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Portrait Monika Landgraf
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Monika Landgraf

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Ausgabe 12/2016

Ausgabe 12/2016
Autor:

Kosta Schinarakis
Jonas Moosmüller
Justus Hartlieb

Quelle:

KIT-Presse

Datum: 21.12.2016
KIT-Kompakt 12/16 - Logistik, Podcast KIT.audio, Antimaterie, Smart Grid, Kohlendioxid-Recycling, Designer-Kraftstoffe, Energiewende, 3-D-Petrischalen
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KIT-Kompakt - monatliche Pressenachrichten (Ausgabe 12/2016)

Mustermann,
 
heute erhalten Sie die aktuelle Ausgabe der monatlichen Pressenachrichten aus dem Karlsruher Institut für Technologie. Wir wollen Sie in kompakter Form über spannende Forschungsthemen informieren und würden uns freuen, wenn passende Nachrichten für Ihre redaktionelle Berichterstattung dabei sind. Gerne vermitteln wir Ihnen bei Bedarf weitere Informationen und Ansprechpartner. Um Beleg Ihrer Berichterstattung wird gebeten.

Freundliche Grüße
Ihre Pressestelle des KIT
 
Biologie: Zellen in natürlicher Umgebung beobachten

Energiewende: Ungenutzten Strom speichern und verwerten

Logistik: Mit Robotern zusammenarbeiten

Astroteilchenphysik: Woher stammt die kosmische Strahlung?

Smart Grid: Hybridbatterie entlastet Stromnetz

Publikationsanalyse: Forscher am KIT werden oft zitiert

Kohlendioxid: Mit Sonnenlicht zu neuen Rohstoffen

Chemieprozesse: Kraftstoffe aus Abgasen

KIT.audio: Podcast mit Schwerpunkt „Autonomes Fahren“


 
Experte des Monats
Hans Joachim Blaß: Ingenieurholzbau

Gründer des Monats
robodev: Automatisierung

Tipps und Termine

Nachhaltigkeit, Architektur, Literatur, Sport
 

 

Biologie: Zellen in natürlicher Umgebung beobachten
 

Die Seitenstreben der 3-D-Petrischale sind mit unterschiedlichen Proteinen beschichtet (rot/lila). Dadurch bevorzugen verschiedene Zellen (grün) verschiedene Positionen. (Bild: B.Richter/KIT)
Tierische Zellen, etwa im Knochen oder im Bindegewebe, leben in einer komplexen, dreidimensionalen Struktur voller unterschiedlicher biologischer, chemischer und physikalischer Signale. Die klassische Petrischale, die in Laborversuchen genutzt wird, ist flach und unstrukturiert. Komplexe Fragestellungen lassen sich darin nicht erforschen. Forscher des KIT haben dreidimensionale Gerüste von Mikrometergröße entwickelt und gezielt mit Proteinen überzogen. In diesen können einzelne Zellen in fast natürlicher Umgebung untersucht werden. Ihre neuste Entwicklung rund um die 3-D-Designer-Petrischale stellen sie nun in der Fachzeitschrift Advanced Materials vor.


„Wir haben 3-D-Mikrostrukturen aus drei verschiedenen Materialien hergestellt“, erklärt Benjamin Richter vom Zoologischen Institut des KIT. „Dadurch sind Bereiche entstanden, die Proteine abstoßen, Proteine binden, und solche, deren Affinität zu Proteinen einstellbar sind.“ Proteine steuern unter anderem, wohin Zellen wandern oder wo sie sich ansiedeln. Durch die neuen Beschichtungen konnten zwei verschiedene Zelltypen gezielt auf definierte Bereiche des Gerüstes platziert werden. Langfristig eröffnen 3-D-Designer-Petrischalen eine breite Palette von Möglichkeiten für die Züchtung biologischen Gewebes, das in der Medizin eingesetzt werden könnte, etwa um krankes Gewebe zu ersetzen oder zu regenerieren. Für die grundlegende Methode, um flexible und dreidimensionale Mikrogerüste aufzubauen und darin Zellkulturen in einem maßgeschneidertem Milieu zu züchten, erhielten die drei Entwickler am KIT – Martin Bastmeyer, Christopher Barner-Kowollik, Martin Wegener – in diesem Jahr bereits den Erwin-Schrödinger-Preis der Helmholtz-Gemeinschaft Deutscher Forschungszentren.


