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Null-Emissions-Technologien begehrt – 11 Konzerne wollen sie einkaufen

Wenn Batterien zu Schaum werden

(HZDR) – Batterien effizient zu recyceln und die zurückgewonnenen Materialien wieder in die Produktion zu integrieren, stellt die Industrie immer noch vor ein scheinbar unlösbares Problem. Weltweit suchen Forscher*innen deswegen nach neuartigen Methoden. Eine von ihnen ist Anna Vanderbruggen. Die Doktorandin am Helmholtz-Institut für Ressourcentechnologie Freiberg (HIF) – einer Einrichtung des Helmholtz-Zentrums Dresden-Rossendorf (HZDR) – konnte ein Konzept entwickeln, um Graphit aus verbrauchten Lithium-Ionen-Batterien zu recyceln. Am 7. November präsentiert sie ihren Ansatz im Finale des Zukunftswettbewerbs Falling Walls in Berlin.

Die Elektromobilität steigert die Nachfrage nach Lithium-Ionen-Batterien – und führt weltweit zu einem enormen Bedarf an kritischen Materialien, wie Nickel, Kobalt, Lithium und Graphit, die zum einen nicht unendlich auf unserer Erde vorkommen, und zum anderen häufig unter schlechten Bedingungen abgebaut werden. Daher ist die Entwicklung effizienter Recyclingtechnologien und die Integration der zurückgewonnenen Materialien in die Batteriezellenproduktion zwingend erforderlich. Ziel ist es, mit effizienten Ansätzen Materialkreisläufe zu schließen.

Ein für Lithium-Ionen-Batterien sehr relevantes, aber auch äußerst kritisches Material ist Graphit. Durch die Energiewende im Mobilitätsbereich wird Graphit eines der bestimmenden Materialien bei der Batterieproduktion in den nächsten Jahrzehnten bleiben. Natürliche Lagerstätten von Graphit, welche wirtschaftlich abgebaut werden können, sind jedoch selten. Darüber hinaus können Recyclingunternehmen derzeit Graphit nicht zurückgewinnen. Daher endet es während des Recyclingprozesses als Abfall oder wird als Reduktionsmittel verwendet. Anna Vanderbruggen hat sich dieser Herausforderung des Graphitrecyclings gestellt und ein Konzept zur „Rückgewinnung von Graphit aus verbrauchten Lithiumionenbatterien“ entwickelt, das auch Thema ihrer Doktorarbeit ist.

„Mein Ansatz nutzt die in der Rohstoffindustrie bewährte Methode der Schaumflotation, um Graphit zu recyceln. Die Schaumflotation ist ein etablierter und effizienter Prozess für die Trennung wertvoller Mineralien von taubem Gestein für Partikelgrößen von etwa 10 bis 200 Mikrometer. Der Prozess basiert auf der selektiven Hydrophobierung, also wasserabweisenden Eigenschaft, von Mineralen und der Anhaftung dieser Partikel an Gasblasen, welche anschließend über einen Schaum ausgetragen werden. Daher sind Oberflächen-, aber auch andere Partikeleigenschaften wie Größe und Morphologie, die wesentlichen Trennmerkmale für die Schaumflotation. Das Hinzufügen einer Schaumflotationsstufe ermöglicht die gemeinsame Rückgewinnung der Metalle und des Graphits“, erklärt Anna Vanderbruggen ihren Ansatz.

Genau solche zukunftsweisenden Ideen sind es, die bei dem jährlich stattfindenden Wettbewerb „Falling Walls“ gesucht werden. Der Wettbewerb, der sich an junge Erfinder*innen, Forscher*innen, Start-up-Unternehmer*innen und Studierende richtet, ist der Falling Walls Conference in Berlin angegliedert. Diese fand erstmalig 2009 zum Jahrestag des Mauerfalls statt und hat das Motto „Mauern einreißen und Grenzen überwinden: In den Köpfen, im Denken und im Handeln“. Anna Vanderbruggen setzte sich zunächst in der nationalen Ausscheidung des Falling Walls Labs durch und sicherte sich damit die Teilnahme am Finale in Berlin am 7. November. Dann muss die Französin die Jury mit ihrem 3-minütigen Kurzvortrag von ihrer Zukunftsidee des Batterie-Recyclings überzeugen, um „Breakthrough Winner of the Year in the Emerging Talents category of Falling Walls” zu werden. Die Gewinnerin bzw. der Gewinner erhält einen Geldpreis und darf ihren bzw. seinen Vortrag am 9. November noch einmal auf der Falling Walls Conference vor großem Publikum halten.

Die Falling Walls Conference wird vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF), der Helmholtz Gemeinschaft sowie der Robert Bosch Stiftung gefördert. Zudem beteiligen sich eine Vielzahl wissenschaftlicher Einrichtungen und Stiftungen, darunter acatech – Deutsche Akademie der Technikwissenschaften, die Leibniz-Gemeinschaft, die Fraunhofer-Gesellschaft, die Max-Planck-Gesellschaft, der Stifterverband für die Deutsche Wissenschaft, der Deutsche Akademische Austauschdienst (DAAD), die Körber-Stiftung, die Leopoldina – Nationale Akademie der Wissenschaften, die Berliner Senatsverwaltung für Bildung, Wissenschaft und Forschung sowie der Europäische Forschungsrat.

