Die Hochschule, die mitdenkt: Leibniz Universität Hannover erhält intelligentes Funknetz

Hannover im Jahr 2030: Energie kommt nahezu ausschließlich aus regenerativen Quellen. Viele kleine, dezentrale Kraftwerke, die Strom und Wärme je nach Bedarf ins Netz einspeisen oder speichern, haben große konventionelle Anlagen ersetzt. Photovoltaik, Wärmepumpen, Batteriespeicher sind allerorten. Wohngebäude, Industrie, Schulen, Hochschulen und Forschungseinrichtungen denken mit und sind vernetzt. Im Hörsaal oder im Labor erkennen intelligente Services in Echtzeit den Raumzustand (Temperatur, Luftfeuchte, CO2-Gehalt). Bei Bedarf wird Personal digital benachrichtigt, um einzugreifen. Zutrittskontrollen für bestimmte Bereiche erfolgen automatisch. Das und noch mehr gehört zur Vision der „smart city“ beziehungsweise der „smart region“, der intelligenten Region von morgen und übermorgen.

Ein zentrales Puzzlestück zur Umsetzung dieser Vision findet sich ab sofort auf dem Campus Maschinenbau der Leibniz Universität Hannover (LUH) in Garbsen. enercity hat dort in Kooperation mit der Wirtschaftsförderung der Region Hannover ein spezielles Langstreckenfunknetz installiert, das smarte Services im Internet der Dinge (Internet of Things, IoT) ermöglicht. Die zum Einsatz kommende LoRaWAN-Funktechnik (Long Range Wide Area Network) besteht aus einer großen Antenne, dem sogenannten IoT-Gateway. Das auf einem Gebäudedach montierte Gateway empfängt Daten von elektronischen Fühlern, besser bekannt als Sensoren, die den Zustand von einer Vielzahl von „Dingen“ auf dem Campus erheben können. Mithilfe von IoT-Software werden die Zustandsdaten verarbeitet und bilden die Basis für nützliche Services.

Ganz konkret profitieren forschende Ingenieure am Institut für Mehrphasenprozesse (IMP) bei der Herstellung von Implantaten mittels „Elektrospinnen“. Der Einsatz dieser Implantate zur Therapie chronischer Schulterverletzungen wird aktuell im Rahmen einer Forschungsgruppe (FOR2180) der Deutschen Forschungsgemeinschaft, DFG, untersucht. Aus Polymerlösungen werden faserbasierte Gerüststrukturen hergestellt. Diese werden im Anschluss mit Wirkstoffen und Wachstumsfaktoren beschichtet und ermöglichen nach erfolgter Implantation eine Regeneration des körpereigenen Sehnengewebes. Der Herstellungsprozess und damit die Qualität des Implantats sind stark von Klimabedingungen in Produktionsanlagen abhängig. Daher überwacht und dokumentiert die neue IoT-Lösung von enercity Temperatur und Luftfeuchtigkeit der Versuchsanordnung im Labor. Weichen die Messdaten von voreingestellten Sollbereichen ab, erfolgt umgehend eine Benachrichtigung des Forschungsteams, das eingreifen kann. Auch bei Umzügen von einem Laborraum zum anderen bedarf es keiner aufwendigen Neuordnung des Versuchsaufbaus. Das Funknetz zieht mit um, es ermöglicht praktisch eine flächendeckende Erreichbarkeit des gesamten Areals. Hierdurch werden Prozesse sichererer, einfacher, effizienter gemacht.

In Zukunft geht aber noch mehr. Das Zusammenspiel von Sensoren, Software und Services kann bei der Ermittlung von Umweltdaten wie Temperatur, Luft- und Bodenfeuchte, Kohlendioxid, Lautstärke, Helligkeit oder Windstärke helfen. Anwender können smarte Daten auch zur Echtzeitüberwachung von Zuständen (Parkplatzbelegung), zur Alarmierung bei bestimmten Ereignissen wie Zutritt, Überschreiten von Temperaturen oder Wasserpegeln und zur Auswertung und damit Optimierung von Servicetätigkeiten nutzen, beispielsweise der Leerung von Abfallbehältern sobald sie voll sind. Auch die Steuerung von Geräten und Systemen wie Heizungen, Lüftungen, Bewässerungsanlagen und Parkleitsystemen wird durch das Internet der Dinge möglich.

