Ladeinfrastruktur für Elektromobilität im ländlichen Raum in Form eines Bürgerladenetzes durch Teilen von gewerblichen und privaten Ladepunkten für die öffentliche Nutzung über eine digital gestützte Plattform sowie Analyse und Simulation von Stromverbräuchen und netzdienliches Verhalten auf Stromnetze und deren Stabilität beim Laden der Elektrofahrzeuge im privaten und gewerblichen Umfeld.
Schlagworte
Elektromobilität, Ladeinfrastruktur, Stromnetzberechnung, netzdienliches Verhalten
Forschungsschwerpunkt:
NESP | Nachhaltige Entwicklung - Smarte Materialien und Produkte
Digitalisierung
Forschungsprojekt der Hochschule Albstadt-Sigmaringen
Projektbeschreibung
Hintergrund
In den innovativen Industrieunternehmen wie denen in der Automobil- und der Luftfahrtbranche sind Kollaborationstechniken und -labore in verschiedenen Formen bereits seit Jahren im Einsatz. Was historisch mit Telefonkonferenzen statt Dienstreisen begann, hat mit den Fortschritten bei den Technologien wie PCs und Datenbreitband als auch bei der Software wie die Entwicklung vom Zeichenbrett über Computer Aided Design (CAD) hin zu Virtual Reality (VR) und Augmented Reality (AR) heute den Status normaler Werkzeuge für die interdisziplinäre Zusammenarbeit in diesen Unternehmen erreicht. Die Kollaborationstechniken sind häufig in extra Räumen installiert z. B. Videokonferenzanlagen und große VR-Labore. Andere Technik wie z.B. Chat-Programme kann jeder Mitarbeiter direkt am Arbeitsplatz nutzen. Ohne den Einsatz der digitalen Kollaborationstechniken wären die heute benötigten kurzen Entwicklungszeiten in vielen Industriebranchen nicht zu erreichen und auch die Fernwartung von Maschinen beim Kunden wäre für die Maschinenhersteller unmöglich.
Zielsetzung
Im Rahmen des Forschungsvorhabens soll eine mobile Kollaborationsumgebung entwickelt werden. Diese Kollaborationsumgebung integriert die verschiedenen Technologien der grafischen Simulation VR und AR als auch bereits etablierte Verfahren wie die der Videoübertragung bzw. -konferenz und Chatprogramme in einem mobilen Koffersystem oder Flight Case. Mit dem mobilen System wird es möglich, an jedem beliebigen Ort in einer Hochschule eine Kollaborationsumgebung als Kollaborationslabor aufzubauen. Der digitalen Zusammenarbeit innerhalb einer Hochschule, mit anderen Hochschulen oder auch mit Unternehmen bei Industrieprojekten sind künftig örtlich keine Grenzen gesetzt.
Schlagworte
Virtual Reality, Augmented Reality, Kollaborationslabor, graphisches Simulation
Forschungsschwerpunkt:
DITI | Digitalisierung - IT-Security - Industrie 4.0
Künstliche Intelligenz
Forschungsprojekt der Hochschule Albstadt-Sigmaringen
Projektbeschreibung
Hintergrund
Bei Bauwerken sind auf Grund der hohen Beanspruchung regelmäßige Prüfungen des Zustandes erforderlich. Diese Prüfungen führen nicht nur zur Behinderung des Verkehrsflusses, sondern sind oft auch durch die subjektive Bewertung von Schadensbildern nicht miteinander vergleichbar. Dies führt dazu, dass Schäden nicht korrekt bewertet werden und somit Gegenmaßnahmen zu spät erfolgen. Zeit- und kostenaufwändige Sanierungsmaßnahmen von Verkehrswegen sind die Folge.
