Werkstoffe - Forschung und Innovationen

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1 Koblenz, Werkstoffe - Forschung und Innovationen Dr. Gerd Schumacher, Nationale Kontaktstelle Werkstoffe, Projektträger Jülich - PtJ

2 Programmstruktur HORIZON 2020 Exzellente Wissenschaften FET - Open - Proactive - Flagship ERC Marie Skłodowska Curie Forschungsinfrastrukturen Führende Rolle der Industrie Grundlegende und industrielle Technologien - IKT (Nano- und Mikroelektronik) - Nanotechnologie - Fortgeschrittene Werkstoffe - Biotechnologie - Produktionstechniken - Weltraum - MultiKETs Risikofinanzierung Innovation in KMU Gesellschaftliche Herausforderungen Gesundheit, demographischer Wandel und Wohlergehen Ernährungssicherheit und Meeresforschung Sichere, saubere und effiziente Energie Intelligenter, umweltfreundlicher und integrierter Verkehr Klimaschutz, Ressourceneffizienz und Rohstoffe Integrative, innovative und reflexive Gesellschaften 2

3 Arbeitsprogramm und Calls 2014/2015 Innerhalb des Arbeitsprogrammes LEIT gibt es 3 Abschnitte: Abschnitt Nanotechnologies, Advanced Materials, Biotechnology and Advanced Manufacturing and Processing (NMPB) Calls (Aufrufe) 1. Call for Nanotechnologies, Advanced Materials 37 (21+17) Topics and Production 2. Call for Biotechnologies: 6 (4+3) Topics 3. Call for FoF - Factories of the Future: 14 (7+7) Topics 4. Call for EeB Energy-efficient Buildings: 8 (4+4) Topics 5. Call for SPIRE Sustainable Process Industries: 8 (4+4) Topics 6. Call for SILC II Sustainable Industry Low Carbon II call considered 7. Fast track to Innovation Pilot to be announced 3

4 Struktur des NMPB-Arbeitsprogramms NMP: Activity 1: Activity 2: Activity 3: Activity 4: Activity 5: Activity 6: Bridging the gap between nanotechnology research and markets Nanotechnology and Advanced Materials for more effective Healthcare Nanotechnology and Advanced Materials for low-carbon energy technologies and Energy Efficiency Exploiting the cross-sector potential of Nanotechnologies and Advanced Materials to drive competitiveness and sustainability Safety of nanotechnology-based applications and support for the development of regulation Addressing generic needs in support of governance, standards, models and structuring in nanotechnology, advanced materials and advanced manufacturing and processing 4

5 Struktur des Abschnittes NMPB des LEIT Arbeitsprogramms (2) Biotechnologie: Activity 1: Activity 2: Activity 3: Cutting-edge biotechnologies as future innovation drivers Biotechnology-based industrial processes driving competitiveness and sustainability Innovative and competitive platform technologies PPPs: Activity FoF Factories of the Future Activity EeB Energy-efficient Buildings Activity SPIRE Sustainable Process Industries 5

6 1. Bridging the gap between nanotechnology research and markets Industrielle Wertschöpfungsketten: Multifunktionelle Leichtbaumaterialien und umweltverträgliche Kompositwerkstoffe Strukturierte Oberflächen Funktionelle Fluide Vorläuferstudien gibt es bereits. Hier geht es jetzt um scale up zur Markteinführung Wichtige Punkte: verbesserte Verfahrenstechnik (definierte Parameter, Reproduzierbarkeit etc.), in-situ Metrologie Reale Produktionsbedingungen! KMU sind eingeladen mitzumachen Quelle: istock 6

7 1. Bridging the gap between nanotechnology research and markets NMP NMP NMP NMP NMP NMP Open access pilot lines for cost effective nanocomposites (single stage, ) Integration of novel nano materials into existing production lines (single stage, ) Manufacturing and control of nanoporous materials (single stage, ) High definition printing of multifunctional materials (single stage, ) Industrial-scale production of nanomaterials for printing applications (single stage, ) Novel nanomatrices and nanocapsules (single stage, ) NMP Additive manufacturing for tabletop nanofactories (single stage, ) 7

