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Unglaublich: Hybride Mikroorganismen verwandeln Kohlendioxid CO2 und Stickstoff in regenerative Wertstoffe

Physik, Chemie, Technik

(pte) – US-Forscher der University of Colorado  haben lebende Fabriken entwickelt, die CO2 aufnehmen und es in nützliche Produkte wie natürlich abbaubaren Kunststoff, Benzin oder Diesel umwandeln. Nanobiohybrid-Organismen, wie Forscher Prashant Nagpal von der University of Colorado  die winzigen Fabriken nennt, verarbeiten auch Stickstoff aus der Luft und wandeln ihn in den Chemierohstoff Ammonium um.

Indirektes Sonnenlicht reicht
Nagpals Team hat winzige Halbleiter, sogenannten Quantenpunkte, in den Kern von Mikroorganismen geschossen. Am Ziel angekommen, formieren sie sich gemeinsam mit den dort vorhandenen biologisch aktiven Substanzen zu Enzymen. Werden diese mit Licht einer bestimmen Wellenlänge aktiviert, verschlingen die Mikroorganismen CO2 beziehungsweise Stickstoff und wandeln diese Elemente in Wertstoffe um.

Mittlerweile hat das Team seine Biofabriken so weit verbessert, dass sie sich mit indirektem Sonnenlicht als Aktivator begnügen. Zur Produktion von Sprit ist keine externe Energiequelle nötig. Die Mikroorganismen befinden sich im Wasser. Die Wertstoffe, die sie produzieren, steigen an die Oberfläche, von der sie abgeschöpft werden können. Unterschiedliche Kombinationen von Quantenpunkten und Licht ergeben unterschiedliche Produkte. Dazu ist allerdings Kunstlicht nötig. Ist es grünlich, so verspeisen die Mikroorganismen Stickstoff und wandeln ihn in Ammonium um. Werden sie mit rotem Licht aktiviert, entsteht Kunststoff.

Mikroorganismen regenerierbar
Der Prozess hat gute Voraussetzungen, auch in größerem Maßstab zu funktionieren. Bei den Experimenten zeigte sich, dass sich die Mikroorganismen sogar regenerieren, also relativ selten ersetzt werden müssen, weil ihre Effektivität nachlässt. „Wir waren erstaunt, dass der Prozess so elegant funktioniert“, sagt Nagpal. Er kann sich vorstellen, dass häusliche und industrielle Heizungssysteme per Pipeline mit einer Biofabrik verbunden werden, die CO2 transportiert. Das könnte dann dezentral in Wertstoffe umgewandelt werden.

Österreich meldet sich: Algorithmen pro und kontra?

Physik, Chemie, Technik

(pte) – Welche Chancen und Risiken mit der Digitalisierung und den Anwendungen Künstlicher Intelligenz (KI) auf Europa zukommen, diskutierte eine gut besetzte Expertenrunde im Rahmen des letzten Panel des Wirtschaftsforums bei den Europäischen Toleranzgesprächen am vergangenen Freitagnachmittag im Kärntner Bergdorf Fresach. Zur Vorsicht vor möglicher Überwachung durch ausgeklügelte Algorithmen mahnte dabei die Technologieforscherin Petra Schaper-Rinkel vom Austrian Institute of Technology (AIT), dem könne man nur mit vermehrter Transparenz begegnen.

Die von Thomas Cik moderierte Diskussionsrunde war sich einig, dass KI großartige Entwicklungsmöglichkeiten bietet, und das nicht nur für den urbanen Raum. Vor allem in der Land- und Forstwirtschaft und im Bereich Nachhaltigkeit tun sich ganz neue Möglichkeiten auf. Potenzielle Gefahren durch die neuen Technologien sehen die Experten im leichtsinnigen Umgang vieler Menschen mit ihren Daten, Algorithmen seien gerade in autokratischen Systemen eine Bedrohung für Menschen- und Bürgerrechte.

Petra Schaper-Rinkel, Senior Scientist für Zukunftstechnologien, zeigte sich zufrieden mit den technologischen Errungenschaften Europas, kritisierte aber die Dominanz der US-Monopole bei der digitalen Infrastruktur. „Unternehmen wie Amazon und Facebook profitieren am meisten von der Vernetzung Europas. Sie benutzen KI, um alle möglichen Informationen über uns zu sammeln.“ Europa brauche eigene Algorithmen und Transparenz, damit man weiß, wohin die Daten wandern.