Zielsetzung
Durch künstliche Intelligenz soll eine maßgebliche Unterstützung bei der Abnahme, weiterführenden Prüfung und Instandhaltung von Infrastrukturbauwerken zu gewährleisten werden. Das hierfür zu entwickelnde Verfahren soll bestehende Prozessen der Bauwerksprüfung digitalisieren und automatisieren. Es soll ein Software-Tool erstellt werden, mit dem Aufnahmen von Schäden automatisch analysiert und bewertet werden können. Die Aufbereitung der Ergebnisse erfolgt prüfungsgerecht und BIM-fähig.
Schlagworte
Schadenserkennung, künstliche Intelligenz, Infrastruktur zum Datenmanagement, automatisierte Analyse
Forschungsschwerpunkt:
DITI | Digitalisierung - IT-Security - Industrie 4.0
Lebensmittel | Ernährung | Hygiene
Forschungsprojekt der Hochschule Albstadt-Sigmaringen
Projektbeschreibung
Hintergrund
Frischeperformanceparameter stellen neben den Bereichen Energieeffizienz, Design und Digitalisierung die Haupttreiber im Innovationsumfeld von Kühlgeräten dar. Je Lebensmittelprodukt bestehen klare Empfehlungen bzgl. der optimalen Lagerklimabedingungen. Diese umfassen als Hauptparameter Lagertemperatur und Temperaturfluktuation, Luftfeuchte und Feuchtefluktuation, Strömungsverhältnisse sowie Licht und Gasatmosphäre, welche jedoch heute nicht oder in nicht ausreichendem Maße in den bestehenden Normen für Haushalts-Kühl-/Gefriergeräte berücksichtigt werden. Nur durch eine gezielte Bewertung des Einflusses der Einzelparameter sowie der Kombinationen mehrerer Parameter kann eine Aussage zur Frischeperformance unterschiedlicher Gerätetechnologien getroffen werden.
Zielsetzung
Ziel des Projektes ist es, international anwendbare Prüfstandards zur Bewertung der Frischeperformance von Kühlgeräten zu entwickeln, die Wiederholbarkeitsgenauigkeit/ Reproduzierbarkeitder Prüfstandards zu überprüfen sowie die Ergebnisse normmäßig aufzuarbeiten und in die Normung auf deutscher (DKE) Ebene und darüber auf europäischer (CENELEC) und internationaler (IEC) Ebene einzureichen.
Schlagworte
Frischeperformanceparameter, Prüfstandards, Kühlgerätenormung
Forschungsschwerpunkt:
GEB | Gesundheit - Ernährung - Biomedizin
IT Security
Projektbeschreibung
Zielsetzung
Das Projekt SEKT untersucht systematisch die Integration und IT-Sicherheit von elektronischen Kommunikationssystemen in smarten textilen Produkten und entwickelt praxisrelevante Sicherheitskonzepte und smarte Demonstratoren.
Kernziel ist die wissenschaftliche Untersuchung des Gebiets IT-Sicherheit von smarten textilen Produkten und die Übertragung vorhandener Sicherheitskonzepte, sowie die Entwicklung sicherer, innovativer Prototypen.
Aus dem gewonnenen Wissen werden Handlungsempfehlungen abgeleitet und Lehrangebote für die Textil- und Bekleidungsbranche geschaffen und damit wird ein intensiver interdisziplinärer und branchenübergreifender Know-how-Transfer gewährleistet.
Schlagworte
IT-Security, IT-Sicherheit, Smart Textiles, smarte Demonstratoren, praxisnahe Sicherheitskonzepte
Forschungsschwerpunkt:
DITI | Digitalisierung - IT-Security - Industrie 4.0
Stammzellforschung
Forschungsprojekt der Hochschule Albstadt-Sigmaringen
Zielsetzung
Ziel des Vorhabens ist es, einen erstmals automatisierten Zellkultur-Roboter zum Kultivieren von iPS-Zellhauptkulturen zu entwickeln. Dieser soll es ermöglichen, zahlreiche iPS-Zelllinien gleichzeitig zu generieren und in Kultur zu halten. Die Kolonien sollen automatisch erfasst und mit einer Bildbearbeitungssoftware analysiert, segmentiert und lokalisiert werden. Anschließend sollen Die iPS-Zellkolonien automatisch per Laser in Teilstücke geschnitten und mittels Pipette passagiert werden. Auch das Auftragen einer extrazellulären Matrix und der Medienwechsel soll vollautomatisiert stattfinden.