Mehr Information:
onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.201604342/full

Video und Pressemeldung zum Erwin-Schrödinger-Preis:
kit.edu/kit/pi_2016_130_designer-petrischalen-forscher-trio-des-kit-erhaelt-erwin-schroedinger-preis.php

www.youtube.com/watch?v=rPtHUbRkdco

Bildunterschrift: Die 3-D-Petrischale besteht aus einem Gerüst von einigen Mikrometern Länge, deren Seitenstreben mit unterschiedlichen Proteinen beschichtet sind (rot/lila). Dadurch bevorzugen verschiedene Zellen (grün) verschiedene Positionen. (Bild: B.Richter/KIT)


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Energiewende: Ungenutzten Strom speichern und verwerten

Wie speichert man die Energie, die zeitlich und örtlich höchst variabel aus erneuerbaren Quellen gewonnen wird? Diese Frage stellten sich zur Auftaktveranstaltung des Kopernikus-Projekts Power-To-X (P2X) Wissenschaft, Industrievertreter, Energieversorger und Bürgervereine. Gemeinsam suchen sie nun im großen Maßstab umsetzbare Lösungen für die Speicherfrage. Das BMBF fördert P2X in der ersten von insgesamt drei geplanten Entwicklungsphasen mit jährlich 10 Millionen Euro.

P2X will elektrische Energie aus erneuerbaren Energiequellen durch Umwandlung in stoffliche Energieträger und chemische Produkte wie Wasserstoff, Kohlenstoffmonoxid, Synthesegas, Methan und synthetische Kraftstoffe speichern. In den nächsten zehn Jahren sollen neue technologische Entwicklungen bis zur industriellen Reife gebracht werden. Innerhalb des Kopernikus-Projekts „P2X: Erforschung, Validierung und Implementierung von Power-to-X-Prozessen“ koordiniert das KIT den Forschungscluster, der sich mit modularen und autarken Technologien zur Umsetzung von Synthesegas auf Basis von Kohlendioxid in Kohlenwasserstoffe und langkettige Alkohole beschäftigt. Erforscht werden neue, für einen dezentralen Einsatz geeignete Prozesstechnologien, um mit Hilfe erneuerbarer Energie zukünftige emissionsarme Kraftstoffe, einschließlich verflüssigtem synthetischem Erdgas (LNG), und hochwertige Chemikalien herzustellen. Darüber hinaus ist das KIT an den Clustern "Dezentrale H2-Logistik: Speicherung und Verteilung über flüssige Wasserstoffträger“ und "Oxomethylenether: Kraft- und Kunststoffe auf Basis von Kohlendioxid und Wasserstoff“ beteiligt. Gesamtkoordinatoren von P2X sind die RWTH Aachen, das Forschungszentrum Jülich und die DECHEMA.


Pressemeldung des KIT zur Kopernikus-Bekanntgabe:
kit.edu/kit/pi_2016_049_ensure-will-netze-fuer-die-energiewende-fit-machen.php

Pressemeldung und Video zum Auftakt von P2X:
fz-juelich.de/SharedDocs/Pressemitteilungen/UK/DE/2016/2016-10-13-kopernikus-power2x.html


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Logistik: Mit Robotern zusammenarbeiten

Der digitale Versandhandel blüht und die Lieferketten der Industrie werden mehrgliedriger. Beide benötigen für ihre Logistik immer größere und effizientere Lager. Reine Automatisierung, die auf einer strikten Trennung von Menschen und Robotern basiert, kann die komplexen Abläufe in der Logistik jedoch nicht abbilden. Neue Lager-Konzepte, die die Vorteile von menschlichen Mitarbeitern und Roboterarbeitskraft verbinden, entwickelt das neue, am KIT koordinierte Projekt SafeLog, das von der EU mit rund 4,5 Millionen Euro gefördert wird.

