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EMRP (A programme of EURAMET)

Das Europäische Metrologie-Forschungsprogramm (EMRP)

Die Metrologie als die Wissenschaft des richtigen Messens bildet einen wesentlichen Grundstein unserer arbeitsteiligen und industrialisierten Gesellschaft und beeinflusst nahezu jeden Aspekt unseres Lebens. Metrologischer Fortschritt ist ein Wegbereiter für technologische Entwicklung und damit für Innovation. Er trägt dazu bei, dass Europa im internationalen Wettbewerb nicht nur bestehen, sondern auch eine Führungsposition einnehmen kann. Angesichts der bestehenden wirtschaftlichen und gesellschaftlichen Herausforderungen sind die Rolle der Metrologie und ihre Weiterentwicklung von außerordentlicher strategischer Bedeutung für Europa. Dies spiegelt sich auch darin wider, dass mit Unterstützung der Europäischen Union zunächst im Rahmen des 7. EU-Forschungsrahmenprogramms und nachfolgend als eine Förderung unter Artikel 185 des Vertrages über die Arbeitsweise der Europäischen Union ein koordiniertes europäisches Metrologie-Forschungsprogramm ins Leben gerufen wurde.

Unter der Ägide von EURAMET (European Association of National Metrology Institutes) hat sich die Physikalisch-Technische Bundesanstalt als Deutschlands nationales Metrologieinstitut mit Instituten aus 23 europäischen Partnerländern im "European Metrology Research Programme" (EMRP) zusammengeschlossen. Die metrologischen Einrichtungen leisten unter diesem Dach durch länderübergreifende Forschung und Entwicklung ihren gemeinsamen Beitrag zur Lösung der großen Herausforderungen unserer Zeit wie effiziente Energie- und Ressourcennutzung und Klimawandel. Das europäische Metrologieforschungsprogramm hat über insgesamt sieben Jahre Laufzeit einen Umfang von 400 Mio. €, von denen die eine Hälfte von den teilnehmenden Ländern selbst aufgebracht wird, während die andere Hälfte von der EU beigesteuert wird. Jährlich wird über neue Forschungsprojekte entschieden, basierend auf dem Votum einer internationalen Expertengruppe. Das Vorgängerprogramm iMERA-Plus (implementing Metrology in the European Research Area), dessen Laufzeit sich von 2007 bis 2011 erstreckt, umfasste bereits ein Fördervolumen von 64,6 Mio. €. Diese strategische Verbundforschung ermöglicht, Europa-relevante Interessengebiete fachspezifisch zu bearbeiten. Sie bildet eine wichtige Basis, um die Fragmentierung der Förderung innerhalb der europäischen Forschungslandschaft zu überwinden und Synergien zu nutzen.

Die Laufzeit der einzelnen Forschungsprojekte beträgt jeweils drei Jahre. Die Projektinhalte richten sich nach Themenschwerpunkten, so dass fokussiert geforscht wird und maßgebliche Fortschritte erzielt werden. Ausgehend von jährlichen Programmaufrufen werden zu einzelnen Themenschwerpunkten die zu fördernden Projekte bestimmt. Alle Projekte erfolgen in enger Kooperation mit interessierten Kreisen u.a. aus Industrie, Verbänden und Umwelt- wie Gesundheits-relevanten Organisationen und Institutionen. Das Netz an Partnern aus den teilnehmenden Mitgliedstaaten erlaubt die Bildung der notwendigen kritischen Masse, um bei exzellenter Forschung umfassenden Innovationsfortschritt zu erzielen.

Die PTB ist an nahezu allen Projekten in den verschiedenen Themenschwerpunkten (TP: Targeted Programme) beteiligt und hat vielfach die Leitung umfassender Arbeitspakete oder darüber hinaus die Koordination von Projekten inne. Die nachfolgende Übersicht der Projekte gibt einen Einblick in die PTB-Aktivitäten.

