BMBF: Quantentechnologische und photonische Systemlösungen

Richtlinie zur Förderung von Projekten zum Thema „Quantentechnologische und photonische Systemlösungen für Herausforderungen des Umwelt- und Klimaschutzes, der Biodiversität, der nachhaltigen Energiesysteme und der Ressourcenschonung“, Bundesanzeiger vom 26.05.2023

1 Förderziel, Zuwendungszweck, Rechtsgrundlagen

Das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) beabsichtigt, das Themenfeld „Quantentechnologische und photonische Systemlösungen für Herausforderungen des Umwelt- und Klimaschutzes, der Biodiversität, der nachhaltigen Energiesysteme und der Ressourcenschonung“ im Rahmen des BMBF-Forschungsprogramms Quantensysteme zu fördern. Das Forschungsprogramm vereint Photonik und Quantentechnologien zweiter Generation unter dem Begriff Quantensysteme. Im Fokus der Förderrichtlinie sollen interdisziplinäre Forschungs-, Entwicklungs- und Best Practice-Vorhaben stehen.

Die Umsetzung der Agenda 2030 der Vereinten Nationen für eine nachhaltige Entwicklung mit ihren 17 Nachhaltigkeitszielen (Sustainable Development Goals [SDGs]) ist Ziel der deutschen Nachhaltigkeitsstrategie. Insbesondere die Umsetzung von SDG 13 „Maßnahmen zum Klimaschutz“ wurde in Deutschland mit dem Klimaschutzgesetz (Beschluss vom 12. Mai 2021) verstärkt in den Fokus genommen. Das ambitionierte Ziel Deutschlands ist es, bis 2045 klimaneutral zu werden.

Vor diesem Hintergrund soll die Förderrichtlinie das Themenfeld der besonders drängenden ökologischen Herausforderungen bei der Transformation in Richtung Nachhaltigkeit adressieren. Diesem werden insbesondere folgende SDGs zugeordnet: SDG 6 „sauberes Wasser“, SDG 7 „saubere Energie“, SDG 11 „nachhaltige Städte“, SDG 12 „nachhaltige Produktion (die auch Rebound-Effekt vermeidet)“, SDG 13 „Klimaschutz“, SDG 14 & 15 „Leben unter Wasser und an Land (Biodiversität)“.

Photonik und Quantentechnologien der zweiten Generation haben das Potenzial, wichtige Schlüsseltechnologien für ökologische Nachhaltigkeit zu sein. Ihre möglichen Anwendungsfelder sind vielfältig. Kompakte, dezentrale, photonische oder quantenbasierte Messsysteme können zum Monitoring von Umgebungen und Umwelt angewendet werden. Dadurch ergeben sich Chancen für innovative Lösungen z. B. in der nachhaltigen Mobilität, Wald- und Landwirtschaft sowie im Biodiversitäts- und Umweltschutz. Photonische Lösungen wie reversible Fertigung und berührungslose Identifizierung von Werkstoffen können einen Beitrag zur Kreislaufwirtschaft leisten. Anwendungen im Smart Farming können unter anderem durch hochaufgelöste photonische Sensorik oder laserbasierte Verfahren verbessert werden.

Um diese Potenziale und weitere Anwendungen zu erschließen, bedarf es jedoch noch erheblicher Forschungsanstrengungen. Daher soll die Förderrichtlinie „Quantentechnologische und photonische Systemlösungen für Herausforderungen des Umwelt- und Klimaschutzes, der Biodiversität, der nachhaltigen Energiesysteme und der Ressourcenschonung“ den Fortschritt in diesem Feld mit ambitionierten FuE1-Arbeiten beschleunigen. Dafür ist auch die Vernetzung der technologisch orientierten Akteure aus Photonik und Quantentechnologien mit den Bedarfsträgern und Anwendern aus dem Feld der Nachhaltigkeitsforschung notwendig.