Der Darm und sein Mikrobion immer wichtiger für die Gesundheit – Nachrichten aus dem Zoo

(Uni Kiel) – Umfangreiche Vergleichsstudie an der CAU zur Zusammensetzung der Bakterienbesiedlung von Zootieren liefert neue Erkenntnisse über den Verlust an mikrobieller Vielfalt im menschlichen Körper

Im Mittelpunkt der lebenswissenschaftlichen und medizinischen Forschung steht seit einigen Jahren die Frage, wie die in und auf einem Körper lebenden Mikroorganismen zentrale Lebensprozesse und damit Gesundheit und Krankheit ihres Wirtslebewesens beeinflussen. Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler unter anderem an der Christian-Albrechts-Universität zu Kiel (CAU) konnten zahlreiche Belege sammeln, dass es Zusammenhänge zwischen der Gesamtheit der mikrobiellen Besiedlung des Körpers, dem sogenannten Mikrobiom, und der Entstehung von Krankheiten gibt. Speziell chronisch-entzündliche Darmerkrankungen (CED) sind eng mit der Zusammensetzung und Balance des Mikrobioms verknüpft. Gemeinsam mit zahlreichen anderen sogenannten Umwelterkrankungen hat ihre Häufigkeit in den vergangenen Jahrzehnten stark zugenommen. Eine mögliche Ursache sehen Forschende im massiven Rückgang der mikrobiellen Artenvielfalt des menschlichen Mikrobioms. Dessen Verarmung geht vermutlich auf die radikale Änderung der Lebensbedingungen in der westlichen Gesellschaft zurück, die unter anderem von industriell hergestellten Lebensmitteln, umfassenden Hygienemaßnahmen, massiver Antibiotikanutzung und sozial isolierten Lebensweisen geprägt sind. Großes Potenzial sehen Forschende in künftigen Interventionen zur Wiederherstellung eines gesunden Mikrobioms. Wichtige Anhaltspunkte, um einen solchen gesunden Zustand zu definieren, liefern vergleichende Mikrobiomstudien – sowohl mit ursprünglich lebenden menschlichen Gesellschaften, als auch mit Tieren.

Forschende der CAU haben nun in einer umfangreichen Vergleichsanalyse im Rahmen des Sonderforschungsbereichs (SFB) 1182 „Entstehen und Funktionieren von Metaorganismen“ insgesamt 368 Stuhlproben von 38 verschiedenen Tierarten von Wiederkäuern bis hin zu Primaten analysiert, um die Einflüsse der evolutionären Verwandtschaftsverhältnissen der verschiedenen Arten untereinander und der äußeren Lebensbedingungen auf die Zusammensetzung des Mikrobioms zu untersuchen. Das Probenmaterial sammelten sie in sieben deutschen Zoos und verglichen es sowohl untereinander als auch auch mit menschlichen Proben, indem sie darin enthaltenen Mikrobenarten per Genomsequenzierung bestimmten und so jeweils die verschiedenen Mikrobiomzusammensetzungen der diversen Tierarten charakterisieren konnten. Das Forschungsteam vom Institut für Klinische Molekularbiologie (IKMB) unter Leitung von Professor Andre Franke stellte fest, dass das Vorkommen bestimmter Bakterienarten zum Beispiel bei einigen Affenarten aber auch beim Menschen zurückgeht und ihr Mikrobiom offenbar insbesondere in Anpassung an Veränderungen ihrer Lebensbedingungen verarmt. Ihre Ergebnisse veröffentlichten die Forschenden, die auch an der DFG-Forschungsgruppe miTarget beteiligt sind, kürzlich in der Fachzeitschrift BMC Microbiology.

Lebensweise beeinflusst das Mikrobiom bei Mensch und Tier
Die Zusammensetzung des Mikrobioms hängt von vielen verschiedenen Faktoren ab. Dazu zählen unter anderem die Ernährung, Umwelteinflüsse oder die Verwandtschaftsbeziehungen der Wirtslebewesen untereinander. Um ihre Daten unter kontrollierten Bedingungen gewinnen zu können, sammelten die Kieler Forschenden Proben von in Gefangenschaft lebenden und nach einheitlichen Standards gefütterten Tieren, unter anderem in Zoos in Hamburg, Berlin und Neumünster. Für die Wissenschaft sind solche Kooperationen von hohem Wert, da sie einfach zugängliches Probenmaterial und damit wichtige Datenquellen für ein ganzes Spektrum von Forschungsfragen zur Verfügung stellen können. In der aktuellen Arbeit bildet das in den Zoos gesammelte Probenmaterial zum Beispiel die Grundlage einer neuartigen Biobank, die teilweise noch gänzlich unbekannte Mikrobenarten beinhaltet und daher von großem wissenschaftlichem Interesse ist. „Bei der Analyse der Mikrobiomdaten stellten wir zunächst fest, dass die Geografie keinen großen Einfluss auf die Bakterienbesiedlung des Darms zu haben scheint und die Zusammensetzung der Mikroorganismen weitgehend unabhängig vom Standort ist“, sagt Erstautorin Dr. Corinna Bang, Leiterin des Mikrobiomlabors am IKMB. „Die Phylogenie, also die evolutionären Verwandtschaftsverhältnisse von Lebewesen – und damit auch das eigene Erbgut – spielt dagegen grundsätzlich die wichtigste Rolle für die Mikrobiomkomposition. Je näher verschiedene Arten miteinander verwandt sind, desto ähnlicher ist auch ihr Mikrobiom, denn es hat sich über lange evolutionäre Zeiträume weitgehend parallel entwickelt“, so SFB 1182-Mitglied Bang weiter.

