Innovationspreis Steiermark 2022: Das sind die Finalisten

Digitalisierung: Mittel- und Großunternehmen

Um pharmazeutische Wirkstoffe zu entwickeln, müssen Unternehmen hochkomplexe Großprojekte unter sehr hohem Zeitdruck abwickeln. Qualität, Kosten- und Zeitrahmen sind nur dann gesichert, wenn die Aktivitäten der Projektpartner bei stets transparentem Projektstatus nahtlos ineinandergreifen – herkömmliche Planungsinstrumente stoßen hier an ihre Grenzen. Die ZETA GmbH hat die Plattform Smart Engineering Services entwickelt, die sämtliche Projektfunktionen und -inhalte steuert, lückenlos dokumentiert sowie zusammenfasst. Somit sinkt das Projektrisiko signifikant. Nach Projektabschluss bleiben sämtliche Daten als Digitaler Zwilling von Anlage und Prozesses erhalten – der Betreiber erhält Zugang zu 3D-Modellen, Ersatzteil- und Wartungsinformationen, verfahrenstechnischen Prozessabläufen, Simulationen, Automation und Rezepturen.

 Die Grazer NEXTSENSE GmbH liefert Prüfsysteme zur Profilmessung und Oberflächeninspektion in der Bahn-, Automobil-, Stahl- und Luftfahrtindustrie. Die neu patentierte Technologie CALIBREEZE™ misst Profile auf bisher nicht messbaren Oberflächen. Dazu zählen etwa transparente Materialien wie Glas oder Kunststoff, extrem lichtabsorbierende, tiefschwarze Lacke oder hochreflektierende Chromteile. Zum Einsatz kommt die Technologie in der Endmontage der Automobilproduktion. Konkret werden Fenster, Spiegel, Panorama-Dächer, Front- und Rückscheinwerfer sowie andere wichtige Design-Elemente eines Automobils verlässlich und präzise vermessen. Die Gerätschaft ist kostengünstiger, wartungsärmer und langlebiger als Alternativlösungen auf Basis von UV-Sensoren.

Allein in Österreich leiden 1,8 Millionen Menschen unter Beeinträchtigung ihres Hörvermögens, nur etwa 400.000 davon tragen ein Hörgerät. Das liegt u. a. am schlechten Stigma vergangener Geräte, die im Geräuschalltag häufig nur eigeschränkt eine Hilfe waren. Moderne miniaturisierte Hörgeräte sind Träger zahlreicher Mikrochips. Sie kommunizieren mit Smartphones und Autos und werden demnächst Gespräche simultan übersetzen. An der Schnittstelle dieser Trends – Miniaturisierung versus steigende Komplexität – setzt die Innovation von AT&S an. Das Unternehmen hat Minileiterplatten aus speziellen Materialien entwickelt, die die beschriebenen Probleme gleichzeitig lösen. Das System aus flexibler Leiterplatte und aufgebrachter Adapter-Minileiterplatte ist kompakt und gewährt den Herstellern maximale Freiheit. Eine weitere Miniaturisierung für künftige technische Anforderungen ist bereits geplant.

Digitalisierung: F&E-Institutionen

 Gas-Sensoren sind derzeit weitreichend industriell im Einsatz. Sie überwachen Produktionsprozesse, sorgen für Sicherheit am Arbeitsplatz oder unterstützen das Gebäudemanagement. Die Nanotechnologie eröffnet nun Wege zur Miniaturisierung der Sensoren. Mehrere winzige Sensoren auf einem Mikrochip ergeben Multi-Gas-Sensoren, also „künstliche Nasen“, deren neue Anwendungschancen vor allem in der Consumer-Elektronik liegen. So können sie etwa die Luftqualität im privaten Haushalt messen (Stichwort Smart Home), Krankheiten über Atemluftanalyse früherkennen oder flächendeckendem Umweltmonitoring im Internet of Things dienen. Das Materials Center Leoben (MCL) hat hochminiaturisierte Nano-Sensoren entwickelt, die gesundheitsschädliche und umweltbelastende Gase mit nie dagewesener Exaktheit messen. Die Strukturen sind deutlich kleiner als ein Zehntel Millimeter, die Nanodrähte etwa tausendmal dünner als ein menschliches Haar und die Nanopartikel noch hundertmal kleiner.