 

Übersicht der Schwerpunktprogramme

iMERA-Plus(Abschlussbericht)
2007SI-Einheiten und Naturkonstanten
Gesundheit I
Dimensionelle Metrologie
Elektrizität und Magnetismus

EMRP

2009Energie I
2010Industrie I
Umwelt I
2011Gesundheit II
Neue Technologien
Weitergabe der internationalen Maßeinheiten I
2012Industrie II
Weitergabe der Internationalen Maßeinheiten II
Offener Aufruf "Exzellenz"
2013Energie II
Umwelt II

iMERA-Plus

 

Aufruf 2007

 

 SI-Einheiten und Naturkonstanten

Als es vor etwas mehr als 200 Jahren im Geiste des Gleichheitsideals der Französischen Revolution um die Einführung gleicher Maße unter dem Motto "für alle Völker, für alle Zeiten" ging, griff man auf "Maßstäbe" zurück, die man damals für die stabilsten hielt: auf einen bestimmten Teil des Erdumfangs bzw. eines Quadranten davon für die Länge und auf ein daraus abgeleitetes Volumen eines weit verbreiteten Stoffes, des Wassers, für die Masse. Um diese Maßstäbe dauerhaft zu machen, wurden sie in einer Platinlegierung verkörpert. Man glaubte, durch diese, die bisherige alltägliche Lebenswelt überschreitende Basis, ein universelles und ewig geltendes Einheitensystem geschaffen zu haben.

Ein solches Einheitensystem bedarf jedoch der kontinuierlichen Pflege und Weiterentwicklung, um den von Wirtschaft und Gesellschaft gestellten steigenden Anforderungen dauerhaft zu genügen und um die notwendige metrologische Basis für technologischen Fortschritt bereitzuhalten. Hierzu gehört aktuell, dass neue Standards für die Metrologie von Masse, elektrischer Stromstärke, Temperatur und Licht sowie für die Zeitmessung entwickelt werden. Sind Naturkonstanten wie beispielsweise die Boltzmann-Konstante oder die Planck-Konstante in ihren Werten hinreichend genau bekannt, eignen sie sich als Grundlage für eine Neudefinition von Maßeinheiten im Internationalen System, womit eine neue Genauigkeitsklasse möglich wird. Im Rahmen des Themenschwerpunkts "SI-Einheiten und Naturkonstanten" wurde in sechs Projekten an diesen Themen gearbeitet:

 

  Gesundheit I

"Gesundheit" bildet eines der zentralen gesellschaftlichen Themen, dessen Herausforderungen anzugehen sind, um die Lebensqualität in Europa sowohl zu erhalten als auch zu verbessern. Die geförderten sechs Projekte befassen sich mit neuen Verfahren zur frühzeitigen Diagnose von Krankheiten, der Untersuchung von Biomolekülen und Biomarkern sowie methodischen Arbeiten zur klinischen Chemie und klinischen Medizin. Die neuen Erkenntnisse finden u. a. Eingang in die Entwicklung neuer regenerativer Behandlungsverfahren und Krebstherapien. Darüber hinaus werden Verfahren zur verbesserten Messung charakteristischer Parameter elektrischer Felder entwickelt, um Personen zukünftig besser vor gesundheitsgefährdenden elektrischen Feldern schützen zu können.

 

credit Rolf Handke/PIXELIO  Dimensionelle Metrologie

Die dimensionelle Metrologie findet in den unterschiedlichsten Bereichen ihre Anwendung. Sie ist sowohl in Umweltfragen, z. B. hinsichtlich der Beschreibung von Abgaspartikeln, als auch in der Fertigung von Maschinen und Bauteilen sowie im Vermessungswesen von wesentlicher Bedeutung. Die Anforderungen an die tolerierbaren Unsicherheiten steigen stetig, so dass Technologien verbessert oder neu entwickelt und in die Praxis umgesetzt werden müssen. Die Vielfalt dieses Metrologiebereichs zeigt sich auch in den vier Projekten dieses Themenschwerpunkts. Das Spektrum reicht von der Bereitstellung der metrologischen Infrastruktur zur Charakterisierung von Nanopartikeln (< 100 nm) bis zur präzisen und rückführbaren Messung komplexer geometrischer Strukturen von mehreren Metern Abmessung wie z. B. von Flugzeugbauteilen. Darüber hinaus werden neue Techniken entwickelt, die genauere optische Entfernungsmessungen über mehrere 100 m ermöglichen, indem der Einfluss von Temperatur- und Feuchteschwankungen in der Luft auf dem Weg, den der Lichtstrahl des Messinstruments nimmt, präziser berücksichtigt wird.