8 Open access pilot lines for cost effective nanocomposites (NCs) (NMP ) Herausforderung: Fokus: kostengünstige und nachhaltige industrielle Produktionsprozesse für Nanokomposite entwickeln. Selektion und Optimierung der Prozess- und Materialparameter: GU und Institute sollen KMU Zugang zu pilotlines verschaffen es soll eine schon existente Pilotlinie genutzt werden! Sollte neue Methoden/ Instrumente beinhalten (Hochdurchsatzverfahren) Start Implementierung TRL 4-5 Ziel TRL 6; cross-ket activity Verwertung: Förderinstrument: eco-system for high TRL testing and validation of NCs, affordable and accessible for SMEs/ erfolgreiches scale-up Research & Innovation Actions (100% funding) erwartete Projektgröße: 5 bis 8 Mio.

9 Integration of novel nanomaterials into existing production lines (NMP ) Herausforderung: Nanomaterialien weisen viele Vorteile gegenüber konventionellen Werkstoffen auf. Kritischer Punkt: Industrielle Produktion. Fokus: Start Implementierung TRL 5-6 Ziel TRL 7; cross-ket activity smart specialisation Verwertung: Förderinstrument: Beschleunigung der kommerziellen Verwendung von Nanomaterialien Innovation Actions erwartete Projektgröße: 5 bis 8 Mio. 9

10 Manufacturing and control of nanoporous materials (NMP ) Herausforderung: Fokus: Zunehmende technische Bedeutung der nanoporösen Materialien. Bislang Übergang vom Labor in die industrielle Herstellung kritisch. reproduzierbare Prozessrouten zur Erzeugung definierter Strukturen im industriellen Maßstab Start Implementierung TRL 4-5 Ziel TRL 6; cross-ket activity smart specialisation Verwertung: Förderinstrument: Erhöhung der Wettbewerbsfähigkeit/ Erhöhung der Produktionsmenge, höhere Zuverlässigkeit, niedrigere Kosten Innovation Actions erwartete Projektgröße: 5 bis 8 Mio. 10

11 High definition printing of multifunctional materials (NMP ) Herausforderung: Fokus: Herstellungsverfahren für flexible Substrate (Rolle zu Rolle/ Schicht zu Schicht) sollen auf die Produktion von Nanostrukturen ausgedehnt werden reproduzierbare Prozessrouten zur Erzeugung definierter Strukturen im industriellen Maßstab Start Implementierung TRL 4-5 Ziel TRL 6; cross-ket activity smart specialisation Verwertung: Förderinstrument: Erhöhung der Wettbewerbsfähigkeit/ Erhöhung der Produktionsmenge, höhere Zuverlässigkeit, niedrigere Kosten Innovation Actions erwartete Projektgröße: 5 bis 8 Mio. 11

12 Industrial-scale production of nanomaterials for printing applications (NMP ) Specific challenge: Suitable nanomaterials formulations (inks) for low cost liquid based high-resolution deposition and patterning processes Scope: Synthesis and functionalisation of inorganic and hybrid nanomaterials; Controlling crystallinity and morphology of functional particles; rheological properties for wet deposition technologies TRL 4-5 TRL 6; cross-ket activity Expected impact: Materials for R2R processing low cost, high performance, environmentally friendly new market opportunities for Materials suppliers (SMEs) collaboration within value chain; Standardisation in interaction nanomaterial/r2r-process Type of action: Innovation Actions; expected contribution: 5-8 Mio.

13 2. Nanotechnology and Advanced Materials for more effective Healthcare Unterstützung von effektiven Therapien im Bereich Gesundheit für häufige Erkrankungen Ziel: Technologien und Therapien sollen soweit entwickelt werden, dass diese Reif für klinischen Studien sind Gender Aspekte sowie andere Aspekte (z.b. gerontologische und physische Faktoren) sollen berücksichtigt werden Quelle: istock 13

14 2. Nanotechnology and Advanced Materials for more effective Healthcare Themen: Nanomedizin: Hochskalierung der Produktion, Krebstherapie Biomaterialien: KMU-Vernetzung, Diabetes, Alzheimer x Quelle: istock 14