„Wir wollen den Paradigmenwechsel in der Automation vorantreiben“, unterstreicht Björn Hein vom KIT, Koordinator von SafeLog. Das Gesamtziel von SafeLog ist das sichere und effiziente Zusammenarbeiten von Menschen und Robotern im gleichen Gebiet und zur gleichen Zeit, als Basis eines umfangreichen und flexiblen Lagersystems. Am KIT wird dazu an passenden Mensch-Maschine-Schnittstellen und an Assistenzsystemen geforscht, etwa in Form einer „smarten“ Sicherheitsweste mit Sensoren und Feedbackbauteilen oder Augmented Reality. In SafeLog werden auch Algorithmen entwickelt, die die Routenplanung von Arbeitern und mobilen Robotern in Echtzeit miteinander abstimmen.
 
Weitere Information:
safelog-project.eu

rob.ipr.kit.edu/projekte_2396.php

cordis.europa.eu/project/rcn/199855_en.html


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Astroteilchenphysik: Woher stammt die kosmische Strahlung?

Energiereiche Teilchen aus dem Universum, die sogenannte kosmische Strahlung, ergänzen unser Wissen über Supernovas, Dunkle Materie und den Kosmos als Ganzes. Die ursprüngliche Zusammensetzung und Energie dieser kosmischen Teilchen bestimmt der sieben Tonnen schwere Teilchendetektors AMS (Alpha-Magnet-Spektrometer) auf der Internationalen Raumstation ISS, zu dem auch Forscher des KIT beigetragen haben. Nun stellt die AMS-Kollaboration die Ergebnisse der ersten fünf Jahre Messung vor. AMS beobachtet bei hohen Energien sowohl mehr Anti-Elektronen (Positronen) als auch mehr Anti-Protonen als erwartet wurden.

„Kollisionen von Teilchen der Dunklen Materie können einen Positronen-Überschuss erzeugen“, erklärt Iris Gebauer vom KIT, die maßgeblich an der Auswertung der Daten mitwirkt. „Allerdings könnten die Positronen auch direkt von astrophysikalischen Punktquellen kommen, beispielsweise von entfernten Pulsaren, das heißt schnell rotierenden Neutronensternen.“ Bisher ging man davon aus, dass diese Teilchen innerhalb unserer Galaxie in Supernovae-Explosionen und schweren Sternen erzeugt und beschleunigt wurden. Um diese Fragen letztlich sicher zu beantworten, braucht es präzise Messungen der Ankunftsrichtung der Teilchen sowie verlässliche Daten aus irdischen Laboren zu den Eigenschaften der Dunklen Materie, etwa durch den Nachweis der Produktion exotischer Teilchen am Beschleuniger LHC des Forschungszentrums CERN.

Mehr Information:
yin.kit.edu/772.php

journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.117.091103


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Smart Grid: Hybridbatterie entlastet Stromnetz

Erneuerbare Energien liefern bereits einen wesentlichen Anteil unseres Stroms. Allerdings liegen Erzeugung und Verbrauch oft zeitlich und örtlich auseinander, was gerade im Sommer das Stromnetz lokal überlasten kann. Das Verbundprojekt „Hybrid Optimal“ wird nun vom Land Baden-Württemberg mit 380.000 Euro gefördert und soll demonstrieren, dass ein zellularer Ansatz Engpässe beseitigt und eine Ergänzung zum Netzausbau darstellt.

„In zellularen Systemen schließt man Verbraucher, Erzeuger, Speicher und die notwendige Infrastruktur so zu einer Zelle zusammen, dass sie selbst erzeugten Strom soweit wie möglich direkt vor Ort nutzt“, erklärt Sebastian König vom Institut für Elektroenergiesysteme und Hochspannungstechnik des KIT. Er entwickelt Computermodelle von Transformatoren, Kabeln und Speichern, mit denen der Betrieb der Zelle simuliert wird. „Damit findet man bereits im Vorfeld das Optimum zwischen Nachhaltigkeit, Versorgungssicherheit und Wirtschaftlichkeit.“ „Hybrid Optimal“ stattet nun eine Siedlung bei Bühl, die aus zehn Gebäuden und fünf Photovoltaik-Anlagen besteht, mit Smart-Metern und einem zentralen Hybrid-Batteriesystem aus. Zum Einsatz kommen eine Vanadium-Redox-Flow-Batterie, die als kostengünstiger Langzeitspeicher dient, und eine Lithium-Ionen-Batterie, die kurzfristig viel Leistung aufnehmen und abgeben kann. Eine Optimierungssoftware unter Rückgriff auf die Computermodelle des KIT soll in der Zelle Eigenverbrauch sowie Zukauf und Verkauf von Energie so steuern, dass das Stromnetz nicht belastet wird sowie Nutzen und Gewinn maximiert werden.