Mensch verlernt Freundschaft
Iris Straßer, Initiatorin und Leiterin des Unternehmensnetzwerks „Verantwortung zeigen“, stellte die Frage in den Raum, ob der einzelne Mensch bei der aktuell rasanten Digitalisierung nicht auf der Strecke bleiben könnte. „Wir müssen uns selbstverständlich fragen, wie wir mit neuen Technologien umgehen und was sie mit unserer Gesellschaft machen. Es ist essenziell, den Menschen mehr Wissen nicht nur über die Technologie selbst zu vermitteln, sondern auch über ihre möglichen Auswirkungen“, sagte Straßer.

Großen Einfluss haben KI-Anwendungen nicht zuletzt auf zwischenmenschliche Beziehungen, warnte Petra Schaper-Rinkel. „Viele fühlen sich durch Computer heute oft besser verstanden als durch Freunde. Sie verlernen dadurch, wie echte Freundschaften funktionieren, ertragen es nicht mehr, wenn das Gegenüber widerspricht“, sagte die Zukunftsforscherin. „KIs sind keine Freunde, sondern sie dienen uns. Das dürfen wir nicht miteinander verwechseln. Sie können uns aber viele Arbeitsvorgänge abnehmen und uns so mehr Zeit gerade für zwischenmenschliche Beziehungen verschaffen.“

Wachsam bleiben bei Überwachung
Der Theater und Drehbuchautor Dimitré Dinev, in seiner Jugend in Bulgarien selbst staatlicher Überwachung und Unterdrückung ausgesetzt, warnte vor dem leichtsinnigen Preisgeben von persönlichen Informationen im Netz. „Es ist erschreckend, was man anhand von Daten mit Menschen machen kann. Man kann sie auf Schritt und Tritt verfolgen und sogar erpressen. Doch wenn man eine echte Diktatur wie den Kommunismus in Bulgarien erlebt hat, ist Amazon dagegen ziemlich zahm. Solange die neuen Technologien nicht die Beziehungen zwischen Menschen zerstören, so wie das Diktaturen machen, müssen wir keine Angst vor ihnen haben. Trotzdem müssen wir wachsam bleiben.“

Auch Petra Schaper-Rinkel mahnte eindringlich zur Vorsicht vor Algorithmen. „Alexa etwa kann alle möglichen Eindrücke wie zum Beispiel Geräusche aufzeichnen und verschicken, wobei wir oft nicht einmal wissen, wohin. Besonders gefährlich ist das in undemokratischen Systemen wie in China, wo nicht nur die Privatsphäre des Einzelnen bedroht, sondern ganze Familien der Überwachung ausgesetzt sind, wenn sie in Sippenhaft kommen.“

KI hilft Region
Christian Philipp, Kommunikationschef beim Silicon Alps Cluster, zeigte sich optimistischer, was die Sammlung von Daten angeht. „Früher haben die lokalen Geschäftsleute gewusst, was unsere Präferenzen sind. Das ist keine Überwachung, sondern soziale Intelligenz. Zum Problem wird KI erst, wenn sie sich selbst entwickeln kann, aber davon sind wir noch weit entfernt. Wir müssen uns der Technologie stellen und dürfen sie nicht verteufeln.“ Philipp sieht bei KI vor allem für die Region großes Potenzial. „Kärnten könnte in Europa in diesem Bereich eine Vorreiterrolle einnehmen. Dafür brauchen wir Mut zu großen Zielen“, forderte Philipp.

