Doctoral Award

Anna Vanderbruggen ist Ingenieurin für Mineralienverarbeitung. Nachdem sie zunächst mit natürlichen Ressourcen gearbeitet hatte, verlagerte sie ihren Schwerpunkt auf das Recycling von Lithium-Ionen-Batterien. Dies führte zur Gründung eines eigenen Forschungsprojekts, das sich vor allem mit dem Recycling von Anodengraphit befasst. Angetrieben von ihrer Leidenschaft und ihrem Engagement in diesem Bereich promovierte sie am Helmholtz-Institut Freiberg für Ressourcentechnologie (HIF) und an der Aalto-Universität, wo sie 2022 ihre Dissertation erfolgreich mit Auszeichnung verteidigte.  Für ihr innovatives Verfahren zum Graphit-Recycling aus gebrauchten Lithium-Ionen-Batterien erhielt sie 2022 den Europäischen Innovationspreis in der Kategorie EIT Change. Derzeit ist Anna Vanderbruggen Postdoktorandin am GeoRessources-Labor der Universität Lothringen in Frankreich. Sie setzt ihre Arbeit im Bereich Batterierecycling fort und unterrichtet an der Universität Mineralienverarbeitung und -recycling.

„Das Recycling von Graphit wurde oft zu Unrecht als unbedeutend abgetan. Mit meiner Arbeit konnte ich beweisen, dass Anodengraphit effektiv zurückgewonnen und in neuen Batterien wiederverwendet werden kann.“

Die stetig steigende Anzahl vernetzter Geräte, die speziell dazu entwickelt wurden, Umweltbedingungen präzise zu erfassen, treibt die Nachfrage nach lokaler, dezentraler Energieerzeugung auf ein Rekordhoch. Die Möglichkeit, beträchtliche Mengen an Energie vor Ort zu nutzen, hat das Potenzial, die weit verbreitete Nutzung dieser Geräte zu revolutionieren. Dies wiederum verspricht eine Verringerung des Wartungsaufwands, was nicht nur einen technologischen Durchbruch, sondern langfristig auch einen wirtschaftlichen Vorteil bedeutet. Im Rahmen seiner Promotion untersuchte Joel Joseph am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) den innovativen Einsatz von thermomagnetischen Dünnschichtantrieben zur Entwicklung von thermischen Energiegewinnern mit sehr hoher Leistung pro Stellfläche. In einem Modell konnte er die Leistung pro Stellfläche im Vergleich zum ersten Prototyp um 340 Prozent steigern.

„Mit der zunehmenden Zahl von vernetzten Geräten steigt weltweit die Nachfrage nach autarken Geräten, die Energie aus ihrer Umgebung nutzen. Ich wollte einen Beitrag zu den Bemühungen um eine umweltfreundliche und nachhaltige Lösung leisten.“

Ungefähr 75 Prozent der weltweiten Landoberfläche zeigt Spuren menschlicher Nutzung. In ihrer Doktorarbeit erforschte Karina Winkler am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) Landnutzungsänderungen der letzten 60 Jahre auf der Erde. Mithilfe von Satellitendaten, Landnutzungsstatistiken und -karten konnte sie die raumzeitlichen Muster von globalen Landnutzungsänderungen in hoher Auflösung sichtbar machen sowie deren Treiber und Auswirkungen aufs Klima analysieren. Karina Winkler arbeitet als Wissenschaftlerin in der Forschungsgruppe Landnutzungswandel und Klima am KIT Campus Alpin.

„Mit meiner Forschung möchte ich Landnutzung als weltweit vernetztes System von Mensch-Umwelt-Interaktionen greifbar machen, um den menschlichen ‚Fußabdruck‘ auf der Erde besser zu verstehen.“

Seiner Leidenschaft für angewandte Wissenschaften folgend, studierte Leonardo Ayala in Argentinien Physik und arbeitete in einem Optiklabor in El Salvador, wo er biologisches Gewebe mit optischen Bildgebungsverfahren untersuchte. Dies ermutigte ihn, am Deutschen Krebsforschungszentrum (DKFZ) über angewandte Biophotonik für die Krebsforschung mit Hilfe der Informatik zu promovieren. Leonardo Ayala entwickelt Anwendungen für die optische Bildgebung auf der Grundlage künstlicher Intelligenz mit dem Ziel, die spektrale Bildgebung in die klinische Praxis zu übertragen. Während seiner Doktorarbeit war es sein Ziel, Lösungen für die spektrale Bildgebung zu entwickeln, die auf klinische Probleme angewendet werden können. Zusammen mit seinem Team arbeitete er an der Überwachung des Blut- und Sauerstoffgehalts in inneren Organen während einer Operation (z.B. bei der Entfernung von Nierenkrebs).