Schlagworte
Zellkultur-Roboter, automatisierte Stammzellkultur
Forschungsschwerpunkt:
GEB | Gesundheit - Ernährung - Biomedizin
Biomedizin
Titel englisch:
Collaborative project: Establishment and validation of analytical methods for the detailed analysis of allergen profiles in foodstuffs and for the individual characterisation of its allergenic effect in patients (ALLERGEN-PRO) - subproject D
Schlagworte:
Lebensmittelsicherheit, food safety, Allergene, allergens, Diagnostik, diagnostics, Allergene, allergens, Allergie/Unverträglichkeitsreaktion, allergy/incompatibility response, Produktsicherheit, product safety, Allergene, allergens, Lebensmittelanalytik, food analysis, Ursache-Wirkungs-Beziehung, cause and effect-relationship, Verbraucherinformation, consumer information; Novel Food – Fleischersatz
Vorhaben englisch:
The project ALLERGEN-PRO has the overall goal to develop improved analytical methodologies based on PCR and mass spectrometric tools for the unambiguous identification and quantification of allergenic compounds from insects that are relevant for food production. The developed methods will be used by project partners in their routine analysis and proposed for enforcement purposes by official control laboratories. In addition innovative in vitro tests for the identification of allergen IgE/IgG epitopes in the insect proteome are developed. Those methods will improve food safety by providing the possibility for patients with allergic cross-reactions to shellfish and house dust mites to test a potential allergy to insects. For the first time a whole blood diagnostic system will be developed that will allow patients without any risk to determine if an allergy has been manifested or if it is just an intolerance without clinical symptoms. The new in vitro diagnostic tool will be used for the detection of clinically relevant allergic reactions in patients allergic against house dust mite using antigen–specific reaction of immune cells. The establishment of such diagnostic tools for different processed allergens in foods will be of benefit for patients to be informed about a clinically relevant food allergy. This research project will also deliver information about the clinical relevance of insect as a potential allergic food product. The project is divided in 6 work packages. In the project ALLERGEN-PRO qualitative and quantitative methods for the detection of insects and potential allergens thereof, respectively, developed and validated. In addition new in vitro diagnostic tools for the detection of IgE binding profiles and in vitro test systems established which will identify a clinically relevant food allergy.
Vorhaben deutsch:
Das Projekt ALLERGEN-PRO verfolgt das übergreifende Ziel, verbesserte analytische Methoden für einen sicheren Nachweis allergener Bestandteile von für die Lebensmittelherstellung relevanten Insekten auf Nukleinsäure- und Proteinebene mit Hilfe von modernen real time-PCR und massenspektrometrischen Verfahren in unterschiedlichen Lebensmittelmatrices zu entwickeln. Diese Nachweismethoden werden sowohl für Verarbeitungsbetriebe als auch für die amtliche Lebensmittelkontrolle bereitgestellt. Zudem werden im Projekt innovative, durchsatzfähige in vitro-Verfahren für die Identifizierung von allergenen IgE-/IgG-Epitopen in Insektenproteomen entwickelt, die eine verbesserte Sicherheit für Allergiker gewähleisten soll, indem eine schnelle und individuelle Risikoanalyse des allergenen Potentials dieser Proteine ermöglicht wird. Im Projekt wird auch erstmals an der Entwicklung eines in vitro-Testsystems gearbeitet, das es ermöglichen soll, mit minimaler Belastung des Patienten und ohne Risiko, zu ermitteln, ob der Patient allergisch ist oder nur eine Sensibilisierung ohne klinische Reaktionen aufweist. Im Projekt wird erstmals an der Entwicklung eines neuartigen in vitro-Diagnoseverfahrens zur Detektion klinisch relevanter allergischer Reaktionen in Hausstaubmilbensensibilisierten Patienten mittels antigen-spezifischer Reaktionen von Immunzellen gearbeitet. Die Etablierung dieser Analytik für unterschiedlich prozessierte Allergene in Lebensmitteln hilft dem betroffenen Allergiker im Alltag, wenn er weiß, ob er eine klinisch relevante Nahrungsmittelallergie hat. Das Forschungsvorhaben wird auch Untersuchungen hinsichtlich der Erfassung der klinischen Relevanz von Insekten als potentielles Nahrungsmittelallergen durchführen.