Philipp Hungerländer, CEO des Kärntner Start-ups HEX, meinte, dass KI das Leben in der Region nachhaltiger gestalten könne: „Durch mathematische Algorithmen kann man zum Beispiel die Mobilität im ländlichen Raum punktgenau koordinieren. Dadurch können wir den Verkehr entlasten und – durch Sharing Economy – die Ressource Auto effizienter und nachhaltiger nutzen.“

Erwärmung der Arktis führt zu Wetterextremen in unseren Breiten

Erde, Klima, Umweltschutz

Atmosphärenforscher des Alfred-Wegener-Instituts, Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung (AWI) haben ein Klimamodell entwickelt, das den immer öfter beobachteten Schlängelkurs des Jetstreams, einer großen Luftströmung über der Nordhalbkugel, richtig abbilden kann. Dieser Durchbruch gelang, nachdem die Wissenschaftler ihr globales Klimamodell mit einem neuen Machine-Learning-Algorithmus zur Ozonchemie kombiniert hatten. Mithilfe dieses neuen Kombi-Modells können die Forscher also nun zeigen, dass der wellenförmige Verlauf des Jetstreams im Winter und die damit verbundenen Extremwetterlagen wie Kälteeinbrüche in Mitteleuropa und Nordamerika eine direkte Folge des Klimawandels sind. Die neuen Forschungsergebnisse erscheinen am 28. Mai 2019 im Nature-Online-Portal Scientific Reports.

Klimaforscher aus der ganzen Welt gehen seit Jahren der Frage nach, ob der immer häufiger beobachtete Schlängelkurs des Jetstreams über der Nordhalbkugel eine Folge des Klimawandels ist, oder aber ein zufälliges Phänomen, dessen Ursachen auf natürliche Schwankungen im Klimasystem zurückzuführen sind. Als Jetstream wird ein starkes Westwindband über den mittleren Breiten bezeichnet, welches die großen Wettersysteme von West nach Ost schiebt. Der Wind weht in etwa 10 Kilometern Höhe rund um die Erde, wird von den Temperaturunterschieden zwischen Tropen und Arktis angetrieben und erreichte früher Spitzengeschwindigkeiten von bis zu 500 Kilometer pro Stunde.

Mittlerweile aber, so zeigen Beobachtungen, schwächt sich der Wind immer wieder ab. Er weht dann seltener auf einem geradlinigen Kurs parallel zum Äquator, sondern schlängelt sich öfter in Riesenwellen über die Nordhalbkugel. Diese Wellen wiederum führen im Winter zu ungewöhnlichen Kaltlufteinbrüchen aus der Arktis in die mittleren Breiten – so geschehen zum Beispiel Ende Januar 2019 als der Mittlere Westen Nordamerikas von extremer Kälte heimgesucht wurde. Im Sommer dagegen verursacht ein schwächelnder Jetstream langanhaltende Hitzewellen und Trockenheit wie sie Europa unter anderem in den Jahren 2003, 2006, 2015 und 2018 erlebte.

Machine Learning lässt Klimamodell die Rolle des Ozons verstehen
Diese grundsätzlichen Zusammenhänge sind seit einiger Zeit bekannt. Forschern war es bislang aber nicht gelungen, den Schlängelkurs des Jetstreams in Klimamodellen realistisch zu reproduzieren und einen Zusammenhang zwischen dem schwächelnden Wind und den globalen Klimaänderungen herzustellen. Diese Hürde haben die Potsdamer Atmosphärenforscher am AWI nun genommen, indem sie ihr globales Klimamodell um einen innovativen Baustein der Ozonchemie ergänzt haben. „Wir haben einen Machine-Learning-Algorithmus entwickelt, welcher es uns erlaubt, die Ozonschicht als interaktives Element im Modell darzustellen und daher die Wechselwirkungen aus der Stratosphäre und der Ozonschicht mit zu berücksichtigen“, sagt Erstautor und AWI-Atmosphärenforscher Erik Romanowsky. „Mit diesem Modellsystem sind wir jetzt in der Lage, die beobachteten Veränderungen im Jetstream realistisch zu reproduzieren.“

Demnach führt der Meereisrückgang und die damit verbundene größere Aktivität atmosphärischer Wellen zu einer durch das Ozon verstärkten deutlichen Aufheizung der polaren Stratosphäre. Da die tiefen polaren Temperaturen der Antrieb für den Jetstream sind, schwächt dieser sich durch diese Temperaturerhöhung in der Stratosphäre ab. Diese Abschwächung des Jetstreams setzt sich nun ausgehend von der Stratosphäre nach unten durch, was zu Wetterextremen führt.