 

creditGuenter Havlena/PIXELIO  Elektrizität und Magnetismus

Die metrologisch abgesicherte Messung elektrischer und magnetischer Größen wie z. B. Ampere, Volt, Ohm oder Tesla bildet die Grundlage für die Wertschöpfung in der Mikro- und Nanoelektronik, die Sicherung der elektrischen Energieversorgung und für den Schutz der Bevölkerung vor gesundheitsschädlichen elektromagnetischen Strahlenbelastungen. Im Programm "Elektrizität und Magnetismus" wird in fünf Forschungsprojekten elektrische Messtechnik entwickelt, die dazu beiträgt, diesen wirtschaftlichen und gesellschaftlichen Herausforderungen in Europa zu begegnen:

 

EMRP nach Artikel 185

 

Aufruf 2009

 credit Jetti Kuhlemann/PIXELIO Energie I

Für eine nachhaltige, ressourcenschonende und umweltverträgliche Energieversorgung Europas werden auf mittel- bis langfristiger Skala Technologien benötigt, die an keinem Punkt der Energiekette zu gravierenden Umweltschäden führen. Insbesondere sind Technologien erforderlich, die mit keiner oder nur geringfügiger Freisetzung von Treibhausgasen wie CO2 und Methan verbunden sind. 

Im Themenkomplex "Energie" liegt der Schwerpunkt auf metrologischer Forschung, die zum einen die Voraussetzungen für die Etablierung und den Ausbau eines nachhaltigen und gesicherten Energiesystems schafft und zum anderen die Wettbewerbsfähigkeit europäischer Industrieunternehmen fördert. Hierfür notwendige Forschung wurde in neun Forschungsprojekten abgedeckt, die von der EU mit rund 14 Mio. € unterstützt wurden. Die Projekte erstreckten sich thematisch entlang der gesamten Energiekette, von der Ausschöpfung des Potentials klassischer Energiequellen und der Untersuchung neuer Energiequellen über die Umwandlung, den Transport und die Speicherung von Energie bis hin zu Technologien, mit denen eine weitere Reduzierung des Energieverbrauchs möglich wird. Die PTB war an allen Projekten beteiligt und hatte in zwei Projekten die Federführung inne. Alle Projekte wurden im Jahr 2013 beendet.

 

Aufruf 2010

      Industrie I

Der Schwerpunkt des Programms "Industrie" liegt auf der Entwicklung metrologischer Methoden und Technologien, die die metrologische Infrastruktur in den verschiedenen Industriezweigen verbessern. Die Projektergebnisse werden dazu beitragen, die internationale Wettbewerbsfähigkeit der europäischen Industrie zu erhalten und auszubauen. Die Arbeiten in den Projekten lieferten die metrologische Basis for Innovation und neue Anwendungen in Schlüsseltechnologien wie Sensorik, Kommunikation oder neue Materialeigenschaften. Im TP Industrie wurden 17 Projekte mit einem Gesamtförderanteil der EU von 22 Mio. € durchgeführt. Das starke Engagement der PTB in diesem Programm zeigte sich am hohen Förderanteil von 36 % und darin, dass die PTB nicht nur an allen Projekten beteiligt war, sondern auch 8 der Projekte koordinierte. Alle Projekte wurden im Jahr 2014 beendet.

