Die mikrobielle Brennstoffzelle besteht aus einer Anode und einer Kathode, die dem Plus- und Minuspol einer Batterie entsprechen. Elektroaktive Mikroorganismen geben Elektronen an die Anode ab, wenn sie organische Abfallprodukte wie Pflanzenreste abbauen und so die Entstehung von Algenblüten verhindern. Zudem wird die Filterung des Teichwassers mit Energieerzeugung in Form von Strom gekoppelt. Elektroaktive Mikroorganismen können für vielfältige innovative Technologien genutzt werden und eröffnen so neue Perspektiven für eine biobasierte Kreislaufwirtschaft.

Die Speicherung thermischer Energie in Grundwasserleitern durch ATES-Systeme (Aquifer Thermal Energy Storage) bietet Potenzial für ein CO2-freies Wärmemanagement im urbanen Raum. In der warmen Jahreszeit wird der Aquifer mit Warmwasser „beladen“, das im Winter hochgepumpt wird. Im Winter kehrt sich der Prozess um. Oberflächennahe Aquifere sind jedoch häufig durch industrielle Altlasten kontaminiert, wodurch ihre Funktion als saisonale Wärmespeicher eingeschränkt ist. Im KONATES-Projekt wird untersucht, wie der zyklische Betrieb einer thermischen Bewirtschaftung mit einer gleichzeitigen Grundwassersanierung
kombiniert werden kann.

Die Dürren der letzten Jahre haben verdeutlicht, wie schnell der Grundwasserspiegel sinken und Wasser zu einer knappen Ressource werden kann – auch in unseren geografischen Breiten. Die Wiederverwendung von Wasser dezentral und vor Ort ist eine wichtige Maßnahme um Trinkwasserreserven zu schonen. Ein Sumpfpflanzendach kann hier gleich mehrere Funktionen übernehmen. Es reinigt Grauwasser (fäkalienfreies Haushaltsabwasser), kühlt an heißen Tagen die Umgebung und bietet Insekten Nahrung – stärkt also die urbane Biodiversität.

Der Klimawandel führt zur Verschiebung der Niederschlagsmuster: Dürren auf der einen und Starkregen auf der anderen Seite nehmen immer mehr zu. Innovative Methoden der Regenwasserbewirtschaftung werden entwickelt, um Trockenperioden besser zu meistern, um im Fall von Starkregen die Kanalisation zu entlasten und lokale Überflutungen zu vermeiden. Ein Retentionsgründach erhöht die Aufnahmefähigkeit eines Gründachaufbaus für Regenwasser um ein Vielfaches und dient zur kontrollierten Bewässerung der Gründachvegetation.

Baumrigolen – mit Bäumen bepflanzte unterirdische Wasserspeicher – sind Teil Blau-Grüner Infrastruktur. Mit ihrer Hilfe kann der Straßenabfluss kontrolliert werden, sodass bei Starkregen die Gefahr von Überschwemmungen in Städten sinkt. Mit dem Regenwasser gelangen organische Schadstoffe wie beispielsweise Reifenabrieb oder Kraftstoffauslauf in den Wurzelraum und können dort von der Mikroben-Gemeinschaft teilweise abgebaut werden. UFZ-Forschende testen, wie durch Zugabe von Pflanzenkohle und organischen Abbaustimulanzien dieser Schadstoffabbau optimiert werden kann.

Im Verbund mit anderen blau-grünen Infrastrukturen haben Gründächer neben ihrem optischen Reiz vielfältige positive Wirkungen auf das Stadt- und Gebäudeklima, die Artenvielfalt, auf das Regenwassermanagement, aber auch auf die Bauwerkserhaltung. Auf dem UFZ-Forschungsgründach ermöglicht umfangreiche Sensorik die Erstellung von Energiebilanzen und  Langzeitmessungen der Effekte, die verschiedene Dachbedeckungen auf das Mikroklima und die Biodiversität haben und wie sie als Regenwasserspeicher und Schadstoffsenke funktionieren.

Im Freiland wirken Schadstoffe auf aquatische Lebensgemeinschaften häufig bei weit niedrigeren Konzentrationen als in Labor-Systemen. Grund dafür ist die kombinierte Wirkung multipler Stressoren. Das UFZ Fluss-Experiment besteht aus 47 Rinnen mit einer Länge von je 14 Metern und bildet ein natürliches Bachsystem nach, in dem einzelne Parameter gezielt gesteuert und überwacht werden können. Die Ergebnisse werden – gekoppelt mit Laborversuchen – mit mathematischen Modellen verarbeitet und führen zu realistischeren Vorhersagen von Chemikalieneffekten in Ökosystemen.

