Behind the Thesis: Zwischen Labor und Energiewende: Natrium als vielversprechendes Anodenmaterial für Batterien 

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Lithium ist die Basis heutiger Energiespeicher – und zugleich ihr größter Engpass: knappe Ressourcen, geopolitische Abhängigkeiten, steigende Kosten. Natrium hingegen ist fast unbegrenzt verfügbar, preiswert und chemisch Lithium erstaunlich ähnlich. Für die Forschung ergibt sich daraus ein klarer Auftrag: Wege finden, um Natrium als Anodenmaterial in Batterien nutzbar zu machen.

Genau mit diesem Zukunftsthema beschäftigte sich Prisca, Chemie-Studentin an der Hochschule Aalen, im Rahmen ihrer Bachelorarbeit am fem Forschungsinstitut. Im Projekt LIB2SIB untersuchte sie, wie sich Natrium galvanisch abscheiden lässt – und welche Elektrolytsysteme und Substrate sich dafür eignen. Ihr Ziel: dünne, reproduzierbare Natriumschichten herzustellen, die als Anodenmaterial in künftigen Natriumionen-Batterien eingesetzt werden können.

Ich habe nicht nur eine Abschlussarbeit geschrieben, sondern aktiv an einem Forschungsprojekt mitgearbeitet, das globale Herausforderungen adressiert. Es geht um die Frage, wie eine nachhaltige, sichere und bezahlbare Energiespeicherung der Zukunft aussehen könnte. Dieses Ziel vor Augen zu haben, war sehr motivierend“, erzählt Prisca. Besonders wertvoll war für sie auch die enge Zusammenarbeit mit den Kollegen und der fachliche Austausch mit ihrem Betreuer Dr. Reinhard Böck.

Für ihn war die Betreuung der Abschlussarbeit eine kleine Entdeckungstour. Denn es wurden nicht nur bekannte Fakten bestätigt, sondern auch neue Erkenntnisse gewonnen. „Die untersuchten Natrium-Elektrolytsysteme verhielten sich hinsichtlich ihrer chemischen Stabilität und Eignung zur Abscheidung völlig unterschiedlich. Je nach Elektrolyt bildete das Natrium andere Kristallitstrukturen aus – etwas, das in der Fachliteratur so nicht dokumentiert war. Genau solche Befunde machen Forschung spannend.

Dass diese Ergebnisse so klar sichtbar wurden, lag auch am sorgfältigen Vorgehen. Prisca arbeitete sich tief in das komplexe Thema ein, plante Versuche präzise und wertete sie konsequent aus.

Ihr Engagement und ihre Genauigkeit haben entscheidend dazu beigetragen, dass wir neue Erkenntnisse zur galvanischen Abscheidung von Natrium aus Ether-basierten organischen Elektrolyten gewinnen konnten“, betont Dr. Böck. Die Resultate sind nun ein wichtiger Baustein, um das Projektziel – die Entwicklung dünner Natriummetallanoden – weiter voranzubringen.

Und welchen Rat nimmt die Absolventin mit? „Alle Annahmen und Erkenntnisse sollten wirklich verstanden werden und wissenschaftlich belegbar sein.“ Ein Ratschlag, der nicht nur für diese Arbeit gilt, sondern für jede Forschung.

Strukturen für den Wandel: fem schafft zentralen Fachbereich für Werkstoffcharakterisierung und Bauteilprüfung  

Schwäbisch Gmünd, 22. Oktober 2025 – Mit der Gründung der Abteilung „Bauteil- und Werkstoffcharakterisierung“ bündelt das fem Forschungsinstitut seine Prüf- und Analysekompetenz für Werkstoffe und Bauteile unter einem Dach und schafft eine leistungsfähige Struktur für agile und fokussierte Industriedienstleistung. Damit reagiert das Institut auf die zunehmenden Herausforderungen, die mit dem Transformationsdruck in der Wirtschaft einhergehen. Sei es durch neue Werkstoffe, kürzere Entwicklungszyklen, nachhaltige Prozesse oder steigende Anforderungen an Bauteilperformance und Qualität.

