Forschungsdaten sind die Grundlage wissenschaftlicher Erkenntnisse. Häufig bleiben wertvolle Messergebnisse nach Projektende jedoch ungenutzt oder lassen sich nur schwer mit Daten anderer Fachgebiete verbinden. Die Nationale Forschungsdateninfrastruktur (NFDI) schafft Standards und Dienste, damit Forschende unterschiedlicher Disziplinen Daten leicht finden und weiterverwerten können. Wissen geht nicht mehr verloren, sondern fließt in neue Forschungsprojekte ein. Bund und Länder fördern die zehn Konsortien der zweiten NFDI-Förderrunde deshalb bis Ende 2028 mit insgesamt rund 71 Millionen Euro. Das Karlsruher Institut für Technologie (KIT) ist an fünf dieser Konsortien, die sich um die Daten einzelner Disziplinen kümmern, beteiligt.
Die fünf Konsortien, an denen das KIT beteiligt ist, decken ein breites Spektrum von der Umwelt- und Klimaforschung über die Materialwissenschaften bis hin zur Grundlagenforschung in der Physik ab.
Klimawandel, Extremwetter und Naturgefahren stellen Politik, Behörden und Kommunen vor wachsende Herausforderungen. Um Hochwasserschutz zu planen, Wasserressourcen zu sichern oder Anpassungsmaßnahmen an den Klimawandel zu entwickeln, sind große Mengen an Umwelt- und Klimadaten notwendig. Diese liegen jedoch häufig in unterschiedlichen Formaten und Systemen vor und lassen sich nur schwer gemeinsam auswerten. Das Konsortium NFDI4Earth erleichtert den Zugang: „Über ein zentrales Portal haben Forschende schnell und unkompliziert Zugriff auf Daten zu Klima, Umwelt und Naturgefahren“, sagt Professor Jan Cermak, Leiter des Instituts für Meteorologie und Klimaforschung Atmosphärische Spurengase und Fernerkundung des KIT. „Nun wollen wir diese Angebote gemeinsam mit der wissenschaftlichen Community weiterentwickeln und dafür sorgen, dass Erkenntnisse zum Beispiel schneller in Maßnahmen zur Klimaanpassung und Risikovorsorge einfließen.“
Potenzial teurer Großforschungsanlagen besser ausschöpfen
An Forschungsanlagen mit Photonen und Neutronen entstehen Messdaten mit hohem wissenschaftlichem Wert. Häufig lassen sich diese Daten später jedoch nur eingeschränkt wiederverwenden, obwohl ihre Erhebung erhebliche öffentliche Investitionen erfordert. Das Konsortium DAPHNE4NFDI sorgt dafür, dass solche Datensätze langfristig erhalten bleiben und für neue wissenschaftliche Fragestellungen zur Verfügung stehen. „Dies erhöht die Rendite öffentlicher Investitionen in neue und komplexe Forschungsinfrastrukturen erheblich, weil die Daten nicht nur für das Projekt genutzt werden, in dem sie entstehen, sondern weit darüber hinaus. So bilden sie die Grundlage für weitere wissenschaftliche und technologische Entwicklungen“, sagt Professor Jan-Dierk Grunwaldt vom Institut für Technische Chemie und Polymerchemie des KIT. In der zweiten Förderphase sollen zudem digitale und KI-gestützte Werkzeuge dazu beitragen, Forschung schneller und besser reproduzierbar zu machen.
Neue Materialien schneller entwickeln
Ob leistungsfähigere Batterien, widerstandsfähige Werkstoffe oder nachhaltigere Produktionsverfahren: Die Entwicklung neuer Materialien erfordert die Zusammenarbeit vieler Forschungsgruppen und den Austausch großer Datenmengen. Unterschiedliche Datenformate und fehlende Standards haben das in der Vergangenheit erschwert.