Im Industrie- und Zuliefererland Österreich hängt ein Milliardenumsatz davon ab, wie potenzielle Kunden Aussehen und Qualität von Produkten visuell wahrnehmen. Das betrifft etwa Sicht- und Verkleidungsteile in der Automobil- und Flugzeugindustrie, Gehäuse für Elektronik, den Homecare-Bereich oder Verpackungen. Diese unterschiedlich 3D-geformten Komponenten bilden jedoch eine Herausforderung für das Qualitätsmanagement. Es braucht eine flexible, automatische Qualitätsprüfanlage, die sich in kurzer Zeit auf neue Bauteile einstellen kann. Das Polymer Competence Center Leoben (PCCL) hat nun das erste Ultra-Hochgeschwindigkeits-Inspektionssystem entwickelt, das komplexe 3D-förmige Produkte vollständig prüft und in weniger als zehn Sekunden eine automatische, vollflächige Qualitäts-Inspektion freigeformter Produktoberflächen vornimmt. Das System registriert sämtliche Defekte, wie Kratzer, Risse, Verschmutzung, Verfärbung, Eindrücke oder Einschlüsse.

Autonomes Fahren steht trotz medialem Hype noch vor Entwicklungshindernissen: So müssen Systeme Tests unter härtesten Bedingungen am Limit bestehen, bevor sie auf öffentlicher Straße zum Einsatz kommen. Tatsächlich werden Technologien dieser Domäne meist nur im geschützten Bereich und bei niedriger Geschwindigkeit getestet, um weder Personen noch teures Equipment zu gefährden. Das Team Autonomous Racing Graz (ARG) der Grazer Virtual Vehicle Research GmbH nimmt seit 2019 an der internationalen Roborace-Rennserie (www.roborace.com) teil. Algorithmen und Software-Stacks bilden eine sogenannte selbstfahrende KI, die den menschlichen (Renn-)Fahrer ersetzt. Sie durchlaufen reale Tests im autonomen Renneinsatz, bei hohen Geschwindigkeiten und unterschiedlichsten (Wetter-)Bedingungen, am Limit. Die Ergebnisse fließen ein in industrielle Anwendungen des vollelektrischen und autonomen Fahrens als wesentlicher Bestandteil der Mobilität der Zukunft.

Nachhaltigkeit: Kleinst-/Kleinunternehmen

In der Metallverarbeitung sind Kühlschmierstoffe (KSS) unabdingbar: Sie vermindern die Reibung, führen Wärme ab, und schützen somit Maschinen und Werkstücke. Herkömmliche KSS verursachen beim Menschen jedoch allergische Hautreaktionen, Atemwegserkrankungen und Lungenbelastungen bis hin zu Krebs. Ölnebel bilden ein hohes Unfallrisiko; die umweltgerechte Entsorgung der Stoffe ist zudem kompliziert und teuer. Die AQUASLIDE Lubricants GmbH tritt an, die metallbearbeitende Industrie nachhaltig zu revolutionieren. Sie hat ein öl- und esterfreies Kühlschmiermittel auf Wasserbasis entwickelt, eine neue gesundheits-, umwelt- und anwenderfreundliche Alternative. AQUASLIDE verbessert Sicherheit, Ergonomie und Arbeitsplatzbedingungen. Zu den technischen Vorteilen zählen die ausgezeichneten Kühleigenschaften, die vereinfachte/r Anmischung / Lagerung / Transport sowie die hohe Biostabilität.