 

credit Erich Keppler/PIXELIO  Umwelt I

Im Rahmen des Themenschwerpunktes "Umwelt" wird gezielt an der Verbesserung der Datenbasis für politische Entscheidungsprozesse, die Erarbeitung neuer Richtlinien und für die Überwachung der Einhaltung von Richtlinien im Umweltbereich gearbeitet. Ziel ist es, eine metrologische Infrastruktur zu schaffen, die nationale wie internationale Forschungsinitiativen und Politiksetzungen im Umweltbereich stützt. Die Projekte eds Aufrufs 2010 richteten sich einerseits auf lokale Umweltaspekte wie die Reinheit von Wasser und Autoabgasen. Andererseits beinhalteten sie Themen globaler Natur, die darauf ausgerichtet waren, Prozesse des globalen Klimawandels besser zu erfassen und zu verstehen und die Folgeerscheinungen zu mindern. Im Themenbereich "Umwelt" wurden neun Verbundprojekte gefördert, wobei die PTB in allen Projekten aktiv war. Ihr Förderanteil belief sich auf 30 %. Die EU förderte die Vorhaben mit insgesamt 17 Mio. €. Die PTB koordinierte drei der Projekte. Alle Vorhaben wurden im Jahr 2014 beendet.

 

 

Aufruf 2011

    Gesundheit II

Im Themenbereich "Gesundheit", der im Jahr 2011 durch die EU mit einem Volumen von 13,3 Mio. € gefördert wurde, lag der Schwerpunkt der Forschungsarbeiten in den elf geförderten Projekten darauf, eine metrologische Infrastruktur bereitzustellen, die es ermöglicht, die Qualität diagnostischer und therapeutischer Verfahren wie therapeutischer Ultraschall, Brachytherapie und Kernspintomographie zu verbessern, diese weiterzuentwickeln und damit ihr Anwendungsspektrum zu erweitern. Darüber hinaus wurden in verschiedenen Projekten neue Technologien entwickelt mit dem Ziel, die Gesundheitspflege und den Patientenschutz zu verbessern. Eine Reihe von Projekten beschäftigten sich mit dem weiten Feld der Biomarker, ihrer Detektion und Charakterisierung. Die Metrologie wird auf diesem Weg ihren Beitrag leisten, um die Kosten im Gesundheitsbereich zu reduzieren und die Wettbewerbsfähigkeit der europäischen Industrien und Dienste auf diesem Sektor zu fördern. Fortschritte in der Diagnostik und Therapierung bedingen, dass eine höhere Verlässlichkeit und Vergleichbarkeit der Messergebnisse realisiert wird. Um eine konsistente Basis für eine Beurteilung der verschiedenen, physiologisch bedeutsamen Eigenschaften zu erhalten, ist es erforderlich, die Messgrößen, mit denen sich die relevanten biologischen Effekte charakterisieren lassen, nicht nur zu definieren, sondern diese auch auf adäquate Standards zurückzuführen. Der Förderanteil der PTB betrug 38 %. Vier Projekte wurden von der PTB koordiniert. Alle Projekte wurden im Jahr 2015 beendet.

 

credit Sebastian Kaulitzki   Neue Technologien

Dieser Aufruf griff neue und zumeist interdisziplinäre Herausforderungen an die Metrologie auf, die in den Bereichen Nanotechnologie, neue Materialien, Sicherheit sowie Mathematik und Informations- und Kommunikationstechnik für die Metrologie entstanden sind.

Die Gebiete der Nanotechnologie und neuen Materialien schließen die Charakterisierung neuer funktionellen Eigenschaften ein, die mit nano-strukturierten Oberflächen und Materialien, nano-elektromechanischen Systemen und Nanoteilchen verbunden sind. Die Anforderungen an die Metrologie beinhalten die Charakterisierung bzgl. geometrischer, mechanischer, elektrischer, magnetischer, chemischer, biologischer, optischer und thermischer Eigenschaften, wobei hierfür die Entwicklung von Technologien notwendig wird, die die Grenzen herkömmlicher optischer Verfahren oder der Rastersondenmikroskopie überschreiten. Der Schwerpunkt auf dem Themengebiet Sicherheit lag unter anderem auf der Detektion von Gefahrenstoffen, der Terahertz-Strahlung und der chemischen Analytik.