1.1 Förderziel

Basierend auf den oben dargestellten Bedarfen hat die Förderrichtlinie zwei Ziele:

  • Quantentechnologische und photonische Systemlösungen für besonders drängende ökologische Herausforderungen bei der Transformation in Richtung Nachhaltigkeit zu erforschen und zu entwickeln
  • Zusammenarbeit und Vernetzung zwischen Akteuren aus Wirtschaft und Wissenschaft in den Bereichen Photonik/Quantentechnologie und Nachhaltigkeit zu fördern

Das realistische und anspruchsvolle Ziel der Förderung ist es, während der Projektlaufzeit neuartige Lösungsansätze mit nachweisbarem Bezug zu den in Nummer 1 genannten ökologischen Nachhaltigkeitszielen (SDGs) zu entwickeln und deren Anwendung zu demonstrieren. Ausgangspunkt sind dabei die Technologiefelder Photonik und Quantentechnologien (hier insbesondere Quantensensorik- und Messtechnik). Der Transfer von photonischen und quantentechnologischen Systemen aus der Forschung in Anwendungen für die Nachhaltigkeit soll dazu beitragen, den Wirtschaftsstandort Deutschland als Vorreiter für nachhaltige Innovationen im internationalen Wettbewerb zu stärken. Dabei sollen Kooperationen zwischen Akteuren aus Wissenschaft und Wirtschaft etabliert werden. Ebenso soll die Zusammenarbeit zwischen der Quantentechnologie- und Photonik-Community einerseits und den Akteuren der ökologischen Nachhaltigkeit als Impulsgeber und Anwender andererseits gestärkt werden.

Ein Erfolgskriterium für die geförderten Verbundprojekte ist das im Verlauf der Projekte erschlossene Anwendungspotenzial der Quantentechnologien und Photonik für die Lösung von Herausforderungen der ökologischen Nachhaltigkeit. Auch die Veröffentlichung erzielter Ergebnisse in wissenschaftlichen Zeitschriften und Konferenzbeiträgen, gegebenenfalls Patentanmeldungen sowie neue Forschungskooperationen können für die Beurteilung der Zielerreichung herangezogen werden.

1.2 Zuwendungszweck

Gefördert werden FuE-Projekte entlang der in Nummer 2 genannten Module.

Im Modul A – „Verbundforschung“ – stehen kooperative vorwettbewerbliche Verbundprojekte im Fokus, die zu völlig neuen oder wesentlich verbesserten technischen Systemlösungen für ökologische Nachhaltigkeit führen oder dafür die notwendigen technischen Voraussetzungen liefern. Kennzeichen dieser Projekte sollen dabei ein hohes Risiko und eine besondere Komplexität der Forschungsaufgabe sein. Für eine Lösung ist in der Regel inter- und multidisziplinäres Vorgehen und eine enge Zusammenarbeit unterschiedlicher Unternehmen, Forschungseinrichtungen und den künftigen Anwendern dieser Systeme erforderlich. Im Besonderen adressiert werden sollen ganzheitliche Ansätze, die alle Mitglieder einer Wertschöpfungskette sowie deren Zusammenspiel betrachten.

Im Modul B – „Vernetzung und Zusammenarbeit“ – wird ein Einzelvorhaben oder Verbundprojekt gefördert, welches eine Vernetzung zwischen den geförderten Projekten herstellt und neue Verbindungen zu Dritten schafft. Ziel ist das Vernetzen der Photonik- und Quantentechnologie-Community mit Akteuren aus dem Bereich der ökologischen Nachhaltigkeit, um Interaktion und Ideenaustausch zu fördern.

Die Ergebnisse des geförderten Vorhabens dürfen nur in der Bundesrepublik Deutschland oder dem EWR und der Schweiz genutzt werden.

1.3 Rechtsgrundlagen

Der Bund gewährt die Zuwendungen nach Maßgabe dieser Förderrichtlinie, der §§ 23 und 44 der Bundeshaushaltsordnung (BHO) und den dazu erlassenen Verwaltungsvorschriften sowie der „Richtlinien für Zuwendungsanträge auf Ausgabenbasis (AZA/AZAP/AZV)“ und/oder der „Richtlinien für Zuwendungsanträge auf Kostenbasis von Unternehmen der gewerblichen Wirtschaft (AZK)“ des BMBF. Ein Anspruch auf Gewährung der Zuwendung besteht nicht. Vielmehr entscheidet die Bewilligungsbehörde aufgrund ihres pflichtgemäßen Ermessens im Rahmen der verfügbaren Haushaltsmittel.