Themenfelder:
Gesundheitlicher Verbraucherschutz, health-related consumer protection
Vorhaben
Forschungsschwerpunkt:
GEB | Gesundheit - Ernährung - Biomedizin
Nachhaltige Entwicklung
Hintergrund
Kunststoffe dominieren den Verpackungssektor. Die Verwendung von Kunststoffen, insbesondere für Verpackungen und im Agrarsektor, wird jedoch aufgrund ihrer Langlebigkeit und der Herausforderungen beim Recycling zunehmend zu einer Herausforderung für die Umwelt. Mehr als die Hälfte der Lebensmittelverpackungen in Siedlungsabfällen enthält Produktreste, was das Recycling erschwert. In der Landwirtschaft besteht ein Problem bei der Steigerung der Recyclingrate darin, dass erschwingliche biologisch abbaubare Kunststoffalternativen nicht im Boden abgebaut werden, sondern industriell kompostiert werden müssen. Dazu kommt die Schwierigkeit, dass Verschmutzungen das Recycling von Agrarfolien erschweren. In der Folge landen fast 80 Prozent auf landwirtschaftlichen Feldern, Mülldeponien oder in der Natur.
Zielsetzung
Im Projekt RECOVER werden neue biotechnologische Lösungen entwickelt, bei denen Mikroorganismen, neuartige Enzyme, Würmer und Insekten verwendet werden, um Abfallströme aus herkömmlichen Kunststoffverpackungen und Agrarkunststoffen abzubauen. Dadurch werden auch neue Rohstoffe für die biobasierte Industrie wie Chitin/Chitosan geschaffen, was wiederum als hochwertiges Rohmaterial für Biokunststoffe in aktiven Verpackungen, verbesserten Mulchfolien und als Biodünger eingesetzt werden kann. Insbesondere die Entwicklung eines umweltfreundlicheren und ökonomisch sinnvollen Prozesses zur Extraktion von Chitin aus Insekten und der Umwandlung zu antimikrobiell aktiven Chitosan steht für das Sustainable Packaging Institute (SPI) an der Hochschule Albstadt-Sigmaringen im Fokus. Beide Prozesse sowie die Verarbeitung des gewonnenen Chitosans für die Anwendung in Verpackungen und Mulchfolien werden dabei mit Elektronenstrahlbehandlungen modifiziert.
Schlagworte:
Nachhaltige Verpackungskonzepte, Chitin, Chitosan, eBeam, Agrarfolie
Forschungsschwerpunkt:
NESP | Nachhaltige Entwicklung - Smarte Materialien und Produkte
Projektleiter:
Prof. Dr. Markus Schmid, SPI
Nachhaltige Entwicklung
Projektbeschreibung
Hintergrund
Biobasierte Materialien wie Polymilchsäure(PLA)-Folien sind bereits sehr gut erforscht und ausreichend, um als Packmittel für eine Vielzahl von Anwendungen, unter anderem für die Verpackung von wenig sensiblen Lebensmitteln, eingesetzt zu werden. Um den Anforderungen zur Verpackung von sensibleren Lebensmitteln, wie Käse-/Wurstaufschnitt oder Convenience Produkte im Backwaren- und Snackbereich zu genügen, müssen die Barriereeigenschaften von PLA erhöht werden. Dadurch können auch sensible Produkte, die unter modifizierter Atmosphäre (Modified Atmosphere Packaging - MAP) Anforderungen verpackt werden müssen, in PLA-basierten Folien abgepackt werden. Prinzipiell kann eine Erhöhung der Sauerstoffbarriere durch Beschichtung mit Proteinen und eine Erhöhung der Wasserdampfbarriere durch Wachsbeschichtung erreicht werden. Ein Verbund aus biobasierten Materialien kann die Bedürfnisse von MAP-Verpackungen erfüllen, was das Kernziel des Vorhabens PLA4MAP ist und in der nachfolgend dargestellten Zielsetzung beschrieben wird.