Mehr Information:
schmid-group.com/schmid-group/news-events/pressemitteilungen/smart-grid-kombination-aus-vanadium-redox-flow-und-lithium-ionen-batterie


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Publikationsanalyse:  Forscher am KIT werden oft zitiert

Vier Forscher des KIT werden in der aktuellen Publikationsanalyse „Highly Cited Researchers“ aufgeführt. Damit gehören ihre Veröffentlichungen zu dem einen Prozent der weltweit am häufigsten zitierten Arbeiten ihres Fachbereiches. Evaluiert wurden Publikationen der Jahre 2004 bis 2014 von dem US-Unternehmen Clarivate Analytics, ehemals ein Geschäftsbereich des Medienkonzerns Thomson Reuters.

Martin Wegener, der an den Instituten für Angewandte Physik und für Nanotechnologie des KIT forscht, beschäftigt sich mit der Kurzzeitspektroskopie an Halbleitern, Quanten-Kinetik, Nano-Optik, Photonischen Kristallen und Metamaterialien. Metamaterialien sind künstliche Strukturen, die in der Natur nicht vorkommende Eigenschaften besitzen, etwa mechanische und optische Tarnkappen.

Stefano Passerini vom Helmholtz-Institut Ulm des KIT arbeitet an der Entwicklung von Materialien und Systemen für elektrochemische Energiespeicherung. Seine Forschergruppe konzentriert sich auf Materialien für Lithium-Batterien. Passerini ist Mitverfasser von fast 400 Veröffentlichungen und hat bereits etliche neuentwickelte Materialien patentieren lassen.

Tilmann Gneiting forscht zur Theorie und Praxis von Vorhersagen und zur räumlichen Statistik. Seine Gruppe entwickelt Methoden für probabilistische Wettervorhersagen in Echtzeit. Gneiting leitet die Forschungsgruppe „Computational Statistics“ am Heidelberger Institut für Theoretische Studien (HITS) und lehrt am KIT.

Alexandros Stamatakis nutzt Höchstleistungsrechner für die Evolutionsbiologie, etwa für Stammbaumberechnung, die Evolution von Krebszellen oder die statistische Klassifikation von Darmbakterien. Stamatakis leitet die Forschungsgruppe „Scientific Computing“ am HITS und hat die Professur für „High Performance Computing in den Lebenswissenschaften“ am KIT inne.

Mehr Information:
highlycited.com
 
aph.kit.edu/wegener

hiu-batteries.de/passerini-stefano

h-its.org/de/research/cst

h-its.org/de/forschung/sco


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Kohlendioxid: Mit Sonnenlicht zu neuen Rohstoffen

Der Verbrauch von fossilen Energieträgern führt zu gigantischen Mengen des Treibhausgases Kohlendioxid. Wenn daraus wieder nutzbare Rohstoffe oder Brennstoffe in einem geschlossenen Kreislauf würden, wäre nicht nur der Klimaschutz einfacher, sondern auch die Industrie unabhängiger von fossilen Rohstoffen. Ein Ansatz dazu ist die so genannte photokatalytische Kohlendioxid-Reduktion: Sonnenlicht löst auf der Oberfläche von Halbleitern eine Reaktion zwischen Kohlendioxid und Wasser aus, die etwa Methan oder Methanol erzeugt. Mit einer Million Euro fördert nun das BMBF über drei Jahre das Verbundprojekt PROPHECY, an dem das KIT beteiligt ist und welches neue Material- und Prozesskonzepte des Kohlendioxid-Recyclings entwickelt und bewertet.