Schwächelnder Jetstream ist Folge des Klimawandels
Mithilfe des neuen Modells können die Forscher nun auch die Ursachen des mäandrierenden Jetstreams genauer untersuchen. „Unsere Studie zeigt, dass die Veränderungen im Jetstream zumindest teilweise vom Rückgang des arktischen Meereises verursacht werden. Sollte die Eisdecke weiter schrumpfen, gehen wir davon aus, dass die bislang beobachteten Extremwetterereignisse in den mittleren Breiten in ihrer Häufigkeit und Intensität zunehmen werden“, sagt Prof. Dr. Markus Rex, Leiter der Atmosphärenforschung des AWI. „Unsere Ergebnisse untermauern zudem, dass die häufiger auftretenden winterlichen Kaltphasen in den USA, Europa und Asien der Klimaerwärmung nicht widersprechen, sondern vielmehr Teil des menschengemachten Klimawandels sind.“

Ein Fortschritt sind die Arbeiten auch aus technologischer Sicht: „Nach dem erfolgreichen Einsatz von Machine Learning in dieser Studie setzen wir nun erstmals künstliche Intelligenz in der Klimamodellierung ein und erreichen damit realistischere Klimamodellsysteme. Hier liegt ein riesiges Potenzial für die Klimamodelle der Zukunft, von welchen wir uns verlässlichere Klimaprojektionen und damit robustere Grundlagen für politische Entscheidungen erwarten“, sagt Markus Rex.

Auf der im September beginnenden Arktis-Expedition MOSAiC, bei welcher der deutsche Forschungseisbrecher Polarstern ein Jahr lang mit dem Meereis durch die zentrale Arktis treiben wird, wollen die Forscher nun aktuelle Eis- und Atmosphärendaten sammeln. Diese sollen helfen, das neue Klimamodell in die Zukunft laufen zu lassen, um so die künftige Entwicklung des arktischen Klimas und Meereises zu simulieren „Wir wollen im Detail verstehen, wie der Meereisrückgang in der Arktis weitergehen wird. Denn erst auf Basis dieses Wissens können wir genauer beurteilen, wie und in welchem Ausmaß die Veränderungen in der Arktis zu Wetterextremen in den mittleren Breiten führen werden“, so Markus Rex.

Glossar:
Der von den Forschern entwickelte künstliche Intelligenz-Algorithmus SWIFT ist ein lernendes Ozonmodul. Es stellt dem globalen Klimamodell innerhalb kurzer Zeit präzise Daten zum Verhalten der Ozonschicht zur Verfügung. Sein Wissen über die Ozonchemie wiederum stammt vom großen AWI-Chemie-Prozessmodell ATLAS. Dieses berücksichtigt bei seinen Simulationen der Ozonschicht nahezu 200 detaillierte Prozesse, die in der Atmosphäre ablaufen und welche alle mit komplexen mathematischen Formeln beschrieben werden, und ist deshalb viel zu langsam, um es in globale Klimamodelle einzubinden. SWIFT aber wird immer wieder zu Trainingszwecken mit ATLAS verbunden. Auf diese Weise lernt der Algorithmus durch die Beobachtung von ATLAS-Rechnungen für Hunderttausende verschiedene atmosphärische Bedingungen, zu welchen Ergebnissen das Prozessmodell kommt und kann diese anschließend im globalen Klimamodell reproduzieren – allerdings um mehrere Größenordnungen schneller als ATLAS. Nur so ist es möglich, die Ozonchemie als interaktives Element effizient in ein globales Klimamodell einzubinden. Hätten die Wissenschaftler versucht, ATLAS direkt in dem globalen Klimamodell mitlaufen zu lassen, so hätten die dafür benötigte Rechenleistung und -zeit alle verfügbaren Ressourcen um ein Vielfaches übertroffen.