Zielsetzung
Im Projekt PLA4MAP steht die Entwicklung von biobasierten und recyclingfähigen Verpackungskonzepten für Lebensmittel, die unter modifizierter Atmosphäre verpackt werden müssen, im Fokus. Um dieses Ziel zu erreichen sollen tiefgezogene Schalen aus einem Verbund mit PLA als Hauptkomponente hergestellt werden. Die Herausforderung liegt in der Entwicklung eines biobasierten Verbundes aus PLA und beschichteten Proteinen und Wachsen. Protein- und Wachsbeschichtungen sind notwendig, um die Gas- und Wasserdampfbarriereeigenschaften zu erhöhen. Des Weiteren werden quervernetzende Elektronenstrahlbehandlungen getestet, die dazu führen sollen, dass stärkere Quervernetzungen die Eigenschaften des Verbundes positiv beeinflussen. Der angestrebte Verbundaufbau ist in der Projektabbildung ersichtlich. Inbesondere die Protein-Beschichtungen und die Quervernetzung mit Elektronenstrahlen ist Aufgabe des Sustainable Packaging Institute (SPI) an der Hochschule Albstadt-Sigmaringen. In einem aufbauenden Schritt sollen die Prozesse zur Herstellung der biobasierten Verbunde so angepasst werden, dass diese auf kommerziellen Anlagen verarbeitet werden können. Des Weiteren sollen Abpackversuche mit Produkten unternommen werden, um die Prozessparameter des Wärmekontaktsiegelns zu optimieren. Um die ganzheitliche Betrachtung des Verpackungskreislaufes zu berücksichtigen, wird die entwickelte Verbund-Verpackung hinsichtlich ihrer mechanischen und lösemittelbasierten Recyclingfähigkeit bewertet. Die Ergebnisse des Projektes PLA4MAP werden in einem öffentlich zugänglichen Anwenderhandbuch publiziert, um die Etablierung von PLA-basierten Verpackungen am Markt zu fördern.
Schlagworte
Nachhaltige Verpackungskonzepte; Polymilchsäure-basierte Verpackungen; Bio-basierte und recyclingfähige Verpackung für modifizierte Atmosphäre Verpackungen
Interdisziplinäre Forschungsschwerpunkte:
NESP | Nachhaltige Entwicklung - Smarte Materialien und Produkte
GEB | Gesundheit - Ernährung - BiomedizinProjektleiter:
Prof. Dr. Markus Schmid, SPI
Biomedizin
Abstract
Am 1. April 2019 startete das Verbundprojekt "InGel-NxG -Injizierbare, adaptive Hydrogele der nächsten Generation" an dem Prof. Dr. Dieter Stoll und Prof. Dr. Ingrid Müller aus der Fakultät Life Science beteiligt sind. InGel-NxG wird vom BMBF in der Linie ProMatLeben-Polymere über drei Jahre gefördert. Im Projekt werden in enger Zusammenarbeit von Forschungsinstituten, Pharma-, Biotech- und Medizintechnikfirmen neue Hydrogele zur Freisetzung von Wirkstoffen zur Therapie entzündlicher Gelenkerkrankungen entwickelt. Unsere Hochschule wird im Projekt in enger Zusammenarbeit mit den Forschungsgruppen und den assoziierten Pharmapartnern an der Entwicklung von GMP konformen Produktions- und Abfüllprozessen für die neuartigen Wirkstoff- und Hydrogelkomponenten arbeiten.