15 2. Nanotechnology and Advanced Materials for more effective Healthcare NMP NMP Scale up of nanomedicine production (single stage, ) Networking of SMEs in the nano-biomedical sector (single stage, ) NMP Biomaterials for the treatment of diabetes mellitus (first Stage: ; second Stage: ) NMP Nanomedicine therapy for cancer (first stage: second stage: ) NMP Biomaterials for treatment and prevention of Alzheimer`s disease (first stage: second stage: ) 15

16 3. Nanotechnology and Advanced Materials for low-carbon energy technologies and Energy Efficiency Beitrag zu den Energie- und Klimapolitischen Zielen der EU2020-Strategie Verbesserung der Nutzung erneuerbarer Energieressourcen und der Energieeffizienz Ziel: Demonstrator/ technology readiness für Überführung in die Anwendung. Pilotvorhaben/ Produktionsvorhaben sollen später in den gesellschaftlichen Herausforderungen erfolgen Beitrag zur EMIRI Materials Roadmap Enabling Low Carbon Energy Technologies Bestimmung des time to market der neuen Technologien Der Verwertungszeitraum muss zur zeitlichen Perspektive der EU2020 passen Quelle: istock 16

17 3. Nanotechnology and Advanced Materials for low-carbon energy technologies and Energy Efficiency NMP Storage of energy produced by decentralised soures (first stage: , second stage: ) NMP ERA-NET on Materials (including Materials for Energy) NMP Materials innovations for the optimisation of cooling in power plants (first stage: , second stage: ) NMP Extended in-service life of advanced functional materials in energy technologies (capture, conversion, storage and/or tramission of energy) (first stage: , second stage: ) NMP Post-lithium ion batteries for electric automotive applications (single stage: ) 17

18 Storage of energy produced by decentralised sources (NMP ) Herausforderung: Fokus: Expected impact: Zunehmende dezentrale Energieproduktion und Notwendigkeit der Netzstabilisierung und deshalb Bedarf der Verbesserung von Speicherkapazitäten Materialinnovationen sollen die technische Leistungsfähigkeit und Kosteneffizienz von Energiespeichern erhöhen. Insbesondere Hybridsysteme werden angepeilt. Ausgeschlossen sind Wasserstoffthemen wg JTI Fuel Cells Thema relevant for Smart Specialisation Implemented at TRL 5 Avisierte Projektgröße: 6-8 Mio. Voraussetzungen für die weitere Erhöhung des Anteils der erneuerbaren Energien schaffen Type of action: Implementierung der Themen aus EMIRI und SET Plan Roadmaps Research & Innovation Actions 18

19 Post-lithium ion batteries for electric automotive applications (NMP ) Herausforderung: Fokus: Elektromobilität als Chance für die nachhaltige Mobilität insbesondere im urbanen Raum. Thema aus der EGVI Roadmap. Projekte sollen auf den Ergebnissen bisherigen Maßnahmen aufsetzen, insbeosndere der PPP Green Car Es geht darum die Schlüsselfaktoren einheitlich zu verbessern. Insb. Crash Sicherheit, Alterung, Lebensdauer. Technische Anforderungen der Automobilindustrie berücksichtigen! Schwerpunkte:. Neue Kathodenmaterialien und Batteriechemie; Mindestens Verdopplung der Energiedichte gegenüber heutigen LIB-Systemen Implemented at TRL 4, Avisierte Projektgröße: 6-8 Mio. Expected impact: Type of action: Forderung von Batteries made in Europe; Erhöhung der gesellschaftlichen Akzeptanz (Erhöhung der Reichweite) Research & Innovation Actions 19

20 Materials innovations for the optimisation of cooling in power plants (NMP ) Kühlwasserproblem/ Energiewirtschaft ist der größte Wasserverbraucher nach der Landwirtschaft Thermal Power Plant 500MW verbraucht 26 Mio. Liter Wasser pro Tag Fokus: Materialien für Kühlkreisläufe in Thermal Power Plants. Optimierung der Leistung der Kreisläufe/ Betrieb bei höheren Temperaturen Test im Kraftwerk vorzusehen! TRL 6 Funding Type: Innovation Action Erwartetes Projektvol.: 6-10 Mio. Quelle:istock 20

