(pte006/12.04.2016/06:00) – Das von einer Gruppe oberitalienischer
Ingenieure und Techniker gegründete Start-up Silk Biomaterials http://silkbiomaterials.com hat ein innovatives Verfahren für die rekonstruierende Medizin
entwickelt. Mithilfe von Seidengarn kann verloren gegangenes
menschliches Gewebe zurückgewonnen werden. Damit eröffnen sich neue
Heilungsmöglichkeiten für Millionen von Menschen.

Mechanische Stabilität

Es handelt sich um ein Gebilde aus Seidenfäden in Mikro- und Nanogröße,
die im menschlichen Körper das Gerüst zur Bildung neuer Blutgefäße
liefern. "Dieses feinfaserige Material ist vollkommen biokompatibel und
regt die Zellvermehrung im Gewebe an", erklärt der für die Techniksparte
zuständige Ingenieur Antonio Alessandrino. Während das mikrofibrose
Fibroin für die biologischen Eigenschaften zuständig ist, sorgt das
nanofibrose Fibroin für die mechanische Stabilität. Es sei auch für
Einsatzzwecke im peripheren Nervengewebe und in der Onkologie geeignet.

Die im Firmeninkubator Comonext untergebrachte Silk Biomaterials hat
bereits durch den von öffentlichen Institutionen und Industrieverbänden
geförderten Premio dei Premi http://cotec.it fachliche Anerkennung gefunden. Inzwischen geht es darum, frisches
Kapital zur Fortführung des Projekts aufzutreiben. "Wir rechnen damit,
dass die vorklinische Testphase bis 2018 abgeschlossen sein wird", so
Silk-Biomaterials-Hauptgeschäftsführer Gabriele Grecchi. Danach soll das
weltweit bisher einzigartige Verfahren an Menschen getestet werden.

HADES und die Suche nach der Dunklen Materie

Obwohl sie das Weltall dominieren, kennt niemand ihre genaue
Beschaffenheit: Dunkle Materie und Dunkle Energie. Im HADES-Experiment
fahnden Wissenschaftler des Helmholtz-Zentrums Dresden-Rossendorf (HZDR)
gemeinsam mit Physikern aus 17 europäischen Instituten nach „dem
Teilchen“, das die Dunkle Materie erklären soll. Wie kürzlich in der
Fachzeitschrift "Physics Letters B" berichtet, scheidet das Dunkle
Photon, auch U-Boson genannt, als möglicher Kandidat zunächst aus.

Die wohl größten Rätsel in der Astrophysik sind die Dunkle Energie und
die Dunkle Materie. Die Dunkle Energie macht 75 Prozent des Universums
und die Dunkle Materie etwa 20 Prozent aus; die uns bekannte Welt
beschränkt sich damit auf lediglich rund fünf Prozent der Materie. Ohne
Dunkle Energie und Materie können weder die Ausdehnung des Universums
noch dessen Dichteverteilung – und damit Strukturen wie Galaxien,
Sterne, Planeten und andere kompakte Objekte – erklärt werden. Dabei ist
die Existenz von Dunkler Energie und Dunkler Materie nur theoretisch;
einen direkten Nachweis gibt es bislang nicht. Antworten erhofften sich
Wissenschaftler durch das Aufspüren unbekannter Teilchen, die nicht in
das Standardmodell der Teilchenphysik passen.

„Das negative Resultat der aktuellen HADES-Experimente ist sehr wichtig,
denn es zeigt, dass wir die Dunkle Materie auch in minimalen
Abweichungen innerhalb des Standardmodells suchen müssen“, erläutert
Professor Burkhard Kämpfer, Leiter der Hadronenphysik-Gruppe am Dresdner
Helmholtz-Zentrum. Eine neue heiße Spur liefern etwa die magnetischen
Momente der Myonen – das sind Elementarteilchen, die den Elektronen
ähneln. Professor Kämpfer: „Bei hochpräzisen Experimenten wurden
Hinweise auf Diskrepanzen des Standardmodelles entdeckt, womit sich die
Grenzen der Physik, wie wir sie heute kennen, verschieben würden.“

Das Standardmodell führt den Aufbau der Materie auf einige wenige
Bausteine zurück. Aus den Materieteilchen (Quarks, Elektronen und
Neutrinos) setzen sich die Atomkerne und Atome zusammen, aus denen auch
wir alle bestehen. Den Kleber, der die Welt zusammenhält, bilden die
Kraft- oder Wechselwirkungsteilchen (z.B. die Photonen bzw.
Lichtteilchen). Dazu gehört etwa auch das Higgs-Teilchen, dessen
Vorhersage im Jahr 2013 mit dem Nobelpreis ausgezeichnet wurde. Nur
durch die Interaktion mit dem Higgs-Boson ist erklärlich, wie einige der
Teilchen zu ihrer Masse kommen. Das Standardmodell kann damit eigentlich
als komplett gelten.