Nach dieser Förderrichtlinie werden staatliche Beihilfen auf der Grundlage von Artikel 25 Absatz 1 und 2 Buchstabe a bis c sowie Artikel 28 Absatz 1 der Allgemeinen Gruppenfreistellungsverordnung (AGVO) der EU-Kommission gewährt.2 Die Förderung erfolgt unter Beachtung der in Kapitel I AGVO festgelegten Gemeinsamen Bestimmungen, insbesondere unter Berücksichtigung der in Artikel 2 der Verordnung aufgeführten Begriffsbestimmungen (vgl. hierzu die Anlage zu beihilferechtlichen Vorgaben für die Förderrichtlinie).

2 Gegenstand der Förderung

Die Förderung gliedert sich in die zwei Module A – „Verbundforschung“ – und B – „Vernetzung und Zusammenarbeit“. Projekte können entweder Modul A oder B adressieren. Die beiden Module bauen nicht aufeinander auf.

Modul A: Verbundforschung

In dem Modul „Verbundforschung“ werden vorwettbewerbliche Forschungs- und Entwicklungsverbundprojekte gefördert mit dem Ziel, durch innovative photonische und quantenbasierte Lösungsansätze für die in Nummer 1 genannten ökologischen Nachhaltigkeitsdimensionen (SDGs) einen Beitrag zu erzielen oder mindestens perspektivisch die Grundlagen für den entsprechenden Beitrag zu erarbeiten.

Gefördert werden unter anderem:

Umwelt

  • Photonische oder quantentechnologische Umweltmesstechnik, beispielsweise zur Detektion von Umweltemissionen oder Krankheitserregern (u. a. Molekulardiagnostik)
  • Umweltdigitalisierende Mess- und Sensorsysteme, die ein besseres Verständnis der Umwelt ermöglichen
  • Multisensorsysteme für Smart Farming
  • Kompakte, autarke und für den Langzeitbetrieb geeignete Sensorkonzepte

Klima- und Erdsysteme

  • Quantensensorik zur Erdbeobachtung, z. B. durch die Messung des Gravitationsfelds
  • Quantentechnologische Messsysteme, z. B. zur Bestimmung des Sauerstoffgehalts und der Temperatur von Meeren und Gewässern mit höchster Genauigkeit

Biodiversität

  • Robuste photonische und quantenbasierte Technologien zur Messung der Biodiversität in verschiedenen Ökosystemen
  • LiDAR- und multisensorgestützte Frühwarn- und Aufklärungssysteme für z. B. Tierzählung und Insektenflug

Nachhaltige Energiesysteme

  • Lösungsansätze zur Optimierung chemischer Prozesse durch z. B. Einsatz von Photokatalyse
  • Identifikation von Erdwärme mittels Quantensensoren
  • Quantensensoren für die Überwachung der Energieinfrastruktur, z. B. Überwachung von Extremtemperaturkreisläufen, von Elektrizitätsübertragung oder Temperaturen von Transformatoren

Ressourcenschonung

  • Neue, nachhaltige Nutzungskonzepte von Gütern durch innovative Sensorimplementierung
  • Spektroskopische Messsysteme z. B. zur Kunststoffemissionsverfolgung, Degradation und Additiv-Bestimmung bei Kunststoff-Rezyklaten

Diese Aufzählung ist nicht abschließend, sondern als beispielhaft zu verstehen.

Charakteristisch für alle Vorhaben ist, dass eine klar definierte Anwendung mit hoher Nutzbarkeit (Usability) auf Basis von photonischen und quantensensorischen Systemlösungen erforscht und entwickelt werden soll. Der Endanwender muss zwingend im Verbund mit einbezogen werden.