Im Themenkomplex "Neue Technologien" wurden neun Forschungsprojekte gefördert, von denen drei durch die PTB koordiniert wurden. Das von der EU bereitgestellte zusätzliche Fördervolumen betrug 10,2 Mio. €. Die PTB hatte einen Anteil von 35 %. Alle Projekte sind im Jahr 2015 abgeschlossen worden.

 

  Weitergabe der Internationalen Maßeinheiten I

Der Schwerpunkt des im Jahr 2011 mit rund 13,3 Mio. € von der EU unterstützten Themenbereichs „Weitergabe der SI-Einheiten" liegt auf der Weitergabe des internationalen Einheitensystems, um für die zu erwartenden Fortschritte in der Grundlagen- und angewandten Forschung die erforderliche metrologische Basis bereitzustellen. Seit einigen Jahren wird intensiv daran gearbeitet, alle Basiseinheiten auf unveränderlichen Naturkonstanten zurückzuführen und nicht mehr über eine chemisch-physikalische Stoffeigenschaft oder über einen Prototyp zu definieren. So wird die Einheit Kelvin beispielsweise zukünftig nicht mehr auf dem Tripelpunkt des Wassers beruhen, sondern auf der Boltzmann-Konstanten. Für die Neudefinition des Kilogramms, bisher über das Ur-Kilogramm definiert, werden zwei Ansätze verfolgt, eine Definition über das Plancksche Wirkungsquantum und eine zweite über die Avogadro-Konstante. Mit den bevorstehenden Neudefinitionen ist die Notwendigkeit verbunden, die Einheiten entsprechend an die verschiedenen Nutzergruppen weiterzugeben. Es gilt, die aufwändige Realisierung im metrologischen Grundlagenlabor bis in die Anwendung an der Fertigungsstraße oder im Supermarkt zu übertragen. Ein wesentlicher Teil des zehn Forschungsprojekte umfassenden Themenschwerpunktes umfasste daher Arbeiten zur praktischen Realisierung der Basiseinheiten. Die PTB koordinierte fünf der Verbundprojekte. Ihr Anteil am Gesamtbudget lag bei 32 %. Alle Projekte wurden im Jahr 2015 beendet.

 

Aufruf 2012

  credit Paul-Georg Meister/PIXELIO Industrie II

Das Programm "Industrie II" ist auf die Entwicklung metrologischer Methoden und Techniken für industrielle Anwendungen ausgerichtet. Durch metrologische Technologie auf höchstem Niveau soll die Grundlage für Innovation in der industriellen Produktion und die Entwicklung neuer Produkte geschaffen werden. Die Metrologie wird mit diesem Programm einen wichtigen Beitrag dazu leisten, die Wettbewerbsfähigkeit der europäischen Industrie auf dem Weltmarkt zu erhalten und auszubauen. So sollen die Effizienz und Effektivität der europäischen Industrie durch optimierte metrologische Technologien gesteigert werden und ein Übergang von einer ressourcen-intensiven zu einer wissens-intensiven Industrieunterstützt werden. Eine zeitnahe Umsetzung der Forschungsergebnisse sowie die Gewährleistung einer Forschung am Bedarf in den einzelnen Industriezweigen werden durch eine enge Kooperation mit Industriepartnern gewährleistet werden. Die PTB ist an zehn von dreizehn Projekten beteiligt und wird drei der Verbundprojekte koordinieren. Das gesamte Programmbudget beläuft sich auf 37 Mio. €, wobei die PTB einen Anteil von 36 % hat. Die Projekte haben zwischen Mai und September 2013 begonnen.