Projektbeschreibung –Teilprojekt HSAS FKZ: 13XP5086E
Die Hochschule Albstadt-Sigmaringen wird zusammen mit dem assoziierten Industriepartner, der Vetter Pharma-Fertigung GmbH & Co. KG, den Transfer der Herstellungsprozesse der Hydrogele vom Labormaßstab in den Pilot- und Produktionsmaßstab übernehmen. Aufgrund der Komplexität der Hydrogel-Produkte sind beim Upscaling der Hydrogel-Produktion vor allem Anpassungen bei Transfer-, Mischungs- und Abfüllprozessen erforderlich. Die Integration von responsiven Wirkstoffpartikeln und Mikrobläschen in die dafür erforderlichen Produktionsprozesse muss entwickelt werden. Außerdem müssen Abfüllungsprozesse in geeignete Applikationssysteme und die Gefriertrocknung der Produkte in diesen Applikatoren etabliert werden.
Intelligente Materialien zur Behandlung von Entzündungen der Gelenke
Im Projekt soll eine Materialplattform zur lokalen Therapie volkswirtschaftlich bedeutender Leiden, wie entzündlicher Gelenkerkrankungen etabliert werden. Solche Entzündungen treten häufig im Verlauf einer Arthrose, zumeist in den Kniegelenken auf. Die Häufigkeit degenerativer Erkrankungen des Bewegungsapparats, wie z.B. von Arthrosen, nimmt aufgrund der demografischen Entwicklung in den westlichen Industrieländern kontinuierlich zu. In Deutschland leidet derzeit jeder vierte Erwachsene an einer Arthrose. Im Projekt werden neue Technologien entwickelt, die eine modulare Herstellung und Zulassung von sogenannten „Hydrogelen“ mit einstellbaren Materialeigenschaften als Medizinprodukt, Arzneimittel, Kombinationsprodukt oder Trägermaterial für zellbasierte regenerative Therapien ermöglichen.
Ein Hydrogel ist dabei ein Wasser enthaltendes, aber wasserunlösliches Polymer. Dieses kann einen Wirkstoff aufnehmen und gezielt am Ort der Krankheit injiziert werden (siehe Abbildung). Die Abgabe des Wirkstoff soll dabei entweder rein passiv oder aber auch je nach Bedarf, d.h. durch den entzündlichen Prozess gesteuert abgegeben werden können. Eine optimale Dosierung ohne die Gefahr einer Überdosierung soll so ermöglicht werden. Darüber hinaus soll auch eine aktive Steuerung des Freisetzungsmechanismus etabliert werden, die durch den behandelnden Arzt vorgenommen werden kann. Mittels Ultraschall kann dieser den Zustand des Wirkstoffdepots überwachen und gleichzeitig, gezielt durch Ultraschallpulse die Freisetzung kontrollierter Mengen des Wirkstoffs einleiten. Diese Kombination aus Therapie und Diagnostik wird als „Theranostik“ bezeichnet.
Das Projekt bündelt Kompetenzen von Partnern aus der Grundlagen- und angewandten Materialforschung sowie namhafte Unternehmen aus der Pharma-, Biotech- und Medizintechnikbranche. Im Erfolgsfall soll das neuartige Material klinisch geprüft und anschließend kommerzialisiert werden. Der Pharmastandort Baden-Württemberg wird dadurch nachhaltig gestärkt.
Wissenstransfer
Wissenstransfer
Wissenstransfer
Wissenstransfer
Wissenstransfer
Nachhaltige Entwicklung
Projektbeschreibung
Hintergrund
Kunststoffe haben viele Vorteile, wie ihre guten Barriereeigenschaften, Flexibilität, einfache Handhabung, jedoch eine eingeschränkte Wiederverwertbarkeit. Nur ein Bruchteil der Kunststoffe wird derzeit recycelt, woraus verschiedene Umweltauswirkungen entstehen. Es gibt bereits einige Forschung im Bereich der biobasierten Kunststoffe, jedoch sind die Barriereeigenschaften noch nicht ausreichend, um sensible Lebensmittel wie zum Beispiel Wurst- und Käseaufschnitt ausreichend zu schützen.