Unter gewissen Umständen kann es aber im Tierreich dazu kommen, dass dieser eigentlich bestimmende Faktor in den Hintergrund tritt und von den Auswirkungen spezieller Lebensbedingungen überlagert wird. Diesen Aspekt konnten die Forschenden des SFB 1182 nun beleuchten, als sie die Mikrobiomdaten bestimmter afrikanischer Affenarten mit jenen von Affen aus Südamerika verglichen. Obwohl sie relativ nah verwandt sind, weichen ihre Lebensweisen stark voneinander ab: Im Falle der afrikanischen Tiere leben sie in großen sozialen Verbänden am Boden, ihre südamerikanischen Verwandten leben, vor allem in Zoos, auf Bäumen in relativ isolierten Kleingruppen. Überraschenderweise spiegelten sich ihre gegensätzlichen Lebensweisen auch in deutlichen Unterschieden in der Zusammensetzung ihres jeweiligen Mikrobioms wider: „Die Unterschiede in der Lebensweise überlagern hier also den Einfluss der relativ engen Verwandtschaft. Konkret bedeutet dies, dass es bei den südamerikanischen Affen zu einem deutlichen Rückgang charakteristischer einzelner Bakterienarten im Vergleich mit den afrikanischen Tieren kommt. Wir vermuten, dass diese Verarmung ihres Mikrobioms mit ihrer vergleichsweise kontaktarmen Lebensweise zusammenhängt“, so Bang weiter.

In diesem Aspekt sehen die Kieler Forschenden eine wichtige Parallele zur Entwicklung des menschlichen Mikrobioms. „Der Verlust bestimmter Bakterienarten des Mikrobioms – insbesondere Spirochaeta und Prevotella, die bei der Verdauung ballaststoffreicher, pflanzlicher Nahrungsbestandteile helfen – ist nicht nur bei den südamerikanischen Affen, sondern auch beim Menschen zu beobachten. Diese übereinstimmenden Muster untermauern die Annahme, dass die Verarmung des Mikrobioms mit den schnell geänderten menschlichen Lebensbedingungen zusammenhängen könnte“, betont Dr. Louise Thingholm, Bioinformatikerin am IKMB.

Gesundes Mikrobiom fördern
Der Übergang zur industriell und urban geprägten Lebensweise in der westlichen Welt hat in den vergangenen Jahrzehnten aus evolutionärer Sicht in sehr kurzer Zeit stattgefunden. Eine Hypothese der Forschenden ist daher, dass sich die menschlichen Mikrobengemeinschaften -nachdem sie sich wie im Tierreich über Jahrtausende nur wenig veränderten – an das abrupte Aufkommen des westlichen Lebensstils nicht mehr anpassen konnten. So sei der drastische Rückgang der mikrobiellen Vielfalt mit seinen zahlreichen gesundheitlichen Folgen zu erklären. „Eine fundamentale Aufgabe für die künftige Mikrobiomforschung wird es daher sein, genau zu definieren, welche Bestandteile der ursprünglichen Bakterienbesiedlung des Körpers wiederhergestellt werden müssen, um bestimmte Mikrobiom-assoziierte Krankheiten zu lindern oder zu vermeiden“, fasst miTarget-Sprecher Franke zusammen, der auch ein Teilprojekt im SFB 1182 leitet. „Dies könnte künftig einerseits durch gezielte Eingriffe in das Mikrobiom auf therapeutischem Wege geschehen. Ebenso wichtig wird es aber sein, eine präventive Lebensweise zu fördern, die wieder mehr mikrobielle Diversität zulässt“, so Franke weiter. Bei der Identifizierung von therapeutischen Zielen im Mikrobiom steht die Forschung trotz vielversprechender Perspektiven zurzeit noch am Anfang. Eine Mikrobiom-freundliche Lebensweise hingegen lässt sich bereits heute realisieren und besteht im Wesentlichen darin, die aus mikrobiologischer Sicht problematischen Aspekte des westlichen Lebensstils zumindest abzumildern und in vielfältiger Weise wieder mehr Kontakte mit Mikroorganismen zuzulassen.

Gehen bei uns demnächst die Lichter aus – oder schafft die zukünftige Ampelkoalition die Quadratur des Kreises ?

Es geht um die sichere Versorgung Deutschlands mit elektrischem Strom ohne zu erwartenden Blackout

Das Thema greife ich auf, weil das Netz abschaltet, wenn mehr elektrischer Strom angefordert wird als geliefert werden kann. Das ist eine technische Gesetzmäßigkeit. Die Frage ist, ob demnächst – wie von der ehemaligen Groko für 2030/2045 vorausgeplant – unsere Energieversorgung ausschließlich mit in Deutschland gewonnenem regenerativen elektrischen Strom möglich ist?

Zur Klimarettung gibt es keine Alternative, aber ob wir aus Deutschland mit nur 2% CO2-Ausstoß die Welt retten können, und uns das alle Länder nachmachen, hängt weniger von unseren Verhaltensweisen ab, als dass es uns gelingt, die entscheidenden Länder von unseren technologischen Ideen zu überzeugen.