„Der Bedarf in der Industrie verändert sich spürbar. Unternehmen müssen schneller entwickeln, Qualität sichern und Innovation vorantreiben. Deshalb gestalten wir diesen Wandel aktiv mit – durch neue Lösungen, partnerschaftliche Zusammenarbeit und messbaren Mehrwert für die Wirtschaft und den Standort. Wir richten unsere Strukturen, Methoden und Kapazitäten konsequent auf diese industriellen Anforderungen aus“, betont Prof. Dr. Holger Kaßner, Institutsleiter des fem.

Forschung, die sich an Industrievorgaben orientiert

Unter der Leitung von Dr. Andreas Richter konzentriert sich die neue Abteilung auf serielle Prüf- und Analyseverfahren – mit dem Anspruch, Industriekunden vom mittelständischen Unternehmen bis zum Großkonzern verlässlich und zielgerichtet zu unterstützen. Von der atomaren Werkstoffanalyse bis zur Bauteilbewertung stehen modernste Methoden bereit: darunter hochgenaue Analyseverfahren (ICP-OES/MS, GDOES, WD-RFA etc.), Röntgendiffraktometrie (XRD), Rasterelektronenmikroskopie (REM) und 3D-Computertomographie (CT) sowie mechanische Werkstoffprüfungen und Härte- oder Gefügebewertungen mit Mikroskopie.

Der Fokus liegt dabei auf definierten Standards, die reproduzierbare Ergebnisse ermöglichen und sich direkt in die Qualitätssicherung oder Produktentwicklung integrieren lassen. Durch klare, individuelle Vorgaben können auch große Serien effizient und kontinuierlich bearbeitet werden – immer entlang der Kundenanforderungen.

„Wir liefern, was Industrie und Mittelstand brauchen: schnelle Prüfprozesse, belastbare Ergebnisse und klare Standards. Unsere Mess- und Analysetechnik unterstützt Unternehmen dabei, Entwicklungszyklen zu verkürzen, Qualität zuverlässig zu sichern, regulatorische Vorgaben zu erfüllen und Innovationen voranzutreiben. Dabei sind wir ein effizienter Partner – flexibel in der Umsetzung, präzise in den Ergebnissen“, so Dr. Andreas Richter, Abteilungsleiter Bauteil- und Werkstoffcharakterisierung am fem.

Agil, verlässlich und zukunftsfähig

Die neue Struktur ist Teil eines übergeordneten Transformationsprozesses am fem Forschungsinstitut: Ziel ist es, die eigenen Stärken konsequent an den Bedarfen der Wirtschaft auszurichten. Die gebündelte Methodenvielfalt und das vernetzte und interdisziplinäre Know-how am Institut ermöglichen es, auch komplexe Fragestellungen effizient zu bearbeiten und Ergebnisse mit direktem Mehrwert für Forschung und Entwicklung, Qualitätssicherung oder Zulassung zu liefern.

Einladung an Politik und Wirtschaft

Die Reorganisation des Instituts ist ein Statement: Für Forschung mit Wirkung. Für agile Strukturen im öffentlichen Forschungssektor. Und für einen kooperativen Schulterschluss von Wissenschaft, Wirtschaft und Politik, um Innovationskraft dort zu verankern, wo sie gebraucht wird – in der Fläche, im Mittelstand, in den Regionen.

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Prof. Dr. Holger Kaßner, Institutsleiter mit Dr. Andreas Richter, Abteilungsleiter Bauteil- und Werkstoffcharakterisierung. (v.l.n.r.); Copyright: fem Forschungsinstitut.

Über das fem

Das fem Forschungsinstitut in Schwäbisch Gmünd zählt seit 1922 zu den führenden Instituten für die Erforschung, Entwicklung und Analyse von metallischen Werkstoffen und Beschichtungen. Darüber hinaus ist es das weltweit einzige unabhängige Edelmetallinstitut. Ziel der Aktivitäten der rund 100 Beschäftigten auf den Gebieten der Materialwissenschaft, Metallchemie und Oberflächentechnik sind maßgeschneiderte und zukunftsweisende Lösungen für kleine und mittlere Unternehmen sowie die Industrie.

Das fem auf der V2025 International Conference & Exhibition

Innovationen in Vakuum-, Plasma- und Beschichtungstechnologien

Die V2025 zählt zu den wichtigsten Bühnen der europäischen Vakuum-, Plasma- und Beschichtungs-Community. Dieses Jahr prägten Nachhaltigkeit, resiliente Ökosysteme und zirkuläre Wirtschaft die Diskussionen – und spiegelten sich in den präsentierten Schlüsseltechnologien wider. 