Originalpublikation

Die Studie erscheint am 28. Mai 2019 als Open Access-Artikel im Nature-Online-Portal Scientific Reports. Ihr Originaltitel lautet:

Erik Romanowsky, Dörthe Handorf, Ralf Jaiser, Ingo Wohltmann, Wolfgang Dorn, Jinro Ukita, Judah Cohen, Klaus Dethloff, and Markus Rex: The role of stratospheric ozone for Arctic-midlatitude linkages, Scientific Reports, DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-019-43823-1

Sonne als gigantischer Lebensspender

Erde, Klima, Umweltschutz

Es ist eine der großen Fragen der Sonnenphysik, warum die Aktivität der Sonne einem regelmäßigen 11-Jahres-Rhythmus folgt. Forscher des Helmholtz-Zentrums Dresden-Rossendorf (HZDR) präsentieren nun neue Hinweise darauf, dass die Gezeitenwirkung von Venus, Erde und Jupiter das Magnetfeld der Sonne beeinflusst und so den Sonnenzyklus steuert. Über seine Ergebnisse berichtet das Forscherteam in der Fachzeitschrift Solar Physics (DOI: 10.1007/s11207-019-1447-1).

Für einen Stern wie die Sonne ist es an sich nicht ungewöhnlich, dass die magnetische Aktivität zyklisch schwankt. Allerdings können bisherige Modelle den sehr regelmäßigen Zyklus der Sonne nicht zufriedenstellend erklären. Dem Forscherteam vom HZDR gelang es jetzt zu zeigen, dass die Gezeitenwirkung der Planeten auf die Sonne als eine äußere Uhr den entscheidenden Ausschlag für deren gleichförmigen Rhythmus gibt. Die Forscher verglichen dafür historische Beobachtungen der Sonnenaktivität über die letzten tausend Jahre systematisch mit Planetenkonstellationen und wiesen statistisch die Kopplung der beiden Phänomene nach. „Die Übereinstimmung ist erstaunlich genau: Wir sehen eine völlige Parallelität mit den Planeten über 90 Zyklen hinweg“, freut sich Dr. Frank Stefani, der Erstautor der Studie. „Alles deutet auf einen getakteten Prozess hin.“

Ähnlich wie die Anziehungskraft des Mondes die Gezeiten auf der Erde hervorruft, so können Planeten das heiße Plasma auf der Sonnenoberfläche verschieben. Die Gezeitenwirkung ist am stärksten, wenn die Planeten Venus, Erde und Jupiter in einer Linie stehen; eine Konstellation, die alle 11,07 Jahre auftritt. Doch der Effekt ist zu schwach, um die Strömung im Sonneninneren signifikant zu stören, weswegen die zeitliche Koinzidenz lange nicht weiter beachtet wurde.

Dann fanden die HZDR-Forscher jedoch Indizien für einen möglichen indirekten Mechanismus, über den die Gezeitenkräfte das Sonnen-Magnetfeld beeinflussen könnten: Schwingungen der Tayler-Instabilität, ein physikalischer Effekt, der ab einem gewissen Strom das Verhalten einer leitfähigen Flüssigkeit oder eines Plasmas verändern kann. Auf dieser Idee aufbauend konstruierten die Wissenschaftler 2016 ein erstes Modell, das sie in ihrer jetzigen Arbeit nochmals zu einem realistischeren Szenario weiterentwickeln. Die Sonne wäre demnach ein ganz normaler, älterer Stern, dessen innere Uhr aber zusätzlich durch die Gezeiten synchronisiert wird.

Kleiner Auslöser mit großer Wirkung: Gezeiten nutzen Instabilität
Im heißen Plasma der Sonne erzeugt die Tayler-Instabilität Störungen der Strömung und des Magnetfelds. Sie reagiert dabei selbst auf sehr geringe Kräfte empfindlich. Ein kleiner Energieschubs genügt, damit die Störungen zwischen einer rechtshändigen und linkshändigen Verschraubungsrichtung (Helizität) hin- und herpendeln. Den notwendigen Impuls könnte die Gezeitenwirkung der Planeten alle elf Jahre geben – und so letztendlich auch den Rhythmus vorgeben, in dem das Magnetfeld der Sonne umpolt.