„Ob die getesteten Prozesse ökologisch und ökonomisch sinnvoll sind, überprüfen wir von Beginn an mit einer begleitenden Nachhaltigkeitsanalyse“, erläutert Andreas Patyk vom Institut für Technikfolgenabschätzung und Systemanalyse des KIT. Dabei werden nicht nur die Prozesse selbst mit Methoden der Lebenszyklusanalyse auf ihre Kosten und Umweltwirkungen hin überprüft, sondern auch alle Teile des Gesamtsystems, wie etwa Bau der Apparate oder Produktion der Katalysatoren und Additive berücksichtigt. Damit sollen Schwachstellen wie umweltschädlich hergestellte Komponenten früh erkannt und ausgeschlossen werden. Die Projektpartner – das Rostocker Leibniz-Institut für Katalyse und die Universität Oldenburg – testen, ob Additive wie Bioethanol oder Wasserstoff das Spektrum der Endprodukte erweitern. Zudem könnten neue poröse Photokatalysatoren helfen, einen größeren Teil des Sonnenlichts zu nutzen.

Mehr Information:
itas.kit.edu/projekte_paty16_proph.php


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Chemieprozesse: Kraftstoffe aus Abgasen

Klimaschutz und eine wettbewerbsfähige Stahlproduktion in Deutschland erfolgreich verbinden: So lautet eines der Ziele des nun startenden Projekts „Carbon2Chem“. Industrieunternehmen und Forschungsinstitute, darunter das KIT, entwickeln gemeinsam eine weltweit einsetzbare Lösung, um die Abgase der Hochöfen in Vorprodukte für Kraftstoffe, Kunststoffe oder Dünger umzuwandeln. Der dafür benötigte Wasserstoff wird mit Überschussstrom aus erneuerbaren Energien produziert.

Das KIT arbeitet innerhalb von „Carbon2Chem“ an den Herstellungsverfahren von Oxymethylenethern (OMEs), die zukünftig als Dieselkraftstoffe eingesetzt werden könnten. OMEs erlauben den Betrieb von Dieselmotoren mit drastisch reduzierten Emissionen insbesondere von Ruß und Stickoxiden. Mit seinen Partnern entwickelt das KIT neue Katalysatoren und Prozessstufen, die eine optimale Rohstoff- und Energieeffizienz ermöglichen, wenn OMEs im Stoff- und Energie-Verbund mit der Stahlerzeugung hergestellt werden. Mit „Carbon2Chem“ entsteht erstmals ein branchenübergreifendes Netzwerk aus Stahlherstellern, Stromerzeugern und Chemieindustrie. Es entwickelt in den kommenden zehn Jahren eine nachhaltige Wertschöpfungskette. Das Bundesministerium für Bildung und Forschung fördert das Projekt mit mehr als 60 Millionen Euro. Die beteiligten Partner planen Investitionen von mehr als 100 Millionen Euro bis 2025. Für die kommerzielle Realisierung haben sie mehr als eine Milliarde Euro vorgesehen.

Mehr Information zu OME-Projekten am KIT:
kit.edu/kit/pi_2016_021_kraftstoffe-die-keine-schaedlichen-abgase-produzieren.php

Mehr Information zu „Carbon2Chem“:

bmbf.de/de/huettengase-zu-duenger-3517.html

bmbf.de/de/mit-abgas-das-klima-retten-3044.html


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KIT.audio: Podcast mit Schwerpunkt „Autonomes Fahren“

Der heraufziehende Paradigmenwechsel hin zu führerlosen und elektrifizierten Fahrzeugen ist technologisch wie volkswirtschaftlich eine enorme Herausforderung. In der ersten Ausgabe des neuen Forschungspodcasts „KIT.audio“ spricht Autor Stefan Fuchs mit Ingenieuren, Informatikern, Juristen und Technikfolgenforschern über das Veränderungspotenzial von Autos, die selber fahren, und erprobt den Stand der Technik auf einer Testfahrt. Sein Fazit: Karlsruhe schickt sich an, eine Pionierregion für autonomes Fahren zu werden.

„KIT.audio | Der Forschungspodcast des Karlsruher Instituts für Technologie“ ist ein kostenloser Audiopodcast für die interessierte Öffentlichkeit. In monatlicher Abfolge greifen renommierte Radiojournalisten und Podcaster ein aktuell drängendes Forschungsthema auf und erkunden Ansätze, Antworten, Standpunkte und Lösungen von Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern des KIT. Die eingefangenen O-Töne, Geräuschkulissen und Sounds verweben sie in der Art eines Features zu intensiven, knapp halbstündigen Hörstücken. Thema der zweiten Folge von „KIT.audio“ Ende Januar wird die Batterieforschung sein, Thema der dritten Folge im Februar ist Industrie 4.0.
 