Martin Fenker, Abteilungsleiter Plasma-Oberflächentechnik, war gleich mit mehreren Beiträgen vertreten.

🔹 Vortrag: „Comparison of different corrosion tests to evaluate the corrosion protection properties of Mg-containing PVD‐coated steel“.

Er gibt darin aufschlussreiche Einblicke in die Vergleichbarkeit verschiedener Korrosionstests und in die Bewertung des Schutzverhaltens Mg-haltiger PVD-Schichten. Das vorgestellte Schichtsystem ist eine mögliche Alternative für Hartchrom-Schichten.

🔹 Posterpräsentation: „Inverted Fireball-Assisted Magnetron Sputtering: A Novel Approach to Thin Film Deposition“.

Im Mittelpunkt steht der Inverted Fireballs (IFBs) als vielversprechendes Unterstützungsplasma. Erstmals wurde ein IFB erfolgreich in ein Magnetron-Sputter-System integriert und dessen Funktion experimentell demonstriert – ein spannender Ansatz für zukünftige Beschichtungstechnologien.

Ein besonderer Höhepunkt war der Vortrag von Prof. Dr. Holger Kersten (Christian-Albrechts-Universität Kiel) zum Thema „Gas discharge physics: Examples for basics, diagnostics, and applications“ sowie seine Auszeichnung mit dem Rudolf-Jaeckel-Award 2025 für herausragende Leistungen in der Plasmaphysik und Diagnostikentwicklung.

Die Veranstaltung bot eine hervorragende Gelegenheit, neueste Entwicklungen aus Forschung und Industrie zu diskutieren und wertvolle Kontakte zu knüpfen.

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fem auf der v2025
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Gmünder Zukunftsforum 2025 am fem Forschungsinstitut

Am 13.10.2025 war das Gmünder Zukunftsforum bei uns am fem Forschungsinstitut zu Gast. Alles drehte sich um das Konzept „Aufbruch in eine neue Zeit“ – von der Ausrichtung von Städten und Standorten auf Zukunftsfähigkeit bis zur Gestaltung der digitalen und gesellschaftlichen Transformation.

Einig war sich die Diskussionsrunde mit den Oberbürgermeistern Richard Arnold (Schwäbisch Gmünd), Boris Palmer (Tübingen) und Matthias Klopfer (Esslingen) und dem Hauptgeschäftsführer der IHK Ostwürttemberg, Thilo Rentschler, dass zukunftsfähige Städte und Regionen nur entstehen, wenn Wirtschaft, Wissenschaft, Kommunen und Gesellschaft an einem Strang ziehen.

Doch was bedeutet das in der aktuellen Lage?  

Wie werden unsere Städte in Zukunft aussehen, wenn Forschungseinrichtungen – in ihrer Rolle als Wissensvermittler, regionaler Transformationsgestalter, Innovationstreiber oder schlicht als Unternehmen, an dem Arbeitsplätze hängen – ihren Beitrag zur Wertschöpfung nicht mehr leisten können, weil Fördergelder nicht gezahlt und Förderprogramme gekürzt oder eingestellt werden? 

Wie sieht eine Zukunft aus, in der anwendungsorientierte Forschung stagniert und somit die Zukunftsprodukte aus dem Ausland kommen?

Was die Forschungslandschaft derzeit erlebt, ist ein Stillstand.  Anstatt Abhängigkeiten von anderen Nationen zu verringern, verstärken wir sie. Keine andere Innovations- und Wirtschaftsnation der Welt wird warten, bis Deutschland wieder bereit ist, am Rennen teilzunehmen. 

Fortschritt und technologische Souveränität brauchen Kontinuität! 
Forschung darf nicht ausgebremst werden – sie ist das Fundament für Zukunft. 

Ausgezeichnete Nachwuchsforschung am fem: VDI-Förderpreis für Abschlussarbeit zu Silizium-Komposit-Anoden

Herzlichen Glückwunsch an Jonas Bezler!
Seine Abschlussarbeit zur „Entwicklung und Charakterisierung neuartiger Silizium-Komposit-Anoden für Hochleistungsbatterien“ wurde mit dem VDI-Förderpreis ausgezeichnet.