„Ich träume davon, dass die spektrale Bildgebung in den Krankenhäusern routinemäßig eingesetzt wird, weil ich glaube, dass sie für die Patientenversorgung viel zu bieten hat.“

Die Niemann-Pick-Krankheit Typ C (NPC) gehört zu den seltenen lysosomalen Speicherkrankheiten, welche zu einer Neurodegeneration schon im Kindesalter führt. Das Tahirovic-Labor am Deutschen Zentrum für Neurodegenerative Erkrankungen (DZNE), München, erforscht vorrangig die  zellulären Mechanismen, die zur Neurodegeneration führen. Hier untersuchte Lina Dinkel die Rolle der Immunzellen des Gehirns, die sogenannten Mikroglia, in der Neuropathologie von NPC. Sie konnte zeigen, dass Veränderungen der Mikroglia früh in der NPC-Pathologie auftreten und dass allein diese Veränderungen zur Neurodegeneration führen können. Diese zellulären Veränderungen konnte sie auch in peripheren Immunzellen, den Makrophagen, von NPC Patienten nachweisen, wodurch sich neue Möglichkeiten für Wirkstoffscreenings oder für die Überwachung von therapeutischen Interventionen in NPC Patienten bieten.

„Ich hoffe mit meiner Arbeit mehr Aufmerksamkeit für seltene Krankheiten zu generieren und zu zeigen, dass ihre Erforschung für das Verständnis zellulärer Mechanismen unerlässlich ist.“

In seiner Doktorarbeit „Spin waves in curved magnetic shells“ untersuchte Lukas Körber am Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR) die komplexen Eigenschaften von Spinwellen in gekrümmten magnetischen Strukturen und leistete damit einen bedeutenden Beitrag zum Verständnis magnetischer Phänomene auf nanoskaliger Ebene. Während dieser Arbeit trug er zur Entwicklung neuer numerischer Methoden im Mikromagnetismus bei. So entwickelte er zum Beispiel eine effiziente Methode zur Berechnung von Spinwellenspektren in gekrümmten Geometrien. Zusammen mit Attila Kákay entwickelte er die Open-Source Software TetraX, die schnell Verbreitung in der wissenschaftlichen Community zur Erforschung von Spinwellen gefunden hat.

„Während meiner Promotion habe ich die grundlegenden Eigenschaften von magnetischen Wellen in gekrümmten Geometrien erforscht und damit hoffentlich zum tieferen Verständnis auf dem Gebiet der Magnetisierungsdynamik beigetragen.“

Hochgenaue, skalenauflösende Simulationen bieten die Chance, komplexe turbulente Strömungen in Triebwerken besser zu verstehen und zu analysieren. In seiner Dissertation entwickelte Michael Bergmann am Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) ein effizientes Framework auf Basis der Discontinuous-Galerkin-Methode in dem CFD-Tool TRACE, um diese rechenintensiven Simulationen für den industriellen Einsatz zugänglich zu machen.

„Durch die enge Zusammenarbeit mit führenden Triebwerksherstellern hoffe ich, mit diesem Framework einen Beitrag zur Verwirklichung der klimaneutralen Luftfahrt leisten zu können.“

Offshore Windenergie ist ein wichtiger Baustein auf dem Weg in Richtung Klimaneutralität. Die weitreichenden Auswirkungen der Offshore Windenergie waren bislang jedoch kaum erforscht. In seiner Promotion am Helmholtz-Zentrum Hereon untersuchte Nils Christiansen mittels numerischer Modellierung den physikalischen Fußabdruck der Offshore Windenergie und zeigte, welche Veränderungen in der Nordsee durch die Windkraftanlagen auftreten können. Diese Erkenntnisse können als wichtige Grundlage dienen, Naturschutz beim Ausbau der Offshore Windenergie zu gewährleisten.