21 Extended in-service life of advanced functional materials in energy technologies NMP Innovative Funktionsmaterialien haben heute das Potenzial die Effizienz dezentraler Energieanlagen zu steigern Für Neuinstallationen sind bis zu 25 Betriebsjahre vorgesehen Durch den Einsatz der neuen Funktionsmaterialien dürfen sich die Standzeiten und Servicekosten nicht erhöhen Bereits ausentwickelte neue Energiewerkstoffe sollen hinsichtlich longterm inservice degradation untersucht werden. TRL 6 Funding Type: Innovation Action Erwartetes Projektvolumen: 6-10 Mio. 21

22 4. Exploiting the cross-sector potential of Nanotechnologies and Advanced materials to drive competitiveness and sustainability Nutzung von N+M in verschiedenen Anwendungen und unterschiedlichen Wirtschaftsbereichen Beitrag von N+M zur Verbesserung der Industriellen Wettbewerbsfähigkeit Europas + ihr Beitrag zur nachhaltiger Wirtschaft Internationale Kooperationen sind teilweise zu empfehlen 22

23 4. Exploiting the cross-sector potential of Nanotechnologies and Advanced materials to drive competitiveness and sustainability Inhalte: Kreativsektor Materialien für die Restaurierung von Kulturgütern Technische Textilien Niedrigenergielösungen für die Trinkwasser-Aufbereitung Verbesserung des Technologietransfers in der Produktionstechnik 23

24 4. Exploiting the cross-sector potential of Nanotechnologies and Advanced materials to drive competitiveness and sustainability NMP : NMP : NMP : NMP : NMP : NMP : NMP : Materials solutions for use in the creative industry sector (first stage: , second stage: ) Materials for severe operating conditions, including addedvalue functionalities (first stage: , second stage: ) Widening materials models (first stage: , second stage: ) Materials-based solutions for the protection or preservation of European cultural heritage (first stage: , second stage: ) Fibre-based materials for non-clothing applications (first stage: , second stage: ) Novel materials by design for substituting critical materials (first stage: , second stage: ) Low-energy solutions for drinking water production (first stage: , second stage: ) 24

25 Der Sektor der Kreativindustrie Welche Bereiche gehören zur Kreativindustrie? Denkmalpflege, Darstellende Kunst, Kino, Musikbranche, Verlage, Mode, Designer, Architektur, Sportartikelindustrie Fakten: 6,7 Mio. Beschäftigte in der EU, 3,3% des BIP deutsche Designer in der EU, DE führender Standort 36 Mrd. Umsatz mit Design 25

26 Materials solutions for use in the creative industry sector (NMP ) Herausforderung: Adding value to products, services, processes and market structures e.g. by a wider use of design in manufacturing industries Fokus: - F&E zu innovativen Werkstofflösungen basierend auf Abfallstoffen oder Nebenprodukten zu Herstellung neuer Materialien oder biomimetischer Ansätze - Ansätze zur Reduktion von Energieverbrauch und ökologischem Footprint - Demonstration der Einsatzmöglichkeit in der Industrie - Thema eignet sich für smart specialisation - Fokus TRL 6 Expected impact: Ziele der entsprechenden EU Politik COM(2012)537 Type of action: Innovation Actions; Projektgröße: ca. 4 8 Mio. 26

27 Materials-based solutions for the protection or preservation of European cultural heritage (NMK ) Specific challenge: Time, exposure and environmental changes present significant threats to European cultural heritage Scope: - One or more functional materials for highly innovative techniques in the restoration and preventive conservation of works of art - Environmental impact assessment of the new material - Proof of concept in terms of products and/or process - Implemented TRL 6 (particularly suitable for SME participation) Expected impact: Practical and affordable solutions in terms of cost and/or complexity Type of action: Innovation Actions (70% funding) 27

28 5. Safety of nanotechnology-based applications and support for the development of regulation Risikomanagement entlang der gesamten Wertschöpfungskette Zusammenarbeit mit EU Nanosafety Cluster, OECD-WPMN, Zusammenarbeit mit US, Kanada, Australien, Korea, Japan, China, Brasilien 28

29 6. Addressing generic needs in support of governance, standards, models and structuring in nanotechnology, advanced materials and production Strukturelle Fragestellungen sind essentiell, um NMP erfolgreich für die und mit der Gesellschaft in Europa umzusetzen Unterstützung von Mobilisation and Mutual Learning (MML) internationale Zusammenarbeit mit Drittländern 29