Unter der Betreuung von Christoph Kiesl, Wissenschaftler am fem Forschungsinstitut, entstand eine Arbeit, die zeigt, wie sich innovative Materialsysteme und präzise elektrochemische Analytik verbinden lassen, um die Batterietechnologien der nächsten Generation voranzubringen. Erst im September haben wir in unserer neuen Themenreihe „Behind the Thesis” einen Blick hinter die Kulissen geworfen und die spannenden Projektarbeiten von Jonas und Christoph vorgestellt.

Am fem forschen wir im Rahmen des Projekts SiCAP (Silicon Composite Anode) an Verfahren, die das Potenzial von Silizium als Anodenmaterial effizient nutzbar machen – mit dem Ziel, Energiedichte und Lebensdauer von Batteriezellen nachhaltig zu steigern. Auf Basis unserer erzielten Ergebnisse  werden wir den nächsten Schritt gehen.

Wir sind stolz auf den Beitrag unseres Teams zur Entwicklung leistungsfähigerer Energiespeicher – und auf die nächste Generation von Ingenieur:innen, die diese Zukunft mitgestalten.

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Einstellung der Trinkwasseranalytik zum 1.1.2026 – letzter Annahmetermin für mikrobiologische Proben ist der 17.12.2025

Nach sorgfältiger Prüfung stellen wir unsere Leistungen zur Trinkwasseranalytik zum 1. Januar 2026 ein. Diese Entscheidung ist uns nicht leichtgefallen. Ausschlaggebend sind eine rückläufige Nachfrage im Kontext der gesamtwirtschaftlichen Lage sowie deutlich gestiegene regulatorische Anforderungen, die die Leistungserbringung in der bisherigen Form wirtschaftlich nicht mehr tragfähig machen.

Laufende Aufträge und zugesagte Projekte bearbeiten wir selbstverständlich ordnungsgemäß zu Ende. Letzter Annahmetermin in der Trinkwasseranalytik ist der 17.12.2025.

Für alle übrigen Prüf- und Messdienstleistungen zur Bauteil- und Werkstoffcharakterisierung bleiben wir unverändert Ihr verlässlicher Partner – gestützt auf über 100 Jahre Erfahrung und ausgewiesene Expertise.

Wir danken Ihnen sehr für das Vertrauen und die langjährige Zusammenarbeit!

Das fem Forschungsinstitut auf dem ESTAL Congress 2025 in Thessaloniki

Forschung für funktionale und nachhaltige Oberflächen

Anfang Oktober fand der diesjährige ESTAL Congress 2025 in Thessaloniki statt. Mit dabei Christof Langer, Abteilungsleiter Leichtmetall-Oberflächentechnik.

In seinem Vortrag „Nanoparticle-Enhanced Anodic Oxide Coatings: Exploring Single- and Multi-Layer Architectures for Functional Surfaces“ stellte er aktuelle Forschungsergebnisse zur gezielten Modifikation anodischer Oxidschichten durch die Einlagerung von Nanopartikeln aus Suspensionen vor.

Der Schwerpunkt lag auf der Entwicklung modularer Schichtarchitekturen, mit denen eloxierte Aluminiumoberflächen individuell an Kundenanforderungen angepasst werden können. Diese maßgeschneiderte Funktionalisierung erzeugt neue Eigenschaften – etwa photokatalytische oder antivirale – und schafft damit Zugang zu neuen Anwendungsfeldern und Märkten. Das verdeutlicht die hohe industrielle Relevanz des Ansatzes, insbesondere im Hinblick auf künftige Anforderungen an nachhaltige, multifunktionale Oberflächensysteme.

Es war erfreulich zu sehen,“ so Christof Langer, „dass viele Themen, an denen wir derzeit intensiv arbeiten auch im europäischen Kontext hohe Relevanz besitzen und intensiv diskutiert werden. Dazu zählen beispielsweise das Verhalten von Recyclingmaterialien während der Vorbehandlungs-, Anodisations- und Beschichtungsprozesses, die Beschichtung additiv gefertigter Leichtmetallbauteile oder die Identifizierung von Energieeinsparpotenziale im Anodisationsprozess.