Bausteine der Dunklen Materie

Als Dunkle-Materie-Teilchen scheint keiner der bekannten Kandidaten in
Frage zu kommen. So ist die Suche nach diesen Teilchen wie die berühmte
Suche nach der Nadel im Heuhaufen. „Wir kennen weder die Nadel, also das
Teilchen, noch den Heuhaufen, d.h. seinen Aufenthaltsort in der
Unendlichkeit des Universums; vermutet wird aber eine Konzentration in
Galaxien “, so Professor Kämpfer. „Unsere Detektoren, die wir eigens für
das riesige HADES-Spektrometer am GSI Helmholtzzentrum für
Schwerionenforschung in Darmstadt entwickelt und gebaut haben, helfen
bei dieser Suche. Sie können einzelne Spuren, die aus dem Zusammenprall
von Teilchen herrühren, sehr genau detektieren.“

Für die Physiker, die sich in der europäischen HADES-Kollaboration
(High-Acceptance Di-Electron Spectrometer) zusammengeschlossen haben,
galt das Dunkle Photon als vielversprechender Kandidat für ein
Dunkle-Materie-Teilchen. Dieses wird auch U-Boson genannt, was mit der
sogenannten „U"-Symmetrie zusammenhängt. Sie macht das Dunkle Photon
einerseits zu einem Doppelgänger „normaler“ Lichtteilchen, ermöglicht
ihm andererseits aber auch, in eine sehr schwache Wechselwirkung mit
normaler Materie zu treten. Daher gehen die Wissenschaftler davon aus,
dass das Dunkle Photon genau wie ein gewöhnliches Photon in ein
Elektron-Positron-Paar zerfallen muss. Mit dem Dunklen Photon war die
Nadel also vorerst theoretisch identifiziert, als Heuhaufen entpuppten
sich spezifische Verteilungen von Elektron-Positron-Paaren, die bei der
Kollision von Teilchen an einem großen Beschleuniger entstehen.
Messsignale am HADES-Detektor im Ergebnis aktueller Experimente
enttäuschten nun aber die Erwartung der Physiker. Es fand sich nicht die
allerkleinste Spur eines Dunklen Photons.

Das HADES-Experiment

Ein bewährtes Mittel zur Erzeugung von Elektron-Positron-Paaren ist es,
verschiedene Teilchen zu beschleunigen und mit sehr hoher
Geschwindigkeit aufeinanderprallen zu lassen. In den Experimenten kommen
Strahlen aus Protonen, Deuteronen (diese setzen sich aus einem Neutron
und einem Proton zusammen) oder Atomkernen zum Einsatz, die auf
Ziel-Protonen oder -Kerne treffen. Tritt das seltene Ereignis ein und
ein Elektron-Positron-Paar entsteht, können Wissenschaftler dies als
messbares Signal detektieren, etwa mit dem einmaligen Detektorsystem
HADES. Die im HZDR gebauten Detektoren für HADES bestehen aus sechs
Ebenen mit einem dichten Netz aus Drähten zum Aufspüren von geladenen
Teilchen. Diese Drähte besitzen eine Positionsgenauigkeit von 25
Mikrometern (ein Mikrometer entspricht einem Tausendstel Millimeter),
und das bei einer Dicke, die dem Durchmesser eines menschlichen Haares
entspricht. Das HADES-System hat bislang etwa zehn Milliarden
analysierbare Ereignisse gesammelt.

Internationale Beschleunigerkonferenz in Dresden

Vom 15. bis zum 20. Juni 2014 findet in Dresden die „International
Particle Accelerator Conference (IPAC)“ statt. Etwa 1.500
Beschleunigerphysiker und Detektorexperten aus Europa, Amerika und Asien
werden erwartet, wobei Vertreter aller großen Beschleunigerzentren
zugegen sein werden. Für die Ausrichtung vor Ort ist das
Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR) zuständig. An der
Organisation beteiligen sich zudem das Helmholtz-Zentrum Berlin, das
Deutsche Elektronen-Synchrotron DESY und natürlich das Helmholtzzentrum
für Schwerionenforschung GSI aus Darmstadt.

_Publikation: G. Agakishiev u.a. (HADES Collaboration), Phys. Lett. B
731, 265 (2014), DOI-Link:

Elektromobilität als umweltpolitisches Feigenblatt

AM
AKTUELLEN RAND

von Uwe
Kunert

Der Ende des vergangenen Jahres
vorgelegte Fortschrittsbericht der Nationalen Plattform Elektromobilität (NPE)
gibt Anlass, die bislang nur zögerliche Verbreitung elektrischer Pkw kritisch
zu bewerten. Gut 8500 batterieelektrische Autos kamen 2014 zusätzlich auf
Deutschlandstraßen, der Bestand erreicht nun etwa 20000 Fahrzeuge. Damit sind
die Ergebnisse weit unterhalb des Pfades, um das Ziel von einer Million
Fahrzeugen im Jahr 2020 erreichen zu können. Aber wie sinnvoll ist diese nach
wie vor betonte Zielsetzung? Trotz der bisher erreichten technologischen
Fortschritte bestehen immer noch gravierende Hemmnisse wie geringe Reichweiten
und hohe Kosten. Es verwundert daher nicht, dass private Käufer diese
Technologie eher meiden und über 80 Prozent der Neuzulassungen von E-Autos
gewerblich erfolgen.