„Als ich das erste Mal von Ideen las, die den Sonnendynamo mit Planeten in Verbindung bringen, war ich äußerst skeptisch“, berichtet Stefani. „Als wir jedoch in unseren Computersimulationen Helizitäts-Schwingungen der stromgetriebenen Tayler-Instabilität entdeckten, fragte ich mich: Was passiert, wenn man mit einer leichten, gezeitenartigen Störung auf das Plasma einwirkt? Das Ergebnis war phänomenal. Die Schwingung wurde richtig angefacht und mit dem Takt der äußeren Störung synchronisiert.“ Mit ihrem erweiterten Modell können die Forscher auch Effekte erklären, die bisher nur schwierig zu modellieren waren, beispielsweise „falsche“ Helizitäten, wie sie bei Studien von Sonnenflecken beobachtet werden, oder das bekannte Doppel-Maximum in der Aktivitätskurve der Sonne.

Langfrist-Prognose für die Sonne?
Die Gezeitenkräfte der Planeten könnten neben ihrer Rolle als Taktgeber für den 11-Jahres-Zyklus auch weitere Effekte auf die Sonne haben. Zum Beispiel wäre denkbar, dass sie die Schichtung des Plasmas im Grenzbereich zwischen innerer Strahlungszone und äußerer Konvektionszone der Sonne, der Tachokline, so verändern, dass der magnetische Fluss leichter abgeführt werden kann. Unter diesen Bedingungen könnte auch die Stärke

der Aktivitätszyklen verändert werden, so wie einst beim „Maunder Minimum“ die Sonnenaktivität über eine längere Phase deutlich zurückging.

Ein besseres Verständnis des Sonnenmagnetfeldes würde langfristig helfen, klimarelevante Prozesse wie das Weltraumwetter besser zu quantifizieren und vielleicht sogar eines Tages Klimaprognosen zu verbessern. Die neuen Modellrechnungen bedeuten aber auch, dass neben der Gezeitenwirkung potenziell weitere, bislang unbeachtete Mechanismen in Modelle des Sonnenmagnetfeldes integriert werden müssen, deren Kräfte klein sind, und die – wie die Forscher jetzt wissen – dennoch eine große Wirkung entfalten können. Um diese grundsätzliche Fragestellung auch im Labor untersuchen zu können, bereiten die Forscher zurzeit ein neues Flüssigmetall-Experiment am HZDR vor.

Neuer besserer Akku! Leider noch nicht real

Physik, Chemie, Technik

(pte034/14.05.2019/13:30) – Beim Wettlauf um die Realisierung einer Metall-Luft-Batterie sind Forscher der Ohio State University einen großen Schritt weiter. Bisherige Bemühungen scheiterten, weil der Stromspeicher nach wenigen Lade- und Entladezyklen den Geist aufgab. Die Ursache für das schnelle Aus waren Sauerstoffatome, die sich in der Anode festkrallten, die eine der beiden Elektroden ist.

Kunststoff bringt die Lösung

Paul Gilmor, Doktorand von Vishnu-Baba Sundaresan, Professor für Mechanik und Raumfahrt, hat an der Kathode experimentiert. Normalerweise besteht sie aus reinem Metall, in diesem Fall aus Kalium. Er fügte Kunststoffbarrieren hinzu, weil er glaubte, so die fatale Anlagerung von Sauerstoff in der Anode verhindern zu können. Es zeigte sich, dass dieser Kunststoff eine entscheidende Rolle bei der Verlängerung der Lebensdauer der Batterie spielt. Er verhindert, dass der für den Betrieb der Batterie nötige Sauerstoff die Anode erreicht.

Die Forscher vergleichen die Luftversorgung der Batterie mit der Lunge. Luft passiert zunächst ein faseriges Gewebe auf Kohlenstoff. Dann trifft sie auf eine zweite Schicht, die weniger porös ist, um schließlich die dritte Schicht zu erreichen. Diese besteht aus leitfähigem Kunststoff, der kaum Durchlässe für Sauerstoff aus der Luft hat. Kaliumionen können dagegen passieren. Mit diesem Design gelang es dem Team, den Zyklus auf 125 zu erhöhen. Das bedeutet eine zwölfmal längere Lebensdauer, verglichen mit den bisherigen Kalium-Luft-Batterien.

Kalium-Luft-Batterien noch zu klein

Weil dieser Batterietyp mindestens zehnmal mehr Strom speichern kann als Lithium-Ionen-Batterien, die heute in elektronischen Geräten, E-Autos und Pufferspeichern für Wind- und Solarstrom verwendet werden, bestehen gute Chancen für eine kommerzielle Nutzung. Sie ist zudem noch billiger als die Lithium-Ionen-Batterie. Die Forscher beziffern die Kosten mit 44 Dollar pro Kilowattstunde Speicherkapazität. Lithium-Ionen-Akkus kämen auf 100 Dollar.