Ganz klar: diese höchst löbliche Absicht darf nicht im Wunschdenken verharren, und nur Ziele formulieren – z. B. die maximale Klimaerwärmung auf 1,5 bis 2° C festzulegen, ohne den Weg dahin konkret zu beschreiben. Das hat ja schon unser Bundesverfassungsgericht moniert. Der Populismus der Parteien der letzten Jahre scheint dem keine Rechnung zu tragen, auch werden einfach naturwissenschaftliche und technische Gesetzmäßigkeiten weggewischt, als ob man darüber politisch entscheiden könnte.

Die Einsicht, dass CO2 als Übeltäter reduziert werden muss, lässt sich noch dem deutschen Volk vermitteln. Dass dieses Problem aber vielschichtiger ist, da schweigt des Sängers Höflichkeit.

Die radikale Strategie, den CO2-Ausstoß völlig zu verbieten, führt auf lange Sicht dazu, dass nicht nur die deutsche Industrie ihre Weltgeltung verliert, bzw. in andere Länder abwandert. Verbunden ist das mit dem Verlust von Hunderttausenden von Arbeitsplätze. Von uns Bürgern wird zusätzlich verlangt, nicht nur den Gürtel enger zu schnallen, sondern auf vieles zu verzichten, was uns das Leben lebenswert gemacht hat, z. B. die individuelle Bewegungsfreiheit, in dem angeblich so ökologische Elektro-Autos für normale Bürger unerschwinglich werden trotz milliarden-schwerer Subventionen. Und wie ist es mit dem noch blühenden Export, der bisher volkswirtschaftlich unseren Wohlstand bestimmt? Lässt sich der Bürger das klaglos bieten, oder gefährdet sein Unverständnis unsere Demokratie? Nach dem Motto, was nicht sein darf das nicht sein kann hat bei uns das Wunschdenken überhand genommen. Warum werden viel preiswertere Alternative, z. B. ein wesentlich ökologischeres Elektro-Auto, welches für jedermann erschwinglich ist, verworfen? Eben, weil es nicht in eine spezielle grüne vom Wunschdenken geprägte Ideologie passt, die zum Scheitern verurteilt ist. ‚Was nicht sein darf, das nicht sein kann“. Leider werden die Konsequenzen von oft für den Staatssäckel sehr teuren Verordnungen und Gesetzen dem Bürger verschwiegen.

Auch was die regenerative Energie betrifft, so wird immer noch an alten Beschlüssen herumgedoktert, die den Blick über den Tellerrand vermissen. Alternativen werden von der Politik noch nicht einmal geprüft. Und sogar die Industrie hält still, weil Subventionen sie kurzfristig beruhigen. So verlagert derzeit die Automobilindustrie die Produktikon von Verbrennungsmotoren – z. B. Daimler – nach China, eine Konzession an die Phobie der Grünen. Dafür wird jedes Elektro-Auto mit 20.000 Euro gesponsert. Der Spruch aus Goethes ‚Erlkönig‘: „Bist Du nicht willig, so brauch ich Gewalt“ gilt nicht mehr in einer freien Wirtschaft. Dafür wird die Industrie im Stil von Klatschreporter Baby Schimmerlos: “ wenn Du nicht willst, überschütte ich Dich mit Geld, dann kommst Du zur Räson“ plattgebügelt. So wurde die KFZ-Industrie z. B. verführt, nur noch auf diese Batterie-schweren Elektroautos zu setzen. Vernachlässigte Industriezweige lässt man nach China auswandern wie die Robotik- oder Eisenindustrie oder in nicht zu ferner Zeit die gesamte Autoindustrie.

Verhängnisvoll ist auch, dass selbst die technologische Forschung diesem Prinzip unterworfen ist. Während früher deutsche Forscher mit ihrem Erfindergeist viele epochale Probleme gelöst haben, stehen manche heute im Dienst politischen Wunschdenkens. Damit nimmt die Politik auch Einfluss auf die Wissenschaft nach dem Motto: wes Brot ich ess‘ des Lied ich sing‘. Die Folge ist Political Correctness. So werden viele politische Ideologien von bestimmten Instituten bestätigt, die z. B. behaupten, die komplette regenerative Energieversorgung aus Deutschland wäre möglich. Ich vermute, wider besseres Wissen, denn ihr gesamter Forschungsetat hängt von den staatlichen Zuschüssen ab.

Ich kann nur hoffen, dass die vermutete Ampelkoalition diesen Versuchungen weniger ausgesetzt ist als die vorherige Groko aus SPD und CDU. Mir würde schon reichen, wenn man die Lösung unter dem Aspekt des kleineren Übels angeht, das heißt, Alternativen nicht einfach verwerfen, sondern sich für die entscheiden, die die Volkswirtschaft am wenigsten zermürben. Auf lange Sicht führt das zu irrationalen Einstellungen der Bürger, die nicht mehr beherrschbar sind – auch nicht durch Verbote und Gebote.