Stahl ist für nahezu alle Schlüsselindustrien der wichtigste Basiswerkstoff, wobei die Herstellungsverfahren bereits so tiefgehend erforscht und optimiert sind, dass Innovation nur mehr in Form digitaler Produkte bzw. Prozesse möglich ist. Die qoncept dx GmbH mit Sitz in Leoben hat die Softwarelösung qontrol maps entwickelt, die sämtliche komplexen Produktionsschritte und Prozessrouten vom Schrott bis zum fertig gegossenen Stahl abbildet und optimiert. Herzstück des Projekts ist die algorithmische Intelligenz. Sie gestaltet sämtliche Prozesse so energieeffizient wie möglich und senkt den Rohstoffeinsatz, da sie alle Rohmaterialien wie Schrott und Legierungen berücksichtigt und deren Einsatz erhöht. Zudem reduziert qontrol maps direkte sowie indirekt CO₂-Emissionen massiv. Es gibt derzeit am Markt keine verfügbare Lösung dieser Art.

30.000 Tonnen Kunststoffnetze kommen in Europa jährlich zum Einsatz. Die Packnatur Entwicklungs- und Produktionsges.m.b.H. tritt an, diese durch nachhaltige Alternativen zu ersetzen: Die Packnatur-Netzschläuche aus Buchenholzcellulose werden im oststeirischen Neudau regional produziert und haben der Umwelt bereits mehr als 980 Tonnen Plastik erspart. Die Cellulosefaser baut sich innerhalb von 12 Wochen biologisch ab. Sie ist frei von Petrochemie oder Mikroplastik und in Europa sowie den USA home-Compost-zertifiziert. Die Schläuche eignen sich für Kartoffeln, Zwiebeln, Knoblauch, Zitronen, Orangen, roten Rüben, schwarzem Rettich, Avocados, Muscheln und mehr. Künftige Anwendungsgebiete für adaptierte Produkte liegen im Non-Food-Bereich (Christbäume, Anheizholz), der Landwirtschaft (Heuballen- und Hagelschutznetze) sowie im technischen Bereich (Bauschutznetze, Schipistenbegrenzungen u. Ä.).

Nachhaltigkeit: Mittel- und Großunternehmen

Die AVL List GmbH hat einen vollautomatisierten Prozess inkl. dazugehöriger Anlagen entwickelt, der ultrakompakte Fahrzeugbatteriemodule im industriellen Maßstab bauen kann. Ausganglage war eine bis dato existierende „Entwicklungslücke“ zwischen manuell hergestellten Prototypen und großindustriell produzierten Serien-Batteriemodulen. Es war also zeitaufwändig und teuer, Pilot-Batteriemodule ins industrielle Umfeld zu „übersetzen“. Die Forschungsleistung von AVL liegt zum Ersten im neuen ultrakompakten Batteriemodul mit sehr niedriger Bauhöhe und der weltweit höchsten Energiedichte, das sehr flexibel in unterschiedliche Fahrzeugmodelle integriert werden kann. Zweites Alleinstellungsmerkmal ist die intelligente Pilotproduktions- und Recycling-Anlage, die digitale Entwürfe, Planungen und Simulationen heranzieht und vollautomatisch unter Berücksichtigung der Rahmenbedingungen der Großserienfertigung produzieren kann.

Eine der größten Eukalyptus-Zellstoffproduktionen Südamerikas setzte im Zuge einer Anlagenmodernisierung die Ziele, deutlich weniger Chemikalien zu verbrauchen und gleichzeitig die Qualität/den Weißgrad des Endprodukts zu erhöhen – zwei Anforderungen mit einem gewissen Widerspruch. Die Andritz AG entwickelte dafür die digitale IIoT-Lösung Metris. Sie vernetzt sämtliche Daten im Produktionsprozess und bringt Algorithmen (also Künstliche Intelligenz) zum Einsatz. In Folge optimiert das System Produktion, Umwelt und Ressourceneinsatz bei vollautonomer Betriebsführung. Entscheidungen fließen sofort in den laufenden Produktionsprozess ein. Auch angesichts unterschiedlicher Produktionsfahrweisen wie etwa „maximale Kapazität“, „geringste Kosten“ o. Ä. erzielt die Anlage verlässlich das bestmögliche Energie- und Umweltergebnis.