Ein weiterer Vorteil der LoRa-Funktechnik: Die zum Einsatz kommenden Sensoren sind besonders energiesparend und können dadurch jahrelang über eine einzige Batterie betrieben werden. Sie benötigen keine separate Stromversorgung oder Netzteile, die Installation ist entsprechend einfach und erschwinglich. Und: Kein Dritter kann auf übertragene Daten zugreifen, da die Datenübertragung von Anfang bis Ende nach aktuellem Sicherheitsstandard verschlüsselt erfolgt. enercity ist von der Zukunftsfähigkeit der LoRa-Funktechnik überzeugt und baut daher in Stadt und Region nach und nach eine flächendeckende digitale Infrastruktur auf. Die Stadt Laatzen etwa ist im Bereich der Kernstadt bereits über eine Antenne auf dem Rathaus funktechnisch erschlossen, um in umliegenden Schulen Corona-Lüftungskonzepte über vernetzte CO2-Ampeln zu verbessern. Weitere Projekte wurden bereits vereinbart und werden in Kürze bekanntgegeben.

Die Wettbewerbsfähigkeit des Wirtschaftsraums für ansässige Unternehmen zu verbessern, ist eines der zentralen Schwerpunktthemen der Wirtschaftsförderung der Region Hannover. Dazu gehört auch die Entwicklung und Förderung innovativer Infrastrukturprojekte. Die Kooperation zwischen enercity und der Region Hannover entstand aus der gemeinsamen Vision einer smarten Zukunft von Stadt und Region. Die Vernetzung von Sensoren über LoRaWAN zum Beispiel für Verkehrs- oder Umweltdaten bietet nicht nur Potenzial für Unternehmen, sondern auch für kommunale Dienste wie sie auch für Bürgerinnen und Bürger künftig angeboten werden könnten. Aus diesem Grund wurde am neuen Campus Maschinenbau Garbsen (CMG) der LUH ein Pilotprojekt gestartet. In Zusammenarbeit mit der Wirtschaftsförderung der Region Hannover wurden am IMP innovative Anwendungsfälle identifiziert. Diese werden nun mit Hilfe von enercity schrittweise umgesetzt.

Prof. Dr. Volker Epping, Präsident Leibniz Universität Hannover: „Ich freue mich über diese Kooperation, die einen wirklichen Mehrwert auf unseren Campus am Standort Garbsen bringt. Forschungserfolge durch digitale Prozesse zu unterstützen und in einem Pilotprojekt Möglichkeiten und Chancen gemeinsam mit unseren Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern am Campus auszutesten, bedeutet einen wirklichen Gewinn für alle Seiten. Es bewirkt Handeln, welches sich durch Innovation und gemeinsame Hebung von Potenzialen auszeichnet.“

Ulf-Birger Franz, Regionsrat und Dezernent Wirtschaft, Verkehr und Bildung der Region Hannover: „Als Wirtschafts- und Wissenschaftsstandort Hannover ist uns sehr daran gelegen, Smart-City-Lösungen voranzutreiben. Das Ziel ist dabei immer, das Leben in der Region Hannover effizienter, angenehmer und umweltfreundlicher gestalten. Sensoriken wie LoRaWAN können dabei helfen – etwa schauen, ob die Türen und Fenster auf dem Werksgelände wirklich geschlossen sind oder wie stark die CO2-Belastung im Konferenzraum gerade ist. Wir als Region Hannover helfen gern dabei, die Infrastruktur dafür zu schaffen.“

Prof. Prof. h.c. Dr.-Ing. Birgit Glasmacher, M.Sc. Leiterin des Instituts für Mehrphasenprozesse (IMP): „Eine Technologie mit den Möglichkeiten, wie LoRaWAN sie bietet, haben wir uns schon lange gewünscht. Es freut mich sehr, dass wir es gemeinsam geschafft haben, ein entsprechendes Gateway hier auf unserem neuen Maschinenbau-Campus einzurichten. Nun heißt es, diese Technologie in unseren Forschungsalltag in Medizintechnik und Verfahrenstechnik zu integrieren. Mein Institut wird sich aktiv engagieren, LoRaWAN für den gesamten Campus Maschinenbau zugänglich zu machen und so Forschungsabläufe zu optimieren.“

Dr. Susanna Zapreva, Vorstandsvorsitzende enercity AG: „Vernetzte Städte und Regionen stiften nachhaltig Nutzen für die Menschen, die dort leben. Mit unseren intelligenten Lösungen im Energiesektor, Nahverkehr, in Kliniken, Schulen und Kitas steigern wir schon heute die Lebensqualität im öffentlichen und privaten Raum. Ich freue mich sehr, dass wir durch die Zusammenarbeit mit der Region Hannover und der Leibniz Universität Hannover am Unicampus Garbsen auch im wissenschaftlichen Umfeld einen substanziellen Beitrag zur smarten Gesellschaft leisten können.“