„Mit meiner Forschung möchte ich Einblicke in den Fußabdruck der Offshore Windenergie geben und zur Gestaltung einer naturverträglichen Energiewende beitragen.“

Traditionell werden Kopfhörer zur Bereitstellung von privaten Audiokanälen verwendet. In seiner am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) abgeschlossenen Dissertation beschäftigt sich Tobias Röddigers damit, wie Kopfhörer der Zukunft aussehen könnten. Seine Forschung hat gezeigt, dass Earables – intelligente Sensorgeräte, die am Ohr getragen werden – bei der Atem- und Augenüberwachung, der Hustenerkennung, der kardiopulmonalen Wiederbelebung und der unsichtbaren Mensch-Computer-Interaktion eingesetzt werden können.

„Durch meine Forschung werden Kopfhörer zu multifunktionalen Alltagshelfern zur Gesundheitsüberwachung und Erweiterung menschlicher Fähigkeiten.“

Zina Kallien untersuchte im Rahmen ihrer Promotion am Helmholtz-Zentrum Hereon reibbasierte Fertigungstechnologien. Dabei lag ein besonderer Fokus auf dem Reibauftragschweißen – ein Prozess, der für Beschichtungen und die additive Fertigung Potenzial zeigt. Der simple Aufbau, der geringe Energieeintrag, der benötigt wird, und nicht zuletzt die homogenen Eigenschaften der aufgebauten Strukturen mit hoher Festigkeit bestätigen eindrucksvoll das Potenzial des Prinzips gegenüber vielen anderen (schmelzbasierten) Verfahren.

„Mit Blick auf Umwelt und Nachhaltigkeit müssen moderne Fertigungsprozesse viele Anforderungen erfüllen. Es ist notwendig, ein umfangreiches Verständnis grüner Technologien zu erlangen, um deren Potenziale auszuschöpfen und sie langfristig zu etablieren.“

Martin Angerers Forschungsinteressen umfassen neuartige Sensoren und Wandler mit Schwerpunkt auf medizinischen Anwendungen. Sein Fachwissen umfasst die Entwicklung, Modellierung, Herstellung, Charakterisierung und Optimierung von piezoelektrischen und mikromechanischen Sensor- und Wandlertechnologien. Am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) promovierte er über neuartige Ultraschall-Wandlersysteme zur 3D-Bildgebung für die Brustkrebs-Frühdiagnostik. Die Ultraschall-Computertomographie kombiniert die Vorteile der Ultraschallbildgebung und der 3D-Bilddiagnostik. Dadurch hat sie das Potenzial, die Früherkennung von Brustkrebs maßgeblich zu verbessern.

„Ultraschall birgt ein enormes, ungenutztes Potenzial in verschiedenen Bereichen von Wissenschaft und Technik. Mich fasziniert besonders das Zusammenspiel von theoretischen Grundlagen und deren praktischer Anwendung um neuartige Technologien und Systeme zu ermöglichen.“

Metals and minerals are indispensable for a new energy system. To build and sustain this system, complex metal deposits must be mined with maximum efficiency and minimal environmental impact. Lucas Pereira from HZDR has been working on particle-based separation models in his PhD and applying machine learning to improve the understanding and prediction of mineral processing.

“Metals are the fuel of our new energy system. To build and maintain this system, complex metal deposits must be mined with maximum efficiency and minimum environmental impact. This is the challenge that drove me to develop a method to quantify the recoverability of individual micron-sized particles of complex nature.”

Earthquakes are among the most consequential natural hazards to which society is exposed. In his doctoral thesis at GFZ, Jannes Münchmeyer used artificial intelligence to understand earthquakes and provide early warning of strong tremors.

“Earthquakes are among the most consequential natural hazard society faces. In my research, I develop novel artificial intelligence methods to understand earthquakes and to provide early warning for strong shaking. This way, I aim to reduce the hazard posed by earthquake to humans.”

CRISPR are specific genetic segments in the DNA of bacteria and an important part of their immune system. This is where information about infections or modifications are stored. With the help of sophisticated technologies, this information can be used to better understand, predict and treat disease progression. In his PhD at HIRI, Chunlei Jiao has developed innovative CRISPR-based platforms that can also record past cell states and allow drawing conclusions about those pathogens that bacteria have previously encountered. This has great potential for more accurate diagnoses and treatments of diseases.

“CRISPR serves as a continual wellspring for new technologies. Throughout my PhD, I contributed to this expansion by developing innovative platforms for RNA detection and recording, which hold great potential for disease diagnosis.”