30 PPP: Public Private Partnerships Die [contractual] PPPs sind keine echten Partnerschaften im Sinne eines Joint Undertaking (wie z.b. die JTIs) Deutliche Einflussnahme der privaten Seite auf die jeweils ausgeschriebenen Themen durch die PPP-Associations... EFFRA Factories of the Future E2BA Energy efficient Buildings A.SPIRE Sustainable Process Industries Die Associations sind Gründungen der entsprechenden Europäischen Technologieplatformen (ETPs) MANUFUTURE, ECTP und SusChem 30

31 Activity FoF Factories of the Future Hohe Bedeutung für den Arbeitsmarkt: Schaffen 20% aller Arbeitsplätze (30 Mio. Menschen) in Europa in 25 verschiedenen Sektoren in mehr als 2 Millionen Betrieben Zugehöriger Service Bereich: weitere 60 Mio. Arbeitsplätze Ziel: Produkte sind grüner, kundenorientiert, von höherer Qualität + Nachfrage-gesteuerte Industrie mit geringerer Abfallproduktion und geringerem Energieverbrauch Themen: IKT für Produktion Ressourceneffizienz und Abfallvermeidung (life cycle management) Sichere Arbeit: Zusammenarbeit zwischen Mensch und Roboter Personalisierte Produkte 31

32 FoF Förderthemen FoF1-2014: FoF2-2014: FoF3-2014: FoF4-2014: FoF5-2014: FoF6-2014: FoF7-2014: Process optimisation of manufacturing assets Manufacturing processes for complex structures and geometries with efficient use of material Global energy and other resources efficiency in manufacturing enterprises Developing smart factories that are attractive to workers innovative product-service design using manufacturing intelligence Symbiotic human-robot collaborations for safe and dynamic multimodal manufacturing systems Support for the enhancement of impact of FoF PPP projects 32

33 FoF Förderthemen FoF8-2015: FoF9-2015: ICT enabled modelling,.. ICT Innovation for Manufacturing SMEs FoF : Manufacturing of custom made parts for personalised products FoF : Flexible production systems based on integrated tools for rapid reconfiguration of machinery and robots FoF : Industrial technologies for advanced joining and assembly processes of multimaterials FoF : Re-use and remanufacturing technologies and equipement for sustainable product lifecycle management FoF : Integrated design and management of production machinery and processes 33

34 Manufacturing processes for complex structures and geometries with efficient use of material (FoF ) Specific challenge: Mechanical products with structural optimisation & economically efficient production. 3D structured, multi-layered and hybrid materials, joining issues or the joint-free realisation of complex shapes. Resource and energy efficient production processes. Scope: process Expected impact: Type of action: Integrated models of both processes and machines for control and monitoring strategies. Innovative process concepts and tools, including design. Innovative machinery. Remanufacturing and recycling, novel use of waste streams. Focus on TRL 4-6 Reduction of at least 30% in the material usage. Reduction of at least 20% in the overall energy consumption. Elimination of faulty manufactured parts. Research & Innovation Actions; expected contribution: 3 6 Mio. 34

35 FoF : Industrial technologies for advanced joining and assembly processes of multi-materials Herausforderung: Potential von Multimaterialen für neue Anwendungsfelder im Bereich Festigkeit/ Gewichtsverhältnis/ Multifunktionalität/ Korrosionsbeständigkeit etc. sehr hoch. Verbesserung der Eigenschaftsmatrix von Multimaterialien durch Verarbeitung mit Fügetechnologien Fokus: Impakt: Instrument: Herkömmliche Fügeverfahren führen zu Performance- Verlust. Neue Verfahren, wie die hybriden Fügeverfahren sollen daher angewandt werden (inkl. Inspektionsverfahren). Bonden, Schweißen, mechanisches Fügen etc. 20% weniger kritische Materialien 30% Perfomancesteigerung Innovation action 35