Wissenschaftler:innen des UFZ entwickeln und erproben Messverfahren, um natürliche und anthropogene Prozesse und deren Auswirkungen zu beobachten. Dazu gehören Verfahren, mit denen der Boden in bis zu 30 m Tiefe sondiert wird, um sowohl die Beschaffenheit als auch Verunreinigungen des Untergrundes zu beschreiben. Auf dieser Testfläche erprobt das UFZ solche Sondierverfahren und weitere Sensortechnik. Dazu gehören Sensoren, die in einem Radius von bis zu 150 m mithilfe kosmischer Strahlung die Bodenfeuchte in der Wurzelzone erfassen können und somit Dürre-Vorhersagen verbessern. Außerdem werden Feinstaub- und Stickoxid-Sensoren getestet, um – gekoppelt mit künstlicher Intelligenz – Verkehrsströme in Leipzig und anderen Städten umweltsensitiv zu lenken.

Stadtbäume tragen dazu bei, dem Klimawandel zu begegnen und Städte lebenswerter zu machen. Sie kühlen die Umgebung durch Beschattung und Verdunstung, erhöhen die Artenvielfalt und machen Erholungsräume attraktiv. Um diese Funktionen optimal zu erfüllen, benötigen Bäume ausreichend Platz, Boden und Wasser. Gemeinsam mit den Helmholtz-Zentren KIT und Hereon messen UFZ-Wissen- schaftler:innen am Beispiel der Winterlinde, wie sich unterschiedliche Bewässerung im Sommer auf Saftfluss, Stamm- und Wurzelwachstum sowie auf Lufttemperatur und -feuchte im Kronenraum auswirkt. Die Ergebnisse tragen zu einer nachhaltigen Stadtplanung und zu anpassungsfähigen Baumbewirtschaftungsstrategien bei.

Im Demonstrationsvorhaben „Pilot-SBG“ wurde eine Pilotanlage im Technikumsmaßstab geplant, errichtet und im Versuchsbetrieb getestet. Die Anlage kombiniert innovative Verfahren wie Methanisierung und hydrothermale Prozesse mit bewährter Technik wie anaerober Vergärung und Separationstechnologien. Ziel ist ein wettbewerbsfähiges Bioraffineriekonzept unter Einsatz von fortschrittlichen Ausgangsstoffen wie Stroh, Gülle und Bioabfällen. Im Sinne einer innovationsunterstützenden Dienstleistung werden Prozesse optimiert und Daten ausgewertet, um mit Hilfe eines Konzeptes den Transfer in den kommerziellen Maßstab zu unterstützen. Im Fokus stehen dabei Kreislaufwirtschaft, Sektorkopplung, CO₂-Minderung sowie die Nutzung von grünem Wasserstoff zur Methanisierung von biogenem CO₂.

Biogasanlagen liefern Methan, CO₂, Gärreste und weitere Produkte mit breitem Anwendungsspektrum vom Energieträger über Dünger bis zur Plattformchemikalie, besonders als erneuerbarer Kohlenstoffträger. Hierbei kommen vielfältige Futterstoffe zum Einsatz, vom nachwachsenden Rohstoff bis zum Abfall. Erst bei der Skalierung zeigen sich Effekte, die unter Laborbedingungen ausbleiben. Seit 2012 trägt die Forschungsbiogasanlage des DBFZ zur anwendungsorientierten Forschung im Praxismaßstab bei und gewährleistet so eine gute Übertragbarkeit der Ergebnisse in die Anwendung für Landwirtschaft und Industrie. Die Kopplung von Biogasanalytik, Laborversuchen und Forschungsbiogasanlage am DBFZ ermöglicht die Entwicklung innovativer Verfahren, effizienter Prozesse und gesamtheitlicher Systemintegration für die Wertschöpfung erneuerbarer Systeme.

Im vom DBFZ entwickelten Kocher “APELI” basiert die Verbrennung auf einem mehrstufigen Prozess, der es ermöglicht, den Brennstoff (Holzpellets und lokale Reststoffe wie Bambus oder Palmkernschalen) thermisch komplett zu nutzen.  Die fortschrittliche Prozessführung und die Nutzung einer handelsüblichen Konservendose als Brennkammerbasis ermöglicht die äußert kleinen Abmaße des Brenners mit entsprechend geringem Materialeinsatz. In einem simultanen Vergleichstest unter Feldbedingungen mit einem Kochfeuer und einem Holzkohlekocher überzeugte der “APELI” mit deutlich höherer Leistung und geringerem Brennstoffverbrauch. Bei der Nutzung von Holzpellets zeigte sich, dass ein Kochfeuer fünfmal und ein Holzkohlekocher über die gesamte Brennstoffproduktion sogar zwanzigmal so viel Holz bei gleichem Ergebnis benötigt.