Die weitere Förderung und Forschung
sollte sich deshalb stärker auf Anwendungen konzentrieren, für die diese
Hemmnisse weniger bedeutsam sind: den Flotteneinsatz von E-Autos und leichten
Nutzfahrzeugen, die zum Beispiel im Lieferverkehr begrenzte Reichweiten
erfordern und täglich zum Standort zurückkehren, an dem sie aufgeladen werden.
Damit würde die Elektromobilität wieder mit Diensten nützlich, mit denen sie
vor 100 Jahren mit der Auslieferung von Milch und Post endete. Mit einer
derart fokussierten Strategie wäre zwar kein Millionenbestand an Fahrzeugen zu
erreichen. Aber die technologische Entwicklung könnte voranschreiten, bis die
Produkte auch auf einem subventionsfreien Markt für private Käufer attraktiv sind
(und möglichst unabhängig von lockenden Sonderrechten im Straßenverkehr). Zudem
könnte auf den von der NPE geforderten flächendeckenden Ausbau der
Ladeinfrastruktur in Deutschland zunächst verzichtet und geplante Fördermittel
gezielter eingesetzt werden. Denn bei der Entscheidung über dauerhaft prägende
Infrastrukturen sollte nicht vergessen werden, dass der technologische Wettlauf
um die Kundenakzeptanz für Elektrofahrzeuge zwischen Batterie und
Brennstoffzelle keinesfalls entschieden ist.

Auch die mit dem E-Auto erwarteten
Umweltvorteile rechtfertigen keine weitere Forcierung hoher Stückzahlen: Selbst
bei dem erheblichen Ökostrom Anteil in Deutschland schneiden E-Autos in der
Ökobilanz nicht besser ab als moderne Verbrenner, wenn die Vorketten der Produktion
(Fahrzeug und Kraftstoffe) angemessen berücksichtigt werden. In einigen anderen
Regionen der Welt, denen gelegentlich sogar Vorbildcharakter in Sachen
E-Mobilität bescheinigt wird (Staaten der USA, China), kann die Bilanz
bezüglich Klimaschutz aufgrund des Einsatzes von Kohlestrom deutlich negativer
ausfallen. Bedenklicher als die technologische Umweltbilanz fällt aber die
politische Bilanz der intensiven Bemühungen um die Straßen Elektromobilität
aus: Während die Akteurebehaupten,
die Elektromobilität sei der entscheidende Beitrag des Verkehrssektors zum
Klimaschutz, bleiben wichtige Aufgaben unerledigt, die ein höheres Potential
für rasche Beiträge zum Umweltschutz haben. Um nur drei Beispiele zu nennen:
Die jährlich über drei Millionen neuen Pkw werden von Jahr zu Jahr schwerer und
leistungsstärker und der Dieselanteil steigt – mit entsprechenden Folgen für
den Kraftstoffverbrauch und die Schadstoffemissionen. Diese Entwicklung ist
auch Ergebnis einer völlig unzureichenden Berücksichtigung von Umweltkriterien
bei der Reform der Kraftfahrzeugsteuer vor fünf Jahren. Auf der politischen
Reformagenda stand obendrein bereits mehrmals die steuerliche Behandlung von
Dienstwagen, die den Neufahrzeugmarkt in Deutschland zunehmend dominieren.
Vorschläge zum Abbau der Steuerprivilegien und zur Berücksichtigung von
Umweltmerkmalen wurden nicht umgesetzt. Andere Länder waren in dieser Hinsicht
fortschrittlicher.

Weiterer Handlungsbedarf besteht bezüglich der steuerlichen
Begünstigung von Dieselkraftstoff, die zumindest für die
private Verwendung durch nichts gerechtfertigt ist: Die zunehmende Verbrennung
von Diesel trägt wesentlich zur mangelhaften Luftqualität in Ballungsräumen
bei. Bei den niedrigen Energiepreisen wäre jetzt der beste Zeitpunkt, die
Dieselsteuer anzuheben – dies würde auch die Wettbewerbsfähigkeit der
alternativen Antriebe verbessern.

Dr. Uwe
Kunert ist Wissenschaftlicher

Mitarbeiter
in der Abteilung Energie,

Verkehr,
Umwelt

Der Beitrag
gibt die Meinung des Autors

wieder.