In den rund vier Millionen österreichischer Haushalte stellen 650.000 Warmwasserboiler jährlich 1,2 Terrawattstunden (TWh) Energie zur Verfügung, die bislang nicht als Energiespeicher genutzt wird. Dabei entspricht diese Menge der Spitzenenergie von 225 Windrädern und könnte jährlich bis zu 78.000 Tonnen CO₂ einsparen. Die Austria Email AG hat mit der A1-Tochter World Direct einen smarten Warmwasserspeicher für Privathaushalte entwickelt, der überschüssigen Strom aus hauseigenen Photovoltaikanlagen in Form von Wärmeenergie konserviert. Das intelligente Speichermanagement reagiert auch, wenn das Stromnetz überlastet ist, und verschiebt die Beladung auf einen späteren, günstigeren Zeitpunkt. Dieser Art können Hunderttausende Haushalte im Alltag ohne Komfortverlust dazu beitragen, Energie bzw. CO₂ einzusparen und die Klimaziele zu erreichen.

Nachhaltigkeit: F&E-Institutionen

Trotz aller bisherigen Bemühungen steigt der weltweite CO₂-Ausstoß nach wie vor drastisch an. Weltbevölkerung und Wohlstand wachsen ebenso wie die Lebensmittelproduktion. Speziell der Proteinbedarf nimmt stetig zu und wird sich bis zum Jahr 2050 fast verdoppeln. Gemeinsam mit seinem Spin-off Econutri verwandelt die acib GmbH schädliche Treibhausgase in hochwertiges Protein. Kern der Innovation ist die Fähigkeit eines Mikroorganismus namens Cupriavidus necator, CO₂ als Nährstoffquelle zu nutzen und damit unterschiedlichste biobasierte Substanzen aufzubauen. Das Ergebnis sind einerseits hochwertige Proteine für unterschiedliche Zwecke, andererseits umweltfreundliches Bioplastik. Eine Pilot-Produktionsanlage ist derzeit im Bau; folgende großtechnische Anlagen haben das Potenzial, den CO₂-Ausstoß in Österreich maßgeblich zu verringern und Technologieführerschaft in diesem so zukunftsreichen Bereich zu erreichen.

Wenn es darum geht, Kunststoff- und Metallprodukte energieeffizient zu fertigen, konzentriert sich die Forschung häufig rein auf den Produktionsprozess. Dieser Ansatz ist zwar richtig, aber nicht vollständig: Denn wieviel Energie es braucht, ein Produkt herzustellen, wird maßgeblich davon bestimmt, wie der Gegenstand designt ist. Das Forschungsprojekt ENERMAN-1 der Pro2Future GmbH vereint beide Stellhebeln, also Herstellung und Gestaltung. Es kombiniert eine Software zum energieeffizienten Bauteildesign mit einem Messverfahren zur ökonomischen Produktion. Erstere trifft Voraussagen über den Energieverbrauch und das benötigte Rohmaterial, Zweitere basiert auf Laserablenkung, gibt Aufschluss auf das Verarbeitungsverhalten unterschiedlicher Kunststofftypen und adaptiert so die Produktion. Bei knapp 400 Millionen Tonnen Kunststoff weltweit, der jährlich produziert und verarbeitet wird, bedeutet das ein enormes Einsparungspotenzial.

Die Elektrifizierung des Straßenverkehrs verbessert die CO₂-Bilanz und erhöht die Lebensqualität in den Städten. Eine der Hauptkomponenten von E-Fahrzeugen ist die Batterie, die aus vielen Li-Ionen-Zellen besteht und in den letzten Jahren enorme Fortschritte in puncto Energiedichte verzeichnet. Das erhöht aber auch das Risiko eines Batteriebrands. Das BATTLAB ist ein Labor der Virtual Vehicle Research GmbH für Sicherheitstests an Li-Ionen-Zellen für Elektrofahrzeuge. Es bietet Entwicklern die Möglichkeit, das Verhalten der Zellen bei Überladung, Übertemperatur oder mechanischer Verformung zu untersuchen. Dafür werden die Zellen Extrembedingungen ausgesetzt, unter denen die Schutzmechanismen versagen. Dabei gewinnt man Erkenntnisse über Art, Verlauf und „Heftigkeit“ der (im Betrieb unerwünschten) Prozesse. Hauptnutzer des BATTLAB sind die Entwicklungsabteilungen der Automobilbranche und der Batteriehersteller.