36 Activity EeB Energy-efficient Buildings Verbesserung der Energieeffizienz in Gebäuden: Schnellere Reduktion des Energieverbrauches und CO2 Ausstoßes (2020 Ziele) durch mehr Renovierungen Nachhaltiges wissensbasiertes Business entwickeln Entwicklung systemischer Ansätze für grüne Gebäude und Bezirke, wobei Interoperabilität und Standards bedacht werden sollen Förderung neuer, hochqualitativer Jobs im Bausektor R&I nutzen, um mindestens 40 innovative Fertigungstechnologien in folgenden Bereichen einzusetzen und zu integrieren: Innovativer Bau, Umbau/ Nachrüstung, Ansätze auf Bezirksebene Quelle: istock 36

37 Activity EeB Energy-efficient Buildings Themen: Verbesserung der Gebäudehülle (Reduktion grauer Energie der Baumaterialien) Techniken zum Qualitätscheck für Gebäude Lösungen zur Speicherung von Erdwärme im Haus Renovierungen 37

38 Materials for building envelope (EeB ) Herausforderung: Fokus: Betrachtung der Gesamtenergiebilanz im Gebäudebereich inklusive der grauen Energie Entwicklung neuer Materialien/ Lösungsansätze für Gebäudekomponenten mit niedrigerer grauer Energie, geringerer CO2 Emission und verbesserten Isoliereigenschaften Weit über Stand der Technik; Adressiert Neubau und Bauen im Bestand; recycling/reuse of materials Fokus: TRL 6 und höher Erwarteter Impakt: Förderinstrument: 30%ige Reduktion der grauen Energie/ CO2 Reduktion des Gebäudes Verbesserung der Isoliereigenschaften um 20% Reduktion der Gesamtkosten um 15% - Innovation Action; Projektgröße: 3-6 Mio. 38

39 Activity SPIRE Sustainable Process Industries Beitrag der Prozessindustrie zu den EU 2020 Zielen Prozesse und Systeme für eine verbesserte Energie- und Material Ressourceneffizienz Beitrag zur Wettbewerbsfähigkeit der EU Sicherstellung von Wachstum und Arbeitsplätzen Umweltfreundliche Verarbeitung Reduktion der genutzten fossilen Energie um bis zu 30% bis 2030 Bis zu 20% geringere Nutzung nicht-erneuerbarer primärer Rohstoffe bis 2030 Beitrag Reduktion der Treibhausgasemissionen bis zu 40 % bis 2030 Weitere Verbesserungen geplant, die über die Prozessindustrie hinaus gehen Quelle: Festo 39

40 Activity SPIRE Sustainable Process Industries Themen: Anpassungsfähige Prozesse, die alternative Rohstoffe nutzen Prozesse, bei denen Wasser- und Abfallaufkommen reduziert werden Ressourcen und Energieeffizienz Rohstoffgewinnungstechnologien Industrielle Symbiose 40

41 Einreichungsfristen Einstufiges Evaluierungsverfahren NMP klassisch 2014-Themen: 6. Mai Themen: 26. März 2015 Achtung Ausnahmen! Hier: ERA-NET und das Green-Car-Thema! Zweistufiges Evaluierungsverfahren NMP klassisch 2014-Themen: Skizze: 6. Mai 2014; Vollantrag: 7. Oktober Themen: Skizze: 26. März 2015; Vollantrag: 8. September 15 PPP FoF, EeB und SPIRE 2014-Themen: 20. März Themen: 9. Dezember 2014 Separate Evaluierungstermine für das KMU-Instrument (je 2-4 Deadlines für Phase 1 und 2 pro Jahr) 41

42 NKS Service für Antragsteller Themenkommunikation: Hilfe bei der Themenplatzierung in Brüssel (MaterialsEuroRoads) Information: Newsletter, Newsflash, NMP Infotag in Düsseldorf, Intensivseminar in Frankfurt Beratung: Telefon-Hotline, NKS on Tour (Sprechstunde bei PtJ-Büros in München, Rostock, Berlin, Jülich) Unterstützung: Partnerbörse: online, webinars & NEU! Brokerage Tag PreScreening von Ideenpapieren und Anträgen 42

43 Ansprechpartner bei der NKS Werkstoffe Dipl-Ing. Ingo Rey Tel.: Eva Brockhaus Tel.: Programmkoordination NMP: Dr. Gerd Schumacher Tel.:

44 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! 44