Mehr Information:
pkm.kit.edu/kitaudio


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Experte des Monats
Ingenieurholzbau: „Die hohe Zugfestigkeit moderner Holzwerkstoffe kann nur dank leistungsfähiger Verbindungen sinnvoll genutzt werden“, erläutert Hans Joachim Blaß, Leiter der Versuchsanstalt für Stahl, Holz und Steine am KIT. Brettsperrholz als Baustoff erlaubt die Konstruktion mehrgeschossiger Holzbauten. In Vancouver wurde gerade der Bau eines 18-geschossigen Studentenwohnheims abgeschlossen. Voraussetzung ist, dass die Bauteile so zusammengefügt werden, dass alle Kräfte ohne punktuelle Überlastungen übertragen werden können. „Insbesondere bei Fachwerkträgern sorgen neue Materialien und Verbindungstechniken für eine Steigerung der Wirtschaftlichkeit.“ Blaß ist Herausgeber des Buches „Ingenieurholzbau“ und Veranstalter der „Karlsruher Tage Holzbau“. Mehr Information: holz.vaka.kit.edu/469.php


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Gründer des Monats
Automatisierung: Die wirtschaftliche Montage von Produkten in kleiner Stückzahl ist möglich. Dank der individuellen Lösungen für Industrieautomaten des Start-ups robodev, das drei Absolventen des KIT gegründet haben. Möglich macht dies das nahtlose Zusammenspiel von Mechanik, Elektronik, Kommunikation und Ansteuerung. Statt starre Abläufe vorzugeben, richten sich vernetzte Module auf den Menschen in der Produktion ein. Der Modulbaukasten erlaubt kurze Umrüstzeiten und hohe Flexibilität. Damit wurde robodev Gewinner des WECONOMY 2016. Mehr Information: kit-gruendernews.de/gruender-des-monats-dezember-robodev-gmbh


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Tipps und Termine
Vortrag:  „Welche Weltbilder werden in Architektur und Wissenschaft vermittelt?“
Georg Vrachliotis, KIT
9. Januar 2017, 15:45 Uhr, Campus Süd des KIT
Thema: Ressourcen, Technologie, Gesellschaft
kit.edu/kit/8437.php/event/31277
 
Vortrag: „Intelligent wachsen - Grünen Ökonomie“
Ralf Fücks, Heinrich-Böll-Stiftung
10. Januar 2017, 19 Uhr, Campus Süd des KIT
Themen: Nachhaltigkeit, Ökodiktatur, Wachstum
kit.edu/kit/8437.php/month/13
 
Autorengespräch und Lesung mit Matthias Kehle und Rolf-Ulrich Kunze, KIT
„Ein Abend auf der Grenze von Fact & Fiction, zwischen Literatur und Wissenschaft“
13. Januar 2017, Campus Süd des KIT
Themen: Geschichte(n) erzählen, Schriftsteller, Historiker
kit.edu/kit/8437.php/event/31199
 
Kinderturn-Kongress 2017
u.a.m. Jan-Uwe Rogge, Alexander Woll,
Pate: Fabian Hambüchen
23. – 25. März 2017, Campus Süd des KIT
Themen: Bewegung, Motorik, Entwicklung
sport.kit.edu/foss/607.php


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Das Karlsruher Institut für Technologie (KIT) verbindet seine drei Kernaufgaben Forschung, Lehre und Innovation zu einer Mission. Mit rund 9 300 Mitarbeiterinnen und Mitarbeitern sowie 25 000 Studierenden ist das KIT eine der großen natur- und ingenieurwissenschaftlichen Forschungs- und Lehreinrichtungen Europas. 

KIT – Die Forschungsuniversität in der Helmholtz-Gemeinschaft

 
 
Kontakt:


Monika Landgraf
Pressesprecherin

Kosta Schinarakis
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Kaiserstraße 12
76131 Karlsruhe
Tel.: +49 721 608-41956
Fax: +49 721 608-43658
E-Mail: schinarakis@kit.edu

 
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