Das Konsortium NFDI-MatWerk schafft gemeinsame Standards und digitale Werkzeuge für die Materialforschung. Dadurch können Forschende Daten zu Struktur, Eigenschaften und Herstellung von Werkstoffen leichter austauschen, gemeinsam auswerten und neue Materialien gezielter designen. „Die Entwicklung und der Umgang mit fortschrittlichen Werkstoffen ist heute ohne den Austausch großer Datenmengen kaum noch denkbar“, sagt Professor Peter Gumbsch vom Institut für Angewandte Materialien des KIT.
Auch FAIRmat will die Materialforschung durch eine leistungsfähige Dateninfrastruktur voranbringen. Das Konsortium hat dafür die internationale Plattform NOMAD aufgebaut, die inzwischen Tausende von Forschenden weltweit nutzen. „Wer neue Materialien entwickeln will, muss Ergebnisse aus Experimenten und Simulationen effizient auswerten und miteinander vergleichen können“, sagt Professor Christof Wöll vom Institut für Funktionelle Grenzflächen des KIT. „Unsere Plattform NOMAD unterstützt Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler dabei, Daten systematisch zu dokumentieren, Arbeitsabläufe zu automatisieren und Forschungsergebnisse zu teilen. So schaffen wir die Grundlage für reproduzierbare, datengetriebene und künftig noch stärker KI-gestützte Materialforschung.“
Die Entstehung des Universums erforschen
Wie ist das Universum entstanden? Woraus besteht Materie? Und welche Kräfte halten die Welt im Innersten zusammen? Antworten auf diese Fragen suchen Forschende mit einigen der größten Experimente der Welt. Dabei entstehen enorme Datenmengen, die langfristig gesichert, verarbeitet und über verschiedene Forschungsgrenzen hinweg nutzbar gemacht werden müssen. Das Konsortium PUNCH4NFDI entwickelt dafür gemeinsame Daten- und Computing-Infrastrukturen. Die Forschung in diesem Bereich hat in den vergangenen Jahren grundlegende Erkenntnisse hervorgebracht, darunter die Entdeckung des Higgs-Bosons, den Nachweis des Quark-Gluon-Plasmas und das erste Bild des Schwarzen Lochs im Zentrum der Milchstraße.
„Das KIT bringt im Konsortium zwei zentrale Stärken zusammen: unsere Expertise im Umgang mit großen, verteilten Forschungsdatenbeständen und unsere führende Rolle in der Astroteilchenphysik“, sagt Dr. Andreas Haungs vom Institut für Astroteilchenphysik des KIT. „Gerade in der Multi-Messenger-Astrophysik, die Daten aus Teleskopen, Gravitationswellen- und Teilchendetektoren kombiniert, müssen Informationen aus unterschiedlichen Experimenten nahezu in Echtzeit verfügbar sein, damit Forschende sie gemeinsam analysieren können. Unsere schon sehr leistungsfähigen Infrastrukturen werden wir jetzt noch weiterentwickeln.“
NFDI langfristig abgesichert
Parallel zur aktuellen Förderentscheidung haben Bund und Länder beschlossen, die Nationale Forschungsdateninfrastruktur langfristig fortzuführen und strukturell weiterzuentwickeln. Damit werden die in den vergangenen Jahren aufgebauten Dienste dauerhaft abgesichert und als zentrale Infrastruktur der deutschen Forschungslandschaft etabliert.
Im Dialog mit der Gesellschaft entwickelt das KIT Lösungen für große Herausforderungen – von Klimawandel, Energiewende und nachhaltigem Umgang mit natürlichen Ressourcen bis hin zu Künstlicher Intelligenz, technologischer Souveränität und demografischem Wandel. Als Die Universität in der Helmholtz-Gemeinschaft vereint das KIT wissenschaftliche Exzellenz vom Erkenntnisgewinn bis zur Anwendungsorientierung unter einem Dach – und ist damit in einer einzigartigen Position, diese Transformation voranzutreiben. Damit bietet das KIT als Exzellenzuniversität seinen mehr als 10 000 Mitarbeitenden sowie seinen 22 800 Studierenden herausragende Möglichkeiten, eine nachhaltige und resiliente Zukunft zu gestalten. KIT – Science for Impact.