Ergänzend zur Verwendung von quantenbasierten und photonischen Systemen können zusätzlich die Digitalisierung der Messtechnik sowie die digitale Weiterverarbeitung von Daten mit der Zielrichtung eines ganzheitlichen Lösungskonzepts für die nachhaltige Anwendung gefördert werden. In Rahmen eines Vorhabens kann die Entwicklung der dazugehörigen Basistechnologie (Enabling Technology), sofern dies für das zu erforschende Problem zweckmäßig ist, bearbeitet werden. Sollten für die Forschungs- und Entwicklungsarbeiten integrierte Plattformen und Sensorfusion notwendig sein, so können entsprechende Arbeiten ebenfalls integriert werden. Außerdem wird bei der Förderung auf die Standardisierbarkeit der Schnittstellen Wert gelegt. Sollten sich für eine ausreichende Datenerhebung Open Innovation-Konzepte anbieten, können diese auch im Rahmen der Endanwendungseinbindung gefördert werden.

Die Forschungsarbeiten müssen im Rahmen von Verbundprojekten durchgeführt werden. Die Koordination der Verbundprojekte soll in der Regel durch einen Anwender- bzw. Wirtschaftspartner erfolgen. Um Zulieferketten abzusichern und die Breitenwirksamkeit der Förderrichtlinie sicherzustellen, wird dabei eine starke Einbindung des Mittelstands sowie kleiner und mittlerer Unternehmen (KMU) in die Verbundprojekte angestrebt.

Gegenstand der Projekte sollen Forschungsarbeiten sein, die entweder (1) einen gesamtheitlichen Lösungsansatz von den technologischen Grundlagen bis hin zur konkreten Anwendung demonstrieren oder (2) in einem Teil der Gesamtwertschöpfungskette einen erheblichen Fortschritt gegenüber dem Stand der Technik schaffen, der für nachgelagerte Endanwendungen unerlässlich ist.

Die Vorhaben müssen zwingend einen direkten Bezug zu besonders drängenden ökologischen Herausforderungen bei der Transformation in Richtung Nachhaltigkeit und somit einem der in Nummer 1 genannten SDGs aufweisen. Der zu erwartende Beitrag zum jeweiligen SDG muss dargelegt werden. Es muss klar herausgearbeitet werden, worin der Mehrwert der angestrebten quantentechnologischen und/oder photonischen Systemlösung besteht. Der Mehrwert kann sowohl durch den Vergleich mit konventionellen Technologien als auch gegenüber geeigneten Technologie­alternativen, die ebenfalls auf ökologische Nachhaltigkeit oder Klimaneutralität abzielen, gezeigt werden.

Zur Sicherstellung der nachhaltigen Anwendung ist ein Endanwender zwingend in den Verbund einzubeziehen.

Abhängig vom Entwicklungsstand müssen die Chancen und Risiken einer Anwendung aufgezeigt werden. Es müssen die Skalierbarkeit und Wirtschaftlichkeit des zu entwickelnden Gesamtprozesses und das Anwendungspotenzial der angestrebten Innovation dargelegt werden.

Modul B: Vernetzung und Zusammenarbeit

In Modul B „Vernetzung und Zusammenarbeit“ soll ein Einzel- oder ein Verbundvorhaben gefördert werden, welches eine Vernetzung zwischen den geförderten Projekten herstellt und neue Verbindungen zu Dritten schafft. Ziel ist das Vernetzen der Photonik- und Quanten-Community mit Akteuren aus dem Bereich der Nachhaltigkeit, um Interaktion und Ideenaustausch zu fördern.

Es sollen Anknüpfungspunkte für Dritte geschaffen werden, um das Potenzial von neuen Lösungsstrategien auf photonischer und quantentechnologischer Basis für Herausforderungen des Umwelt- und Klimaschutzes, der Bio­diversität, der nachhaltigen Energiesysteme und der Ressourcenschonung zu kommunizieren.