Bisher sind die Kalium-Luft-Batterien aus dem Labor ziemlich klein, also ungeeignet, die großen Strommengen zu speichern, die zur Pufferung von Überschussstrom benötigt werden. Doch sie hätten das Potenzial, die Reichweite von E-Autos entscheidend zu vergrößern, meint Gilmor. Weiterer Vorteil: Dieser Akku braucht, anders als die Lithium-Ionen-Batterie, kein Kobalt, das auch als neuer Blutdiamant bezeichnet wird. Das seltene Element wird oft unter unmenschlichen Bedingungen bergmännisch gewonnen, auch von Kindern.

Stromspeicherung und -Produktion von Treibstoffen durch Bakterien?

Landwirtschaft, Tier- Pflanzenwelt, Physik, Chemie, Technik, Wissenschaft

(Cornell University) – Forscher der Cornell University wollen Strom auf höchst ungewöhnliche Art speichern. Sie arbeiten mit elektroaktiven Bakterien, die Elektronen einfangen, also elektrischen Strom, der von Wind-, Solar- oder Wasserkraftanlagen produziert wird. Diese Energie nutzen sie, um CO2 aus der Luft aufzuspalten. Den dabei entstehenden Kohlenstoff wandeln sie in Isobutanol oder Propanol um. Diese Flüssigkeiten können in Motoren genutzt werden, entweder in reiner Form oder als Beimischung zu Benzin oder Diesel.

Biologie kann Hauptrolle spielen
„Wir glauben, dass die Biologie eine signifikante Rolle beim Aufbau einer umweltverträglichen Energie-Infrastruktur spielen wird“, sagt Buz Barstow, Assistenzprofessor für Bio- und Umweltengineering an der Cornell University. „In einigen Prozessen hat die Biologie eine Hilfsfunktion, in anderen spielt sie die Hauptrolle.“ Er und sein Team seien auf der Suche nach allen Möglichkeiten, die Biologie im Energiesektor einzusetzen.

Die Photosynthese ist ein Beispiel für die Umwandlung von Sonnenenergie in Biomasse, also in einen Brennstoff. Pflanzen fangen sechsmal mehr Sonnenenergie ein als alle Menschen auf der Erde verbrauchen. Doch die Photosynthese ist nicht sehr effizient. Sie nutzt nur ein Prozent der einfallenden Energie. Solarzellen sind weitaus effektiver. Sie haben einen Wirkungsgrad von oft über 20 Prozent. Demnach kann Strom gemeinsam mit Bakterien mehr Solarenergie verarbeiten als Pflanzen.

CO2 aus Atmosphäre entfernen
Mikroorganismen und Strom können nicht nur Treibstoffe produzieren, ohne die Umwelt zu belasten. Sie können auch CO2 in einen Biokunststoff verwandeln, der sich gefahrlos untertage lagern lässt, sodass er dauerhaft aus der Atmosphäre entfernt wird. Die Herstellung von Treibstoffen und Bioplastik mit bakterieller Hilfe findet bei normalem Luftdruck und Raumtemperatur statt, sodass keine zusätzliche Energie nötig ist – außer dem Strom als „Bakterienfutter“ natürlich.

Um diese Technik tatsächlich zur indirekten Speicherung von grünem Strom nutzen zu können, muss jedoch noch eine Menge an Forschungsarbeit geleistet werden, sind die Wissenschaftler überzeugt. „Nach unseren Berechnungen ist diese Technik definitiv zu realisieren“, sagt Farshid Salimijazi, Barstows wissenschaftlicher Mitarbeiter, abschließend.

Klimawandel treibt Malariamücken nach Europa

Erde, Klima, Umweltschutz, Landwirtschaft, Tier- Pflanzenwelt

(pte016/27.05.2019/10:30) – Malaria-übertragende Mücken-Arten profitieren vom Klimawandel und werden sich infolgedessen in Europa und dem Mittelmeerraum weiter ausbreiten. In welchem Ausmaß diese Ausbreitung voranschreitet, lässt sich nach einer aktuellen Studie von Forschern der Universität Augsburg ziemlich genau vorhersagen.