Es geht mir in meinen Kommentaren nicht nur um Kritik, sondern ich möchte auch meine Vorbildung als Ingenieur, Physiker und Soziologe dazu nutzen, Verbesserungs-Vorschläge zu machen, z. B. meine auf weltweite Zustimmung schielende regenerative Methanol-Strategie auf Basis von grünem Wasserstoff, gewonnen und produziert mit Strom aus den Ländern, die Sonne und Wind im Übermaß besitzen. . Das sind vor allem die Drittwelt-Länder, die am meisten von der Klimaerwärmung gebeutelt werden. Es können aber auch die Länder sein, in denen bisher das Erdöl sprudelte, die haben genügend Kapital zur Verfügung, wie man an den Golf-Staaten beobachten kann. Wenn Dubai auf die Fußball-Weltmeisterschaft verzichtet hätte, reichte das Geld aus, um alle diese Pläne zu verwirklichen. Hinzu kommt, dass abgefiltertes CO2 in Form von leicht verflüssigbarer Kohlensäure aus im Übergang notwendigen Erdgaskraftwerken im Recycling-Modus als Wertstoff eine wichtige Rolle spielt. Methanol kann alle fossilen Energieträger ersetzen und in Tanks und Pipelines transportiert werden, die heute weltweit der Verteilung der Produkte aus Erdöl dienen. Weitere Investitionen und staatliche Förderungen in die Infrastruktur sind nicht notwendig.

Sehen und hören Sie sich auch mein frei moderiertes Video an.

Ihr Jean Pütz

Folge 232: Der Vernunft eine Chance

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Scholz und Habeck räumen Blockade bei Finanzfragen ein

(FAZ) – Die Entlastung von kleinen und mittleren Einkommen durch eine Steuerreform ist laut SPD-Kanzlerkandidat Olaf Scholz und Grünen-Co-Chef Robert Habeck nur bei steigenden Steuereinnahmen möglich. Beide Politiker sagten am Sonntag in der ARD-Sendung „Anne Will“, ohne die von der FDP verhinderten Steuererhöhungen fehle dafür der Spielraum. Man werde nun in den kommenden vier Jahren sehen, welche Möglichkeiten sich noch ergäben.

Scholz zeigte sich zugleich überzeugt, dass das Bundesverfassungsgericht den noch bestehenden Soli-Zuschlag für Besserverdienende nicht kippt. Er sei sich „so sicher wie man sein kann vor Gericht“. Habeck äußerte sich vorsichtiger und verwies darauf, man müsse man eine Entscheidung Karlsruhes abwarten. Sollte der Soli komplett abgeschafft werden müssen, rechnen Experten mit einem Milliardenloch bei den Steuereinnahmen.

„Unentschieden“ in Finanzfragen

„Insofern gibt es in dem Bereich der Finanzpolitik, der die Steuern umfasst, keine große Bewegung, das muss man ehrlich sagen“, sagte Habeck zu den Ampel-Gesprächen über eine Steuerreform. Im Bereich der steuerlichen Be- und Entlastungen sei die Sondierung zwischen den drei Parteien „quasi auf Unentschieden gestellt“. Wegen der FDP und auch der Union seien Verfassungsänderungen an der Schuldenbremse nicht möglich, so dass der Spielraum durch eine Neuverschuldung begrenzt sei. Dafür habe die FDP aber auch keine Senkung der Unternehmenssteuern durchsetzen können.

Scholz und Habeck verwiesen aber auf andere verabredete Reformen und betonten, dass etwa die geplante Abschaffung der EEG-Umlage auch Privatpersonen entlaste und damit Mehrkosten für höhere Energiepreise ausgleichen könne. Scholz sprach von einem Betrag von 300 Euro für eine vierköpfige Familie.

Er verwies zudem auf die geplante Aufstockung des Mindestlohns auf zwölf Euro und die verabredete Aufstockung der Grenzen sogenannter Midi-Jobs, von der vor allem untere Einkommen profitieren würden.

Energiekosten: Trittin für höheren Grundfreibetrag

In die konkreten Koalitionsverhandlungen mit SPD und FDP gehen die Grünen mit der Forderung nach einer Erhöhung des Wohngelds und des steuerfreien Existenzminimums als Ausgleich für die stark gestiegenen Energiepreise. Der ehemalige Bundesumweltminister Jürgen Trittin, der für die Grünen die Bereiche Klima und Energie verhandelt, sagte am Sonntagabend dem Sender Bild TV: „Ich persönlich bin der Auffassung, dass wir in der Tat beim Wohngeld und bei der Frage des Steuerfreibetrages hier etwas tun müssen“.

Maßnahmen in diesen Bereichen seien „zielgenau und das hilft denjenigen, die von steigenden Energiepreisen betroffen sind und die das nicht wegstecken können“, sagte Trittin. Sollte es gelingen, bis Anfang Dezember eine Ampel-Koalition zu bilden, könnten die Hilfen zum 1. Januar 2022 in Kraft treten. Er gehe davon aus, dass allein durch eine Wohngelderhöhung „für viele übers Jahr gerechnet wahrscheinlich mehr als 100 Euro“ rauskommen, sagte Trittin dem Sender.

Einer Senkung von Energiesteuern erteilte der Grünen-Politiker eine Absage: „Dann ist erstens nicht sichergestellt, dass dadurch die Preise auch wirklich sinken. Und Sie erreichen zweitens Leute, die es nicht nötig haben.“ Zudem maximiere dies „Einnahmeausfälle, die der Staat an dieser Stelle hat“. Das sei „teuer, ineffizient und sozial ungerecht“.