Die DBFZ Ressourcendatenbank bildet das Aufkommen und die Verfügbarkeit biogener Ressourcen auf nationaler und EU-Ebene ab. Sie erfasst und visualisiert Potenziale und Nutzung zahlreicher biogener Abfälle und Reststoffe aus den Kategorien landwirtschaftliche Nebenprodukte, Holz- und forstwirtschaftliche Nebenprodukte, Siedlungsabfälle und Klärschlamm, industrielle Reststoffe und Reststoffe von sonstigen Flächen für Deutschland und die EU.  Die Datenbank wurde unter Mitwirken des DBFZ Datenlabors entwickelt, das alle Aktivitäten am DBFZ rund um Forschungsdaten, Data Science und Künstliche Intelligenz bündelt. Die Webanwendung steht allen Nutzer:innen offen und ist per Programmierschnittstelle (API) verfügbar.

Das HZDR entwickelt Lösungen für aktuelle Fragestellungen in den Forschungsbereichen Energie, Gesundheit und Materie – von der nachhaltigen Nutzung von Ressourcen über innovative Ansätze in der strahlenbasierten Krebsdiagnostik und -therapie bis hin zur Erfor-schung des Verhaltens von Materialien unter extremen Bedingungen. Daran arbeiten rund 1.500 Menschen an sechs Standorten. In Leipzig entwickeln Forschende radiomarkierte Substanzen und innovative Bildgebungsverfahren, um Hirntumoren präziser zu erkennen und Therapien individuell anzupassen. Außerdem untersuchen sie, wie Stoffe an Oberflächen reagieren und sich durch poröse Materialien bewegen – wichtig für nukleare Sicherheit, Umwelt- und Materialforschung.

In der Abteilung Reaktiver Transport des HZDR-Instituts für Ressourcenökologie am HZDR untersuchen wir die Wechselwirkungen zwischen Fluiden – also Gasen und Flüssigkeiten – und festen Materialien. Ein Schwerpunkt liegt auf der chemischen Reaktionskinetik von Sorption und Auflösung. Ein weiterer Untersuchungsaspekt sind Transporteigenschaften komplexer poröser Materialien. Wir entwickeln und verwenden radiochemische, tomographische und numerische Methoden. Die Anwendungen reichen von Korrosion und Materialabbau über die Mobilisierung und den Rückhalt von Schadstoffen bis hin zur Modifikation von Bio- und Nanomaterialien sowie der sicheren Entsorgung nuklearer Abfälle.

In der Abteilung für Experimentelle Neuroonkologische Radiopharmazie des HZDR-Instituts für Radiopharmazeutische Krebsforschung untersuchen wir die Entstehung und Eigenschaften von Gehirntumoren zur Entwicklung neuer Diagnosemethoden und Therapien. Von besonderem Interesse sind dabei die Transportprozesse zwischen Gehirn und restlichem Körper über die Blut-Hirn-Schranke sowie die Wechselwirkungen der Krebszellen mit Nervenzellen. Durch den Einbau radioaktiver Atome in pharmazeutische Wirkstoffe können wir Zielstrukturen genau adressieren und wichtige biologische Prozesse räumlich und zeitlich aufgelöst sichtbar machen.

Das INC Leipzig als eine unabhängige, gemeinnützige Industrieforschungseinrichtung verbindet wissenschaftliche Grundlagen mit industrieller Anwendung. Unser Schwerpunkt liegt auf physikalisch-chemischen Transformationstechnologien sowie auf Verfahren zur Produktreinigung und Rückgewinnung von Wertstoffen.
Als Kompetenzzentrum für Trennverfahren, insbesondere in Adsorption, Katalyse, Gaswäsche und Extraktion konzentrieren wir uns auf die anwendungsorientierte Entwicklung verfahrenstechnischer Prozesse und Analytik. Dabei entstehen praxisnahe Lösungen für eine nachhaltige Energie-, Umwelt- und Kreislaufwirtschaft. Im Mittelpunkt steht die Entwicklung innovativer Verfahren und Materialien, die zur Ressourcenschonung, Energieeffizienz und Emissionsminderung beitragen.