Zielsetzung
Das Ziel von BIOnTop ist die Entwicklung von kosteneffizienten biobasierten Kunststoffkonzepten, die auch für sensible Lebensmittel ausreichend Barriereeigenschaften bieten und gleichzeitig kreislauffähig sind. Dabei bleibt das Kernziel der biobasierten Verpackungen, die ressourcenreichen Lebensmittel zu schützen und deren Haltbarkeit zu gewährleistet.
Schlagworte
Nachhaltige Verpackungskonzepte; Verpackungsmaterialentwicklung; Biokunststoffe/biobasierte Kunststoffe; Polymilchsäure; End-of-life Optionen; Rezyklierbarkeit; Bioabbaubarkeit von Verpackungsmaterialien
Interdisziplinäre Forschungsschwerpunkte:
NESP | Nachhaltige Entwicklung - Smarte Materialien und Produkte
GEB | Gesundheit - Ernährung - BiomedizinProjektleiter:
Prof. Dr. Markus Schmid, SPI
Pharmatechnik
Hintergrund
Rekombinante monoklonale Antikörper (AK) werden zunehmend in der Therapie v. a. bei Tumor- und Autoimmunerkrankungen eingesetzt. Sie sind Hoffnungsträger für viele Patienten. Ein verstärkter Einsatz dieser teuren Wirkstoffe erfordert aber eine drastische Kostenreduktion in ihrer Produktion. Zur Herstellung von mAK werden überwiegend Chinese Hamster Ovary (CHO)-Zellen eingesetzt, die von Zulassungsbehörden als sicher eingestuft werden. CHO-Zellen sind jedoch natürlicherweise nicht auf die AK-Produktion spezialisiert. Die Natur hat in Jahrmillionen evolutionärer Entwicklung aber spezialisierte AK-Produzenten hervorgebracht, die Plasma-Zellen unseres Immunsystems.
Vorhaben
Im Verbundprojekt von HBC und HAS mit Boehringer Ingelheim, Signatope, NMI und Uni Ulm wollen wir diese evolutionäre Optimierung für die CHO-Zellen nutzen. In einem systematischen Ansatz werden grundlegende molekulare und zellbiologische Eigenschaften, die Plasma-Zellen auszeichnen, durch OMICS-Technologien im Vergleich zu CHO-Zellen analysiert. Mit diesem Wissen wird mit state-of-the-art Methoden wie CRISPR/Cas9 eine synthetische CHO-Plasma-Hybridzelllinie etabliert, die als Hybrid optimierte Fermentationseigenschaften einer CHO-Zelle mit evolutionär optimierten Produktions- und Sekretionseigenschaften humaner Plasmazellen vereint. Das Projekt trägt dazu bei, die Produktion von Biopharmazeutika zu optimieren und leistet so einen wichtigen Beitrag zur Kostenreduktion im Gesundheitssystem.
Zielsetzung
Ein neu generiertes CHO-Plasma-Zellhybrid soll am Ende des Projektes
- die seit Jahrzehnten optimierten Fermentationseigenschaften einer CHO-Zellemit den evolutionär optimierten Produktionseigenschaften humaner Plasmazellen verbinden,
- deutlich höhere Produktionsausbeutenbei der Herstellung therapeutischer Antikörper ermöglichen,
- die Grundlage für verbesserte zelluläre Produktionssysteme für Biopharmazeutika legen,
- einen wichtigen Beitrag zur Reduktion der Produktionskosten für moderne biotechnologische Wirkstoffe leisten und dadurch trotz zunehmendem Einsatz sehr spezifisch wirkender, rekombinant hergestellter Biotherapeutika eine Stabilisierung der Kosten im Gesundheitssystem ermöglichen.