Skeptisch äußerte sich Trittin zu einer Erhöhung der Pendlerpauschale. Dadurch würden jene entlastet, „die viel fahren und über ein überdurchschnittliches Einkommen verfügen“. Er halte es für „zielgenau und richtig“, Hilfen von der Höhe des Einkommens abhängig zu machen, wie dies auch die Franzosen machten. Rentner hätten im Übrigen „von der Pendlerpauschale überhaupt nichts, weil sie halt nicht pendeln“, sagte Trittin dem Sender. Die Erhöhung des steuerfreien Existenzminimums und des Grundfreibetrags helfe Rentnern hingegen. Dies gelte auch für das Wohngeld, wenn sie Mieter seien.

COVID-19-Impfung für Schwangere sicher

(pte) – Die Impfung gegen das Coronavirus hat keinerlei negative Folgen für Schwangere. Das hat eine Studie von Deshayne Fell von der School of Epidemiology and Public Health der Medizinischen Fakultät der Universität Ottawa gezeigt. Die Expertin hat die Daten in mehreren nationalen Gesundheitsregistern in Norwegen analysiert, um den Anteil der geimpften Frauen, die während der ersten drei Schwangerschaftsmonate eine Fehlgeburt erlitten und der Frauen, die nach der gleichen Zeit noch schwanger waren, zu vergleichen.

Bisherige Einschätzung bestätigt

„Wir fanden keine Hinweise auf ein erhöhtes Risiko für Fehlgeburten nach der COVID-19-Impfung“, heißt es in dem Studienbericht, der im „New England Journal of Medicine“ veröffentlicht wurde. „Dieses Ergebnis ist beruhigend für Frauen, die in der Schwangerschaft geimpft wurden und unterstützt die immer sicherer werdenden Annahmen, dass diese Impfung für Schwangere ohne Risiko ist“, so Fell.

Fell, die gegenwärtig eine Untersuchung leitet, in der Wirksamkeit und Sicherheit von COVID-19-Impfstoffen überprüft werden, und das internationale Team hinter der Studie fanden keinen Zusammenhang zwischen der Art des erhaltenen Impfstoffs und einer Fehlgeburt. In Norwegen wurden unter anderem Pfizer, Moderna und AstraZeneca eingesetzt.

Impfung schützt später Säugling

„Es ist wichtig, dass Schwangere geimpft werden, da sie ein höheres Risiko für Krankenhausaufenthalte und COVID-19-Komplikationen haben und ihre Säuglinge ein höheres Risiko haben, zu früh geboren zu werden. Auch die Impfung während der Schwangerschaft schadet dem Neugeborenen nicht.“

Kapitalismus lässt grüßen: Siemens steigt aus dem Feld großer Motoren aus

Kapitalismus lässt grüßen: Siemens steigt aus dem Feld großer Motoren, Transformatoren und Wechselrichter aus, dank Grünen-Ideologie kann damit offenbar kein Geld mehr verdient werden.

Quantenmaterial als Terahertz-Booster

(Helmholtz) – Sie gelten als hochinteressante Materialien für die Elektronik der Zukunft: Topologische Isolatoren leiten Strom auf eine besondere Weise und versprechen neuartige Schaltkreise und einen schnelleren Mobilfunk. Ein Forschungsteam aus Deutschland, Spanien und Russland hat nun unter Federführung des Helmholtz-Zentrums Dresden-Rossendorf (HZDR) eine grundlegende Eigenschaft der neuen Werkstoffklasse enträtselt: Wie im Detail reagieren die Elektronen im Material, wenn sie mit kurzen Pulsen sogenannter Terahertz-Strahlung „aufgeschreckt“ werden? Die Resultate sind nicht nur für das fundamentale Verständnis dieser neuartigen Quantenmaterialien wichtig, sondern könnten künftig für eine schnellere mobile Datenkommunikation sorgen oder in hochempfindlichen Detektorsystemen für die Erkundung ferner Welten eingesetzt werden, wie das Team im Fachjournal NPJ Quantum Materials (DOI: 10.1038/s41535-021-00384-9) berichtet.

Topologische Isolatoren sind eine noch junge Materialklasse mit einer besonderen Quanteneigenschaft: An ihrer Oberfläche können sie Strom nahezu verlustfrei leiten, wogegen ihr Inneres als Isolator fungiert – hier kann keinerlei Strom fließen. Für die Zukunft verspricht das interessante Perspektiven: Topologische Isolatoren könnten als Grundlage für hocheffiziente elektronische Bauteile dienen, was sie zu einem interessanten Forschungsfeld in der Physik macht.