Verbreitungsfreundliches Wetter
Ein Aspekt des Klimawandels, der in der öffentlichen Debatte bislang wenig Beachtung fand, ist die Ausbreitung sogenannter vektorübertragener Krankheiten. Als solche werden Krankheiten bezeichnet, die von einem erregertragenden Organismus übertragen werden. Dazu zählt zum Beispiel die Malaria, die von Anopheles, einer Stechmücken-Gattung, übertragen wird.

Das verstärkte Auftauchen Anopheles-freundlicher Wetterlagen könnte zur Ausbreitung dieser Stechmücken und damit zum Erstarken von Malaria in Europa und dem Mittelmeerraum führen. Wie genau diese Ausbreitung aussehen und in welchem Tempo sie vor sich gehen könnte, war bislang nicht genau prognostizierbar.

BRT ermöglicht genaue Prognosen
Die Geografin Elke Hertig von der Universität Augsburg hat ein Modell vorgelegt, das genauere Aussagen ermöglicht. Mit dem geostatistischen Ansatz BRT lässt sich das Vorkommen der Mücken in Europa bis zum Ende dieses Jahrhunderts modellieren. Hertig kommt zu dem Ergebnis, dass Veränderungen in Temperatur und Niederschlag zum deutlichen Ausbreiten von Malariamücken in Richtung Norden führen werden.

Günstig für die Insekten sind vor allem die zu erwartenden wärmeren Frühlingstemperaturen und die kräftigeren Niederschläge in Sommer und Herbst. Die deutlichsten Zuwächse der Mückenpopulationen sind gegen Ende dieses Jahrhunderts in Süd- und Südosteuropa zu erwarten. Nur in einzelnen Gebieten des Mittelmeerraums, für die sinkende Niederschlagsmengen vorausgesagt werden, wird das Mückenvorkommen sinken.

04.06.2019 Was ist der Mensch? – Eine philosophische Betrachtung!

Gedanken

Liebe Besucher meiner Homepage,

ich habe mir drei Tage Philosophie verordnet und das lohnt sich auch im hohen Alter. Die Berlin-Brandenburg-Akademie hat Immanuel Kant ein sehr umfangreiches Seminar gewidmet. Als bekennender Kantianer, der sich der Vernunft verpflichtet fühlt – auch im kritischen Sinne – war ich sehr gespannt, mein Wissen einmal wieder aufzufrischen. Während meines Studiums in Köln habe ich ein Hauptseminar in der Philosophischen Fakultät unter Volkmann-Schluck mitgemacht. Es ging seinerzeit um seine ‚Grundlegung zur Metaphysik der Sitten‘. Dazu gehört ein kleines Reclambüchlein mit dem gleichen Titel, das mein Interesse an der Philosophie so verstärkt hat, dass ich sogar eine Hauptseminar-Arbeit ablieferte. Dabei ging es um den sogenannten kategorischen Imperativ, den einmal ganz einfach formulieren möchte:

Wenn Du nicht willst, dass man Dir etwas tut, dann tue es auch anderen nicht an.‘ Für mich ist es das Atom, das heißt, das kleinste nichtteilbare Teilchen der Moral. Damals erhielt ich die Note ‚eins‘, aber nicht nur das, dieser kategorische Imperativ hat mein Leben und die Sicht über den Tellerrand entscheidend geprägt. Besonders interessant fand ich seinen Begriff: ‚deuteln‘. Damit umschreibt Immanuel Kant die psychologische Tendenz des Menschen, sich seine Moral den jeweiligen Bedürfnissen anzupassen. Kurz um, es ist das Prinzip der Ausrede, welches viele Menschen so perfektioniert haben, dass sie den kategorischen Imperativ außer Kraft gesetzt haben. Das ist die große Gefahr, denn wie anders kann ich den Lagerleiter eines KZs oder gefällige Nazirichter verstehen, die missliebige Individuen nach rechts in den Tod und nach links in die Zwangsarbeit geschickt haben.

Ihr Jean Pütz