Supraglacial lakes in Antarctica form when meltwater collects on the ice surfaces. They influence whether glaciers loose or gain mass. Despite this, however, supraglacial lakes in Antarctica have hardly been studied to date. In her PhD, Mariel Dirscherl from DLR developed  developed an AI-based system that for the first time evaluates optical and radar-based satellite images and can thus automatically record and analyze Antarctic meltwater lakes. The data set provides an important basis for modeling the future contribution of Antarctica to global sea level rise.

“Since supraglacial lakes in Antarctica have been poorly studied, I was particularly interested in raising awareness of their importance in the context of global climate change.”

Since its first second, our universe has been in a high-energy stage that involves particle physics that happens beyond and cannot (yet) be mapped by standard models. Thanks to gravitational waves emanating from primordial sources, we have access to and can explore previously unreachable time and energy scales. Peera Simakachorn investigated how current and future observatories are suited to explore gravitational waves in a wide range of frequencies in his PhD at DESY. His work has helped provide scientific arguments for future experiments, particularly for the Einstein telescope. In addition, Peera Simakachorn also researched gravitational waves in the ultrahigh-frequency range - currently still uncharted scientific territory.

„With current and future observatories, we’ll soon be able to read our cosmos’ uncharted history through the GW backgrounds, like a cosmic-history book. I’m happy to contribute to that.”

Pancreatic cancer is a highly lethal disease, which lacks efficient therapies. Chiarfa Falcomatá, from the Icahn School of Medicine at Mount Sinai in New York, has been studying the molecular and cellular bases of this tumor entity, gaining important knowledge on its biology, the cell types that compose it and what signals keep tumor cells alive and protect them from immune attack. With this important information, she has developed new strategies to block these signals and eliminate the tumor cells with the help of the immune system.

“So far, there are hardly any effective therapies against pancreatic cancer. With my research, I want to develop new strategies that our immune system can use to fight the tumor cells.”

Safe, efficient storage technologies are necessary for a successful energy transition. Hannes Radinger's doctoral research at KIT focused on carbon-based electrodes in flow batteries. These batteries have great potential as storage devices to store, for example, solar energy for the use during nights. To further advance this technology, Hannes Radinger has studied the surface properties, structure, and electrochemical behavior of these batteries. The results provide profound insights into the underlying interface phenomena in electrochemistry and help to expand the important fundamental research for energy storage.

„My passion for advancing energy storage technology and challenging existing beliefs drives me to push the boundaries of basic science.“

Microbiomes refer to the totality of microorganisms (e.g. bacteria or viruses) living on or in a host. The metabolic activities of these organisms can be used for various biotechnological applications, such as pharmaceutical products, food or detergents. Flávio Baleeiro investigated at UFZ and KIT how microbiomes can help us get rid of our waste while fixing carbon with unmatched efficiency. During the process, the microbiome produces chemicals that can be used in industrial processes.

“A microbiome can get rid of our trash and fix carbon with unmatched efficiency. This fascinating fact drives my pursuit of developing a circular economy around them.”

Low-temperature energy sensors such as the Magnetic Microcalorimeter achieve high resolutions, are fast and can be integrated on chips in large numbers. To make them useful for experiments or measurement systems and to read out temperatures close to absolute zero, a tailored readout method is needed. In his doctoral thesis, Nick Karcher at KIT developed a measuring electronic-system to read out signals from cryogenic particle detectors during the measurement time.

„I hope that my new method will open up completely new possibilities for future experiments in physics."

Richard Gebauer studied and completed his doctorate at the Karlsruhe Institute of Technology (KIT) in the field of quantum computing. Parallel to his doctorate, he completed a Master of Business Administration (MBA) at the international Collège des Ingénieurs. Since March, he has been working as a strategy consultant at PwC Strategy&, but also continues to support the scientific work at KIT as a postdoc.

„Innovative and disruptive technologies excite me. Contributing in quantum computing has been a great pleasure for me. The fact that our system enables new applications has always motivated me.”

Iulia Cojocariu graduated in chemistry from La Sapienza University, Rome, Italy. She then moved to Forschungszentrum Jülich at the Peter Grünberg Institute for Electronic Properties, where she completed her doctorate under the supervision of Prof. Claus M. Schneider. She defended her doctoral thesis in physics at the University of Duisburg-Essen. She is now working as a postdoc at the Elettra Synchrotron and at the University of Trieste.

„Molecular interfaces are extremely versatile tools for spin-electronic devices. My research contributes to a better understanding of their magnetic, chemical and electronic properties.“