Noch aber sind einige grundlegende Fragen offen: Was zum Beispiel geschieht, wenn man die Elektronen im Material mit bestimmten elektromagnetischen Wellen – sogenannter Terahertz-Strahlung – „anschubst“ und dadurch energetisch anregt? Klar ist: Die Elektronen wollen den zwangsweise verpassten Energieschub möglichst rasch wieder loswerden, etwa indem sie das Kristallgitter um sich herum erwärmen. Doch bei den topologischen Isolatoren war bislang fraglich, ob dieses Loswerden der Energie in der leitenden Oberfläche schneller passiert als im isolierenden Kern. „Um das festzustellen, mangelte es bisher an geeigneten Experimenten“, erklärt Studienleiter Dr. Sergey Kovalev vom Institut für Strahlenphysik am HZDR. „Bislang war es extrem schwierig, bei Raumtemperatur zwischen der Reaktion der Oberfläche und der des Materialinneren zu unterscheiden.“

Um diese Hürde zu überwinden, entwickelte er gemeinsam mit einem internationalen Team einen raffinierten Versuchsaufbau: Intensive Terahertz-Pulse treffen auf die Probe und regen die Elektronen an. Unmittelbar darauf beleuchten Laserblitze das Material und erfassen, wie die Probe auf den Terahertz-Reiz reagiert. In einer zweiten Versuchsreihe messen spezielle Detektoren, inwieweit die Probe einen ungewöhnlichen nichtlinearen Effekt zeigt und die eintreffenden Terahertz-Pulse in ihrer Frequenz vervielfacht. Diese Experimente führte Kovalev an der Terahertz-Lichtquelle TELBE im ELBE-Zentrum für Hochleistungs-Strahlenquellen des HZDR durch. Daran beteiligt waren Forscher*innen des Katalanischen Instituts für Nanowissenschaften und Nanotechnologie in Barcelona, der Universität Bielefeld, dem Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR), der TU Berlin sowie der Lomonossov-Universität und dem Kotelnikov-Institut für Funktechnik und Elektronik in Moskau.

Rasanter Energieübertrag

Entscheidend war dabei, dass das Team nicht nur ein einziges Material unter die Lupe nahm. Stattdessen stellten die russischen Projektpartner drei verschiedene topologische Isolatoren mit unterschiedlichen, genau abgestimmten Eigenschaften her: In einem konnten nur die Elektronen an der Oberfläche die Energie der Terahertz-Pulse direkt aufnehmen, in den anderen wurden hauptsächlich Elektronen im Probeninneren angeregt. „Der Abgleich dieser drei Experimente erlaubte es, präzise zwischen dem Verhalten der Oberfläche und der des Materialinneren zu unterscheiden“, erklärt Kovalev. „Und zwar haben sich die Elektronen in der Oberfläche deutlich schneller abgeregt als die im Inneren des Materials.“ Offenbar waren sie in der Lage, ihre Energie unverzüglich auf das Kristallgitter des Materials zu übertragen.

In Zahlen: Waren die Oberflächen-Elektronen nach wenigen hundert Femtosekunden in ihren ursprünglichen energetischen Zustand zurückgekehrt, dauerte dies bei den „inneren“ Elektronen rund zehnmal so lange, also einige Pikosekunden. „Topologische Isolatoren sind hochkomplexe Systeme, sie sind theoretisch alles andere als einfach zu verstehen“, betont Michael Gensch, ehemals Leiter der TELBE-Anlage am HZDR und nun Abteilungsleiter am Institut für Optische Sensorsysteme des DLR sowie Professor an der TU Berlin. „Unsere Resultate können bei der Entscheidung helfen, welche der theoretischen Ideen zutreffend sind.“

Hocheffektive Multiplikation

Doch das Experiment verspricht auch interessante Perspektiven für die digitale Kommunikation, etwa für WLAN und Mobilfunk. Technologien wie 5G arbeiten heute im Gigahertz-Bereich. Ließen sich höhere Frequenzen im Terahertz-Bereich nutzen, könnte man deutlich mehr Daten über einen Funkkanal übertragen. Eine wichtige Rolle könnten dabei sogenannte Frequenzvervielfacher spielen: Sie sind in der Lage, relativ niedrige Funkfrequenzen in deutlich höhere zu übersetzen.

Vor einiger Zeit hatte das Forschungsteam erkannt, dass Graphen – zweidimensionaler, superdünner Kohlenstoff – unter bestimmten Bedingungen als effizienter Frequenzvervielfacher dienen kann. Es vermag eine 300-Gigahertz-Strahlung in Frequenzen von einigen Terahertz zu konvertieren. Das Problem: Ist die eintreffende Strahlung extrem intensiv, verliert Graphen stark an Effizienz. Topologische Isolatoren dagegen funktionieren selbst noch bei intensivster Anregung, so das Resultat der neuen Studie. „Damit könnte es möglich sein, Frequenzen von einigen Terahertz auf mehrere Dutzend Terahertz zu multiplizieren“, glaubt HZDR-Physiker Dr. Jan-Christoph Deinert, der das TELBE-Team gemeinsam mit Kovalev leitet. „Bisher sehen wir da bei den topologischen Isolatoren noch kein Ende.“

Damit könnten die neuen Quantenmaterialien in einem deutlich breiteren Frequenzbereich eingesetzt werden als etwa Graphen. „Am DLR haben wir ein großes Interesse daran, solche Quantenmaterialien in leistungsfähigen Heterodyn-Empfängern für die Astronomie, insbesondere in Weltraumteleskopen, einzusetzen“, erläutert Gensch.

Reversible Brennstoffzelle kann Wasserstoff in Strom verwandeln und umgekehrt mit Strom gespeist in Wasserstoff und Sauerstoff

(pte) – Mit einem neuartigen Katalysator wird die reversible Brennstoffzelle noch effektiver als bisher. Forschern an der Washington University in St. Louis ersetzten dazu das oft genutzte Platin durch ein Komposit aus Platin und einer Bleiruthenat-Verbindung. Damit ließen sich die beiden Funktionen deutlich beschleunigen, sagen Kritika Sharma, Doktorandin der Ingenieurwissenschaften, und ihre Kollegen, die den neuen Katalysator entwickelt haben.