Gefördert wird:

  • Durchführung von interdisziplinären Netzwerkveranstaltungen mit Geförderten aus dem Modul „Verbundforschung“ und interessierten Dritten aus den Bereichen Photonik, Quantentechnologie und Nachhaltigkeit
  • Unterstützung beim Informations- und Erfahrungsaustausch zwischen den geförderten Projekten, z. B. Austauschprogramme von Master-Studenten und Doktoranden und Dritten
  • Disziplinübergreifende Forschungsunterstützung der geförderten Verbundvorhaben, z. B. durch Erstellung einer Datenbank zur besseren Vernetzung („Matching“) der unterschiedlichen Akteursgruppen
  • Begleitforschung zu den Nachhaltigkeitsaspekten der geförderten Projekte durch z. B. begleitende Lebenszyklusanalyse („life cycle assessment“)
  • Identifikation von Querschnittsthemen zwischen den geförderten Projekten aus dem Modul „Verbundforschung“
  • Erarbeitung von neuen Anwendungsfeldern der Photonik und Quantentechnologien im Bereich der ökologischen Nachhaltigkeit
  • Outreach-Aktivitäten, die für die quantentechnologischen und photonischen Systeme als Lösungsansätze für Umwelt- und Klimaschutz, Biodiversität, nachhaltige Energie und Ressourcenschonung Interesse schaffen

Das geförderte Projekt soll möglichst viele der genannten Aufgaben abdecken. Weitere Aspekte können adressiert werden, sofern sie angemessen dazu beitragen, die interdisziplinäre Vernetzung von Forschung und Wirtschaft und Endanwendern aufzubauen und einen niederschwelligen Zugang zu den Lösungsmöglichkeiten für potenzielle Anwender über einen einzelnen Anwendungsfall („Use Case“) hinaus zu schaffen. Im Modul B „Vernetzung und Zusammenarbeit“ ist die Mitarbeit einer Institution mit aktuellen Forschungsarbeiten im Bereich der Nachhaltigkeit im Sinne der in Nummer 1 genannten SDGs und ausgewiesenen Kooperationen mit Anwendern der photonischen und Quantentechnologie zwingend erforderlich.

3 Zuwendungsempfänger

Antragsberechtigt sind Unternehmen der gewerblichen Wirtschaft, Hochschulen, außeruniversitäre Forschungseinrichtungen sowie Verbände und Vereine. Einrichtungen der Kommunen und der Länder können als assoziierte Partner mit eingebunden werden.

Zum Zeitpunkt der Auszahlung einer gewährten Zuwendung wird das Vorhandensein einer Betriebsstätte oder Niederlassung (Unternehmen) beziehungsweise einer sonstigen Einrichtung, die der nichtwirtschaftlichen Tätigkeit des Zuwendungsempfängers dient (Hochschule, Forschungseinrichtung, Verbände und Vereine), in Deutschland verlangt.

Forschungseinrichtungen, die von Bund und/oder Ländern grundfinanziert werden, können neben ihrer institutionellen Förderung nur unter bestimmten Voraussetzungen eine Projektförderung für ihre zusätzlichen projektbedingten Ausgaben beziehungsweise Kosten bewilligt bekommen.

Zu den Bedingungen, wann eine staatliche Beihilfe vorliegt/nicht vorliegt, und in welchem Umfang beihilfefrei gefördert werden kann, siehe FuEuI-Unionsrahmen.3

Kleine und mittlere Unternehmen oder „KMU“ im Sinne dieser Förderrichtlinie sind Unternehmen, die die Voraus­setzungen der KMU-Definition der EU erfüllen.4 Der Antragsteller erklärt gegenüber der Bewilligungsbehörde seine Einstufung gemäß Anhang I der AGVO im Rahmen des schriftlichen Antrags.

Die vollsrändige Bekanntmachung finden Sie hier: https://www.bmbf.de/bmbf/shareddocs/bekanntmachungen/de/2023/05/2023-05-26-Bekanntmachung-Systeml%C3%B6sungen.html

In der ersten Verfahrensstufe sind dem beauftragten Projektträger bis 29. September 2023 zunächst Projektskizzen in schriftlicher und/oder elektronischer Form vorzulegen.