Zum Abschluss des Kongresses stand die Besichtigung der ALUMIL Recyclinganlage in Kilkis auf dem Programm, die einen spannenden und detaillierten Einblick in den Ablauf des Aluminiumrecyclings bot. Dabei wurde deutlich, wie eng Prozessqualität, Materialrückführung und Oberflächenanforderungen miteinander verknüpft sind – ein Aspekt, der auch für die zukünftige Forschung am fem von hoher Bedeutung ist.

Der ESTAL Congress bot einmal mehr eine hervorragende Plattform für den Wissenstransfer zwischen Forschung, Industrie und Anwendung.

Das fem bedankt sich bei allen Teilnehmenden und Organisatoren für eine gelungene Veranstaltung und den inspirierenden wissenschaftlichen Austausch.

Von Kariv nach Aalen mit Zwischenstopp am fem in Schwäbisch Gmünd

Die Eröffnung der großen Sonderausstellung „Fremde Nachbarn – Rom und die Germanen“ im Limesmuseum Aalen brachte internationale Gäste in die Region. Auf ihrem Weg durften wir am fem Forschungsinstitut die Archäologen Ihor Tymets und Nataliia Bilas vom Istoryko-Krayeznavchyy Muzey, Vynnyky (Ukraine) gemeinsam mit Nicole Ebinger begrüßen.

Bei einer kurzen Führung durch unsere Labore zeigten Katja Baumgärtner und Alexander Pfund, wie vielseitig unsere Arbeit ist, und boten spannende Einblicke in die Schnittstelle von Materialforschung, Industrie und Archäologie.

Modernste Technologie eröffnet neue Zugänge zur Vergangenheit.

Seit rund 15 Jahren arbeiten wir eng mit dem Landesamt für Denkmalpflege Baden-Württemberg im Regierungspräsidium Stuttgart zusammen. Unser 3D-Röntgen-Computertomograph (CT) ermöglicht eine zerstörungsfreie und hochauflösende Untersuchung komplexer Objekte aus allen Werkstoffklassen.

In der Archäologie ist das ein echter Mehrwert: Wertvolle Artefakte können hochauflösend visualisiert werden, ohne sie manuell freizulegen. So geschehen etwa beim frühkeltischen Fürstinnengrab von der Heuneburg oder beim weltberühmten Löwenmenschen von der Schwäbischen Alb. Ein nächstes Highlight steht bereits fest: Am Ende des Ausstellungszeitraums wird der römische Bronzekessel (Fundort: Ukraine, 2. Jahrhundert n. Chr.) zur Untersuchung an das fem kommen.

📅 Die Ausstellung in Aalen läuft noch bis 12. April 2026 und erzählt anschaulich, wie Römer und Germanen über Jahrhunderte nebeneinander lebten, voneinander lernten und zeigt auch, welche Lehren wir daraus für unser heutiges Miteinander ziehen können.

👉 Mehr zur Ausstellung: limesmuseum.de/sonderausstellungen/fremde-nachbarn-rom-und-die-germanen 

Archäologie trifft Materialforschung am fem
Archäologie trifft Materialforschung am fem
fem bei der Ausstellung Fremde Nachbarn – Rom und die Germanen
fem bei der Ausstellung Fremde Nachbarn – Rom und die Germanen

Treffen der Metallograph:innen am fem: Praxis, Wissen und Austausch 

Ende September war das fem Forschungsinstitut Gastgeber des Stuttgarter / Aalener Metallographentreffens.

🔬 Ein Highlight war der Workshop zur Mikro- und Nanohärtemessung mit praktischen Einblicken in die Nanoindentations-Messtechnik von Bruker Nano Analytics. Die Teilnehmenden konnten eigene Proben messen lassen und konkrete Anwendungsfälle diskutieren.

🎤 Am Nachmittag folgte ein abwechslungsreiches Vortragsprogramm mit Beiträgen von

  • Ude Hangen (Bruker Nano Analytics): Nanohärtemessung
  • Gaby Ketzer-Raichle (IMFAA, Hochschule Aalen): Anwendungsfälle Mikro- und Nanohärtemessung
  • Martin Balzer (fem): Härtemessungen an rauen Oberflächen

Ein herzliches Dankeschön an die Referent:innen für ihre wertvollen Impulse, an die Teilnehmenden für den intensiven Austausch und an @Karin Pfeffer für die hervorragende Organisation.

Wir freuen uns schon auf das nächste Wiedersehen!