 

  Weitergabe der Internationalen Maßeinheiten II

Das Programm "Weitergabe der internationalen Maßeinheiten II" zielt darauf, die Entwicklung des internationalen Einheitensystems und die Weitergabe der Einheiten durch Forschung und Entwicklung im Bereich der Grundlagen- und der angewandten Metrologie voranzutreiben. Liegt der Schwerpunkt des ersten Programms darauf, die Einführung der Neudefinitionen der SI-Basiseinheiten sowie die praktische Realisierung der Basiseinheiten und der abgeleiteten Einheiten vorzubereiten, so ist das zweite Programm speziell auf die Bedürfnisse der Anwender in Bezug auf die Verbreitung der SI-Einheiten ausgelegt. Insbesondere geht es um die Entwicklung moderner Technologien zur Rückführbarkeit von Messergebnissen für die Nutzer metrologischer Dienstleistungen. Daneben sollen durch gezielte Forschungsaktivitäten die hierfür relevanten metrologische Bereiche und ihre einzelnen Messgrößen innerhalb des Internationalen Einheitensystems vorangebracht werden, um die europäische Metrologielandschaft weiter zu harmonisieren. Die PTB ist an dreizehn der vierzehn geförderten Projekte beteiligt und wird sieben der Projekte koordinieren. Der PTB-Anteil am gesamten Programmbudget von rund 42 Mio. € beträgt 31 %. Der Beginn der Projekte liegt zwischen Mai und Oktober 2013.

 

  Offener Aufruf "Exzellenz"

Der offene Aufruf "Exzellenz" soll Raum für exzellente Forschung ohne strategische Vorgaben geben. Die Forschungsthemen müssen nicht metrologisch sein, ein gewisses Potential für eine zukünftige metrologische Nutzung der erarbeiteten Ergebnisse für eine künftige metrologische Nutzung wird aber erwartet. Das Programm hat ein Gesamtvolumen von 7,7 Mio. €, wovon ein Anteil von 38 % auf die PTB entfällt. Die verstärkte Einbindung von außerhalb von Metrologieinstituten vorhandener Expertise macht einen wesentlichen Aspekt dieses Aufrufs aus. Die PTB ist an allen der vier geförderten Projekte beteiligt und hat die Koordination zweier Verbundprojekte inne. Der Beginn der Projekte lag im Juni und Juli 2013.

 

Aufruf 2013

  Energie II

Der Umbau eines Energiesystems wie z. B. das der Bundesrepublik Deutschland kann nicht kurzfristig erfolgen, sondern muss vielmehr in einem kontinuierlichen Prozess basierend auf den jeweils verfügbaren technischen Neuerungen und Weiterentwicklungen vonstattengehen. Alle Elemente der Energiekette müssen hierbei optimiert und in ihrer Effizienz verbessert werden, woraus direkt die Notwendigkeit folgt, neue Technologien zu entwickeln und zu implementieren. Hiermit unmittelbar verbunden sind vorausschauende, begleitende und nachfolgende metrologische Forschungs- und Entwicklungsarbeiten. Gleichzeitig gilt es, die Wettbewerbsfähigkeit der europäischen Industrie zu steigern. Der Themenschwerpunkt "Energie II" umfasst daher alle Bereiche der Energiekette wie auch konventionelle und neuartige Energiequellen. Das Programm hat ein Gesamtvolumen von 43,2 Mio. €, wovon ein Anteil von 25 % auf die PTB entfällt. Es werden dreizehn Projekte gefördert, wobei die PTB in zwei Projekten die Koordination innehat und an zwölf Projekten beteiligt ist. Die Projekte sind im Sommer 2014 gestartet.. 

 

   Umwelt II

Der Themenschwerpunkt "Umwelt II" zielt auf weitere metrologische Forschung, um die Qualität der Daten, die die Grundlage für politische Entscheidungen und die Erarbeitung von Richtlinien bilden, zu verbessern. Die flankierende metrologische Forschung soll andere Forschungsinitiativen im Umweltbereich unterstützen und technologische Entwicklungen vorantreiben. Das gesamte Programmbudget beläuft sich auf 38,8 Mio. € mit einem PTB-Anteil von rund 21 %. Es sind zehn Verbundprojekte im Sommer 2014 angelaufen. Die PTB ist an allen Projekten beteiligt und hat darüber hinaus in einem Projekt die Koordination inne.