Effektive Umkehrbarkeit

Wie ihr Name schon andeutet, können reversible Brennstoffzellen ihre Funktionalität umkehren. Im Brennstoffzellen-Modus produzieren sie aus Wasserstoff und Sauerstoff elektrische Energie, Wärme und Wasser. Wenn man aber quasi einen Schalter umlegt und das Gerät mit überschüssigem Strom aus einer anderen Quelle versorgt, arbeitet es als Elektrolyseur. Das heißt, es spaltet Wasser in Wasser- und Sauerstoff auf, um so Energie zu speichern. Wie gut diese funktionelle Umkehrbarkeit ist, hängt dabei eben davon ab, ob der Katalysator an der Sauerstoff-Elektrode auch wirklich beide Aufgaben effektiv erfüllen kann.

Als Maß eben dafür nutzen die Forscher einen „Bifunktionalitätsindex“. „Wir wollen, dass dieser niedrig ist. Im Idealfall null“, erklärt Sharma. In der Praxis ist das zwar nicht zu schaffen. Doch der neue Katalysator, der neben Platin und Blei unter anderem auch Ruthenium und Sauerstoff enthält, drückt den Index immerhin auf 0,56 Volt. Das sei dem Team zufolge sehr niedrig im Vergleich zu den bekannten Werten anderen Katalysatoren. Für einen Zyklus aus Hin- und Rückwandlung erreicht die reversible Brennstoffzelle des Teams somit eine Energieeffizienz von 75 Prozent, den Forschern zufolge ein Rekordwert.

Weltraum-Technologie

An derartigen reversiblen Brennstoffzellen wird beispielsweise auch im Forschungszentrum Jülich, bei Sunfire und im südkoreanischen Forschungszentrum KIST gearbeitet. Denn sie sind beispielsweise für die Raumfahrt interessant, wo es Platz und Gewicht spart, wenn ein Gerät zwei Aufgaben erfüllt. Dort dient Strom aus Solarzellen dazu, Wasser aufzuspalten. Der Sauer- und Wasserstoff werden dabei eingefangen, um damit Strom zu erzeugen, wenn die Solarmodule zu wenig liefern. Doch auch für Drohnen oder U-Booten können reversible Brennstoffzellen gute Dienste leisten.

Schnelles Laden senkt Akku-Kapazität vorzeitig

(pte) – Fast Charging, also das schnelle Aufladen von Akkus, beispielsweise an Ladestationen für E-Autos, wirkt sich negativ auf die Batterien aus, sagt David Wragg vom Zentrum für Materialwissenschaften und Nanotechnologie der Universität Oslo. Je öfter eine Lithium-Ionen-Batterie schnell aufgeladen werde, desto schneller verliere sie auch an Kapazität. Folglich sinke die Reichweite voller Akkus teils dramatisch.

Gehetzte Ionen

Den Grund für dieses Phänomen sieht der Experte darin, dass sich Lithium-Ionen bei ihrer Wanderung zwischen Anode und Kathode teilweise in Lithium-Metall verwandeln, das nicht mehr zur Speicherfähigkeit der Batterie beiträgt. Je schneller geladen wird, desto schneller werden die Ionen durch den Speicher gehetzt, was die Rückführung zu metallischem Lithium begünstigt, so Wragg.

„Wenn man mit doppelter Geschwindigkeit lädt, muss man die gleiche Menge an Ionen und Elektronen in der Hälfte der Zeit bewegen. Wenn man vier- oder sechsmal so schnell lädt, sind die negativen Folgen natürlich noch größer“, beschreibt Wragg das Problem. Die Anoden, die beim Laden Ionen aufnehmen, bestehen aus Graphit, das aus dünnen Kohlenstoffschichten besteht. Die Anode besteht aus mehreren Millionen solcher Schichten. Beim Laden der Batterie werden die Lithium-Ionen in das Graphit gedrückt. Ist der Ladestrom hoch, müssen die Ionen also schneller als üblich einen Platz finden, was laut dem Experten zu Engpässen führt.

Röntgen-Scans

„Wenn die Ionen, die sich bereits zwischen den Schichten befinden, nicht tiefer in den Stapel eindringen können, gibt es keinen Platz für neue Ionen“, unterstreicht der Wissenschaftler. Sie kumulierten an der Oberfläche. Genau dort würden die geladenen Ionen zu neutralen Atomen und bildeten winzige Metallklumpen. Diese Umwandlung war bereits seit einiger Zeit vermutet worden, bewiesen war der Vorgang nicht. Mit einem Röntgen-Scanner machte Wragg mit seinem Team den Vorgang jetzt sichtbar.

Die Forscher haben eine Batterie während des Ladevorgangs alle 25 Millisekunden lang durchleuchtet. Auf den Bildern konnten die Experten dann den Aufbau der Metallionen beobachten, der umso schneller voranschritt, je größer der Ladestrom war. Wragg glaubt aber nicht, dass mit seiner Entdeckung das Ende des Schnellladens gekommen ist. „Wir müssen bessere Anoden bauen“, sagt er. Möglicherweise funktioniere es optimaler mit Graphen oder Kohlenstoff-Nanoröhrchen, also aufgewickeltem Graphen.