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Behind the Thesis: Next Gen Anodenmaterialien, neue Verfahren und ein Aha-Moment unter dem REM

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Wie fühlt es sich an, wenn ein Forschungsansatz erstmals durch Daten und Bilder bestätigt wird? Jonas weiß es genau. Denn sein Aha-Moment fand nicht auf dem Papier statt, sondern am Rasterelektronenmikroskop (REM).

Der beeindruckendste Moment für mich war die Untersuchung der selbst hergestellten Anoden mit dem REM nach den simulierten Zelltests. Man konnte den Einfluss des Ladungstransfers der Li-Ionen auf das Aktivmaterial, die Siliziumpartikel, und die Mikrostruktur der getesteten Anoden direkt sehen. In diesem Moment wurden die Ergebnisse all unserer Untersuchungen zur Prozessoptimierung und zur Herstellungsmethode erstmals in einem abschließenden Ergebnis gebündelt. Jetzt war uns klar: Unsere Idee funktioniert!

Jonas, der sein Studium im Studiengang Energietechnik an der Hochschule Ulm absolviert, hat im Rahmen seiner Bachelorarbeit am Projekt SiCAP des fem Forschungsinstituts mitgewirkt. Betreut wurde die Arbeit von Projektleiter Christoph Kiesl. Im Mittelpunkt der Forschung: Silizium. Dank seiner außergewöhnlichen Energiedichte gilt es als vielversprechendes Anodenmaterial der nächsten Batteriegeneration. Das Projektziel: Die Herstellung von Silizium-Komposit-Anoden für leistungsstarke, umweltfreundliche und effiziente Batterien.

Dass das Projekt technologisch neue Wege geht, wurde für Betreuer Christoph Kiesl besonders deutlich, als ein zentraler Durchbruch gelang:

Der für mich spannendste Moment der letzten vier Monate ereignete sich während der Elektrolytentwicklung, als es uns erstmals gelang, gezielt poröse 3D-Strukturen mit kontrollierter Morphologie und reproduzierbarer Qualität abzuscheiden. Ein echter Meilenstein für die Entwicklung einer funktionalen Silizium-Komposit-Anode.“

Zur Herstellung solcher Anoden entwickelte das SiCAP-Team ein innovatives galvanotechnisches Verfahren. Es ist nicht nur kostengünstiger und energieeffizienter als bisherige Methoden, sondern vor allem auch industriell skalierbar. Für Jonas bedeutete das vor allem eines: den Einstieg in ein komplett neues Fachgebiet – die Galvanotechnik.

Doch nicht nur die fachlichen Eindrücke nimmt Jonas aus seiner Zeit am fem mit, sondern auch ein geschärftes wissenschaftliches Urteilsvermögen.

Aus der Zusammenarbeit habe ich vor allem mitgenommen, Ergebnisse – gestützt durch Literatur – kritisch zu hinterfragen und zu erklären, statt reinen Vermutungen zu vertrauen. Außerdem wurde mir die Wichtigkeit visueller Inhalte, beispielsweise in Form von Grafiken, zur einfachen Erklärung komplexer Sachverhalte, viel bewusster.

Christoph Kiesl lobt vor allem das persönliche und fachliche Engagement von Jonas.
 
Die Zusammenarbeit mit ihm war nicht nur fachlich überzeugend, sondern hat auch richtig Spaß gemacht. Mit viel Ausdauer und einem hohen Maß an Sorgfalt hat Jonas maßgeblich zur Qualität und Aussagekraft der Versuchsergebnisse beigetragen.

Das Projekt SiCAP wird voraussichtlich noch bis Ende September 2025 laufen. Zunächst konzentrierte sich das Forschungsteam auf die Vorentwicklung, eine umfassende Materialcharakterisierung und die technische Bewertung des Verfahrens im Rahmen eines Proof-of-Concepts. Jonas trug mit seiner Bachelorthesis und seiner Mitarbeit aktiv zu diesem Prozess bei.

Die Technologie adressiert zentrale Zukunftsmärkte: Elektromobilität, stationäre Energiespeicherung und mobile Elektronik. Neben dem technologischen Fortschritt verspricht SiCAP auch ökologische Vorteile – etwa durch geringere CO₂-Emissionen – und stärkt den Innovationsstandort Baden-Württemberg.