Ausgezeichnet

Helmholtz verleiht Promotionspreis

V.l.n.r.: Leonardo Ayala, Karina Winkler, Martin Angerer, Lukas Körber, Nils Christiansen, Zina Kallien, Joel Joseph, Maike Becker (MTZ-Helmholtz Health Award), Tobias Röddiger, Lina Dinkel, Michael Bergmann, Anna Vanderbruggen, Otmar D. Wiestler. Bild: David Marschalsky

Bei Helmholtz forschen knapp 9.000 Doktorandinnen und Doktoranden. Elf von ihnen wurden jetzt ausgezeichnet. Mit dem Promotionspreis würdigt Helmholtz jedes Jahr die besten und originellsten Doktorarbeiten.

Anna Vanderbruggen

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.“

Joel Joseph

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.“

Karina Winkler

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.“

Leonardo Ayala

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.“

Lina Dinkel

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.“

Lukas Körber

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.“

Michael Bergmann

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.“

Nils Christiansen

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.“

Tobias Röddiger

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

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 Angerer

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“

Die Preisträger:innen bei der Verleihung des Promotionspreise in der Berliner Geschäftsstelle der Helmholtz-Gemeinschaft. Bild: David Marschalsky

Der Helmholtz-Präsident Otmar D. Wiestler begrüßt die Promotionspreisträger:innen in der Berliner Geschäftsstelle der Helmholtz-Gemeinschaft. Bild: David Marschalsky

Otmar D. Wiestler überreicht den Promotionspreis an Zina Kallien, Helmholtz-Zentrum Hereon. Bild: David Marschalsky

Otmar D. Wiestler überreicht den Promotionspreis an Tobias Röddiger, KIT. Bild: David Marschalsky

Otmar D. Wiestler überreicht den Promotionspreis an Lina Dinkel, DZNE. Bild: David Marschalsky

Otmar D. Wiestler überreicht den Promotionspreis an Leonardo Ayala, DKFZ. Bild: David Marschalsky

Otmar D. Wiestler überreicht den Promotionspreis an Anna Vanderbruggen, Helmholtz-Institut Freiberg für Ressourcentechnologie (HIF). Bild: David Marschalsky